nghiên cứu công nghệ gpon và ứng dụng cho mạng truy nhập băng rộng của vnpt hà nội (công ty điện thoại hà nội 3)

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮTAES Advanced Encryption Standar Chuẩn mã hoá tiên tiến Alen ATM partition lenght Chiều dài phần ATM Alloc-ID Allocation Identifier Bộ nhận dạng phân đ

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Điểm: (bằng chữ ……… )

Đồng ý/Không đồng ý cho sinh viên bảo vệ trước hội đồng chấm đồ án tốt nghiệp?

Hà Nội, Ngày Tháng Năm

Giáo viên hướng dẫn

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Điểm: (bằng chữ ……… )

Đồng ý/Không đồng ý cho sinh viên bảo vệ trước hội đồng chấm đồ án tốt nghiệp?

Hà Nội, Ngày Tháng Năm

Giáo viên phản biện

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ iv

DANH MỤC CÁC BẢNG vi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ QUANG THỤ ĐỘNG (PON) 2

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG 2

1.2 KIẾN TRÚC MẠNG PON 3

1.3 CÁC CÔNG NGHỆ PON 5

1.3.1 Công nghệ APON/BPON 5

1.3.2 Công nghệ EPON/GEPON 5

1.3.3 Công nghệ GPON 5

1.3.4 Công nghệ WDM PON 6

1.3.5 Nhận xét 6

1.4 KẾT LUẬN 7

CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG GIGABIT (GPON) 8

2.1 GIỚI THIỆU CHUNG 8

2.2 KIẾN TRÚC GPON 9

2.2.1 Cấu trúc hệ thống GPON 9

2.2.2 Chức năng của các khối trong mạng GPON 9

2.3 ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ GPON 12

2.3.1 Các thông số kỹ thuật 12

2.3.2 Khả năng cung cấp băng thông 13

2.3.3 Khả năng cung cấp dịch vụ 14

2.3.4 Kỹ thuật truy nhập và phương thức ghép kênh 15

2.3.5 Lớp hội tụ truyền dẫn trong ngăn xếp giao thức GPON 16

2.3.6 Cấu trúc khung GPON 19

2.3.7 Phương thức đóng gói dữ liệu 22

2.3.8 Định cỡ và phân định băng thông động trong GPON 27

2.3.9 Bảo mật và mã hoá 33

2.3.10 Một số vấn đề cần quan tâm khi tính toán thiết kế đối với mạng GPON 34

2.4 TÌNH HÌNH TRIỂN KHAI GPON TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI VIỆT NAM 34

2.4.1 Tình hình triển khai GPON trên thế gới 34

2.4.2 Tình hình triển khai GPON tại Việt Nam 35

2.5 KẾT LUẬN 35

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPON CHO MẠNG TRUY NHẬP BĂNG RỘNG TẠI CÔNG TY ĐIỆN THOẠI HÀ NỘI 3 – VNPT HÀ NỘI 37

3.1 ĐỊNH HƯỚNG TRIỂN KHAI GPON CỦA VNPT 37

3.1.1 Định hướng phát triển các dịch vụ mới cho khách hàng 37

3.1.2 Định hướng phát triển mạng truy nhập băng rộng của VNPT 38

3.1.3 Định hướng công nghệ cho mạng truy nhập của VNPT 40

3.2 DỰ BÁO NHU CẦU DỊCH VỤ BĂNG RỘNG VÀ PHÁT TRIỂN THUÊ BAO CỦA CÔNG TY ĐIỆN THOẠI HÀ NỘI 3 TỚI NĂM 2015 42

3.2.2 Các phương pháp dự báo dịch vụ và thuê bao 43

3.2.3 Lựa chọn mô hình dự báo nhu cầu dịch vụ và và phát triển thuê bao 44

3.2.4 Dự báo nhu cầu phát triển dịch vụ và phát triển thuê bao của Công ty Điện Thoại Hà Nội 3 tới năm 2015 45

3.3 HIỆN TRẠNG MẠNG BĂNG RỘNG CỦA CÔNG TY ĐIỆN THOẠI HÀ NỘI 3-VNPT HÀ NỘI 47

3.3.1 Mạng MAN-E 47

3.3.2 Mạng truy nhập quang 48

3.3.3 Nhận xét chung 48

3.4 PHƯƠNG ÁN TRIỂN KHAI GPON CHO CÔNG TY ĐIỆN THOẠI HÀ NỘI 3 TỚI NĂM 2015 VÀ ĐỊNH HƯỚNG TỚI NĂM 2020 50

3.4.1 Nguyên tắc triển khai 50

3.4.2 Tính toán băng thông, nguyên tắc triển khai thiết bị 51

3.4.3 Đề xuất lộ trình triển khai GPON của Công ty Điện Thoại Hà Nội 3 tới 2015 53

3.5 KẾT LUẬN 56

KẾT LUẬN 57

PHỤ LỤC 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 70

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Mô hình mạng quang thụ động 3

Hình 1.2:Các kiểu kiến trúc của PON 4

Hình 2.1: Kiến trúc mạng GPON Hình 2.2: Các khối chức năng của OLT 10

Hình 2.3: Các khối chức năng của ONU 10

Hình 2.4: Các bộ ghép 8x8 được tạo ra từ các bộ ghép 2x2 11

Hình 2.5: Cấu trúc cơ bản mạng cáp quang thụê bao 12

Hình 2.6: Mô hình mạng GPON cung cấp dịch vụ điển hình 14

Hình 2.7: Mô hình TDMA GPON hình cây 16

Hình 2.8: Ngăn xếp giao thức của GTC 17

Hình 2.9: Điều khiển truy nhập môi trường 18

Hình 2.10: Cấu trúc tổng quan khung GTC hướng xuống và lên 19

Hình 2.11: Cấu trúc khung đường xuống 20

Hình 2.12: Các trường thông tin trong khung đường xuống 20

Hình 2.13: Cấu trúc khung đường lên 21

Hình 2.14: Cấu trúc các trường thông tin trong khung đường lên 22

Hình 2.15: Cấu trúc khung và mào đầu GEM 23

Hình 2.16: Mô tả chuyển trạng thái dựa trên tiêu đề GEM 24

Hình 2.17: Một số trường hợp phân mảnh 24

Hình 2.18: Mối quan hệ giữa khung GEM với khung GTC 25

Hình 2.19: Cấu trúc khung dữ liệu TDM trong khung GEM 26

Hình 2.20: TDM ánh xạ qua GEM 27

Hình 2.21: Cấu trúc khung Ethernet ánh xạ vào khung GEM 27

Hình 2.22: Đa truy nhập phân chia theo thời gian trong GPON 28

Hình 2.23: Cửa sổ định cỡ 28

Hình 2.24: Thủ tục định cỡ pha 1 29

Hình 2.25: Thủ tục định cỡ pha 2 30

Hình 2.26: Phân định băng thông động 31

Hình 2.27: Nguyên lý của hàng đợi công bằng 31

Hình 2.28: DRR sử dụng thông báo nhiều hàng đợi 33

Hình 3.1: Các giải pháp cung cấp FTTx

Hình 3.2: Quy trình dự báo nhu cầu dịch vụ và phát triển thuê bao

Hình 3.3: Mô hình dự báo nhu cầu dịch vụ và phát triển thuê bao

Hình 3.4: Cấu trúc mạng quang Công ty Điện Thoại Hà Nội 3 – VNPT Hà Nội

Hình 3.5: Nguyên tắc bảo vệ trong GPON

Hình 3.6: Cung cấp dịch vụ IPTV/VoD trên nền FTTx

Hình 3.7: Cung cấp dịch vụ Internet trên nền FTTx

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1: Băng thông của các dịch vụ… 37Bảng 3.2: Phân loại đối tượng khách hàng 38Bảng 3.3: Dự báo nhu cầu dịch vụ và phát triển thuê bao của Công ty Điện Thoại HàNội 3 đến năm 2015 41Bảng 3.4: Chỉ số băng thông của các loại dịch vụ 1

Phụ lục 1: Nhu cầu dịch vụ băng rộng và phát triển thuê bao tới năm 2015 của Công tyĐiện Thoại Hà Nội 3 – VNPT Hà Nội1

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

AES Advanced Encryption Standar Chuẩn mã hoá tiên tiến

Alen ATM (partition) lenght Chiều dài phần ATM

Alloc-ID Allocation Identifier Bộ nhận dạng phân định

APON ATM Passive Optical Network Mạng quang thụ động ATM

ATM Asynchronous Tranfer Mode Chế độ truyền tải không đồng bộBCH Bose-Chaudhuri-Hocquengham Mã BCH

BIP Bit Interleaved Parity Bit kiểm tra chẵn lẻ

B-PON Broadband Passive Optical Network Mạng quang thụ động băng rộng

CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra vòng dư

DBA Dynamic Bandwith Assigment Phân định băng thông động

DBR Deterministic Bit Rate Tốc độ bit danh định

DBRu Dynamic Bandwith Report Upstream Báo cáo băng thông động luồng lênDSL Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số

EPON Ethernet Passive Optical Network Mạng quang thụ động EthernetFCS Frame Check Sequence Dãy bit kiểm tra khung

FEC Forward Error Correction Sửa lỗi trước

FTTB Fiber to the Building Cáp quang nối đến toà nhà

FTTC Fiber to the Curb Cáp quang nối đến cụm dân cưFTTH Fiber to the Home Cáp quang nối đến nhà thuê baoGEM G-PON Encapsulation Method Phương thức đóng gói GPONGPM G-PON Physical Media Môi trường vật lý GPON

GPON Gigabit Passive Optical Network Mạng quang thụ động GigabitGTC G-PON Transmission Convergence Hội tụ truyền dẫn GPON

HEC Header Error Control Điều khiển lỗi mào đầu

OAM Operation Administration

Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt

OMCI ONU Management and Control

Interface Giao diện quản lý và điều khiểnONUONT Optical Network Termination Thiết bị kết cuối mạng quang

ONU Optical Network Unit Thiết bị đầu cuối quang người dùng

PCBd Physical Control Block downstream Khối điều khiển vật lý hướng xuốngPDU Protocol Data Units Đơn vị số liệu giao thức

Plend Payload Length downstream Chiều dài tải hướng xuống

PLI Payload Length Indicator Chị thị chiều dài tải

PLOAM Physical Layer OAM Lớp vật lý OAM

PLOu Physical Layer Overhead upstream Mào đầu lớp vật lý hướng lên

PLSu Power Levelling Sequence upstream Điều khiển công suất hướng lênPMD Physical Medium Dependent Phụ thuộc môi trường vật lý

PON Passive Optical Network Mạng quang thụ động

PTI Payload Type Indicator Chỉ thị loại tải

SDU Service Data Unit Đơn vị dữ liệu dịch vụ

TC Transmission Convergence Hội tụ truyền dẫn

T-CONT Transmission Container Khối truyền dẫn

TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập theo thời gian

TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh theo thời gian

VCI Virtual Channel Identifier Nhận dạng kênh ảo

VPI Virtual Path Identifier Nhận dạng đường ảo

WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh theo bước sóng

MỞ ĐẦU

Ngày nay, thế giới đang bước sang kỷ nguyên của nền kinh tế tri thức, trong đóthông tin là động lực thúc đẩy sự phát triển của xã hội Do đó, nhu cầu truyền thôngngày càng lớn với nhiều dịch vụ mới băng rộng/tốc độ cao và đa phương tiện trong đờisống kinh tế – xã hội của từng quốc gia cũng như kết nối toàn cầu Để đáp ứng đượcvai trò động lực thúc đẩy sự phát triển của kỷ nguyên thông tin, mạng truyền thông cầnphải có khả năng linh hoạt cao, tốc độ truyền dẫn lớn, băng thông rộng, đa dịch vụ đápứng mọi nhu cầu trao đổi thông tin của xã hội, trong đó mạng truy nhập đóng vai tròrất quan trọng trong việc đưa các dịch vụ tốc độ cao, băng thông rộng đến người sửdụng

Để đáp ứng nhu cầu đó, các nhà khoa học, các tổ chức viễn thông quốc tế, cáchãng cung cấp thiết bị, các nhà khai thác,… đã và đang nghiên cứu phát triển và ápdụng các giải pháp công nghệ mới băng rộng/tốc độ cao và đa phương tiện để pháttriển mạng viễn thông Trong đó, công nghệ PON (Passive Optical Network) nóichung và GPON (Gigabit Passive Optical Network) nói riêng là một giải pháp đầy hứahẹn để giải quyết vấn đề băng thông trong mạng truy nhập, cho phép triển khai cácdịch vụ băng rộng/tốc độ cao và các dịch vụ có tính tương tác

Hiện tại, ở nước ta mạng truy nhập cáp đồng truyền thống vẫn còn khá lớn,không thể đáp ứng được các yêu cầu trên của xã hội mà hầu như chỉ đáp ứng đượcdịch vụ thoại và các dịch vụ số liệu tốc độ thấp Vì vậy, các nhà cung cấp dịch vụ viễnthông của nước ta hiện nay, trong đó có Tập đoàn VNPT nói chung và Viễn thông HàNội nói riêng, đã và đang nghiên cứu lựa chọn các giải pháp công nghệ xây dựngmạng truy nhập có băng thông rộng, trong đó công nghệ PON nói chung và GPON nóiriêng là một xu hướng có tính khả thi cao, để đáp ứng nhu cầu trao đổi thông tin của xãhội

Xuất phát từ những cơ sở khoa học và thực tiễn đó, em đã quyết định chọn đề

tài: "Nghiên cứu công nghệ GPON và ứng dụng cho mạng truy nhập băng rộng của

VNPT Hà Nội (Công ty Điện Thoại Hà Nội 3)" làm luận văn tốt nghiệp Luận văn

gồm 3 chương:

Chương 1 Tổng quan về công nghệ mạng truy nhập quang thụ động (PON)

Chương 2 Công nghệ mạng truy nhập quang thụ động Gigabit (GPON)

Chương 3: Ứng dụng công nghệ GPON cho mạng truy nhập băng rộng tại Công tyĐiện Thoại Hà Nội 3 - VNPT Hà Nội

Do hạn chế về thời gian và kiến thức do vậy trong báo cáo còn có nhiều thiếu sót nên em rất mong sự nhận xét và đóng góp của các thầy cô Em xin chân thành cảm ơn

 

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ QUANG THỤ ĐỘNG

(PON)

Chương 1 giới thiệu tổng quan về công nghệ mạng truy nhập quang thụ động (PON), kiến trúc mạng PON, các công nghệ PON đang được triển khai, từ đó đưa ra nhận xét, đánh giá sơ lược về các công nghệ PON và khả năng ứng dụng của PON.

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG

PON là từ viết tắt của Passive Optical Network, nghĩa là mạng quang thụ động.Công nghệ mạng quang thụ động PON còn được hiểu là mạng công nghệ quang truynhập giúp tăng cường kết nối giữa các nốt mạng truy nhập của nhà cung cấp dịch vụ

và người sử dụng Công nghệ PON được biết tới đầu tiên đó là TPON (TelephonyPON) được triển khai vào những năm 90, tiếp đó năm 1998, mạng BPON (BroadbandPON) được chuẩn hóa dựa trên nền ATM Hai năm 2003 và 2004 đánh dấu sự ra đờicủa hai dòng công nghệ Ethernet PON (EPON) và Gigabit PON (GPON), có thể nóihai công nghệ này mở ra cơ hội mới cho các nhà cung cấp dịch vụ giải quyết hàng loạtvấn đề truy nhập băng thông rộng tới người sử dụng đầu cuối Thành viên mới nhấttrong gia đình PON đó là WDM PON (Wavelength Division Multiplexer PON)

Trong công nghệ PON, tất cả thành phần active giữa tổng đài CO (Central Office)

và người sử dụng sẽ không còn tồn tại mà thay vào đó là các thiết bị quang thụ động,

để điều hướng các traffic trên mạng dựa trên việc phân chia năng lượng tới các điểmđầu cuối trên đường truyền chính vì vậy mà người ta gọi là công nghệ mạng quang thụđộng (PON)

Vị trí của hệ thống PON trong mạng truyền dẫn: Mạng quang thụ động PON làmột dạng của mạng truy nhập quang Mạng truy nhập hỗ trợ các kết nối đến kháchhàng Nó được đặt gần đầu cuối khách hàng và triển khai với số lượng lớn Mạng truynhập tồn tại ở nhiều dạng khác nhau do nhiều lí do khác nhau và PON là một trongnhững dạng đó So với mạng truy nhập cáp đồng truyền thống, sợi quang hầu nhưkhông giới hạn băng thông (hàng THz) Việc triển khai sợi quang đến tận nhà thuê bao

sẽ là mục đích phát triển trong tương lai

Đặc điểm chính của hệ thống PON:

 Đặc trưng của hệ thống PON là thiết bị thụ động phân phối sợi quang đếntừng nhà thuê bao sử dụng bộ chia splitter có thể lên tới 1:128

 PON hỗ trợ giao thức ATM, Ethernet

 PON hỗ trợ các dịch vụ voice, data và video tốc độ cao

 Khả năng cung cấp băng thông cao

 Trong hệ thống PON băng thông được chia sẻ cho nhiều khách hàng điềunày sẽ làm giảm chi phí cho khách hàng sử dụng

 Khả năng tận dụng công nghệ WDM, ghép kênh phân chia theo dải tần vàcung cấp băng thông động để giảm thiểu số lượng cáp quang cần thiết đểkết nối giữa OLT và splitter

 PON thực hiện truyền dẫn 2 chiều trên 2 sợi quang hay 2 chiều trên cùng

1 sợi quang

 PON có thể hỗ trợ topo hình cây, sao, bus và ring

Các chuẩn mạng PON: Có ba loại tiêu chuẩn chính:

1.2 KIẾN TRÚC MẠNG PON

Mô hình mạng quang thụ động với các phần tử được mô tả trong hình 1.1

EMS

HÖ thèng qu¶n lý M¹ ng

Bé t¸ch/

ghÐp PON

CO

Tho¹ i vµ d÷ liÖu

Hình 1.1: Mô hình mạng quang thụ động

Các phần tử thụ động của PON đều nằm trong mạng phân bố quang (hay còn gọi

là mạng ngoại vi) bao gồm các phần tử như sợi quang, các bộ tách/ghép quang thụđộng, các đầu nối và các mối hàn quang Các phần tử tích cực như OLT và các ONU

đều nằm ở đầu cuối của PON Tín hiệu trong PON có thể được phân ra và truyền đitheo nhiều sợi quang hoặc được kết hợp lại và truyền trên một sợi quang thông qua bộghép quang, phụ thuộc vào tín hiệu đó là đi theo hướng lên hay hướng xuống củaPON PON thường được triển khai trên sợi quang đơn mode, với cấu hình cây là phổbiến PON cũng có thể được triển khai theo cấu hình vòng cho các khu thương mạihoặc theo cấu hình bus khi triển khai trong các khu trường sở,

Về mặt logic, PON được sử dụng như mạng truy nhập kết nối điểm - đa điểm,với một CO phục vụ cho nhiều thuê bao Có một số cấu hình kết nối điểm - đa điểmphù hợp cho mạng truy nhập như cấu hình cây, cây và nhánh, vòng ring, hoặc bus nhưtrong hình 1.2

ONU1

OLT

ONU5

ONU4 ONU3 ONU2

OLT

ONU1 ONU2

ONU5

ONU3 ONU4

(b) KiÕn tróc bus (sö dông bé ghÐp 1:2)

(c) KiÕn tróc vßng ring (sö dông bé ghÐp 2x2)

(d) KiÕn tróc h×nh c©y ví i mét trung kÕ thõa(sö dông bé chia 2:N)

Hình 1.2: Các kiểu kiến trúc của PON

Bằng cách sử dụng các bộ ghép 1:2 và bộ chia quang 1:N, PON có thể triển khaitheo bất cứ cấu hình nào trong các cấu hình trên Ngoài ra, PON còn có thể thu gọn lạithành các vòng ring kép, hay hình cây, hay một nhánh của cây Tất cả các tuyến truyềndẫn trong PON đều được thực hiện giữa OLT và ONU OLT nằm ở CO (CenterOffice) và kết nối mạng truy nhập quang với mạng đô thị (MAN) hay mạng diện rộng(WAN), được biết đến như là những mạng đường trục ONU nằm tại vị trí đầu cuốingười sử dụng (FTTH hay FTTB hoặc FTTC)

Trong các cấu hình trên, cấu hình hình cây 1:N như hình 1.2 (a), hay cấu hìnhcây và phân nhánh hình 1.2 (b) được sử dụng phổ biến nhất Đây là những cấu hình rấtmềm dẻo, phù hợp với nhu cầu phát triển của thuê bao, cũng như những đòi hỏi ngàycàng tăng về băng thông

1.3 CÁC CÔNG NGHỆ PON

1.3.1 Công nghệ APON/BPON

Từ năm 1995, 7 nhà khai thác mạng hàng đầu thế giới đã lập nên nhóm FSAN(Full Service Access Network) với mục tiêu là thống nhất các tiêu chí cho mạng truynhập băng rộng Các thành viên của FSAN đã phát triển một tiêu chí cho mạng truynhập PON sử dụng công nghệ ATM và giao thức lớp 2 của nó Hệ thống này được gọi

là APON (viết tắt của ATM PON) Cái tên APON sau đó được thay thế bằng BPONvới ý diễn đạt PON băng rộng Hệ thống BPON có khả năng cung cấp nhiều dịch vụbăng rộng như Ethernet, Video, đường riêng ảo (VPL), kênh thuê riêng, v.v… Năm

1997 nhóm FSAN đưa các đề xuất chỉ tiêu BPON lên ITU-T để thông qua chính thức

Từ đó, các tiêu chuẩn ITU G.983.x cho mạng BPON lần lượt được thông qua Hệthống BPON hỗ trợ tốc độ không đối xứng 155 Mbps hướng lên và 622 Mbps hướngxuống hoặc tốc độ đối xứng 622 Mbps Các hệ thống BPON đã được sử dụng ở nhiềunơi, tập trung ở Bắc Mỹ, Nhật Bản và một phần Châu Âu

1.3.2 Công nghệ EPON/GEPON

Năm 2001, IEEE thành lập một nhóm nghiên cứu Ethernet in the First Mile(EFM) với mục tiêu mở rộng công nghệ Ethernet hiện tại sang mạng truy nhập vùng,hướng tới các mạng đến nhà thuê bao hoặc các doanh nghiệp với yêu cầu vẫn giữ cáctính chất của Ethernet truyền thống Ethernet PON (EPON) được bắt đầu nghiên cứutrong thời gian gian này EPON là mạng trên cở sở PON mang lưu lượng dữ liệu góitrong các khung Ethernet được chuẩn hóa theo IEEE 802.3 Sử dụng mã đường truyền8b/10B và hoạt động với tốc độ 1Gbps

IGMP (Internet Group Management Protocol) và RSTP (Rapid SpanningTree

Protocol) cũng được hỗ trợ Hiệu suất và tốc độ đường truyền cao nhất: GPON hỗ trợ

tốc độ bít cao nhất từ trước tới nay với tốc độ hướng xuống/ hướng lên tương ứng lêntới 2,5/2,5 Gbit/s GPON cung cấp độ rộng băng lớn chưa từng có từ trước tới nay và

là công nghệ tối ưu cho các ứng dụng của FTTH và FTTB

Hiện nay cũng như trong tương lai GPON là công nghệ phù hợp cho việc truyềnthông Ethernet/IP với việc hỗ trợ truyền tiếng nói và video qua PON bằng việc sửdụng giao thức SONET/SDH

1.3.4 Công nghệ WDM PON

Công nghệ mạng quang thụ động sử dụng ghép kênh phân chia theo bước sóngWavelength Division Multiplexing Passive Optical Network (WDM PON) là thế hệ kếtiếp của mạng truy nhập quang và cho băng thông lớn nhất TDM PON (bao gồmBPON, GPON và GEPON) sử dụng các bộ chia công suất quang thụ động, hướngxuống là quảng bá và ONU nhận dữ liệu của mình thông qua nhãn địa chỉ nhúng,hướng lên sử dụng ghép kênh trong miền thời gian WDM PON sử dụng các bộ ghépsóng WDM thụ động, hướng xuống mỗi ONU nhận dữ liệu trên một bước sóng, hướnglên các bước sóng khác nhau được ghép thông qua bộ ghép sóng WDM tới ONU Do

sử dụng một bước sóng cho mỗi ONU nên WDM PON có tính bảo mật và tính mềmdẻo tốt hơn Công nghệ WDM PON sẽ là sự lựa chọn của tương lai và là bước pháttriển kế tiếp cho các mạng truy nhập quang PON

1.3.5 Nhận xét

Hiện nay mạng APON/BPON không được quan tâm phát triển do chỉ hỗ trợ dịch

vụ ATM và tốc độ truy nhập thấp hơn nhiều so với các công nghệ hiện hữu khác nhưGPON hay EPON

Trong khi, EPON chỉ cung cấp tốc độ truyền là 1,25 Gbit/s thì GPON lại chophép đạt tới tốc độ 2,448 Gbit/s Càng ngày các nhà cung cấp dịch vụ càng cố tiếtkiệm chi phí bằng việc tận dụng tối đa băng thông vì vậy EPON đang dần không đượclựa chọn EPON lại tốn khá nhiều băng thông cho việc quy định các thủ tục truyềnthông vì vậy nó chỉ đạt hiệu suất từ 50% ÷ 70%, băng thông của EPON bị giới hạntrong khoảng 600Mbps đến 900Mbps Trong khi đó, GPON có thể đạt tới hiệu suấtmạng 93%, điều đó có nghĩa là chỉ có 7% độ rộng băng tần được sử dụng cho việc quyđịnh các thủ tục của giao thức truyền thông GPON cho phép các nhà cung cấp dịch vụphân phối với băng thông lên đến 2.300 Mbps, độ rộng băng tần lớn, GPON hứa hẹnmang lại nhiều lợi nhuận cho các nhà cung cấp dịch vụ Đã được chuẩn hoá theo ITU–

T G.984, GPON cho phép cung cấp đường truyền với các định dạng gốc như IP vàTDM, đây thực sự là một giải pháp công nghệ PON đạt hiệu quả kinh tế có thể sửdụng cho cả các dịch vụ gia đình cũng như là cho các doanh nghiệp Độ rộng băngGPON có thể đáp ứng cho cho truyền dữ liệu Internet, yêu cầu nhiều dòng IPTV đồng

thời (Internet Protocol Television) và có thể hỗ trợ truyền thông cả SDTV (Standard

Definition Television) và HDTV (High Definition TeleVision), GPON đã thực sự được

đánh giá là kinh tế hơn EPON

Mặt khác trong khi tiêu chuẩn IEEE 803.2ah chỉ hỗ trợ 2 lớp ODN : lớp A và lớp

B thì ITU-GT.984.2 GPON GPM hỗ trợ cả lớp C, lớp cấp cao hơn Lớp C cho phépmạng PON mở rộng cự ly tới 20 Km, cung cấp cho số lượng lớn người dùng cuối, đạttới 64 thậm chí 128 ONU/ONT

Bên cạnh đó trong khi EPON chỉ hỗ trợ duy nhất một tốc độ truyền dẫn đối xứng1,25/1,25 Gbps ITU- T G.984.2 GPON GEM linh hoạt và biến đổi được hơn nhiềuhơn, cho phép các tốc độ hướng xuống 1,25 và 2,5 Gbps, hướng lên cho phép 155Mbps, 622 Mbps hay 1,25 và 2,5 Gbps Cả hai công nghệ đều nhắm tới thị trường truy

nhập, bao gồm các ứng dụng FTTH và FTTB/FTTC Trong khi GPON cho phép cácnhà cung cấp dịch vụ để thiết lập những tốc độ kết nối theo nhu cầu thực tế, EPONkhông thực hiện được điều này Mặc dù đây không là một vấn đề lớn về chi phí đối vớikết nối tốc độ cao, tuy nhiên để hỗ trợ 1,25 Gbps hướng lên, đòi hỏi phải cung cấplaser DFP ở đầu cuối và điôt quang thác APD đắt tại trung tâm mạng quang CO.

Từ những so sánh trên có thể thấy rằng GPON thích hợp hơn so với EPON trongviệc lắp đặt các hệ thống mạng để cung cấp các khả năng dự phòng cần thiết hỗ trợcho O&M, khả năng tương thích cũng như là bảo mật Đây là những điều kiện cầnthiết để điều hành một mạng kích cỡ lớn

1.4 KẾT LUẬN

PON là mạng truy nhập có nhiều ưu điểm để triển khai các dịch vụ băng rộng(truy cập Internet tốc độ cao, hội nghị truyền hình, IPTV/Triple Play, truyền hình độnét cao (HDTV, SDTV), game online, các dịch vụ băng rộng phục vụ y tế, giáo dục,

…) giữa các khối kết cuối đường dây ở xa (ONU) và kết cuối mạng (OLT) Một mạngPON hỗ trợ nhiều kiểu kiến trúc mạng: hình cây, bus, hoặc ring, do đó giúp cho việclinh hoạt trong vấn đề tổ chức mạng

Các hệ thống PON đang được triển khai trên thế giới gồm: APON/BPON, WDMPON, GPON và EPON Trong đó APON/BPON là những hệ thống được nghiên cứu

và triển khai từ giữa những năm 90 của thế kỷ 20, đây là các hệ thống truy nhập quangbăng rộng hỗ trợ chỉ cho lưu lượng ATM Thế hệ kế tiếp của APON/BPON là GPONvới việc cải thiện hơn về tốc độ, hỗ trợ nhiều tốc độ khác nhau cho cả đường lên vàđường xuống, đặc biệt là hỗ trợ cả lưu lượng ATM và IP GPON được chuẩn hoá bởiITU-T với chuẩn G.984 Được nghiên cứu muộn hơn, từ năm 2001, hệ thống EPONcũng đã được triển khai khá phổ biến tại một số nước trên thế giới EPON được xâydựng trên cơ sở công nghệ Ethernet, khác với GPON, EPON chỉ hỗ trợ truyền dẫn đốixứng

Hiện nay GPON đã được triển khai rộng rãi tại một số nước, GPON cũng đãđược lựa chọn để thay thế cho các mạng truy nhập của nhiều nước trên thế giới Vớinhững đặc điểm kỹ thuật công nghệ mềm dẻo hỗ trợ nhiều lựa chọn cho tốc độ truynhập, đồng thời hỗ trợ cả lưu lượng ATM và IP, cung cấp nhiều loại hình dịch vụ tíchhợp với chất lượng cao, GPON đang ngày càng khẳng định là công nghệ của mạngtruy nhập thế hệ mới

CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG

GIGABIT (GPON)

Chương 2 giới thiệu về công nghệ mạng truy nhập quang thụ động Gigabit (GPON Chương này cũng trình bày chi tiết về công nghệ GPON như kiến trúc mạng GPON, đặc điểm công nghệ GPON gồm các thông số kỹ thuật, phương thức ghép kênh, cấu trúc khung, phương thức đóng gói dữ liệu… Ngoài ra chương này cũng trình bày về tình hình triển khai GPON trên thế giới và ở Việt Nam, từ đó các kết luận về công nghệ GPON và khả năng ứng dụng của nó vào mạng Viễn thông Việt Nam.

2.1 GIỚI THIỆU CHUNG

GPON (Gigabit Passive Optical Network) được định nghĩa theo chuẩn ITU-T

G.984 GPON được mở rộng từ chuẩn BPON G.983 bằng cách tăng băng thông, nânghiệu suất băng thông nhờ sử dụng gói lớn, có độ dài thay đổi và tiêu chuẩn hóa quản

lý GPON hỗ trợ nhiều mức tốc độ khác nhau, trong đó hỗ trợ tới 2,488 Mbit/s củabăng thông luồng xuống và 1,244 Mbit/s của băng thông luồng lên Phương thức đónggói GEM (GPON Encapsulation Method) cho phép đóng gói lưu lượng người dùng rấthiệu quả, với sự phân đoạn khung cho phép nâng cao chất lượng dịch vụ QoS (Quality

of Service) phục vụ lưu lượng nhạy cảm như truyền thoại và video GPON hỗ trợ tốc

độ cao, tăng cường bảo mật và hỗ trợ cả dịch vụ TDM và Ethernet, điều đó cho phépGPON hỗ trợ nhiều loại dịch vụ với chi phí thấp cũng như cho phép khả năng tươngthích lớn giữa các nhà cung cấp thiết bị

 Tình hình chuẩn hóa GPON: GPON được ITU-T chuẩn hóa theo chuẩn G.984bắt đầu từ năm 2003, mở rộng từ chuẩn BPON G.893

 ITU-T G.894.1 (03/2003) “G-PON: General characteristics”: cung cấp các giaodiễn mạng người dùng (UNI), giao diện nút dịch vụ (SNI) và một số dịch vụ.chuẩn này kế thừa hệ thống G.892 (APON) và G.892.x (BPON)

 ITU-T G.894.2 (03/2003) “G-PON: PDM layer specifinication”: chỉ ra các yêucầu cho lớp vật lý và các chi tiết kĩ thuật cho lớp PMD Nó bao gồm các hệthống có tốc độ xuống 1244.160 Mbit/s, 2488.320 Mbit/s và hướng lên 155.520Mbit/s, 622.080 Mbit/s, 1244.160 Mbit/s, 2488.320 Mbit/s Mô tả cả hệ thốngGPON đối xứng và bất đối xứng

 ITU-T G.894.2 Adm1 (02/2006): thêm phụ lục cho ITU-T G.894.2, các xác minh

về khả năng chấp nhận giá thành sản xuất công nghiệp đối với hệ thống GPON2.488/1.244 Gbit/s

 ITU-T G.894.3 (02/2004) “G-PON: TC layer specifinication”: mô tả lớp hội tụtruyền dẫn (Transmission convergence-TC) cho các mạng GPON bao gồm địnhdạng khung, phương thức điều khiển truy nhập môi trường, phương thứcranging, chức năng OAM và bảo mật

 ITU-T G.894.4 (06/2004) “GPON: ONT management and control interfacespecification”: cung cấp chỉ tiêu kĩ thuật giao diện điều khiển (OMCI0 và quản

lí ONT các hệ thống GPOn

 ITU-T G.894.4 Adm2 (03/2006): làm rõ nghĩa cho phần G-OMCI, mô tả cácmức cảnh báo, giới hạn tốc độ các cổng Ethernet, OMCI cho OMCI, vậnchuyển lưu lượng.

2.2 KIẾN TRÚC GPON

2.2.1 Cấu trúc hệ thống GPON

Kiến trúc hệ thống GPON được mô tả như hình 2.1: bao gồm OLT, các ONU, bộchia quang và các sợi quang Sợi quang được kết nối tới các nhánh OLT tại bộ chiaquang ra 64 sợi khác và các sợi phân nhánh được kết nối tới ONU

Trong lớp GPON TC, giá trị lý thuyết cực đại là 60 km trong khi khoảng cáchgiữa các ONU xa nhất và gần nhất là 20 km Sự khác biệt này bị hạn chế ở chỗ kíchthước cửa số không được mở rộng vì các vấn đề chất lượng dịch vụ Giống như đối với

tỉ số chia, lớp TC hỗ trợ tới 128 nhánh chia

2.2.2 Chức năng của các khối trong mạng GPON

Hệ thống GPON bao gồm ba thành phần cơ bản: OLT, ONU và ODN

2.2.2.1 Khối kết cuối đường quang OLT

OLT (optical line terminal) được kết nối tới mạng chuyển mạch thông qua cácgiao diện chuẩn Về phía mạng phân phối, OLT bao gồm các giao diện truy nhậpquang tương ứng với các chuẩn GPON như tốc độ bit, quỹ đường truyền, jitter,….OLT bao gồm ba phần chính:

- Chức năng giao diện cổng dịch vụ (service port Interface Function);

- Chức năng kết nối chéo (cross-connect function);

- Giao diện mạng phân phối quang

Các khối chức năng chính của OLT được mô tả trong Hình 2.2:

Khối lõi PON (PON core shell): Khối này gồm hai phần, phần giao diện ODN và

chức năng PON TC Chức năng của PON TC bao gồm khung tín hiệu, điều khiển truynhập phương tiện, OAM, DBA và quản lý ONU Mỗi PON TC có thể lựa chọn mộtphương thức truyền dẫn như ATM, GEM hoặc cả hai

Khối kết nối chéo (Cross-connect shell): cung cấp đường truyền giữa khối lõi

PON và khối dịch vụ Công nghệ để kết nối phụ thuộc vào các dịch vụ, kiến trúc bêntrong của OLT và các yếu tố khác OLT cung cấp chức năng kết nối chéo tương ứngvới các phương thức truyền dẫn đã lựa chọn(ATM, GEM hoặc cả hai)

Hình 2.2: Các khối chức năng của OLT

Khối dịch vụ (Service shell): thực hiện chuyển đổi giữa các giao diện dịch vụ và

giao diện khung TC của phần mạng PON

2.2.2.2 Khối mạng quang ONU

Các khối chức năng của ONU hầu hết đều giống như của OLT Vì ONU hoạtđộng chỉ với một giao diện PON đơn (hoặc nhiều nhất là hai giao diện với mục đíchbảo vệ), chức năng kết nối chéo có thể bị bỏ đi Tuy nhiên, thay cho chức năng này,chức năng ghép và giải ghép dịch vụ (MUX và DMUX) được hỗ trợ để xử lý lưulượng Cấu hình điển hình của một ONU được mô tả trong Hình 2.3

Hình 2.3: Các khối chức năng của ONU

2.2.2.3 Mạng phân phối quang ODN

Mạng phân phối quang kết nối giữa một OLT với một hoặc nhiều ONU sử dụngthiết bị tách/ghép quang và mạng cáp quang thụê bao

2.2.2.3.1 Bộ tách/ghép quang

GPON sử dụng thiết bị thụ động để chia tín hiệu quang từ một sợi để truyền đitrên nhiều sợi và ngược lại, kết hợp các tín hiệu quang từ nhiều sợi thành tín hiệu trênmột sợi Thiết bị này được gọi là bộ tách/ghép quang Dạng đơn giản nhất của nó là

một bộ ghép quang bao gồm hai sợi quang được hàn dính vào nhau Tín hiệu nhậnđược ở bất cứ đầu vào nào cũng bị chia thành hai phần ở đầu ra Tỷ lệ phân chia của

bộ tách/ghép có thể được điều khiển bởi độ dài của mối hàn và vì vậy đây được coi làtham số không đổi Các bộ tách/ghép NxN được chế tạo bằng cách ghép nhiều tầng bộ2x2 với nhau như Hình 2.4 hoặc sử dụng công nghệ ống dẫn sóng phẳng

Hình 2.4: Các bộ ghép 8x8 được tạo ra từ các bộ ghép 2x2

Các bộ tách/ghép được đặc trưng bằng các tham số sau đây:

Suy hao chia: là tỷ lệ giữa công suất đầu ra và công suất đầu vào của bộ ghép,

tính theo dB Với một bộ 2x2 lý tưởng, giá trị này là 3 dB Hình 2 - 4 a: biểu diễn hai

mô hình của bộ 8x8 dựa trên các bộ 2x2 Trong mô hình 4 tầng (hình 2 - 4 a), chỉ có1/16 công suất đầu vào được đưa tới từng đầu ra Hình 2-4 b biểu diễn mô hình thiết

kế hiệu quả hơn, mỗi đầu ra sẽ nhận được 1/8 công suất của đầu vào

Suy hao ghép: đây là công suất bị tổn hao do quá trình sản xuất, giá trị này thông

thường khoảng 0,1 dB đến 1 dB

Điều hướng: đây là mức công suất đo được ở đầu vào bị dò từ một đầu vào khác.

Với những bộ tách/ghép là thiết bị có khả năng định hướng cao thì tham số điều hướngkhoảng từ 40 đến 50 dB

Thông thường, các bộ tách/ghép thường chỉ được chế tạo với một đầu vào hoặcmột đầu ra Bộ tách/ghép có một đầu vào ta gọi là bộ chia (tách), còn bộ có một đầu ra

ta gọi là bộ kết hợp (ghép) Tuy nhiên, cũng có những bộ 2x2 được chế tạo không đốixứng (với tỷ số chia khoảng 5/95 hoặc 10/90) Loại tách/ghép này chủ yếu được dùng

để trích ra một phần tín hiệu quang cho mục đích kiểm tra, được gọi là bộ ghép rẽ

2.2.2.3.2 Mạng cáp quang thụê bao.

Mạng cáp thuê bao quang được xác định trong phạm vi ranh giới từ giao tiếp sợiquang giữa thiết bị OLT đến thiết ONU/ONT Cấu trúc mạng cáp quang thụê bao xemtrong Hình 2.5

Mạng cáp quang thụê bao được cấu thành bởi các thành phần chính như sau:

- Cáp quang gốc (Feeder Cable): xuất phát từ phía nhà cung cấp dịch vụ (hay còn

gọi chung là CO) tới điểm phân phối được gọi là DP (Distribution Point)

- Điểm phân phối sợi quang (DP): là điểm kết thúc của đoạn cáp gốc Trên thực tế

triển khai, điểm phân phối sợi quang thường là măng xông quang, hoặc các tủcáp quang phối

- Cáp quang phối (Distribution Optical Cable): xuất phát từ điểm phối quang (DP)

tới các điểm truy nhập mạng AP (Access Point) hay từ các tủ quang phối tới cáctập điểm quang

- Cáp quang thụê bao (Drop Cable): xuất phát từ các điểm truy nhập mạng (AP)

hay là từ các tập điểm quang đến thuê bao

Điểm quản lý quang FMP (Fiber Management Point): được sử dụng cho xử lý sự

cố và phát hiện đứt đường

Hình 2.5: Cấu trúc cơ bản mạng cáp quang thụê bao

2.3 ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ GPON

- 155 Mbit/s đường lên, 1.2 Gbit/s đường xuống

- 622 Mbit/s đường lên, 1.2 Gbit/s đường xuống

- 1.2 Gbit/s đường lên, 1.2 Gbit/s đường xuống

- 155 Mbit/s đường lên, 2.4 Gbit/s đường xuống

- 622 Mbit/s đường lên, 2.4 Gbit/s đường xuống

- 1.2 Gbit/s đường lên, 2.4 Gbit/s đường xuống

- 2.4 Gbit/s đường lên, 2.4 Gbit/s đường xuống

2.3.1.2 Các thông số kỹ thuật khác:

- Bước sóng: 1260-1360nm đường lên; 1480-1500nm đường xuống

- Đa truy nhập hướng lên: TDMA

- Cấp phát băng thông động DBA (Dynamic Bandwith Allocation)

- Loại lưu lượng: dữ liệu số

- Khung truyền dẫn: GEM

- Dịch vụ: dịch vụ đầy đủ (Ethernet, TDM, POTS)

- Tỉ lệ chia của bộ chia thụ động: tối đa 1:128

- Giá trị BER lớn nhất: 10-12

- Phạm vi công suất sử dụng luồng xuống: -3 đến +2 dBm (10km ODN) hoặc +2đến +7 (20Km ODN)

- Phạm vi công suất sử dụng luồng lên: -1 đến +4 dBm (10Km và 20Km ODN)

- Suy hao tối đa giữa các ONU:15dB

- Cự ly cáp tối đa: 20Km với DFB laser luồng lên, 10Km với Fabry-Perot

2.3.2 Khả năng cung cấp băng thông

Công nghệ GPON hỗ trợ 1,25 Gbit/s hoặc 2,5 Gbit/s hướng xuống, và hướng lên cóthể xê dịch từ 155 Mbit/s đến 2,5 Gbit/s Hiệu suất băng thông đạt > 90%

2.3.2.1 Băng thông hướng xuống

Yêu cầu băng thông của các dịch vụ cơ bản:

- Băng thông yêu cầu của một kênh HDTV = 12 Mbit/s

- Băng thông yêu cầu của một kênh SDTV = 3 Mbit/s

- Truy cập Internet tốc độ cao = 100 Mbit/s trên mỗi thuê bao với tỷ lệ dùng chung

20:1

- Voice IP tốc độ 100 Kbit/s

Trong đó tốc độ hướng xuống của GPON = 2,488 Mbit/s × hiệu suất 92% = 2289Mbit/s Trong ứng dụng nhiều nhóm người sử dụng (MDU: multiple-dwelling-unit),với tỷ lệ chia là 1:32, GPON có thể cung cấp dịch vụ cơ bản bao gồm truy cập Internettốc độ cao và Voice đến 32 ONU, mỗi ONU cung cấp cho 8 thuê bao

2.3.2.2 Băng thông hướng lên

ITU G 984 GPON không những có khả năng hỗ trợ tất cả các yêu cầu về hệthống mạng mà còn cung cấp một cơ chế QoS riêng cho lớp PON vượt ra ngoài cácphương thức Ethernet lớp 2 và phân loại dịch vụ (CoS) IP lớp 3 để đảm bảo việc phânphát các thông tin voice, video và TDM chất lượng cao thông qua môi trường chi sẻtrên nền TDMA Tuy nhiên, các cơ chế CoS ở lớp 2 và lớp 3 chỉ có thể đạt mức tối đa

là QoS ở lớp truyền tải Nếu lớp truyền tải có độ trễ và dung sai lớn thì việc phân chiamức ưu tiên dịch vụ không còn ý nghĩa Đối với TDMA PON, việc dung lượng cungcấp QoS hướng lên sẽ bị hạn chế khi tất cả các ONT của PON sử dụng hết băng thônghướng lên và ưu tiên của nó trong TDMA Hướng lên GPON có thông lượng đến 1.25Gbits/sec cao hơn 20% so với GEPON là một sự khác biệt đáng kể giúp cho cơ chếQoS có thể hoạt động tốt hơn

Khung thời gian hướng lên và hướng xuống sử dụng khung tiêu chuẩn 8 kHz, và cácdịch vụ được đóng gói vào các khung theo nguyên bản của nó thông phương thứcđóng gói GPON (GEM) Giống như trong SONET/SDH, GPON cung cấp khả năngchuyển mạch bảo vệ với thời gian nhỏ hơn 50ms Điều cơ bản làm cho GPON có trễthấp là tất cả lưu lượng hướng lên TDMA từ các ONU được ghép vào trong một khung

8 KHz (125 µs) Mỗi khung hướng xuống bao gồm một bản đồ cấp phát băng thông

Khu công nghiệp Doanh nghiệp

hiệu quả được gửi quảng bá đến tất cả các ONU và hỗ trợ tính năng tinh chỉnh cấpphát băng thông Cơ chế ngoài băng này cho phép GPON DBA hỗ trợ việc điều chỉnhcấp phát băng thông nhiều lần mà không cần phải sắp xếp lại để tối ưu hóa việc tậndụng băng thông

2.3.3 Khả năng cung cấp dịch vụ

Giới hạn cự ly của công nghệ GPON hiện tại được quy định trong khoảng 20 km vàcung cấp tỉ lệ chia lên tới 1:128 (hiện tại thường sử dụng tỉ lệ 1:64, tối đa qua hai cấpchia)

Hiện tại, giá thiết bị GPON còn tương đối cao Tuy nhiên với tỉ lệ chia sẻ lớn sẽ giúplàm giảm chi phí trên mỗi khách hàng Ngoài ra khi lưu lượng sử dụng lớn thì chi phítrên mỗi Mbps sẽ rẻ hơn so với công nghệ GEPON

GPON có khả năng hỗ trợ cấu trúc mạng xếp chồng dịch vụ CATV, đáp ứngđược đòi hỏi cho dịch vụ hướng xuống tốc độ cao Các hệ thống này đều sử dụng bướcsóng 1490 nm hướng xuống và 1310 nm hướng lên, bước sóng 1550 nm được dànhriêng cho CATV

GPON đáp ứng được tỉ lệ dung lượng dịch vụ/chi phí khi so sánh với mạng cápđồng/DSL và mạng HFC có dung lượng nhỏ và các mạng SDH/SONET cũng như giảipháp quang Ethernet điểm – điểm có chi phí cao Vì vậy nó phù hợp với các hộ giađình, doanh nghiệp vừa và nhỏ, chính phủ và các cơ quan công sở Mô hình mạngGPON cung cấp dịch vụ điển hình như trong Hình 2.6

Hình 2.6: Mô hình mạng GPON cung cấp dịch vụ điển hình

 Các dịch vụ bộ ba dành cho hộ gia đình

GPON được phát triển để mang đến các dịch vụ thế hệ mới như IPTV, truyềnhình theo yêu cầu, game trực tuyến, Internet tốc độ cực cao và VoIP với chi phí hiệuquả, băng thông lớn và chất lượng đảm bảo cho các thuê bao hộ gia đình

IP quảng bá qua cấu hình điểm – đa điểm cho phép một luồng video có thểtruyền tới nhiều thuê bao một cách đồng thời

Khả năng cấp phát băng thông động cho phép các nhà cung cấp dịch vụ tối ưuhóa băng thông quang, tạo ra nhiều lợi nhuận hơn Băng thông lớn và dịch vụ linh hoạtcủa GPON giúp cho GPON trở thành một sự lựa chọn hoàn hảo cho việc cung cấpdịch vụ tới nhiều hộ thuê bao MDU (Multiple Dwelling Units) như các tòa nhà, kháchsạn, chung cư GPON ONU có thể phục vụ như các DSLAM VDSL2

 Dành cho doanh nghiệp vừa và nhỏ

GPON là sự lựa chọn hoàn hảo cho các doanh nghiệp vừa và nhỏ có yêu cầu vềthoại, truy nhập Internet, VPN và các dịch vụ T1/E1 với chi phí hợp lý GPON có băngthông đủ lớn và có tính năng QoS cho phép các doanh nghiệp có thể được cung cấpdịch vụ trên cùng cơ sở hạ tầng như các dịch vụ hộ gia đình nhằm loại trừ yêu cầu xâydựng cơ sở hạ tầng mới

 Dành cho Chính phủ, Giáo dục và Y tế

Thị trường các cơ quan chính phủ yêu cầu các dịch vụ dữ liệu và thoại có chấtlượng cao và băng thông lớn với chi phí thấp Khả năng của GPON cho phép phục vụhiệu quả một số lượng lớn thuê bao ở các khu vực trung tâm văn phòng chính phủ, cáctrường học, bệnh viện cũng như các khu vui chơi giải trí, khu công nghiệp

Chính quyền một số quốc gia đã thiết lập mạng PON để cung cấp các dịch vụthoại và dữ liệu tốc độ cao cho lực lượng cảnh sát, văn phòng chính phủ, tòa án và cáclực lượng cứu hỏa, đặc nhiệm để nâng cao chất lượng phục vụ cộng đồng

2.3.4 Kỹ thuật truy nhập và phương thức ghép kênh

2.3.4.1 Kỹ thụât truy nhập

Kỹ thuật truy nhập được sử dụng phổ biến trong các hệ thống GPON hiện nay là

đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) TDMA là kỹ thuật phân chia băng tầntruyền dẫn thành những khe thời gian kế tiếp nhau Những khe thời gian này có thểđược ấn định trước cho mỗi khách hàng hoặc có thể phân theo yêu cầu tuỳ thuộc vàophương thức chuyển giao đang sử dụng Mô hình sử dụng TDMA trên GPON hình câynhư trong Hình 2.7 Mỗi thuê bao được phép gửi số liệu đường lên trong khe thời gianriêng biệt Bộ tách kênh sắp xếp số liệu đến theo vị trí khe thời gian của nó hoặc thôngtin được gửi trong bản thân khe thời gian Số liệu đường xuống cũng được gửi trongnhững khe thời gian xác định

GPON sử dụng kỹ thuật TDMA có ưu điểm rất lớn đó là các ONU có thể hoạtđộng trên cùng một bước sóng, và OLT hoàn toàn có khả năng phân biệt được lưulượng của từng ONU OLT cũng chỉ cần một bộ thu, điều này sẽ dễ dàng cho việc triểnkhai thiết bị, giảm được chi phí cho các quá trình thiết kế, sản xuất, hoạt động và bảo

dưỡng Ngoài ra, việc sử dụng kỹ thuật này còn có một ưu điểm là có thể lắp đặt dễdàng thêm các ONU nếu có nhu cầu nâng cấp mạng

Kỹ thuật TDMA trong GPON yêu cầu bắt buộc đồng bộ của lưu lượng đường lên

để tránh xung đột số liệu khi hai hay nhiều gói dữ liệu từ những thuê bao khác nhauđến bộ ghép cùng một thời điểm Tuy nhiên, các vấn đề trên đều được khắc phục với

cơ chế định cỡ và phân định băng thông động của GPON

Hình 2.7: Mô hình TDMA GPON hình cây

2.3.4.2 Phương thức ghép kênh

Phương thức ghép kênh trong GPON là ghép kênh song hướng Dải bước sóng

1550 nm được dùng cho băng thông chiều xuống từ OLT, dải bước sóng 1310 nmđược truyền theo chiều lên bởi ONT

2.3.5 Lớp hội tụ truyền dẫn trong ngăn xếp giao thức GPON

2.3.5.1 Các khái niệm cơ bản

Hội tụ truyền dẫn GPON - GTC (GPON Transmission Convergence): là lớp giaothức chính trong ngăn xếp giao thức của GPON

Các khối truyền dẫn T-CONT (Transmission Containers): được sử dụng cho việcquản lý phân định băng thông luồng lên trong khối PON của lớp hội tụ truyền dẫn TC(Transmission Convergence)

- T-CONT mang các thông tin ATM VPC/VCC và/hoặc cổng GEM và thông báocác trạng thái bộ đệm của chúng cho các OLT tương ứng

- T-CONT tự động thu nhận các gói tin cho phép được nhận dạng bởi Alloc-ID từOLT

- Mỗi T-CONT có thể mang lưu lượng ATM hoặc GEM với nhiều lớp dịch vụkhác nhau

- Mỗi T-CONT có thể cung cấp một hoặc nhiều hàng đợi vật lý và sắp xếp chúngvào một bộ nhớ logic đơn

Lớp hội tụ truyền dẫn được xếp ở vị trí giữa môi trường vật lý và các đối tượngcủa GPON (ATM client, GEM client,…)

2.3.5.2 Ngăn xếp giao thức

Hình 2.8 biểu diễn ngăn xếp giao thức của toàn hệ thống lớp TC trong GPON(GTC) Lớp GTC gồm có 2 lớp con, lớp con tạo khung GTC (GTC framing sub-layer)

và lớp con tương thích TC (TC adaption sub-layer)

Lớp truyền thông vật lý GPON (GPM) Lớp con tạo khung GTC

Lớp con tương thích TC

Bộ thích ứng ATM TC Bộ thích ứng GEM TC Điều khiển DBA

Bộ thích ứng OMCI PLOAM

Ứng dụng

Lớp hội tụ truyền dẫn GTC

Hình 2.8: Ngăn xếp giao thức của GTC

Theo một quan điểm khác, GTC chứa mặt phẳng C/M quản lý các luồng lưulượng người dùng, an ninh, các thuộc tính OAM, và một mặt phẳng U mang lưu lượngngười sử dụng Trong lớp con tạo khung GTC, phân vùng ATM, phân vùng GEM, cácphần quản lý vận hành bảo dưỡng lớp vật lý PLOAM (Physical Layer OperationsAdministrations Maintenance) và OAM nhúng được nhận biết theo vị trí trên khungGTC Chỉ OAM nhúng được kết cuối tại lớp này để điều khiển qua lớp con này, dothông tin của OAM nhúng được nhúng trực tiếp vào khung GTC Thông tin PLOAMđược xử lý tại khối PLOAM được định vị như một client của lớp con này Các đơn vịdịch vụ dữ liệu SDU (Service Data Unit) trong các phân vùng ATM và GEM đượcchuyển từ/tới các đơn vị giao thức dữ liệu PDU (Protocol Data Unit) thông thường củaATM và GEM tại mỗi lớp con tương thích Ngoài ra, các PDU này chứa dữ liệu kênhOMCI Dữ liệu này cũng được nhận ra tại lớp con này, và được trao đổi từ/tới thực thểOMCI OAM nhúng, PLOAM và OMCI được phân loại thành các mặt phẳng C/M.Các SDU ngoại trừ OMCI trên các phân vùng ATM và GEM được phân loại vào mặtphẳng U

Lớp tạo khung GTC cung cấp cái nhìn bao quát tới tất cả dữ liệu phát và lớp tạokhung GTC OLT trực tiếp ngang hàng với tất cả các lớp tạo khung GTC ONU Khốiđiều khiển phân bổ băng thông động (DBA control) được xem như là khối chức năngchung Hiện nay, khối này có khả năng đáp ứng toàn bộ DBA thông báo ONU

Trong hệ thống GTC, OLT và ONU không hoạt động đồng thời ở 2 trạng thái.Chế độ nào được hỗ trợ sẽ được nhận biết tại thời điểm lắp đặt hệ thống ONU thôngbáo chế độ hoạt động cơ bản của nó là ATM hay GEM thông qua bản tin

nó sẽ xử lý để thiết lập kênh OMCI, và thiết bị ONU được nhận ra theo cách thôngthường.

2.3.5.3 Các chức năng chính của GTC

GTC thực hiện hai chức năng quan trọng là điều khiển truy nhập môi trường vàđăng ký ONU

Điều khiển truy nhập môi trường: Hệ thống GTC hỗ trợ điều khiển truy nhập môi

trường cho lưu lượng luồng lên Về cơ bản, các khung đường xuống chỉ ra các định vịcho phép đối với lưu lượng trên các khung đường lên đồng bộ với các khung đườngxuống Khái niệm điều khiển truy nhập môi trường trong hệ thống này được minh hoạtrong Hình 2.9

OLT gửi các con trỏ trong PCBd, các con trỏ này chỉ ra thời điểm mà mỗi ONUbắt đầu và kết thúc việc truyền dẫn luồng lên của nó Theo cách này, chỉ có 1 ONU cóthể truy nhập môi trường tại bất cứ thời điểm nào Các con trỏ được gán các đơn vị củabyte, cho phép OLT điều khiển môi trường với băng thông tĩnh 64kbit/s Tuy nhiên,các bước thực hiện của OLT có thể lựa chọn theo tập giá trị của các con trỏ, và thựchiện điều khiển băng thông chính xác qua cơ chế lập lịch động

Đăng ký ONU: Việc đăng ký ONU được thực hiện theo thủ tục phát hiện tự động Có

2 phương pháp đăng ký ONU Phương pháp A, Serial Number của ONU được đăng kýtại OLT nhờ hệ thống quản lý Phương pháp B, Serial Number của ONU không đượcđăng ký tại OLT nhờ hệ thống quản lý

Mào đầu khung

Alloc-ID Start End Alloc-ID Start End Alloc-ID Start End

T-CONT1 (ONU1) T-CONT2(ONU2) T-CONT3(ONU3)

Hướng xuống

Hướng

lên

Slot

100 Slot300 Slot400 Slot500 Slot520 Slot600

Hình 2.9: Điều khiển truy nhập môi trường

2.3.6.4 Chức năng các lớp con trong GTC

GTC gồm 2 lớp con là lớp con tạo khung GTC và lớp con tương thích TC

2.3.6.4.1 Lớp con tạo khung GTC

Lớp con tạo khung GTC có 3 chức năng như sau:

1) Ghép kênh và giải ghép kênh: Các phần PLOAM, ATM và GEM được ghép

vào 1 khung TC đường xuống theo thông tin biên được chỉ thị trong tiêu đềkhung Mỗi phần được tách ra từ một đường lên theo chỉ thị tiêu đề

2) Tạo tiêu đề và giải mã: Tiêu đề khung TC được tạo ra và định dạng trong 1

khung đường xuống Tiêu đề trong khung đường lên được giải mã Ngoài ra,thực hiện OAM nhúng

Chức năng định tuyến trên cơ sở Alloc-ID: Định tuyến trên cơ sở Alloc-ID được

thực hiện đối với các dữ liệu từ/tới các bộ tương thích ATM và GEM TC

2.3.6.4.2 Lớp con thích ứng GTC và các giao diện thực thể lớp trên

Lớp con thích ứng hỗ trợ 3 bộ tương thích TC, đó là: bộ tương thích ATM TC, bộtương thích GEM TC và bộ tương thích OMCI Các bộ tương thích ATM và GEM chỉ

ra các PDU của ATM và GEM từ mỗi phần trên lớp con tạo khung GTC và ánh xạ cácPDU này vào mỗi phần tương ứng Các bộ tương thích này cung cấp các giao diệndưới đây cho các thực thể lớp trên:

1) Giao diện ATM: Lớp con tạo khung GTC và ATM TC adapter liên kết cung cấp

giao diện ATM chuẩn đã chỉ ra trong ITU-T 1.432.1 cho các dịch vụ ATM.Nhìn chung, các thực thể lớp ATM ban đầu có thể được sử dụng như ATMclient

2) Các giao diện GEM: GEM TC adapter có thể được cấu hình để thích ứng các

khung này tới nhiều giao diện truyền dẫn khung khác nhau

Các bộ tương thích này nhận ra kênh OMCI theo VPI/VCI trong trường hợpATM và theo Port-ID trong trường hợp GEM Bộ tương thích OMCI có thể thay đổi

dữ liệu kênh OMCI đối với các bộ tương thích ATM, GEM TC Bộ tương thíchOMCI nhận dữ liệu từ các TC tương thích và chuyển nó tới thực thể OMCI và ngượclại

2.3.6 Cấu trúc khung GPON

Hình 2.10 minh hoạ cấu trúc khung GTC TC đường xuống và đường lên

PCBd

T frame = 125 µs

PCBd n+1 Hướng xuống

Slot R

Hướng lên

Slot

1 byte

Khoảng TX khung ảo US

Hình 2.10: Cấu trúc tổng quan khung GTC hướng xuống và lên

Khung đường xuống bao gồm các phần: Khối điều khiển vật lý luồng xuốngPCBd (physical control block downstream), phần ATM, phần GEM Khung đường lên

khung đường lên còn có thể chứa các phần/đoạn PLOAMu, PLSu và DBRu Khungđường xuống cung cấp thông tin về thời gian tham chiếu cho GPON và thực hiện hoạtđộng báo hiệu điều khiển cho đường lên.

2.3.6.1 Cấu trúc khung đường xuống

Khuôn dạng khung đường xuống như trong hình 2.11

N x 53 byte

Hình 2.11: Cấu trúc khung đường xuống

Mỗi khung GTC đường xuống dài 125μs, chứa khối điều khiển vật lý luồngxuống PCBd và phần tải dữ liệu

Chi tiết khuôn dạng của khung đường xuống như trong hình 2.12 Phần mào đầucủa PCBd gồm phần cố định và phần thay đổi Phần cố định gồm các trường: PhysicalSync, Ident và PLOAM Các trường này được bảo vệ bởi 1 byte kiểm tra BIP (BitInterleaved Parity) Bốn byte đồng bộ vật lý (Physical Sync) chỉ thị bắt đầu của khungđường xuống Bốn byte của trường Ident chỉ thị FEC được sử dụng hay không, ngoài

ra nó còn thực hiện gói bộ đếm siêu khung, được sử dụng để cung cấp tín hiệu thamchiếu đồng bộ tốc độ thấp 13 byte của trường PLOAM trong PCBd được sử dụng đểthông tin giữa các bản tin OAM lớp vật lý với các ONU Các chức năng của PLOAMgồm đăng ký và xoá ONU, định cỡ, điều chỉnh công suất, cập nhật khoá mã hoá, thôngbáo lỗi lớp vật lý, v.v

Hình 2.12: Các trường thông tin trong khung đường xuống

Phần thay đổi của PCBd gồm 2 trường Plend chỉ thị độ dài bản đồ băng thôngđường lên và phần thông tin ATM trong T-CONT Mỗi ONU có thể được cấu hình vớinhiều T-CONT Bản đồ băng thông đường lên (Us Bw) xác định băng thông đường lênđược phân định cho các thực thể truy nhập Mỗi thực thể 8 byte truy nhập trong Us Bwbao gồm Alloc-ID của T-CONT, thời gian bắt đầu và kết thúc phát T-CONT hướnglên và 12 bit cờ chỉ thị cách thức phân định băng tần được sử dụng Vì khung cókhoảng thời gian là 125 ms, nên với các tốc độ khác nhau thì chiều dài khung sẽ khácnhau, ví dụ với tốc độ 1,24416 Gbps khung có độ dài là 19.9440 byte, với tốc độ2,48832 Gbps khung có độ dài là 38.880 byte Tuy nhiên, khối PCBd là giống nhauđối với cả hai hệ thống.

2.3.6.2 Cấu trúc khung đường lên

Khung đường lên có độ dài 125 s, gồm các khung ảo hướng lên Các khung ảohướng lên được tạo bởi các burst từ các ONU khác nhau Mỗi burst bắt đầu với trườngmào đầu lớp vật lý hướng lên (PLOu) Hình 2.13 mô tả cấu trúc khung đường lên

PLOu PLOAMu PLSu DBRuX Tải X DBRuY Tải Y PLOu DBRuZ Tải Z

Khung đường lên 125 µs

Hình 2.13: Cấu trúc khung đường lên

Mỗi khung chứa thông tin từ một hoặc nhiều ONU Bản đồ băng thông chỉ thị sựsắp xếp các thông tin này Trong suốt quá trình phân bổ tương ứng với hoạt động điềukhiển OLT, ONU có thể truyền từ một tới bốn byte mào đầu GPON và dữ liệu ngườidùng Bốn byte mào đầu bao gồm: Mào đầu lớp vật lý (PLOu); Các hoạt động vậnhành và quản trị các tham số lớp vật lý ở đường lên (PLOAMu); điều khiển công suấtđường lên (PLSu) và thông báo băng thông động (DBRu)

Cấu trúc các trường thông tin trong khung đường lên được chỉ ra ở Hình 2.14.PLOu bắt đầu với một tiền tố (Preamble) giúp cho máy thu chế độ burst tại OLT đồng

bộ với máy phát tại ONU Trường phân định (Delimiter) xác định sự bắt đầu của bursthướng lên Chiều dài và khuôn dạng của các trường tiền tố và phân định được xác địnhbởi OLT sử dụng bản tin PLOAM Trường Ind cung cấp các báo cáo về trạng thái củaONU với OLT

Hình 2.14: Cấu trúc các trường thông tin trong khung đường lên

Mỗi ONU có thể được gán bởi nhiều T-CONT Nếu 1 ONU được phân định cáckhe thời gian kề nhau cho các T-CONT với các Alloc-ID khác nhau, PLOu chỉ cầnphát một lần Tiếp theo trường PLOu, có 3 lựa chọn các trường mào đầu trong mỗiburst:

- Vận hành lớp vật lý, quản trị, và quản lý luồng lên (PLOAMu)

- Điều chỉnh công suất luồng lên (PLSu)

- Báo cáo băng thông động luồng lên (DBRu)

Việc phát của các trường này được phân định bởi OLT qua các cờ trong bản đồphân định băng thông đường lên (Us Bw map) của trường PCB Khi được yêu cầu bởiOLT, 120 byte trường PLSu được gửi bởi ONU để đo công suất Trường DBRu đượcghép vào mỗi T-CONT để báo cáo trạng thái lưu lượng hướng lên của các T-CONTtương ứng DBRu gồm các báo cáo DBA chỉ thị chiều dài hàng đợi cho việc phân địnhbăng thông động

2.3.7 Phương thức đóng gói dữ liệu

GPON xác định hai phương thức đóng gói ATM và GEM (GPON EncapsulationMethod) Các ONU và OLT có thể hỗ trợ cả T-CONT nền ATM hoặc GEM GEM sửdụng để đóng gói dữ liệu qua mạng GPON GEM cung cấp khả năng thông tin kết nốiđịnh hướng tương tự ATM GPON cho phép hỗ trợ nhiều loại hình dịch vụ khách hàngkhác nhau Khách hàng ATM được sắp xếp trong suốt vào khung GEM trên cả haihướng Khách hàng TDM được sắp xếp vào khung GEM sử dụng thủ tục đóng góiGEM Các gói dữ liệu bao gồm cả các khung Ethernet cũng được sắp xếp sử dụng thủtục đóng gói GEM GEM cũng hỗ trợ việc phân mảnh hoặc chia nhỏ các khung lớnthành các phân mảnh nhỏ và ghép lại ở đầu thu nhằm giảm trễ cho các lưu lượng thờigian thực Lưu lượng dữ liệu bao gồm các khung Ethernet, các gói tin IP, IPTV, VoIP

và các loại khác giúp cho truyền dẫn khung GEM hiệu quả và đơn giản GPON sử

dụng GEM mang lại hiệu quả cao trong truyền dẫn tải tin IP nhờ sử dụng tới 93% băngthông cho phép trên kênh truyền dẫn.

2.3.7.1 Cấu trúc khung GEM

Ở đường xuống, các khung được truyền từ OLT tới ONU sử dụng các phân vùngGEM Ở đường lên, các khung được truyền từ ONU tới OLT sử dụng thời gian phân

bổ GEM đã được cấu hình Giao thức GEM có hai chức năng: hỗ trợ tạo các khung dữliệu người dùng và cung cấp số hiệu cổng để ghép kênh

Ở đây thuật ngữ ‘khung dữ liệu người dùng’ biểu thị các khung đến từ và đi tới cácngười dùng Các chức năng này được hỗ trợ bởi phần tiêu đề GEM như trên Hình2.15 Tiêu đề GEM chứa các trường chỉ thị độ dài tải tin PLI (Payload lengthIndicator), Port ID, trường chỉ thị loại tải tin PTI (Payload Type Indicator) và 13 bittrường điều khiển lỗi tiêu đề HEC (Header error control)

PLI

12 bit Port ID12 bit 3 bitPTI 13 bitHEC Phân đoạn tảiL byte

Hình 2.15: Cấu trúc khung và mào đầu GEM

PLI chỉ thị độ dài, L tính theo byte của phần tải tin theo sau tiêu đề PLI được sửdụng để tìm tiêu đề kế tiếp trong dòng dữ liệu Kích thước 12 bit của trường này chophép các phân mảnh có độ dài tới 4.095 byte Nếu các khung dữ liệu người sử dụnglớn hơn giá trị này, các khung sẽ được phân mảnh nhỏ hơn 4.095 byte

Giá trị Port ID cung cấp 4.096 giá trị chỉ số lưu lượng duy nhất trong GPON đểthực hiện ghép kênh

Trường PTI chỉ thị nội dung của tải tin được phân mảnh và cách thức xử lý thíchhợp Mã hoá của 3 bit này giống với tiêu đề ATM Truyền tải GEM chỉ diễn ra trêncác phân đoạn GPON, chứ không sử dụng cho mục đích OAM từ đầu cuối đến đầucuối Đặc điểm này có thể thay đổi trong tương lai

Hoạt động báo cáo nghẽn thông qua các mã 2 và 3 là cho các nghiên cứu tươnglai Đối với mã 4, GEM sẽ tái sử dụng định dạng tế bào OAM hỗ trợ tải tin phân mảnhvới độ dài 48 byte giống như trong các chức năng OAM của ATM

Cuối cùng, HEC cho phép phát hiện và sửa lỗi cho tiêu đề HEC sử dụng kết hợp

mã BCH (39, 12, 2) và một bit chẵn lẻ (parity) Đa thức sinh cho mã này là x12 + x10 +

x8 + x5 + x4 + x3 + 1 Mã BCH được tính toán dựa trên chia modul 2 giá trị của 39 bitđầu tiên trong tiêu đề cho đa thức sinh Kết quả sẽ bằng không nếu không có lỗi Nếumột thanh ghi dịch được sử dụng để thực hiện phép chia, giá trị khởi tạo ban đầu củathanh ghi dịch sẽ toàn các bit 0 Bit parity được thiết lập sao cho tổng số các bit 1trong toàn bộ tiêu đề (40 bit) là một số chẵn

Khi tiêu đề được lắp ghép lại, bộ phát sẽ thực hiện XOR tiêu đề với mẫu cố định:0xB6AB31E055 và truyền đi kết quả Máy thu sẽ XOR các bit nhận được với mẫu cố

định để khôi phục tiêu đề Cơ chế này đảm bảo một chuỗi các khung rỗi sẽ có đủ nộidung và cấu hình đúng.

Quá trình tạo khung trong GPON yêu cầu sự hiện diện của tiêu đề HEC tại điểmbắt đầu của phân vùng GEM và tất cả các tải tin GEM đường lên Bằng cách đó, máythu được đảm bảo sẽ tìm được tiêu đề đầu tiên và các tiêu đề kế tiếp bằng cách sửdụng PLI làm con trỏ Nói cách khác, máy thu sẽ chuyển ngay sang trạng thái Sync khibắt đầu mỗi phân vùng và tải tin Tuy nhiên, trong trường hợp có lỗi, quá trình tạokhung có thể sẽ mất đồng bộ với dòng dữ liệu Máy thu sẽ yêu cầu thực hiện đồng bộlại bằng cách thực thi mô hình máy trạng thái như trên hình 2.16

Để tách riêng các tốc độ, một khung GEM rỗi sẽ được định nghĩa Nếu không cókhung người sử dụng nào được gửi, quá trình truyền sẽ tạo ra các khung rỗi và gửi đi.Máy thu sẽ sử dụng các khung này để duy trì đồng bộ và tất nhiên sẽ không có dữ liệuđược đưa lên GEM client Tiêu đề khung GEM được định nghĩa là toàn các bit 0 Điềunày hàm ý rằng dữ liệu thực chỉ có khi tiêu đề là mẫu cố định 0x0xB6AB31E055 do

đã thực hiện XOR trước khi truyền

Trạng thái tìm

Trạng thái trước đồng bộ

Trạng thái đồng bộ Một HEC đúng

Hình 2.16: Mô tả chuyển trạng thái dựa trên tiêu đề GEM

Do các khung dữ liệu có độ dài ngẫu nhiên, giao thức GEM cần phải hỗ trợ phânmảnh dữ liệu cho phép chèn các tiêu đề GEM tại điểm bắt đầu mỗi phân vùng và tảitin Cần lưu ý rằng sự phân mảnh có thể xảy ra trên cả đường xuống và đường lên Bit

có trọng số thấp nhất trong trường PTI của tiêu đề được sử dụng cho mục đích này.Mỗi khung dữ liệu có thể được chia thành một số phân mảnh Một số trường hợp được

000 #1

Khung người dùng Trường hợp 2

GEM PTI:

001 #2

GEM PTI:

000 #1

Khung người dùng Trường hợp 3

GEM PTI:

000 #2

GEM PTI:

001 #3

Hình 2.17: Một số trường hợp phân mảnh

Một điều rất quan trọng cần lưu ý là mỗi phân mảnh được truyền đi kế tiếp nhau.Điều này có nghĩa rằng một phân mảnh không thể đứng ngoài biên của khung Đây làmột hệ quả của yêu cầu mỗi tiêu đề phải bắt đầu ở tất cả các phân vùng và tải tin Vìvậy, quá trình phân mảnh cần biết được thời gian còn lại phân vùng hoặc tải tin vàphân mảnh các khung dữ liệu một cách phù hợp Một hàm ý khác của điều này là tiếnhành truyền các khung rỗi Trong một số trường hợp, mỗi khung hoàn chỉnh có thể có

4 hoặc nhiều hơn các byte thừa trong phân vùng GTC hoặc tải tin Độ thừa này nhỏhơn giá trị nhỏ nhất của khung GEM Trong trường hợp này, máy phát sẽ gửi đi mộtmẫu tiêu đề ưu tiên Máy thu tách tiêu đề này và loại bỏ nó Trong bất kỳ trường hợpnào, GEM sẽ được lưu lại tại thời điểm bắt đầu mỗi phân vùng hay tải tin

Quá trình phân mảnh trong GEM có thể được sử dụng với hai mục đích trong hệthống GTC Mục đích đầu tiên đã được đề cập đó là chèn một tiêu đề tại thời điểm bắtđầu mỗi phân vùng hoặc tải tin Ngoài ra, nếu là dữ liệu thời gian thực như thoại, cần

ưu tiên so với dữ liệu không phải thời gian thực Nói chung, hai ứng dụng của phânmảnh có thể được thực hiện bằng hai bước xử lý riêng: đầu tiên là chèn lưu lượng khẩnsau đó là chèn các tiêu đề cho phù hợp với phân vùng hoặc tải tin GTC Tuy nhiên,một phương pháp đơn giản hơn là để mỗi tầng phân mảnh thực hiện luôn cả hai chứcnăng Trong trường hợp này, các mảnh dữ liệu GEM khẩn luôn luôn được gửi đi ở đầumỗi phân vùng hoặc tải tin Bởi vì khung GTC tuần hoàn 125s nên cần đảm bảo trễ

đủ thấp cho dữ liệu khẩn Sự sắp xếp này được minh hoạ trong Hình 2.18

PTI 001- Đầy đủ 001-Kết thúcPTI

Hình 2.18: Mối quan hệ giữa khung GEM với khung GTC

2.3.7.2 Ánh xạ lưu lượng vào tải tin GTC

Một loạt các loại dữ liệu người sử dụng có thể được chứa trong tải tin GTC Cácgiao thức kênh mang cơ bản là ATM và GEM Trong mỗi giao thức này, nhiều dịch vụkhác nhau được vận chuyển

2.3.7.2.1 Ánh xạ các tế bào ATM vào tải tin GTC

Lưu lượng ATM được mang trên giao thức GTC Ở đường xuống, các tế bàođược truyền từ OLT tới các ONU sử dụng các phân vùng tải tin ATM OLT có thểphân bổ độ dài tế bào tuỳ theo yêu cầu của đường xuống Phân lớp tạo khung ONU lọccác tế bào tới dựa trên giá trị VPI và phân tán các tế bào thích hợp tới các máy trạmONU ATM Ở đường lên, các tế bào được truyền từ ONU tới OLT sử dụng thời gian

phân bổ ATM đã được cấu hình ONU lưu đệm các tế bào ATM đến, sau đó gửi thêmcụm khi tới thời gian phân bổ OLT nhận và ghép kênh các tế bào với các cụm từ cácONU khác và chuyển toàn bộ tới máy trạm OLT ATM.

2.3.7.2.2 Ánh xạ các khung GEM vào tải tin GTC

Lưu lượng GEM được mang qua giao thức GTC theo kiểu trong suốt Trongluồng xuống, các khung được truyền dẫn từ OLT đến các ONU sử dụng vùng tải trọngGEM OLT có thể cấp phát nhiều khoảng thời gian mà nó cần trong luồng xuống.Khung lớp con ONU lọc các khung cơ sở đi vào trong Port-ID, và chuyển nhữngkhung thích hợp tới ONU GEM Trong luồng lên, các khung được truyền dẫn từ ONUtới OLT sử dụng cấu hình GEM để định vị thời gian

2.3.7.2.3 Ánh xạ TDM vào GEM

Dữ liệu TDM được đóng gói vào GEM như trong Hình 2.19 Các gói dữ liệuTDM với cùng Port-ID được ghép nối trong lớp cao hơn qua TC Phần tải sẽ gồm Lbyte của đoạn TDM

PLI

12 bit Port-ID12 bit 3 bitPTI 13 bitHEC Phân đoạn tảiL byte

Hình 2.19: Cấu trúc khung dữ liệu TDM trong khung GEM

Các máy khách TDM được ánh xạ tới khung GEM bởi sự cho phép thay đổichiều dài của khung GEM theo sự dịch tần số của máy khách TDM Chiều dài củađoạn TDM biểu thị bởi trường PLI

Quá trình thích nghi nguồn TDM cần phải sắp xếp dữ liệu đầu vào trong một bộđệm lối vào và một lần một khung (ví dụ, mỗi 125 μs) Thông thường, trường PLI sẽchỉ báo một số lượng các byte cố định theo tốc độ TDM danh định Nếu tần số đầu ranhanh hơn tần số tín hiệu đi vào, bộ đệm lối vào sẽ bắt đầu để trống Bộ đệm đượcđiền vào khi rơi ở ngưỡng thấp hơn Kết quả là một số ít byte được đọc từ bộ đệm đầuvào và đưa vào bộ đệm khi vượt lên ngưỡng thấp hơn Ngược lại, nếu tần số đầu rachậm hơn tần số tín hiệu vào, bộ đệm sẽ bắt đầu lấp đầy Việc đưa vào bộ đệm sẽ dầndần vượt lên ngưỡng trên Kết quả, hơn một byte sẽ được đọc từ bộ đệm đầu vào và sựđiền vào bộ đệm sẽ giảm bớt ở phía dưới ngưỡng trên

Hình 2.20 miêu tả sự ánh xạ của TDM có độ dài thay đổi vào trong phiên tảitrọng của khung GEM

Hình 2.20: TDM ánh xạ qua GEM

2.3.7.2.4 Ánh xạ Ethernet vào GEM

Dữ liệu Ethernet là các gói, mỗi gói được ánh xạ vào trong khung GEM Tiền tố

và byte SFD không được cho vào khung GEM Sự phân đoạn của các gói Ethernet quanhiều khung GEM xem trong phần 2.3.7.1 ở trên

Tải GEM

CRC PTI Port ID PLI

FCS MAC client data Length/Type SA DA

EOF

SFD Preamble Inter paket gap

Hình 2.21: Cấu trúc khung Ethernet ánh xạ vào khung GEM

2.3.8 Định cỡ và phân định băng thông động trong GPON

2.3.8.1 Định cỡ

- Mục đích của định cỡ: Định cỡ (Ranging) được thực hiện để loại bỏ việc phát

lại không cần thiết, do vậy sử dụng băng tần hiệu quả và làm cho thời gian trễ cực đạinhỏ nhất nhờ việc ngăn các tín hiệu từ các ONU khỏi sự xung đột Khi các khối mạngquang được nối tới một giao diện OLT trong hệ thống mạng quang thụ động (PON),đặt ra nhu cầu cần một phương pháp ghép tín hiệu cho mỗi ONU

Trong các phân tích ở trên [mục 2.3.4], chúng ta đã phân tích về các kỹ thuật truynhập và phương thức ghép kênh được sử dụng cho hê thống GPON Do thực tế làphương pháp TDMA có chi phí thâp nhất hiện nay, nên các hệ thống PON nói chung

và GPON nói riêng sử dụng TDMA được chuẩn hóa và thương mại hóa Vì vậy, chúng

GPON Đầu tiên, OLT đo độ trễ 2 chiều tới ONU Xem trong Hình 2.22, thời giantruyền tín hiệu của mỗi ONU được điều chỉnh phù hợp với trễ khứ hồi (Round TripDelay – RTD, đó là thời gian trễ cần thiết để một tiến trình chuyền đi qua giữa OLT vàONU) sao cho tín hiệu từ ONU tới ở các thời điểm khác nhau và không gây chồng lấn.TDMA ghép tín hiệu từ các ONU vào các khe thời gian.

Thời gian

Thời gian

Thời gian

Hình 2.22: Đa truy nhập phân chia theo thời gian trong GPON

- Cửa số định cỡ: Khoảng cách giữa OLT và ONU thường khác với ONU tới

ONU Nếu không xác định chính xác RTD thì không thể thiết lập được thời gian phát.Nếu chúng ta kết nối với một ONU, đầu tiên ta phải đo RTD Với yêu cầu của hệthống vận hành (OPS), hình 2.23 minh hoạ OLT tự động và đều đặn sử dụng cửa sổđịnh cỡ để đo trễ và xác định một ONU để phát tín hiệu trong phép đo trễ

Sau khi đo RTD, thời gian phát của ONU phải được điều chỉnh Đó là khoảngthời gian (thời gian bảo vệ) giữa các tín hiệu do ONU nào đó và các ONU khác phát

Thời gian bảo vệ phải đủ lớn để các tín hiệu từ các ONU khác nhau không xung đột.Khoảng thời gian bảo vệ này được gọi là burst overhead (BOH) Khi BOH tăng lên, nólàm giảm hiệu suất và mặt khác khi nó được rút ngắn, chi phí thiết bị tăng lên Các ảnhhưởng tới kích thước của BOH: Lỗi trong phép đo RTD; Thay đổi RTD, sự biến đổitrong RTD là khoảng 36ps/km/8C; Thời gian ON/OFF của laser Thời gian để nguồnphát ổn định (laser on time) khi laser ONU được chuyển sang ON và thời gian nguồnquang giảm đi một mức (không ảnh hưởng tới việc nhận tín hiệu ONU tiếp theo) khilaser chuyển sang OFF (laser off time) phải khả dụng.

Máy thu thiết lập thời gian: Chúng ta phải đưa vào thời gian chuẩn để tách dữliệu và xung đồng hồ từ tín hiệu OLT nhận được Nó gồm thời gian yêu cầu để chỉnhmức nhận như thiết lập thời gian điều khiển độ tăng ích tự động, thời gian đồng bộ bittín hiệu nhận và thời gian đồng bộ mã

- Thủ tục định cỡ: Có hai cách xác định ONU cho quá trình định cỡ là phương

pháp xác định duy nhất ONU đã đăng ký và phương pháp xác định tất cả các ONUchưa đăng ký Trong phương pháp thứ nhất, một ONU với số ID riêng được xác địnhtrong hệ thống vận hành Trong phương pháp thứ hai OLT không biết số ID riêng củamỗi ONU, khi đó sẽ có vài ONU có thể truyền tín hiệu cho quá trình đo trễ diễn ra liêntục Một biện pháp giảm xung đột trong quá trình định cỡ là truyền tín hiệu cho quátrình đo trễ với một khoảng thời gian chờ ngẫu nhiên, gần giống như phương phápđược sử dụng trong Ethernet (CSMA/CD) Thậm chí nếu có xảy ra xung đột ngaybước đầu thì vẫn có thể tiến hành đo trễ bằng cách lặp lại quá trình truyền dẫn hai hay

ba lần Vì dữ liệu thuê bao không được truyền trước khi quá trình định cỡ kết thúc nên

sẽ không làm tăng trễ truyền dẫn dữ liệu Ngoài ra thời gian chờ ngẫu nhiên được sửdụng để chống xung đột không được bao gồm trong phép đo trễ khứ hồi RTD

Thủ tục định cỡ của GPON được chia thành 2 pha Ở pha thứ nhất xem Hình2.24, đăng ký số sêri cho ONU chưa đăng ký và cấp phát ONU-ID cho ONU đã thựchiện Số Sêri là ID xác định ONU và phải là duy nhất, đồng thời ONU-ID được sửdụng để điều khiển, theo dõi và kiểm tra ONU