Triển khai và đo kiểm mạng PON tại Trung tâm Viễn thông Từ Sơn–Viễn Thông Bắc Ninh

Đề tài này nghiên cứu triển khai đầu tư hệ thống mạng cáp quang dựa trên công nghệ GPON với quy mô trên toàn bộ địa bàn Thị xã Từ Sơn Tỉnh Bắc ninh giai đoạn đến 2016 nhằm đảm bảo có một hệ thống mạng truy nhập quang tốt nhất, các vấn đề đo kiểm trong quá trình triển khai cũng cần phải được xem xét. Bên cạnh đó, sự phát triển về nhu cầu sử dụng mạng giai đoạn sau 2016 cũng cần được ước tính và xem xét các giải pháp công nghệ PON đáp ứng được các yêu cầu đặt ra trong giai đoạn này trên địa bàn thị xã Từ Sơn do đơn vị Trung tâm Viễn thông Từ Sơn quản lý

NGUYỄN ANH VŨ

TRIỂN KHAI VÀ ĐO KIỂM MẠNG PON TẠI TRUNG TÂM VIỄN THÔNG TỪ SƠN

VIỄN THÔNG BẮC NINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

(Theo định hướng ứng dụng)

HÀ NỘI - 2016

NGUYỄN ANH VŨ

TRIỂN KHAI VÀ ĐO KIỂM MẠNG PON TẠI TRUNG TÂM VIỄN THÔNG TỪ SƠN

VIỄN THÔNG BẮC NINH

Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được aicông bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Nguyễn Anh Vũ

Xin trân trọng được cảm ơn các vị lãnh đạo và tập thể cán bộ công nhân viênTrung tâm Viễn Thông Từ Sơn, Viễn thông Bắc Ninh, Trung tâm Tin học VNPTLâm Đồng, Trung tâm tin học VNPT Hà Nội đã cung cấp thông tin, tài liệu và hỗtrợ giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình thực hiện luận văn

Và để có được những kiến thức như ngày hôm nay, cho phép em gửi lời cảm

ơn sâu sắc đến quý thầy cô Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông trong thờigian qua đã truyền đạt cho em những kiến thức quý báu

Xin trân trọng cảm ơn!

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT

A

AON Active Optical Network Mạng cáp quang chủ độngAPON ATM Passive Optical Network Mạng quang thụ động dùng

ATMATM Asynchronous Tranfer Mode Chế độ truyền tải không đồng

CO Central Office Tổng đài Trung tâm

CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra lỗi khung

E

EPON Ethernet Passive Optical Network Mạng quang thụ động dùng

Ethernet

F

FEC Forward Error Correction Sửa lỗi hướng tới trước

FTTB Fibre to the Building Mạng quang đến tòa nhà

FTTC Fibre to the Cabinet/Curb Mạng quang đến tủ cáp

FTTH Fibre to the Home Mạng quang đến hộ gia đình

ONU Optical Network Unit Thiết bị mạng quang

P

PCBd Physical control block downstream Khối điều khiển vật lý

PLOAM Physical layer OAM Quản lý vận hành bảo dưỡng

lớp vật lýPLOu Physical layer overhead upstream Mào đầu lớp vật lý

PLSu Power leveling sequence upstream Điều chỉnh công suất

PON Passive Optical Network Mạng quang thụ động

T

T-CONT Transmission Container Khung truyền dẫn GPONTDM Time Division Multiplexing Ghép kênh theo thời gianTDM PON Time Division Multiplexing PON PON ghép kênh theo thời gianTDMA Time Division Multiplexing Access Đa truy nhập theo thời gianTWDM

DANH MỤC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ

MỞ ĐẦU

Ngày nay, mạng internet đã và đang ngày càng trở thành một phần không thểthiếu trong cuộc sống hiện đại Với những nhu cầu sử dụng các dịch vụ của mạnginternet ngày càng lớn và đa dạng, đòi hỏi công nghệ internet cũng ngày càng pháttriển, tốc độ cần phải nâng cao để đáp ứng điều đó

Cuối năm 2014 Viễn thông Bắc ninh là một trong những tỉnh được tập đoànbưu chính Viễn thông (VNPT) cho đầu tư hệ thống cáp quang truy nhập sử dụngcông nghệ GPON, dần dần thay thế cho mạng internet công nghệ xDSL và mạngFTTx AON

Viễn thông Bắc ninh giao cho các đơn vị trực thuộc lập kế hoạch đến hếtnăm 2016 sẽ đầu tư cơ bản hệ thống mạng truy nhập quang GPON trên địa bàn toànTỉnh, đáp ứng nhu cầu phát triển mạng truy nhập băng rộng cho hầu hết các khuvực trên toàn địa bàn

Từ các vấn đề trên, em lựa chọn đề tài nghiên cứu: “Triển khai và đo kiểm mạng PON tại Trung tâm Viễn thông Từ Sơn–Viễn Thông Bắc Ninh”nhằm đáp

ứng một số yêu cầu đã được nêu trên

Đề tài này nghiên cứu triển khai đầu tư hệ thống mạng cáp quang dựa trêncông nghệ GPON với quy mô trên toàn bộ địa bàn Thị xã Từ Sơn Tỉnh Bắc ninhgiai đoạn đến 2016 nhằm đảm bảo có một hệ thống mạng truy nhập quang tốt nhất,các vấn đề đo kiểm trong quá trình triển khai cũng cần phải được xem xét Bên cạnh

đó, sự phát triển về nhu cầu sử dụng mạng giai đoạn sau 2016 cũng cần được ướctính và xem xét các giải pháp công nghệ PON đáp ứng được các yêu cầu đặt ratrong giai đoạn này trên địa bàn thị xã Từ Sơn do đơn vị Trung tâm Viễn thông TừSơn quản lý

Luận văn “Triển khai và đo kiểm mạng PON tại trung tâm Viễn thông TừSơn – Viễn thông Bắc Ninh” gồm 3 chương:

Chương 1: Mạng truy nhập quang thụ động PON – Trình bày tổng quan vềmạng truy nhập PON và các hệ thống PON đang được triển khai

Chương 2: Công nghệ mạng quang thụ động GPON và thế hệ kế tiếp – Trìnhbày tổng quan về mạng truy nhập PON công nghệ GPON và công nghệ NG PON.

Chương 3: Triển khai và đo kiểm chất lượng dịch vụ PON tại Trung tâmViễn thông Từ Sơn – Trình bày về quá trình triển khai mạng PON tại Trung tâmViễn thông Từ Sơn và kết quả đo kiểm chất lượng thực tế để đánh giá chất lượngdịch vụ tại Trung tâm Viễn thông Từ Sơn Nghiên cứu triển khai nâng cấp mạngGPON giai đoạn sau 2016

CHƯƠNG 1: MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG PON

-Chương này tìm hiểu chung về mạng truy nhập cáp quang thụ động PON,trong đó có đề cập đến các loại mạng truy nhập, các công nghệ chủ yếu trong mạngPON và các thế hệ của mạng PON

1.1 Khái niệm mạng truy nhập

“Mạng truy nhập ở vị trí cuối của mạng viễn thông, trực tiếp đấu nối tới thuêbao, bao gồm tất cả các thiết bị và đường dây được lắp đặt giữa trạm chuyển mạch

nội hạt với các thiết bị đầu cuối của thuê bao”[4, Tr 2].

1.1.1 Mạng truy nhập hữu tuyến cáp đồng

Là mạng truy nhập hữu tuyến với môi trường truyền dẫn từ tổng đài đến thuêbao là đôi dây đồng hoặc cáp đồng trục

Ưu điểm của mạng hữu tuyến là dễ triển khai, giá thành các thiết bị đầu cuối,thiết bị xử lý tín hiệu thấp Tuy nhiên nhược điểm khoảng cách ngắn do suy haolớn, tốc độ truy nhập tối đa là 100 Mbp/s khi sử dụng công nghệ VDSL2+, hơn nữagiá thành cáp đồng cao

1.1.3 Mạng truy nhập vô tuyến

Là mạng truy nhập không dây với môi trường truyền dẫn là không khí

Ưu điểm của mạng vô tuyến là không cần dây đấu nối giữa các thiết bị, tuynhiên nhược điểm là dễ bị vật cản che chắn và chịu sự tác động của môi trườngxung quanh.

1.2 Mạng truy nhập cáp quang PON

1.2.1 Khái niệm mạng truy nhập quang PON

PON, viết tắt của tên tiếng Anh - Passive Optical Network, nghĩa là "mạng

quang thụ động", là một hình thức truy cập mạng cáp quang, kiểu mạng kết nốiĐiểm - Đa điểm (P2M), các sợi quang làm cơ sở tạo kiến trúc mạng Mỗi kháchhàng được kết nối tới mạng quang thông qua một bộ chia quang thụ động và khôngcần nguồn cấp, vì vậy không có các thiết bị điện chủ động trong mạng phân chia vàbăng thông được chia sẻ từ nhánh (feeder) đến người dùng (drop), cho phép một sợiquang đơn phục vụ nhiều nhánh cơ sở, thường là từ 16-128 PON bao gồm một thiết

bị đầu cuối dây quang (OLT - Optical Line Terminal) tại tổng đài trung tâm của nhàcung cấp dịch vụ và các thiết bị mạng quang (ONUs -Optical Network Units) nơigần người dùng cuối Công nghệ PON làm giảm yêu cầu số lượng dây dẫn và thiết

bị tại tổng đài trung tâm so với các kiến trúc điểm - điểm

Mạng PON không chứa bất kỳ một phần tử tích cực nào mà cần phải có sựchuyển đổi điện - quang Thay vào đó, PON bao gồm: sợi quang, các bộ chia, bộ kếthợp, bộ ghép định hướng, thấu kính, bộ lọc, Điều này giúp cho PON có một số ưuđiểm như:

+ Không cần nguồn điện cung cấp nên không bị ảnh hưởng bởi lỗi nguồn, có

độ tin cậy cao và không cần phải bảo dưỡng do tín hiệu không bị suy hao nhiều nhưđối với các phần tử tích cực Các thiết bị splitter không cần cấp nguồn, có giá thành

rẻ và có thể đặt ở bất kì đâu, không phụ thuộc và các điều kiện môi trường, khôngcần phải cung cấp năng lượng cho các thiết bị giữa tồng đài trung tâm và phía ngườidùng Ngoài ra, ưu điểm này còn giúp các nhà khai thác giảm được chi phí bảodưỡng, vận hành Kiến trúc PON cho phép giảm chi phí cáp sợi quang và giảm chiphí cho thiết bị tại CO do nó cho phép nhiều người dùng (8,16,32,64 hoặc 128 user)chia sẻ chung một sợi quang

+ Mạng PON ngoài việc giải quyết các vấn đề về băng thông, nó còn có ưuđiểm là chi phí lắp đặt thấp do nó tận dụng được những sợi quang trong mạng đã có

từ trước PON cũng dễ dàng và thuận tiện trong việc ghép thêm các ONU theo yêucầu của các dịch vụ, trong khi đó việc thiết lập thêm các nút trong mạng tích cựckhá phức tạp do việc cấp nguồn tại mỗi nút mạng, và trong mỗi nút mạng đều cần

có các bộ phát lại

+ PON còn có khả năng chống lỗi cao (cao hơn SONET/SDH) Do các nútcủa mạng PON nằm ở bên ngoài mạng, nên tổn hao năng lượng trên các nút nàykhông gây ảnh hưởng gì đến các nút khác Khả năng một nút mất năng lượng màkhông làm ngắt mạng là rất quan trọng đối với mạng truy nhập, do các nhà cung cấpkhông thể đảm bảo được năng lượng dự phòng cho tất cả các đầu cuối ở xa

Với những lý do như trên, công nghệ PON có thể được coi là một giải pháphàng đầu cho mạng truy nhập PON cũng cho phép tương thích với các giao diệnSONET/SDH và có thể được sử dụng như một vòng thu quang thay thế cho cáctuyến truyền dẫn ngắn trong mạng đô thị hay mạch vòng SONET/SDH đường trục

Ngoài những ưu điểm trên thì nhược điểm của mạng PON so với mạng AON

là giới hạn khoảng cách nhỏ, khoảng cách truyền dẫn tối đa là 20 km

Mô hình mạng PON được thể hiện ở hình 1.1

Hình 1.1: Mô hình mạng cáp quang thụ động PON

Mạng phân bố quang ODN (Optical Distribution Network): Thực hiện truyềndẫn quang từ OLT tới người dùng và ngược lại, sử dụng các cấu kiện quang thụđộng

Thiết bị kết cuối đường dây OLT (Optical Line Termination): Cung cấp giaodiện phía mạng

Thiết bị kết cuối mạng ONT (Optical Network Termination): Là thiết bịONU cung cấp chức năng cổng giao diện cho người dùng trong mạng FTTH

Thiết bị mạng quang ONU (Optical Network Unit): Cung cấp giao diện phía

người dùng (trực tiếp hoặc từ xa) của mạng OAN và được kết nối tới mạng ODN

1.2.2 Các thế hệ mạng PON

a APON/BPON

Từ năm 1995, 7 nhà khai thác mạng hàng đầu thế giới đã lập nên nhómFSAN (Full Service Access Network) với mục tiêu là thống nhất các tiêu chí chomạng truy nhập băng rộng Hiện nay các thành viên của FSAN đã tăng lên đến trên

40 trong đó có nhiều hãng sản xuất và cung cấp thiết bị viễn thông lớn trên thế giới.Các thành viên của FSAN đã phát triển một tiêu chí cho mạng truy nhập PON sửdụng 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 BPON với ýdiễn đạt PON băng rộng Hệ thống BPON có khả năng cung cấp nhiều dịch vụ băngrộng như Ethernet, Video, đường riêng ảo, kênh thuê riêng, v.v Năm 1997 nhómFSAN 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 Hệ thốngBPON 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 nhiều

ở nhiều nơi, tập trung ở Bắc Mỹ, Nhật Bản và một phần Châu Âu

b GPON

Do đặc tính cấu trúc của BPON khó có thể nâng cấp lên tốc độ cao hơn 622Mbps và mạng PON trên cở sở nền ATM không tối ưu đối với lưu lượng IP, nhómFSAN phát triển một hệ thống mạng PON mới từ năm 2001 với tốc độ 1Gbps hỗ trợ

cả lưu lượng ATM và IP Dựa trên các khuyến nghị của FSAN, từ năm 2003-2004,ITU-T đã chuẩn hóa một loạt các tiêu chuẩn cho mạng PON Gigabit (GPON) baogồm G.984.1,G.984.2 và G.984.3.

Chuẩn GPON hiện nay được định nghĩa dựa trên các giao thức cơ bản củachuẩn SONET/SDH ITU Các giao thức của nó khá đơn giản và đòi hỏi rất ít thủtục Chính vì thế mà hiệu suất băng thông của GPON đạt tới hơn 90%

Các ưu điểm của GPON : Cung cấp dịch vụ bộ ba, hỗ trợ các dịch vụ âmthanh, dữ liệu và video truyền theo định dạng gốc của nó Rất nhiều các dịch vụ

Ethernet như QoS, VLAN, IGMP (Internet Group Management Protocol) và RSTP

(Rapid Spanning Tree 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 hướngxuống/hướng lên tương ứng 2,488/1,244 Gbit/s GPON cung cấp độ rộng băng lớnchưa từng có từ trước tới nay và là công nghệ tối ưu cho các ứng dụng của FTTH vàFTTB

Hiện nay GPON là công nghệ phù hợp cho việc truyền thông Ethernet/IP vớiviệc hỗ trợ truyền tiếng nói và video qua PON bằng việc sử dụng giao thứcSONET/SDH

c EPON

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 nhậpvùng, hướng tới các mạng các mạng đến nhà thuê bao hoặc các doanh nghiệp vớiyêu cầu vẫn giữ các tính chất của Ethernet truyền thống Ethernet PON được bắtđầu nghiên cứu trong thời gian gian này

Ethernet PON (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 đườngtruyền 8b/10B và hoạt động với tốc độ 1Gbps

d NG-PON

NG-PON (next Generation PON) thế hệ tiếp theo của PON ra đời nhằm đápứng nhu cầu ngày càng cao về tốc độ và băng thông truy nhập

Các công nghệ cho thế hệ kế tiếp như 10GPON, 10GEPON được định nghĩatại IEEE 802.3av vào năm 2009, các tiêu chuẩn này hỗ trợ cả 2 cấu hình: Không đốixứng hoạt động ở tốc độ 10Gbps (cho đường xuống), 1Gbps ( cho đường lên) vàcấu hình đối xứng hoạt động ở tốc độ 10Gbps cho cả hai hướng.

Cuối cùng vào năm 2010, 10GPON được chuẩn hóa tại tiêu chuẩn ITU-TG987: 10-Gigabit-capable passive optical network (XG-PON) systems, và được xácđịnh dựa trên kiến trúc TDM PON

Cả hai tiêu chuẩn IEEE và ITU-T cho phép sự cùng tồn tại của các thế hệkhác nhau của công nghệ PON Tuy nhiên, các tiêu chuẩn NG-PON2 đề xuất đãcung cấp một con đường rõ ràng để dung lượng cao hơn, và do đó dự kiến sẽ giảiquyết tốt hơn các nhu cầu của các nhà khai thác trong tương lai

NG-PON 2 được xác định tại tiêu chuẩn ITU – 989: 40-Gigabit-capablepassive optical networks (NG-PON2)

Mạng quang thụ động thế hệ kế tiếp NG-PON 2 sử dụng công nghệ(TWDM) ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) và đa truy nhập phân chiatheo thời gian (TDM) TWDM - PON sẽ cùng tồn tại với hệ thống GPON và10GPON

CHƯƠNG 2: MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG GPON VÀ THẾ

HỆ KẾ TIẾP

Chương này tìm hiểu sâu thêm về mạng truy nhập quang thụ động GPONbao gồm các thông số kỹ thuật, các phương thức đóng gói và truyền tải dữ liệutrong mạng, khả năng bảo mật mạng, khả năng cung cấp băng thông Để từ đó cóthể triển khai mạng truy nhập GPON được hiệu quả, ổn định và đảm bảo chấtlượng Cùng với đó tìm hiểu thêm xu hướng phát triển mạng PON thế hệ kế tiếp vàcác vấn đề chuyển tiếp từ mạng GPON lên mạng thế hệ sau cũng sẽ được trình bàytrong chương này

2.1 Khái niệm GPON

GPON (Gigabit Passive Optical Network) định nghĩa theo chuẩn ITU-TG.984 GPON được mở rộng từ chuẩn BPON G.983 bằng cách tăng băng thông,nâng hiệu suất băng thông nhờ sử dụng gói lớn, có độ dài thay đổi và tiêu chuẩn hóaquản lý Thêm nữa, chuẩn cho phép vài sự lựa chọn của tốc độ bit, nhưng kỹ nghệhội tụ trên 2,488 Mbit/s của băng thông luồng xuống và 1,244 Mbit/s của băngthông luồng lên Phương thức đóng gói GPON - GEM (GPON EncapsulationMethod) cho phép đóng gói lưu lượng người dùng rất hiệu quả, với sự phân đoạnkhung cho phép chất lượng dịch vụ QoS (Quality of Service) cao hơn phục vụ lưulượng nhạy cảm như truyền thoại và video GPON hỗ trợ tốc độ cao hơn, tăngcường bảo mật và chọn lớp 2 giao thức (ATM, GEM, Ethernet tuy nhiên trên thực

tế ATM chưa từng được sử dụng) Điều đó cho phép GPON phân phối thêm cácdịch vụ tới nhiều thuê bao hơn với chi phí thấp hơn cũng như cho phép khả năngtương thích lớn hơn giữa các nhà cung cấp thiết bị

2.2 Các tiêu chuẩn ITU – T của GPON

GPON được ITU-T chuẩn hóa theo chuẩn G.984 bắt đầu từ năm 2003, mởrộng từ chuẩn BPON G.983

- ITU-T G.984.1 ( 03/2003) “G-PON: General characteristics”: Cung cấp cácgiao diện mạng người dùng (UNI), giao diện nút dịch vụ (SNI) và một sốdịch vụ Chuẩn này kế thừa hệ thống G.982 (APON) và G.983.x (BPON)

bằng việc xem xét lại dịch vụ hỗ trợ, chính sách bảo mật, tốc độ bit danhđịnh.

- ITU-T G.984.2 (03/2003) “G-PON: PMD layer specification”: Chỉ ra cácyêu cầu cho lớp vật lý và các chi tiết kỹ thuật cho lớp PMD Nó bao gồm các

hệ thống có tốc độ hướng xuống 1244.160 Mbit/s, 2488.320 Mbit/s và hướnglên 155.520 Mbit/s, 622.080 Mbit/s, 1244.160 Mbit/s, 2488.320 Mbit/s Mô

tả cả hệ thống GPON đối xứng và bất đối xứng

- ITU-T G.984.2 Adm 1 (02/2006): Thêm phụ lục cho ITU-T G.984.2, các xácminh về khả năng châp nhận giá thành sản xuât công nghiệp đối với hệthống G- PON 2.488/1.244 Gbit/s

- ITU-T G.984.3 (02/2004) “G-PON: TC layer specification”: Mô tả lớp hội tụtruyền dẫn (Transmission convergence - TC) cho các mạng G-PON bao gồmđịnh dạng khung, phương thức điều khiển truy nhập môi trường, phươngthức ranging, chức năng OAM và bảo mật

- ITU-T G.984.3 Adml (07/2005): Cải tiến chỉ tiêu kỹ thuật lớp TC, sửa đổihiệu chỉnh về từ ngữ G.984.3

- ITU-T G.984.3 Adm2 (03/2006): Thêm thông tin phần phụ lục ITU-TG.984.3 cho phần kỹ thuật và định dạng tín hiệu hướng xuống

- ITU-T G.984.3 Adm3 (12/2006): Sáng tỏ và cô đọng nội dung ITU-TG.984.3

- ITU-T G.984.4 (06/2004) “G-PON: ONT management and control interfacespecification”: cung cấp chỉ tiêu kỹ thuật giao diện điều khiển (OMCI) vàquản lý ONT các hệ thống GPON

- ITU-T G.984.4 Adm1 (06/2005): Sửa đổi bổ sung ITU-T G.984.4

- ITU-T G.984.4 Adm2 (03/2006): Sửa đổi bổ sung ITU-T G.984.4 ITU-TG.984.4 Adm3 (03/2006): làm rõ nghĩa cho phần G-OMCI, mô tả các mứccảnh báo, giới hạn tốc độ các cổng Ethernet, OMCI cho OMCI, vận chuyểnlưu lượng pseudowire

- ITU-T G.984.5 (09/2007): “G-PON: Enhancement band” đưa ra dải bước

sóng dành cho các tín hiệu dịch vụ áp dụng cho WDM trong mạng G-PON.

- ITU-T G.984.6 (03/2008): “G-PON : Reach Extension”, bổ sung thêm cácnghiên cứu mới về bước sóng quang và tốc độ chia tách

- ITU-T G.984.7 (07/2010): “Long reach”, đưa ra bộ các yêu cầu lớp PMD vàlớp hội tụ truyền dẫn đối với hệ thống G-PON có cự ly truyền dẫn từ 20kmđến 40km

2.3 Kiến trúc chung của hệ thống GPON

Hình 2.1 Kiến trúc chung của hệ thống GPON

- Mạng phân phối quang ODN (Optical Distribution Network) gồm có 2 thànhphần chính là bộ chia quang (Splitter) và các sợi quang, ngoài ra còn có cácphụ kiện khác như tủ phân phối quang (ODF), măng xông, tủ ngoài trời

- Bộ chia/ghép quang thụ động (Splitter): Dùng để chia/ghép thụ động tín hiệuquang từ nhà cung cấp dịch vụ đến khách hàng và ngược lại giúp tận dụnghiệu quả sợi quang vật lý Splitter thường được đặt tại các điểm phân phốiquang (DP) và các điểm truy nhập quang (AP) Bộ chia/ghép quang sẽ có 2loại, một loại đặt tại các nhà trạm viễn thông sử dụng các tủ kiểu indoor, loạithứ 2 sẽ là loại thiết bị được bọc kín có thể mở ra được khi cần thiết và đặttại các điểm măng xông hay tủ phối quang đặt ngoài trời

- Trong mạng GPON chỉ có 2 loại phần tử là thiết bị tích cực (yêu cầu phải có

nguồn điện) là OLT, ONT/ONU Các thành phần khác trong mạng (splitter, phụ kiện quang…) đều là thiết bị thụ động (không yêu cầu phải cấp nguồn)

do đó giảm thiểu được rất nhiều sự cố có thể có đối với một phần tử tích cực

2.4 Các mô hình mạng truy nhập cáp quang GPON

Hiện nay, GPON có 3 mô hình mạng cơ bản là FTTC, FTTH, FTTB

Hình 2.2: Các mô hình triển khai mạng cáp quang GPON

(Nguồn: http://www.thuthuatict.com/2015/07/mang-quang-thu-ong-gpon-phan-1.html)

FTTC: Fiber to the cabinet – Mạng cáp quang đến các tủ cáp trong khu vựcFTTB: Fiber to the Building – Mạng cáp quang đến các tòa nhà

FTTH : Fiber to the home – Mạng cáp quang đến hộ gia đình

2.5 Thông số kỹ thuật của mạng GPON

2.5.1 Tốc độ truyền dẫn

Về cơ bản, GPON hướng tới tốc độ truyền dẫn lớn hơn hoặc bằng 1.2 Gbit/s.Tuy nhiên, trong trường hợp dịch vụ xDSL không đối xứng cho FTTH hoặc FTTHthì không cần thiết đến tốc độ cao như vậy GPON định nghĩa 7 dạng tốc độ bit như

sau[2, tr.20], [14, tr.4 - 6]

0,15552 Gbps đường lên, 1,24416 Gbps đường xuống

0,62208 Gbps đường lên, 1,24416 Gbps đường xuống

1,24416 Gbps đường lên, 1,24416 Gbps đường xuống

0,15552 Gbps đường lên, 2,48832 Gbps đường xuống

0,62208 Gbps đường lên, 2,48832 Gbps đường xuống

1,24416 Gbps đường lên, 2,48832 Gbps đường xuống

2,48832 Gbps đường lên, 2,48832 Gbps đường xuống

2.5.2 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 nhât: 10-12

Phạm vi công suât phát quang luồng xuống: -3 đến +2 dBm (10km ODN)hoặc +2 đến +7 (20km ODN)

Phạm vi công suât phát quang luồng lên: -1 đến +4 dBm (10km và 20kmODN)

Loại cáp: tiêu chuẩn ITU-T Rec G.652

Suy hao tối đa giữa các ONU: 15dB

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

2.6 Đóng gói dữ liệu và nguyên tắc hoạt động của mạng GPON

kế tiếp nhau Những khe thời gian này có thể được ấn định trước cho mỗi kháchhàng hoặc có thể phân theo yêu cầu tuỳ thuộc vào phương thức chuyển giao đang sửdụng Hình 2.3 là một ví dụ về việc sử dụng TDMA trên GPON hình cây Mỗi thuêbao được phép gửi số liệu đường lên trong khe thời gian riêng biệt Bộ tách kênhsắp xếp số liệu đến theo vị trí khe thời gian của nó hoặc thông tin được gửi trongbản thân khe thời gian Số liệu đường xuống cũng được gửi trong những khe thờigian xác địnhcó ưu điểm rât lớn đó là các ONU có thể hoạt động trên cùng mộtbước sóng, và OLT hoàn toàn có khả năng phân biệt được lưu lượng của từngONU OLT cũng chỉ cần một bộ thu, điều này sẽ dễ dàng cho việc triển khai 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 dễ dàngthêm các ONU nếu có nhu cầu nâng cấp mạng.

Một đặc tính quan trọng của GPON sử dụng TDMA là yêu cầu bắt buộc vềđồng bộ của lưu lượng đường lên để tránh xung đột số liệu Xung đột này sẽ xảy ranếu hai hay nhiều gói dữ liệu từ những thuê bao khác nhau đến bộ ghép cùng mộtthời điểm Tín hiệu này đè lên tín hiệu kia và tạo thành tín hiệu ghép Phía đầu xakhông thể nhận dạng được chính xác tín hiệu tới, kết quả là sinh ra một loạt lỗi bit

và suy giảm thông tin đường lên, ảnh hưởng đến chất lượng của mạng Tuy nhiêncác vấn đề trên đều được khắc phục với cơ chế định cỡ và phân định băng thôngđộng của GPON mà chúng ta sẽ đề cập ở phần sau

2.6.2 Phương thức đóng gói dữ liệu trong GPON

GPON định nghĩa hai phương thức đóng gói ATM và GEM (GPONEncapsulation Method) Các ONU và OLT có thể hỗ trợ cả T-CONT nền ATMhoặc GEM

GPON sử dụng lớp con truyền dẫn hội tụ GTC (GPON TransmissionConvergence).Khung GTC có thể đóng gói trực tiếp các gói dữ liệu thông quaphương pháp đóng gói GEM (GPON Encapsulation Method) Phần tải khung GTCchứa cả ATM và GEM

Chức năng chính của lớp truyền dẫn hội tụ GPON (GPON TransmissionConvergence) là để cung cấp ghép kênh vận chuyển giữa OLT và ONU

Ngoài ra hệ thống GTC cung cấp điều khiển đa truy nhập cho lưu lượnghướng lên Trong các khung hướng xuống sẽ chỉ thị khe thời gianđược phép truyềnlưu lượng lên trong khung hướng lên đồng bộ với khung hướng xuống

Khái niệm điều khiển đa truy nhập GPON được mô tả ở hình 2.4 OLT gửicác con trỏ trong khối điều khiển vật lí PCBd, các con trỏ này chỉ thị thời gian bắtđầu và kết thúc mà mỗi container truyền dẫn (T-CONT) có thể dùng để truyền dữliệu hướng lên Bằng cách này, chỉ có một ONU truy nhập mạng tại bất kì thời điểmnào không có sự tranh chấp trong hoạt động bình thường Các con trỏ được đưa vào

các khối byte, cho phép OLT điều khiển môi trường mạng với tốc độ 64 kbps Tuynhiên, chuẩn cho phép nhà khai thác dịch vụ thêm các tốc độ lớn hơn.

Hình 2.4: Điều khiển đa truy nhập GPON

(Nguồn: ITU-T Recommendation G.983.1, Broadband optical access systems based on Passive Optical Networks (PON), 2005)

Mặc dù GPON hỗ trợ truyền tải tin ATM, nhưng nó cũng đưa vào một cơchế thích nghi tải tin mới mà được tối ưu hóa cho truyền tải các khung Ethernetđược gọi là phương thức đóng gói GEM (GPON Encapsulation Method - GEM)

Phương thức đóng gói dữ liệu GPON (GPON Encapsulation Method - GEM)

sử dụng để đóng gói dữ liệu qua mạng GPON GEM cung cấp khả năng thông tinkết nối định hướng tương tự ATM GPON sử dụng GEM mang lại hiệu quả caotrong truyền dẫn tải tin IP nhờ sử dụng tới 95% băng thông cho phép trên kênhtruyền dẫn

GEM Port là đơn vị nhỏ nhất mang thông tin dịch vụ trong mạng GPON Nó

là một cổng ảo để thực hiện đóng gói và truyền khung giữa OLT và ONU / ONT

GEM port GEM port GEM port T-CONT

GEM port GEM port T-CONT

GEM port GEM port GEM port T-CONT

GEM port T-CONT

ONU

ONU

ONU

Nhận dạng bởi ONU - ID Nhận dạng bởiAlloc - ID Nhận dạng bởiPort - ID

(theo phương thức đóng gói GEM) Mỗi ONU được gán một GEM port khác nhau

và được xác định bởi một ID cổng duy nhất Port ID khoảng từ 0 đến 4095, nó đượccấp phát bởi OLT, tức là một cổng GEM chỉ có thể được sử dụng bởi một ONU /ONT duy nhất cho mỗi giao diện PON trên OLT

T-CONT là một bộ đệm mang các dịch vụ, nó được sử dụng cho nhiềuhướng lên Mỗi T-CONT tương ứng với một lưu lượng truy cập dịch vụ của mộtloại băng thông Mỗi T-CONT được xác định bởi một ALLOC_ID duy nhất CácALLOC_ID giá trị khoảng từ 0 đến 4095 Nó được cấp phát bởi OLT tức là một T-CONT chỉ có thể được sử dụng bởi một ONU/ONT mỗi giao diện PON trên OLT

Mỗi T-CONT bao gồm một hoặc nhiều GEM Port Mỗi GEM Port mang mộtloại hình lưu lượng dịch vụ tức là một loại T-CONT

Hình 2.5: Kiến trúc ghép kênh GPON

2.6.3 Cấu trúc khung tín hiệu trong GPON

GPON sử dụng cấu trúc khung GTC (GPON Transmission Conversion) chotruyền dẫn ở hướng xuống và hướng lên là khác nhau

a Cấu trúc khung hướng xuống

Mỗi khung hướng xuống GTC dài 125 μs ở cả tốc độ khung là 1.24416Gbit/s và 2.48832 Gbit/s, chứa khối điều khiển vật lí (PCBd- downstream PhysicalControl Block) và phần tải được mô tả ở hình 2.6.

Hình 2.6: Chuỗi các khung hướng xuống GTC

Khung hướng xuống bắt đầu với một từ mào đầu PLOAM, tiếp sau đó làvùng tải tin GEM hoặc các tế bào ATM PLOAM gồm có thông tin cấu trúc khung

và sắp đặt băng thông cho ONT/ONU gửi dữ liệu trong khung hướng lên tiếp theo

Header của khối điều khiển vật lí bao gồm phần cố định và phần có thể thayđổi Phần cố định chứa vùng đồng bộ vật lí, vùng ID và vùng PLOAM Phần có thểthay đổi bao gồm chiều dài tải ở hướng xuống (Plend-Payload length downstream)

và bộ nhớ băng thông hướng lên Chi tiết các vùng được mô tả ở Hình 2.7

Vùng đồng bộ vật lí: Được cố định là 4 byte và nó bắt đầu ở mỗi khối PCBd.

ONU sử dụng phần này để tìm vị trí bắt đầu khung

ONU thực hiện cơ chế đồng bộ bắt đầu trạng thái tìm kiếm.ONU tìm raPsync trong hàng đợi Mỗi lần nó tìm ra Psync thì nó sẽ chuyển thành pre -sync vàthiết lập bộ đếm cài giá trị là 1 Sau đó, ONU sẽ tìm Psync khác sau chu kì 125μs

Cứ mỗi Psync đúng, bộ đếm sẽ tăng thêm 1 Nếu Psync không đúng, ONU sẽ truyền

ngược lại trạng thái tìm kiếm Trong trạng thái pre-sync, nếu bộ đếm truyền đúngtới M1 thì ONU sẽ truyền đến trạng thái đồng bộ sync Mỗi lần ONU đạt đến trạngthái sync, ONU biểu thị nó đã tìm ra cấu trúc khung hướng xuống và bắt đầu xử líthông tin PCBd Nếu ONU phát hiện vùng Psync M2 kế tiếp không đúng, nó sẽ biểuthị là mất khung và trở về trạng thái tìm kiếm

Vùng ID: Có 32 bit trong đó một bit dùng để kiểm tra lỗi khung FEC ở

hướng xuống, một bit để dành và 30 bit chỉ thị cấu trúc khung lớn hơn Bộ đếm siêukhung này được dùng cho hệ thống mã hóa dữ liệu của người dùng và cũng có thểđược dùng để cung cấp tín hiệu tham chiếu đồng bộ tốc độ thấp 30 bit của vùng IDdùng để đếm và mỗi ID của khung sẽ lớn hơn khung trước đó Bất cứ khi nào bộđếm tăng tới giá trị tối đa thì nó sẽ quay về 0 cho khung tiếp theo

Hình 2.7: Chi tiết một khung hướng xuống GTC

Vùng quản lý, vận hành và bảo dưỡng lớp vật lý PLOAM:Có 13 byte trong

khối điều khiển vật lí, nó chứa các bản tin OAM lớp vật lí Hoạt động, quản lí vàbảo dưỡng OAM liên quan đến các cảnh báo gây ra bởi các sự kiện được truyền quacác bản tin trong vùng PLOAM 13 byte.Tất cả kích hoạt đều liên quan đến bản tinđược ánh xạ trong vùng PLOAM

ONU ID đánh địa chỉ cho mỗi ONU riêng Trong lúc sắp xếp, ONU sẽ đượcgán một số gọi là ONU ID Số này có giá trị từ 0 đến 253 Lúc chưa được sắp xếpvùng này có giá trị là 0xFF để quảng bá cho tất cả ONU

Bản tin ID chỉ thị loại bản tin

Dữ liệu được dùng cho phần tải của bản tin truyền dẫn hội tụ GPON GTC.CRC dùng để kiểm tra lỗi khung

Vùng BIP:Có 8 bit chứa số bit chẵn lẻ được chèn vào của tất cả byte truyền

đi, đầu thu cũng tính số bit được chèn vào là chẵn hay lẻ, sau đó so sánh với kết quảcủa BIP được truyền để đo số lỗi trên đường link

Vùng chiều dài tải ở hướng xuống (Plend): Chỉ định chiều dài bộ nhớ băng

thông và phần dành riêng cho ATM trong container truyền dẫn Vùng này được gửi

2 lần Trong đó 12 bit đầu biểu diễn chiều dài bộ nhớ băng thông Điều này giới hạn

số ID phân bổ có thể được gán chỉ lên tới 4095 Chiều dài phần dành riêng choATM được biểu diễn ở 12 bit tiếp theo Điều này cho phép hướng lên 4095 cellATM trong một khung và tốc độ lên tới 10 Gbps 8 bit cuối kiểm tra CRC Đầu thucủa vùng Plend sẽ thực hiện phát hiện và sửa lỗi

Vùng bộ nhớ băng thông: Là một mảng có cấu trúc 8 byte, mỗi vùng trong

mảng này biểu thị phần băng thông cho một container truyền dẫn riêng Toàn bộ sốvùng trong bộ nhớ được biểu diễn ở chiều dài tải Plend Vùng phân bổ ID chứa 12bit chỉ thị T-CONT riêng mà nó được gán thời gian luồng lên của mạng PON Tiếptheo là Vùng cờ chứa 12 bit chỉ thị cách phân phối đã dùng (chức năng của 12 bít cờđược thể hiện ở hình 2.7) Theo đó Bit 11 gửi PLSu (Power levelling sequenceupstream): nếu bit này được cài đặt, ONU sẽ gửi thông tin PLSu trong lúc phân bổ.Nếu không được cài đặt thì ONU sẽ không gửi thông tin PLSu trong lúc phân bổ.Bit 10 gửi PLOAMu: nếu bit này được cài đặt, ONU sẽ gửi thông tin PLOAMutrong lúc phân bổ Nếu không được cài đặt thì ONU sẽ không gửi thông tinPLOAMu trong lúc phân bổ Bit 9 sử dụng sửa lỗi FEC (forward error correction):nếu bit này được cài đặt ONU sẽ tính toán và chèn FEC trong lúc phân bổ Bit 7 và

8 gửi báo cáo băng thông động DBRu (Dynamic Bandwidth Report upstream): phụ

thuộc vào nội dung 2 bit ONU sẽ gửi DBRu phù hợp với vị trí ID hay không Nếugiá trị là00: không gửi DBRu, 01: gửi DBRu mode 0 (2 byte), 10: gửi DBRu mode

1 (3 byte), 11: gửi DBRu mode 2 (5 byte), cuối cùng là Bit 0-6: để dành

Vùng StartTime chứa 16 bit chỉ thị thời gian bắt đầu phân bổ Thời gian nàytính bằng byte, bắt đầu khung là 0 Điều này giới hạn kích thước của khung lên là65,536 byte và đủ để đánh địa chỉ cho tốc độ hướng lên tới 2.488 Gbps Thời gianbắt đầu trỏ đến nơi bắt đầu truyền dữ liệu không bao gồm thời gian overhead củalớp vật lí

Vùng StopTime chứa 16 bit chỉ thị thời gian kết thúc phân bổ Thời gian nàyđược tính bằng byte, bắt đầu khung là 0.Thời gian kết trúc trỏ đến byte dữ liệu cuốicùng được kết hợp với việ c phân bổ này

Vùng CRC: cấu trúc phân bổ được bảo vệ sử dụng CRC-8

Vùng tải: Có 2 phần: phần dành riêng cho ATM và phần dành riêng cho

b Cấu trúckhung hướng lên

Khung hướng lên bao gồm các nhóm khung gửi từ các ONT Mỗi một nhómđược bắt đầu với từ mào đầu lớp vật lý và bao hàm tổng hợp các yêu cầu băngthông của các ONT Các yêu cầu băng thông chi tiết hơn được gửi đi kèm với cácnhóm hướng lên khi có yêu cầu từ OLT OLT gán các khe thời gian cho việc gửi dữliệu hướng lên cho mỗi ONT/ONU

Cấu trúc khung hướng lên được biểu diễn ở Hình 2.8.Chiều dài khung thìgiống như khung hướng xuống.Mỗi khung chứa một số truyền dẫn từ một hay nhiềuONU Bộ nhớ băng thông chỉ định việc sắp xếp truyền dẫn này Mỗi chu kì phânphối phải theo sự điều khiển của OLT, ONU có thể truyền một đến bốn overhead và

dữ liệu người dùng Bốn loại overhead là:

Overhead lớp vật lí (PLOu- Physical layer overhead)

Các hoạt động, quản lí và bảo dưỡng lớp vật lí (PLOAMu-Physical layeroperations, administration and management upstream).

Điều chỉnh mức công suất phát hướng lên (PLSu- Power levelling sequenceupstream)

1 Báo cáo băng thông động (DBRu-Dynamic Bandwidth Report

upstream)

2 Hình 2.9 chỉ ra chi tiết các overhead OLT chỉ thị thông qua cờ trong

bộ nhớ băng thông có hay không thông tin vùng PLOAMu, PLSu hay DBRu được gửi trên mỗi vùng phân bổ Trạng thái của PLOu thì ẩn trong vùng sắp xếp khi phânphối

Hình 2.8: Khung hướng lên GTC

Hình 2.9: Chi tiết khung hướng lên GTC

Vùng overhead lớp vật lí hướng lên:Gồm các vùng là lời mở đầu, vùng

ranh giới và 3 vùng dữ liệu tương ứng với ONU Để duy trì kết nối với ONU, OLT

sẽ thử cấp việc truyền lên của mỗi ONU trong khoảng thời gian tối thiểu Khoảngthời gian này được xác định bởi các thông số dịch vụ của ONU OLT sẽ định dạng

và điều khiển lời mở đầu và ranh giới trong các bản tin overhead Vùng BIP có 8 bitchứa số bit chẵn lẻ được chèn vào của tất cả byte truyền đi, đầu thu cũng tính số bitđược chèn vào là chẵn hay lẻ, sau đó so sánh với kết quả của BIP được truyền để đo

số lỗi trên đường link Trước khi ONU-ID được gán, ONU đặt giá trị không xácđịnh là 255 trong vùng này OLT có thể kiểm tra vùng này để xác nhận địa chỉ phân

bố và truyền đúng đến ONU Vùng ID cung cấp trạng thái ONU thời gian thực báocáo cho OLT Khi ONU chỉ ra một PLOAM khẩn cấp đang đợi, OLT sẽ cấp một vịtrí ở hướng lên cho phép ONU gửi bản tin PLOAM Thời gian đáp lại sẽ ít hơn 5ms

Vùng vận hành, quản lý và bảo dưỡng lớp vật lý PLOAMu: Có 13 byte

chứa các bản tin PLOAM đã được mô tả ở phần PLOAMd

Vùng điều chỉnh công suất PLSu: Có kích thước 120 byte, ONU sử dụng

cho việc đo công suất Chức năng giúp điều chỉnh mức công suất ONU Vùng nàyđược gửi khi có chỉ thị cờ Cơ chế điều khiển công suất thì có lợi trong 2 trườnghợp là khởi tạo công suất ban đầu của bộ phát ONU (chỉ xảy ra lúc kích hoạt ONU)

và thay đổi công suất của bộ phát ONU (xảy ra lúc hoạt động cũng như lúc kíchhoạt) PLSu có thể được yêu cầu ở bất kì thời điểm nào Ở nhiều trường hợp, tronglúc kích hoạt, OLT có thể cài đặt bit PLSu để quảng bá cho phép ONU thiết lập bộphát Nếu ONU không sử dụng vùng PLSu thì ONU sẽ không kích hoạt bộ phát.Điều này làm giảm sự đụng độ

Vùng báo cáo băng thông động DBRu: Cấu trúc DBRu chứa thông tin

T-CONT Vùng này được gửi khi có chỉ thị cờ Vùng DBA chứa trạng thái lưu lượngcủa T-CONT Vùng 8, 16 hay 32-bit được dùng cho mục đích này Vùng CRC: Cấutrúc DBRu được bảo vệ sử dụng CRC-8 Đầu thu của DBRu sẽ thực hiện phát hiện

và sửa lỗi CRC-8 Nếu CRC chỉ thị rằng lỗi không thể sửa được thì thông tin trongDBRu sẽ bị loại bỏ

Phần tải : Phần tải đưa lên có thể là cell ATM, khung GEM hay báo cáo

DBA Phần tải ATM hướng lên có 53 byte Chiều dài của phần tải này phải nhỏhơn chiều dài overhead được yêu cầu OLT sắp xếp các con trỏ để phần tải ATMluôn là 53 bytes Nếu tải không đủ 53 bytes thì nó sẽ độn thêm cho đủ 53 byte, cáccell ATM ở hướng lên được trình bày như Hình 2.10

Phần tải hướng lên GEM chứa một số khung GEM (Hình 2.11) Chiều dàicủa phần tải này phải nhỏ hơn chiều dài overhead được yêu cầu

Phần tải hướng lên DBA chứa báo cáo phân bổ băng thông động từ ONUnhư trong hình 2.12 Báo cáo băng thông động đầu tiên được xếp hàng ở các byteđầu tiên tại vị trí bắt đầu phân bổ, tất cả báo cáo thì liên tiếp nhau Nếu chiều dàiphân bổ không khớp với toàn bộ chiều dài báo cáo thì ONU sẽ bỏ bớt phần cuối củabáo cáo hay đệm thêm các bit 0 ở phần cuối nếu không đủ Chú ý rằng ONU phảiphản hồi việc phân bố tải DBA thậm chí nếu mode này của DBA không hỗ trợ thì

nó vẫn duy trì phần tải này

Hình 2.10: Các cell ATM ở hướng lên

Hình 2.11: Các khung GEM ở hướng lên

Hình 2.12: Báo cáo DBA ở hướng lên

2.6.4 Thủ tục định cỡ: Ranging

Để một ONU có thể vận hành trong mạng PON nó phải được ranging (xácđịnh cự ly giữa ONU là OLT) Cự ly ranging tối đa của mạng PON hiện quy định là20km Khoảng cách từ OLT tới ONU là khác nhau với mỗi ONU và do đó trễ khứhồi RTD (Round Trip Delay) từ mỗi ONU tới OLT là khác nhau Trừ phi trễ khứhồi RTD được xác định chính xác nếu khôngđịnh thời truyền dẫn sẽ không thể thựchiện.Vì vậy nếu có một ONU mới kết nối với mạng thì trước hết cần đo RTD Bằnglệnh của hệ thống vận hành, OLT tự động tạo ra của sổ ranging phù hợp để đo trễ

và xác định ONU để truyền tín hiệu cho phép đo trễ Chiều dài của cửa sổ rangingđược thiết lập tùy theo khoảng cách giữa OLT và ONU.

Có hai cách xác định ONU cho quá trình ranging Một phương pháp xác địnhduy nhất ONU đã đăng ký và phương pháp khác xác định tất cả các ONU chưađăng 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 riêngcủa mỗi ONU, khi đó sẽ có vài ONU có thể truyền tín hiệu cho quá trình đo trễ diễn

ra liên tục Một biện pháp giảm xung đột trong quá trình ranging là truyền tín hiệucho quá trình đo trễ với một khoảng thời gian chờ ngẫu nhiên, gần giống nhưphương pháp được sử dụng trong Ethernet (CSMA/CD) Thậm chí nếu có xảy raxung đột ngay bước đầu thì vẫn có thể tiến hành đo trễ bằng cách lặp lại quá trìnhtruyền dẫn hai hay ba lần vì dữ liệu thuê bao không được truyền trước khi quá trìnhranging kết thúc nên sẽ không làm tăng trễ truyền dẫn dữ liệu Ngoài ra thời gianchờ ngẫu nhiên được sử dụng để chống xung đột không được bao gồm trong phép

đo trễ khứ hồi RTD

Thủ tục ranging của GPON được chia thành 2 pha Ở pha thứ nhất đăng ký

số sêri cho ONU chưa đăng ký và cấp phát ONU-ID cho ONU đã thực hiện Số sêri

là ID xác định ONU và phải là duy nhất, đồng thời ONU-ID được sử dụng để điềukhiển, theo dõi và kiểm tra ONU

Các bước trong pha thứ nhất được thể hiện ở hình 2 13

1 OLT xác định tất cả các ONU hiện đang hoạt động để cho dừng quá trìnhtruyền dẫn (các ONU ngừng truyền dẫn) - (1) ONU halt

2 OLT xác định ONU không có ONU-ID để yêu cầu truyền số sêri (bản tinyêu cầu số sêri - (2) serial_number request)

3 Sau khi nhận được yêu cầu truyền số sêri, ONU không có ONU-ID sẽtruyền số sêri (quá trình truyền số sêri - (3) SN transmission) sau khi chờ mộtkhoảng thời gian ngẫu nhiên (tối đa 50ms)

4 OLT chỉ định một ONU-ID tới ONU chưa đăng ký mà OLT đã nhận được

số sêri (bản tin chỉ định ONU-ID - (4) assign ONU-ID)

Trong pha tiếp theo RTD được đo cho mỗi ONU đã đăng ký mới Thêm vào

đó pha này cũng được áp dụng cho các ONU bị mất tín hiệu trong quá trình thôngtin

Hình 2.13: Mô tả quá trình Ranging pha 1

Ranging pha 2 được mô tả trong hình 2.14 với các bước trong pha thứ hainhư sau:

5 OLT xác định tất cả các ONU đang thông tin để cho dừng quá trình truyềndẫn luồng lên (các ONU ngừng truyền dẫn - (5) ONU halt)

6 Sử dụng các số sêri, OLT xác định một ONU nhât định và chỉ ONU đóđược truyền tín hiệu cho quá trình đo trễ (bản tin yêu cầu ranging – (6) rangingrequest)

7 ONU có số sêri trùng với số sêri OLT đã xác định sẽ truyền tín hiệu choquá trình đo trễ (quá trình truyền ranging - (7) ranging transmission), bao gồm cảONU-ID đã chỉ định trong pha 1

8 OLT đo RTD phụ thuộc vào thời gian mà tín hiệu sử dụng cho phép đo trễđược thu Hơn nữa, sau khi xác nhận sự kết hợp giữa số sêri và ONU-ID là đúng,OLT thông báo trễ cân bằng (Equalization Delay = Teqd - RTD) tới ONU (bản tinthời gian ranging - (8) Ranging_time message) Trong đó Tepd là hằng số và giá trị

RTD lớn nhât được xác định trong mạng PON Ví dụ với khoảng cách tối đa 20kmthì Teqd = 200ms.

9 ONU lưu giá trị trễ cân bằng và tạo trễ định thời cho chuỗi dữ liệu truyềndẫn luồng lên với giá trị này

Hình 2.14: Mô tả quá trình Ranging pha 2

2.6.5 Cấp phát băng tần động DBA trong GPON

Phương pháp cơ bản nhất của phân phối băng thông hướng lên là phân bổbằng nhau giữa các ONU Phương pháp này không hiệu quả Đặc biệt là lưu lượnggói bởi nhu cầu băng thông của các ONU thì ít khi bằng nhau tại mỗi thời điểm.Việc tận dụng toàn bộ băng thông có thể được thực hiện nếu băng thông hướng lênđược phân phối động tùy theo nhu cầu của ONU Có 2 cơ chế gán băng tần độngnhư sau:

Với p hương pháp đầu tiên, ONU đóng vai trò là bị động, OLT giám sát băngthông của mỗi ONU được sử dụng dựa trên số cell ATM nhàn rỗi và khung GEMnhàn rỗi mà nó nhận trong khung GTC hướng lên Vì lí do này, phương pháp nàyđược coi như là “điều chỉnh cell nhàn rỗi” Phương pháp này còn được gọi là khôngbáo cáo trạng thái Có nhiều băng thông hơn được gán cho ONU nếu việc tận dụngbăng thông vượt quá ngưỡng quy định Thuận lợi của phương pháp này là làm đơngiản hóa ONU và tránh việc sử dụng băng thông hướng lên cho việc báo cáo nhucầu băng thông

Với phương pháp thứ 2, ONU báo cáo trạng thái bộ đệm đến OLT Do vậy,

nó được gọi là báo cáo trạng thái bộ đệm hay báo cáo trạng thái SR (StatusReporting) Chỉ thị nhu cầu băng thông trong loại T-CONT được truyền trong vùngoverhead lớp vật lí cụ thể hơn là vùng báo cáo băng thông động DBRu OLT sửdụng thông tin báo cáo trạng thái để quyết định phân bổ băng thông phù hợp chomỗi vị trí ID

Hình 2.15: Báo cáo phân bố băng thông GPON

Thủ tục cấp phát băng thông nói chung bao gồm các bước sau:

1 ONU lưu dữ liệu thuê bao cho lưu lượng hướng lên vào bộ đệm

2 Khối dữ liệu chứa trong bộ đệm được báo tới OLT như một yêu cầu tạimột thời điểm quy định bởi OLT

3 OLT xác định thời gian bắt đầu truyền dẫn và khoảng thời gian truyền chophép (1/4 cửa sổ truyền dẫn) tới ONU như một sự cấp phép

4 ONU nhận sự câp phép và truyền khối dữ liệu đã xác định

Hình 2.16 mô tả thủ tục cấp phát băng thông trong GPON

Hình 2.16: Thủ tục cấp phát băng thông GPON

2.6.6 Bảo mật và mã hóa sửa lỗi

Bảo mật: Do mạng GPON là mạng điểm - đa điểm nên dữ liệu hướng xuống

có thể được nhận bởi tất cả các ONU Công nghệ GPON sử dụng bảo mật hướngxuống với chuẩn mật mã tiên tiến AES (Advanced Encrytion Standard) Dữ liệuthuê bao trong khung luồng xuống được bảo vệ thông qua lược đồ mật mã hóa AES

và chỉ phần tải lưu lượng trong khung được mã hoá Với hướng lên xem như liênkết điểm - điểm và không sử dụng mã hóa bảo mật

Sửa lỗi tiến FEC (Forward Error Correction): Công nghệ GPON sử dụng

phương pháp sửa lỗi tiến FEC FEC mang lại kết quả tăng quỹ đường truyền lên 4dB (độ lợi mã hóa) vì vậy cho phép tăng tốc độ bit và khoảng cách giữa OLT vàcác ONU cũng như hỗ trợ tỉ số chia lớn hơn trong mạng FEC được tùy chọn sửdụng trong cả hướng lên và hướng xuống, dùng mã Reed Solomon thường là RS(255,239)

3-2.7 Các ứng dụng cơ bản và khả năng cung cấp dịch vụ của GPON

GPON được ứng dụng trong các mạng truy nhập quang FTTx để cung câpcác dịch vụ như IPTV, VoD, RF Video (chồng lấn), Internet tốc độ cao, VoIP,Voice TDM với tốc độ dữ liệu/ thuê bao có thể đạt 1000Mbps, hỗ trợ QoS đầy đủ

Giải trí - CATV, HDTV, PPV, PDVR, IPTV - Hệ thống đường lên Videohoàn thiện cho modem DOCSIS và dịch vụ Video tương tác, truyền hình vệ tinh; tât

cả các dịch vụ trên cáp quang GPON

Thông tin liên lạc - Các đường thoại, thông tin liên lạc, Truy cập internet,intranet tốc độ cao, Truy cập internet không dây tại những địa điểm công cộng,Đường băng thông lớn (BPLL) và làm backhaul cho mạng không dây

GPON được phát triển để mang đến các dịch vụ thế hệ mới như IPTV,truyền hình theo yêu cầu, game trực tuyến, Internet tốc độ cực cao và VoIP với chiphí hiệu quả, băng thông lớn và chât 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 và phục vụ quá tải cho phép các nhàcung cấp dịch vụ tối ưu hóa băng thông quang, tạo ra nhiều lợi nhuận hơn Băngthông lớn và dịch vụ linh hoạt của GPON giúp cho GPON trở thành một sự lựachọn hoàn hảo cho việc cung cấp dịch vụ tới nhiều hộ thuê bao MDU (MultipleDwelling Units) như các tòa nhà, khách sạn, chung cư GPON ONU có thể phục vụnhư các DSLAM VDSL2

Với các doanh nghiệp vừa và nhỏ: GPON là sự lựa chọn hoàn hảo cho cácdoanh nghiệp vừa và nhỏ có yêu cầu về thoại, truy nhập Internet, VPN và các dịch

vụ T1/E1 với chi phí hợp lý GPON có băng thông đủ lớn và có tính năng QoS chophép các dịch vụ lớp doanh nghiệp có thể được cung cấp trên cùng cơ sở hạ tầngnhư các dịch vụ hộ gia đình nhằm loại trừ yêu cầu xây dựng cơ sở hạ tầng mới

Với Chính phủ, Giáo dục và Y tế: Thị trường các cơ quan chính phủ yêu cầucác dịch vụ dữ liệu và thoại có chất lượng cao và băng thông lớn với chi phí thấp.Khả năng của GPON cho phép phục vụ hiệu quả một số lượng lớn thuê bao ở cáckhu vực trung tâm văn phòng chính phủ, các trường học, bệnh viện cũng như cáckhu vui chơi giải trí, khu công nghiệp Chính quyền một số quốc gia đã thiết lậpmạng GPON để cung cấp các dịch vụ thoại và dữ liệu tốc độ cao cho lực lượngcảnh sát, văn phòng chính phủ, tòa án và các lực lượng cứu hỏa, đặc nhiệm để nâng

cao chất lượng phục vụ cộng đồng GPON là cách tốt nhất để mang đến các trườnghọc Internet tốc độ cao và các dịch vụ băng rộng khác.

Khoảng cách OLT - ONU: Giới hạn cự ly của công nghệ GPON hiện tạiđược quy định trong khoảng 20 km và cung cấp tỉ lệ chia lên tới 1:128 (hiện tạithường sử dụng tỉ lệ 1:64)

2.8 Công nghệ PON thế hệ kế tiếp

(Nguồn:[21, Pauline Rigby - New FTTH-based Technologies and Applications])

Công nghệ PON thế hệ kế tiếp NGPON (Next Generation PON) ra đời nhằmđáp ứng nhu cầu băng thông lớn của các loại hình dịch vụ PON

Hiện nay, các gói dịch vụ triple-play thương mại cung cấp băng thông điểnhình từ 20 đến 100 Mbps cho khách hàng mạng Theo Nielsen, dự đoán rằng kết nốiInternet của người dùng cao cấp tăng 50 phần trăm mỗi năm, người ta có thể dự tínhrằng một thuê bao được hưởng một dịch vụ 58-Mbps vào năm 2013 và sẽ yêu cầu

130 Mbps vào năm 2016 Ngoài ra, châu Âu đã đặt mục tiêu đến năm 2020 một nửacủa tất cả các hộ gia đình ở châu Âu nên có thuê bao băng rộng với tốc độ ít nhất là

100 Mbps

Mặc dù công nghệ hiện tại, chẳng hạn như GPON, sẽ dễ dàng đáp ứng cácnhu cầu ngắn hạn đến trung hạn của người tiêu dùng dân cư, về lâu dài họ sẽ pháttriển để đáp ứng yêu cầu của dịch vụ đòi hỏi cao như HDTV, 3D-TV, nhiều hìnhảnh và góc hình dịch vụ, tăng trưởng trong video unicast (so với multicast), điệntoán đám mây, telepresence, nhiều người chơi game video HD và nhiều hơn nữa

Một dự đoán nhu cầu băng thông cao nhất sẽ đến từ người dùng doanhnghiệp và backhaul cho mạng di động để tận dụng lợi thế của mạng FTTH cung cấpnội dung dữ liệu của họ Việc cung cấp băng thông cao hơn thông qua mạng truynhập quang cho thấy một lựa chọn hấp dẫn với chi phí thấp hơn so với một đườngtruyền hoặc kết nối Ethernet chuyên dụng điểm – điểm

Đến năm 2020 người ta ước tính rằng sẽ có 50 tỷ thiết bị kết nối bằng cách

sử dụng mạng băng thông rộng cố định và di động Theo Networking Index VisualCisco từ 2012-2017 tổng số lượng dữ liệu trao đổi giữa người sử dụng điện thoại di