Các giải pháp nâng cao chất lượng mạng GPON tại Trung tâm Viễn thông Duy Tiên – VNPT Hà Nam (Luận văn thạc sĩ)

Các giải pháp nâng cao chất lượng mạng GPON tại Trung tâm Viễn thông Duy Tiên – VNPT Hà Nam (Luận văn thạc sĩ)Các giải pháp nâng cao chất lượng mạng GPON tại Trung tâm Viễn thông Duy Tiên – VNPT Hà Nam (Luận văn thạc sĩ)Các giải pháp nâng cao chất lượng mạng GPON tại Trung tâm Viễn thông Duy Tiên – VNPT Hà Nam (Luận văn thạc sĩ)Các giải pháp nâng cao chất lượng mạng GPON tại Trung tâm Viễn thông Duy Tiên – VNPT Hà Nam (Luận văn thạc sĩ)Các giải pháp nâng cao chất lượng mạng GPON tại Trung tâm Viễn thông Duy Tiên – VNPT Hà Nam (Luận văn thạc sĩ)Các giải pháp nâng cao chất lượng mạng GPON tại Trung tâm Viễn thông Duy Tiên – VNPT Hà Nam (Luận văn thạc sĩ)Các giải pháp nâng cao chất lượng mạng GPON tại Trung tâm Viễn thông Duy Tiên – VNPT Hà Nam (Luận văn thạc sĩ)Các giải pháp nâng cao chất lượng mạng GPON tại Trung tâm Viễn thông Duy Tiên – VNPT Hà Nam (Luận văn thạc sĩ)Các giải pháp nâng cao chất lượng mạng GPON tại Trung tâm Viễn thông Duy Tiên – VNPT Hà Nam (Luận văn thạc sĩ)Các giải pháp nâng cao chất lượng mạng GPON tại Trung tâm Viễn thông Duy Tiên – VNPT Hà Nam (Luận văn thạc sĩ)

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

HÀ NỘI - 2018

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan toàn bộ nội dung luận văn do tôi tự học tập từ bài giảng các môn học của thầy cô, nghiên cứu trên Internet, sách báo, các tài liệu trong nước và nước ngoài có liên quan cùng với những kinh nghiêm thực tế có được 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 ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Nguyễn Hồng Đức

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn TS Phạm Mạnh Lâm đã trực tiếp hướng dẫn, giúp

đỡ, dạy bảo, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình từ xây

dựng đề cương sơ bộ đến khi hoàn thiện luận văn “Các giải pháp nâng cao chất

lượng mạng GPON tại Trung tâm Viễn thông Duy Tiên - Viễn thông Hà Nam”

Xin gửi lời cảm ơn đến các thầy, cô giáo trong Khoa quốc tế và đào tạo sau đại học, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, những nhà giáo đã truyền dạy cho tôi kiến thức quý báu trong suốt những năm học vừa qua

Xin được trân trọng cảm ơn các anh, chị đồng nghiệp trong toàn VNPT Hà Nam đã cung cấp thông tin, tài liệu và hỗ trợ giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình thực hiện luận văn

Do thời gian hoàn thành luận văn có hạn cho nên những suy nghĩ cũng như

sự thể hiện ý tưởng trong luận văn không tránh khỏi những khiếm khuyết Tôi rất mong được sự động viên và đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo

Xin trân trọng cảm ơn!

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU viii

DANH MỤC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ ix

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG - PON 3

1.1 Khái niệm mạng truy nhập 3

1.1.1 Mạng truy nhập cáp quang 6

1.1.2 Mạng truy nhập vô tuyến Error! Bookmark not defined 1.3 Mạng truy nhập quang thụ động PON 6

1.3.1 Khái niệm mạng truy nhập quang thụ động PON 6

1.3.2 Các thế hệ mạng PON 9

1.3 Kết luận chương 10

CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG GPON 12

VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ 12

2.1 Khái niệm GPON 12

2.2 Các tiêu chuẩn ITU – T của GPON 12

2.3 Kiến trúc chung của hệ thống GPON 14

2.4 Các mô hình mạng truy nhập cáp quang GPON 15

2.5 Thông số kỹ thuật của mạng GPON 15

2.5.1 Tốc độ truyền dẫn 15

2.5.2 Các thông số kỹ thuật khác 16

2.6 Đóng gói dữ liệu và nguyên tắc hoạt động của mạng GPON 16

2.6.1 Kỹ thuật truy nhập 16

2.6.2 Phương thức đóng gói dữ liệu trong GPON 17

2.7 Các ứng dụng cơ bản và khả năng cung cấp dịch vụ của GPON 20

2.8 Công nghệ PON thế hệ kế tiếp 21

2.8.1 Phát triển các tiêu chuẩn PON 22

2.8.2 NG-PON1 23

2.8.3 NG-PON2 24

2.9 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ trên mạng GPON 26

2.9.1 Phân tích các yêu tố ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ 26

2.9.2 Băng thông kết nối giữa UPE với các OLT 27

2.9.3 Suy hao đường truyền từ OLT đến ONT 27

2.10 Kết luận chương 29

CHƯƠNG 3: CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG MẠNG GPON TẠI TRUNG TÂM VIỄN THÔNG DUY TIÊN – VNPT HÀ NAM 30

3.1 Giới thiệu chung 30

3.2 Hiện trạng mạng truy nhập Viễn thông Hà Nam 31

3.2.1 Mạng MAN- E Viễn thông Hà Nam 2017 31

3.2.2 Hiện trạng mạng truy nhập Trung tâm Viễn thông Duy Tiên 34

3.4 Đo kiểm, giám sát, đánh giá chất lượng dịch vụ viễn thông sử dụng công nghệ GPON 40

3.4.1 Các thiết bị phục vụ việc đo kiểm chất lượng mạng GPON tại Trung tâm Viễn thông Duy Tiên 40

3.4.2 Hệ thống đo kiểm chất lượng dịch vụ xTest 41

3.4.3 Đo kiểm chất lượng dịch vụ tại Trung tâm viễn thông Duy Tiên 45

3.5 Đánh giá hiện trạng mạng quang thụ động GPON tại Trung tâm viễn thông Duy Tiên trước khi thực hiện các giải pháp nâng cao chất lượng 47

3.6 Các giải pháp nâng cao chất lượng mạng GPON 48

3.6.1 Tối ưu, quy hoạch lại mạng GPON tại Trung tâm viễn thông Duy Tiên 49

3.6.2 Thực hiện đấu nối các Splitter sơ cấp và Splitter thứ cấp theo nguyên tắc Mid span 55

3.6.3 Nâng cấp thiết bị AGG và UPE, Giám sát băng thông kết nối giữa UPE với các OLT 58

3.6.4 Xây dựng quy trình giám sát chất lượng mạng GPON cho các thuê bao đang

hoạt động và các thuê bao phát triển mới 65

3.6.5 Kết quả chất lượng mạng GPON sau khi thực hiện các giải pháp 72

3.7 Kết luận chương 73

KẾT LUẬN 74

DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT

A

E

Ethernet

F

G

NG-PON Next Generation PON Mạng PON thế hệ kế tiếp

O

P

lớp vật lý

T

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Tổng suy hao đường truyền từ OLT đến ONT 28

Bảng 2.2: Tổng suy hao đầu fast connector và cáp thuê bao 28

Bảng 3.1: Các tiêu chuẩn suy hao đường dây GPON 44

Bảng 3.2: Mức đánh giá chất lượng của Hệ thống đo kiểm xTest 45

Bảng 3.3: Suy hao các thuê bao GPON tại Trung tâm viễn thông Duy Tiên 47

Bảng 3.4: Danh sách Username trên Hệ thống đo xTest 67

Bảng 3.5: Bảng giao địa bàn quản lý và số lượng thuê bao Fiber VNN cho từng nhân viên kỹ thuật 70

Bảng 3.6: Chi tiết kết quả chất lượng mạng GPON sau khi thực hiện các giải pháp nâng cao chất lượng mạng GPON 73

DANH MỤC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ

Hình 1.1: Mô hình mạng cáp quang thụ động PON 7

Hình 2.1 Kiến trúc chung của hệ thống GPON 14

Hình 2.2: Các mô hình triển khai mạng cáp quang GPON 15

Hình 2.3: Ghép kênh TDMA trong GPON 17

Hình 2.4: Điều khiển đa truy nhập GPON 18

Hình 2.5: Kiến trúc ghép kênh GPON 19

Hình 2.6: Biểu đồ tăng trưởng dữ liệu di động 22

Hình 2.7: Quy định bước sóng trong ITU – T G.987 23

Hình 2.8: Kiến trúc TWDM - PON 25

Hình 2.9: Các thành phần chính của đường truyền từ OLT đến ONT 28

Hình 3.1 Cấu trúc mạng MAN-E Viễn thông Hà Nam 31

Hình 3.2 Mô hình nguyên lý kết nối các thiết bị truy nhập - Viễn thông Hà Nam 28 Hình 3.3 36

Hình 3.4 : Sơ đồ Mạng Truy nhập GPON Trung tâm viễn thông Duy Tiên trước khi thực hiện tối ưu 39

Hình 3.5: Sơ đồ chức năng của hệ thống xTest 41

Hình 3.6: Sơ đồ kết nối hệ thống đo kiểm xTest 42

Hình 3.7: Kết quả đo nhân công 01 thuê bao trên Hệ thống Xtest 45

Hình 3.8: Bảng thống kê các thuê bao tại OLT Đồng văn 46

Hình 3.9: Giản đồ mạng cáp quang tại Trạm Cầu Giát khi đã thực hiện quy hoạch, tối ưu OLT về trạm Cầu Giát 53

Hình 3.10: Sơ đồ cấu trúc mạng truy nhập Trung tâm viễn thông Duy Tiên sau tối

ƣu 54 Hình 3.11: Đấu nối Splitter theo nguyên tắc Mid Span 56 Hình: 3.12: Kết quả đo suy hao toàn tuyến Đồng Văn – Duy Minh khi chƣa thực hiện hàn nối theo nguyên tắc Mid Span 57 Hình 3.13 : Kết quả đo suy hao toàn tuyến Đồng Văn – Duy Minh khi đã thực hiện hàn nối theo nguyên tắc Mid Span 58 Hình 3.14: Mô hình kết nối OLT đến UPE 65 Hình 3.15: Kết quả đo Online một Cổng PON 1 71

MỞ ĐẦU

Sự phát triển mạnh mẽ của kinh tế-xã hội nước ta trong những năm gần đây với sự hình thành các khu công nghiệp, khu công nghệ cao, trung tâm thương mại, chung cư cao cấp cùng với việc ứng dụng rộng rãi công nghệ thông tin trong mọi lĩnh vực đã tạo ra nhu cầu sử dụng các dịch vụ tiện ích tích hợp thoại, hình ảnh và

dữ liệu rất lớn Bên cạnh đó, nhu cầu về các dịch vụ ứng dụng trên Internet như mua bán trực tuyến, ngân hàng trực tuyến, các dịch vụ đào tạo từ xa, game trực tuyến, vv cũng đang ngày càng tăng mạnh Sự phát triển của các loại hình dịch vụ mới, đòi hỏi hạ tầng mạng truy nhập phải đáp ứng các yêu cầu về băng thông rộng, tốc

độ truy nhập cao Công nghệ quang thu động (PON) ngoài việc giải quyết được vấn

đề băng thông, còn có ưu điểm là chi phí lắp đặt thấp đồng thời cho phép tận dụng được những sợi quang trong mạng đã có từ trước Bên cạnh đó với công nghệ PON việc ghép thêm các thiết bị kết cuối mạng theo yêu cầu của các dịch vụ cũng dễ dàng và thuận tiện, trong khi việc thiết lập thêm các nút mạng trong mạng tích cực khá phức tạp do việc cấp nguồn tại các nút mạng

Công nghệ truy nhập quang thụ động GPON được ITU chuẩn hóa từ năm

2005 (ITU – T G984) đã được triển khai phổ biến ở Bắc Mỹ, Châu Âu, Trung Quốc, GPON là công nghệ cung cấp dịch vụ mạng băng rộng, cho phép tích hợp thoại, hình ảnh và số liệu với băng thông lớn, tốc độ cao Ở Việt Nam hầu hết các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông đã chọn công nghệ GPON để cung cấp dịch vụ FTTH cho khách hàng Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam (VNPT) đã lựa chọn công nghệ GPON để triển khai tại các tỉnh, thành phố Cuối năm 2014 Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam đã quyết định cho phép Viễn thông Hà Nam đầu tư hệ thống cáp quang truy nhập sử dụng công nghệ GPON Trung tâm viễn thông Duy Tiên - Viễn thông Hà Nam cũng bắt đầu triển khai công nghệ GPON từ cuối tháng 12 năm 2014 và triển khai mạnh mẽ vào năm 2015, đặc biệt là năm 2016

và năm 2017

Trung tâm viễn thông Duy Tiên - Viễn thông Hà Nam triển khai mạng GPON dựa trên hạ tầng mạng quang ODN được xây dựng từ năm 2010 và hạ tầng mạng quang xây dựng mới Trong bối cảnh nhu cầu về các dịch vụ viễn thông của

xã hội ngày càng lớn, với số lượng thuê bao ngày càng gia tăng và yêu cầu về chất lượng dịch vụ của khách hàng ngày càng cao, VNPT đã đề ra mục tiêu phấn đấu trở

thành nhà cung cấp dịch vụ viễn thông có chất lượng dịch vụ và phục vụ tốt nhất

Để làm được điều đó thì việc nâng cao chất lượng mạng GPON là một nhiệm vụ rất quan trọng và cần thiết

Là một học viên đang công tác tại Trung tâm Viễn thông Duy Tiên – VNPT

Hà Nam, đơn vị chịu trách nhiện chính trong việc đảm bảo chất lượng mạng GPON

trên địa bàn, em lựa chọn đề tài nghiên cứu “Các giải pháp nâng cao chất lượng

mạng GPON tại Trung tâm Viễn thông Duy Tiên – VNPT Hà Nam” Các kết quả

của đề tài được áp dụng vào thực tế để mạng truy nhập quang công nghệ GPON của Trung tâm Viễn thông Duy Tiên – VNPT Hà Nam được khai thác một cách hiệu quả, vừa đảm bảo chất lượng dịch vụ cung cấp cho khách hàng, vừa đảm bảo nhu cầu phát triển dịch vụ của đơn vị

Luận văn tập trung tìm hiểu những đặc điểm kỹ thuật cơ bản của công nghệ mạng GPON, các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mạng GPON và nghiên cứu các giải pháp nhằm nâng cao chất lượng mạng GPON tại Trung tâm Viễn thông Duy Tiên – VNPT Hà Nam Luận văn được trình bày với các nội dung chủ yếu sau đây:

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ 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 mạng PON và các thế hệ của mạng PON

1.1 Khái niệm mạng truy nhập

Mạng viễn thông thường được cấu thành bởi ba mạng chính: mạng lõi, mạng phía khách hàng và mạng truy nhập “Mạng truy nhập ở vị trí cuối của mạng viễn thông, trực tiếp đấu nối tới thuê bao, 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]

Các công nghệ trong mạng truy nhập có thể được chia thành hai nhóm chính là:

a) Các công nghệ truy nhập vô tuyến:

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 Tuy nhiên, nhược điểm là dễ bị vật cản che chắn và chịu sự tác động của môi trường xung quanh Dưới đây là một số công nghệ truy nhập vô tuyến đã và đang được sử dung:

Truy nhập qua vệ tinh

Hệ thống truy nhập đa điểm nội hạt LMDS Local Multipoint Distribution System)

WiFi, WiMAX

3G, 4G

b) Các công nghệ hữu tuyến:

Mạng truy nhập hữu tuyến là mạng truy nhập sử dụng các loại dây dẫn để đấu nối các thiết bị Dưới đây là một số công nghệ truy nhập vô tuyến đã và đang được sử dung:

xDSL (Digital Subscriber Line): ADSL, HDSL, VDSL qua đường cáp đồng

 Truy nhập qua mạng cáp truyền hình

 FTTx: (FTTH, FTTB, FTTC, FTTN ) truy nhập băng rộng qua đường cáp quang

 Truy nhập băng rộng qua đường truyền tải điện (Broadband over Power Line –BPL hay Power Line Communications – PLC)

1.1.1 Wifi và Wimax

WiFi là công nghệ mạng nội bộ không dây (WLAN) dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.11 WiFi đã và đang được sử dụng rất rộng rãi ở các nơi công cộng: nhà

ga, sân bay, khách sạn, quán cafe do giá thành thiết bị truy nhập AP (Access Point)

rẻ, thiết bị đầu cuối có sẵn trong tất cả các máy tính xách tay, điện thoại di động…Tuy nhiên Wifi không thích hợp là công nghệ truy nhập của nhà cung cấp dịch vụ vì khoảng cách bao phủ quá ngắn (dưới 100m) Với công nghệ Wi-Fi, các trạm đầu cuối truy nhập theo điểm truy cập (Access point) trên cơ sở ngẫu nhiên.Vì thế, trạm xa điểm truy cập dễ bị đứt kết nối hơn so với trạm ở gần Điều này hạn chế việc triển khai những dịch vụ chất lượng cao như IPTV, VoIP

WiMAX là một công nghệ truy cập không dây băng rộng do diễn đàn WiMAX (WiMAX Forum) xây dựng và hướng đến cung cấp các dịch vụ từ cố định đến di động, nó cho phép truy cập băng rộng vô tuyến đến đầu cuối (last mile) như một phương thức thay thế cho cáp và DSL, đặc biệt hữu ích đối với các vùng không triển khai được công nghệ DSL WiMAX có thể cung cấp tốc độ hàng chục Mbps tới người sử dụng và trong khoảng cách hàng chục km theo chuẩn IEEE 802.16, tầm hoạt động có thể lên tới 50 km đối với các trạm cố định, và 5 - 15km cho di động

Tuy WiMAX có nhiều điểm ưu việt như vậy và có thể cạnh tranh với các xDSL nhưng cũng chưa đủ đáp ứng nhu cầu băng thông cỡ Gigabit tới người dùng Việc triển khai công nghệ này cũng có những khó khăn nhất định; giá cả thiết bị đầu cuối đắt, số lượng các nhà sản xuất các thiết bị đầu cuối hạn chế, việc chuẩn hoá thiết bị khó đồng nhất do thiếu khả năng mềm dẻo, linh hoạt của WiMAX Dải tần

mà WiMAX sử dụng không tương thích tại mọi quốc gia điều này sẽ hạn chế khả năng phổ biến của WiMAX, mặt khác còn một hạn chế khác là quỹ băng tần có hạn chỉ có thể cấp cho một số nhà khai thác Ngoài ra WiMAX sử dụng sóng vô tuyến nên chịu ảnh hưởng nhiều bởi các yếu tố môi trường

1.1.2 Công nghệ xDSL

Công nghệ xDSL tận dụng hệ thống hạ tầng cáp điện thoại bằng đồng có sẵn

để truyền tải dữ liệu ở tốc độ cao xDSL tách băng thông trên đường điện thoại thành hai: một phần nhỏ dành cho truyền âm thoại, phần lớn dành cho truyền tải dữ liệu ở tốc độ cao xDSL có nhiều biến thể như ADSL (Asymetric DSL), ADSL2,

ADSL2+, VDSL (Very high bit-rate DSL), HDSL Bảng 1.1 dưới đây tóm tắt một

Mạng cáp CATV truyền thống chỉ truyền tải thông tin 1 chiều từ nhà cung cấp nội dung chương trình (các kênh TV) tới các thuê bao nhưng để sử dụng được Internet là hình thức thông tin hai chiều thì các nhà cung cấp truyền hình cáp cần phải đầu tư nâng cấp thiết bị để có khả năng truyền tải thông tin theo chiều ngược lại từ phía đầu cuối khách hàng, đồng thời cần có các kết nối ra Internet qua các nhà cung cấp dịch vụ thứ ba Điều này là một nhược điểm của phương án này vì cần chi phí triển khai, duy tu và bảo dưỡng cao

1.1.4 Truy nhập băng rộng qua đường truyền tải điện

Công nghệ truyền thông qua đường truyền tải điện (Power Line Communications – PLC) sử dụng mạng lưới đường dây cung cấp điện năng cho mục đích truyền tải thông tin nhằm tiết kiệm chi phí đầu tư Để có thể truyền thông tin qua phương tiện truyền dẫn là đường dây dẫn điện, cần phải có các thiết bị đầu cuối là PLC modem, các modem này có chức năng biến đổi tín hiệu từ các thiết bị viễn thông truyền thống sang một định dạng phù hợp để truyền qua đường dây dẫn điện Hiện nay, công nghệ PLC đã có thể được sử dụng cho các ứng dụng thương mại trong nhà như hệ thống giám sát, cảnh báo, tự động hoá Các ứng dụng truyền tin dựa trên PLC hiện đang còn rất nhiều tiềm năng cần được tiếp tục khai phá

1.2 Mạng truy nhập quang chủ động AON

Mạng truy nhập quang chủ động (Active Optical Network - AON) sử dụng các thiết bị quang tích cực và cung cấp các kết nối Điểm - Điểm (P2P) thông qua đôi sợi quang kết nối thẳng từ thiết bị Tổng đài đặt tại nhà trạm tới thiết bị IP-DSLAM hoặc qua thiết bị Tổng đài đặt trung gian (cấu trúc mạng MAN-E) Với mô

hình này, để cung cấp dịch vụ băng rộng tới mỗi khách hàng sẽ phải sử dụng đôi sợi

quang để kết nối Do vậy nhu cầu sử dụng sợi quang lớn, chi phí đầu tư, bảo dưỡng

mạng cáp quang tăng cao

1.3 Mạng truy nhập quang thụ động PON

1.3.1 Khái niệm mạng truy nhập quang thụ động 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 nối Điểm - Đa điểm (P2M), trong đó các sợi quang làm cơ sở tạo kiến trúc mạng Trong mạng này có một đường quang đi đến một nhóm khách hàng ở gần nhau về mặt địa

lý (Xem Hình 1.1) Tại đây đường quang dùng chung này sẽ được chia tách thành các đường quang riêng biệt (thường là từ 8 đến 128 nhánh) đi đến từng khách hàng

Như vậy, mỗi khách hàng được kết nối tới mạng quang thông qua một bộ chia quang thụ động và không cần nguồn cấp Vì vậy, không có các thiết bị điện tích cực trong mạng phân chia và băng thông được chia sẻ từ nhánh (feeder) đến người dùng (drop), cho phép một sợi quang đơn phục vụ nhiều nhánh cơ sở

Mô hình mạng PON được thể hiện ở Hình 1.1

Hình 1.1: Mô hình mạng cáp quang thụ động PON

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

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

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

người dùng (trực tiếp hoặc từ xa) của mạng PON và được kết nối tới Mạng phân bố

Mạng PON không chứa bất kỳ một phần tử tích cực nào cần phải sử dụng sự chuyển đổi điện - quang Thay vào đó, PON bao gồm: sợi quang, các bộ chia, bộ kết hợp, bộ ghép định hướng, thấu kính, bộ lọc, Điều này giúp cho PON có một số ưu điểm như sau:

+ 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 như đối với mạng có sử dụng các phần tử tích cực Các bộ chia (splitter) không cần cấp nguồn, có giá thành rẻ và có thể đặt ở bất kì đâu, không phụ thuộc vào các điều kiện môi trường, không cần phải cung cấp năng lượng cho các thiết bị giữa Tồng đài trung tâm (CO) và người dùng Ngoài ra, ưu điểm này còn giúp các nhà khai thác giảm được chi phí bảo dưỡng, vận hành

+ Công nghệ PON cho phép giảm số lượng dây dẫn và thiết bị tại Tổng đài trung tâm so với các kiến trúc Điểm - Điểm và như vậy sẽ giảm chi phí cáp quang

và giảm chi phí cho thiết bị tại Tổng đài trung tâm do nó cho phép nhiều người dùng (8,16,32,64 hoặc 128) chia sẻ chung một sợi quang nối tới Tổng đài trung tâm

+ Mạng PON ngoài việc giải quyết các vấn đề về băng thông, nó còn có ưu điểm 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 yêu cầu của các dịch vụ, trong khi đó việc thiết lập thêm các nút trong mạng tích cực khá 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 nút của mạng PON nằm ở bên ngoài mạng, nên tổn hao năng lượng trên các nút này không gây ảnh hưởng gì đến các nút khác Khả năng một nút mất năng lượng mà không làm ngắt mạng là rất quan trọng đối với mạng truy nhập, do các nhà cung cấp không 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 pháp hàng đầu cho mạng truy nhập PON cũng cho phép tương thích với các giao diện SONET/SDH và có thể được sử dụng như một vòng thu quang thay thế cho các tuyến 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 cáp quang chủ động (AON) là khoảng cách truyền dẫn tối đa nhỏ hơn; khoảng cách truyền dẫn tối đa của mạng PON là 20 km

1.3.2 Các thế hệ mạng PON

a 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 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 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 BPON với ý diễn đạt PON băng rộng Hệ thống BPON có khả năng cung cấp nhiều dịch vụ băng rộng như Ethernet, Video, đường riêng ảo, 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 Hệ thống BPON hỗ trợ tốc độ không đối xứng 155 Mbps hướng lên và 622 Mbps hướng xuống hoặc tốc độ đối xứng 622 Mbps Các hệ thống BPON đã được sử dụng ở nhiều nơi, tập trung ở Bắc Mỹ, Nhật Bản và một phần Châu Âu

b GPON

Do khó có thể nâng tốc độ của BPON lên cao hơn 622 Mbps và mạng PON trên cở sở nền ATM không tối ưu đối với lưu lượng IP, nhóm FSAN đã 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) bao gồm G.984.1,G.984.2 và G.984.3

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

Các ưu điểm của GPON: Hỗ trợ cung cấp dịch vụ bộ ba, các dịch vụ âm thanh, 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 hướng xuống 2,488/1 Gbit/s và tốc độ hướng lên là 244 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 GPON là công nghệ phù hợp cho việc truyền thông Ethernet/IP với việc hỗ trợ truyền tiếng nói và video qua PON bằng việc sử dụng giao thức SONET/SDH

c EPON

Năm 2001, IEEE thành lập 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 các tính chất của Ethernet truyền thống Ethernet PON được bắt đầu nghiên cứu trong thời gian gian này

Ethernet PON (EPON) là mạng trên cở sở PON mang lưu lượng dữ liệu gói trong các khung Ethernet được chuẩn hóa theo IEEE 802.3, sử dụng mã đường truyền 8b/10B và hoạt động với tốc độ 1Gbps

d NG-PON

NG-PON (Next Generation PON), mạng truy nhập quang thụ động thế hệ tiếp theo, ra đời nhằm đáp ứng 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 nghĩa tại IEEE 802.3av vào năm 2009 Các tiêu chuẩn này hỗ trợ cả 2 cấu hình: Không đối xứng hoạt động ở tốc độ 10Gbps (cho đường xuống), 1Gbps (cho đường lên) và cấu hình đối xứng hoạt động ở tốc độ 10Gbps cho cả hai hướng Vào tháng 6 năm

2012, 10GPON được chuẩn hóa tại tiêu chuẩn ITU-T G987: 10-Gigabit-capable passive optical network (XG-PON) systems, và được xác định dựa trên kiến trúc TDM PON

NG-PON 2 được ITU định nghĩa trong khuyến nghị ITU-T G.989: Gigabit-capable passive optical networks (NG-PON2) vào tháng 10/2015 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 chia theo thời gian (TDM) NG-PON2 cho phép đạt tốc độ 40 Gbps cho đường xuống và 10 Gbps cho đường lên TWDM - PON sẽ cùng tồn tại với hệ thống GPON và 10GPON

40-1.3 Kết luận chương

Chương 1 trình bày một số nội dung tổng quan về mạng truy nhập quang thụ động PON, bao gồm cấu trúc mạng, mô tả các thiết bị, và các công nghệ trong mạng PON Các ưu điểm của mạng PON cũng được trình bày

Chương này cũng giới thiệu các thế hệ mạng PON đã và đang được triển khai như APON, BPON, GPON, EPON và mạng PON thế hệ kế tiếp XG PON, NG PON2 sử dụng công nghệ TWDM PON

CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG GPON

VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ

Chương 2 tìm hiểu sâu thêm về mạng truy nhập quang thụ động GPON bao gồm các thông số kỹ thuật, các phương thức đóng gói và truyền tải dữ liệu trong mạng, khả năng bảo mật mạng, khả năng cung cấp băng thông Cùng với đó xu hướng phát triển mạng PON thế hệ kế tiếp và các vấn đề chuyển tiếp từ mạng GPON lên mạng thế hệ sau cũng sẽ được trình bày trong chương này Cuối cùng Chương 2 sẽ trình bày các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ trên mạng GPON

2.1 Khái niệm GPON

GPON (Gigabit Passive Optical Network) được ITU-T định nghĩa tại chuẩn ITU-T G.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 hóa quản lý Thêm nữa, GPON cho phép lựa chọn tốc độ bit khác nhau: 622 Mbit/s, 1,25 Gbit/s, 2,5 Gbit/s cho luồng xuống và 1,25 Gbit/s cho luồng lên Phương thức đóng gói GPON - GEM (GPON Encapsulation Method) cho phép đóng gói lưu lượng người dùng rất hiệu quả, với sự phân đoạn khung cho phép chất lượng dịch vụ QoS (Quality of Service) cao hơn GPON hỗ trợ tốc độ cao, tăng cường bảo mật, phân phối các dịch vụ tới nhiều thuê bao với chi phí thấp cũng như cho phép khả năng tương thích lớn giữa các nhà cung cấp thiết bị Với các ưu điểm

đó, GPON là hệ thống mạng truy nhập quang thụ động tiên tiến nhất hiện nay, có khả năng hỗ trợ truyền nhiều dịch vụ, với khả năng thiết lập các chế độ vận hành, quản lý và bảo dưỡng tốt nhất

2.2 Các tiêu chuẩn ITU – T của GPON

GPON được ITU-T định nghĩa tại chuẩn ITU-T G.984 bắt đầu từ năm 2003,

mở rộng từ chuẩn BPON G.983

- ITU-T G.984.1 ( 03/2003) “G-PON: General characteristics”: Cung cấp các giao diện mạng người dùng (UNI), giao diện nút dịch vụ (SNI) và một số dịch 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 danh định

- ITU-T G.984.2 (03/2003) “G-PON: PMD layer specification”: Chỉ ra các yêu 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 hướng lên

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 xác minh về khả năng chấp nhận giá thành sản xuất công nghiệp đối với hệ thống G-PON 2,488/1,244 Gbit/s

- ITU-T G.984.3 (02/2004) “G-PON: TC layer specification”: Mô tả lớp hội

tụ truyền dẫn (Transmission convergence - TC) cho các mạng G-PON bao gồm định dạng khung, phương thức điều khiển truy nhập môi trường, phương thức ranging, chức năng OAM và bảo mật

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

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

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

- ITU-T G.984.4 (06/2004) “G-PON: ONT management and control interface specification”: cung cấp chỉ tiêu kỹ thuật giao diện điều khiển (OMCI) và quản 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-T G.984.4 Adm3 (03/2006): làm rõ nghĩa cho phần G-OMCI, mô tả các mức cảnh báo, giới hạn tốc độ các cổng Ethernet, OMCI cho OMCI, vận chuyển lưu 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 các nghiên 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 và lớp hội tụ truyền dẫn đối với hệ thống G-PON có cự ly truyền dẫn từ 20km đến 40km

2.3 Kiến trúc chung của hệ thống GPON

Hình 2.1 Kiến trúc chung của hệ thống GPON

1.html)

(Nguồn:http://www.thuthuatict.com/2015/07/mang-quang-thu-ong-gpon-phan Hệ thống G(Nguồn:http://www.thuthuatict.com/2015/07/mang-quang-thu-ong-gpon-phan PON bao gồm 3 thành phần chính: OLT, ONT/ONU, ODN (fible, splitter, ODF …)

- Thiết bị kết cuối quang OLT (Optical Line Terminator) thường đặt tại phòng máy CO

- Các thiết bị đầu cuối quang ONT (Optical Network Terminer) hoặc Khối mạng quang ONU (Optical Network Unit) đặt tại phía khách hàng ONU là thiết bị kết cuối mạng cáp quang tích cực, kết nối với OLT thông qua mạng phân phối quang (ODN) thường dùng cho trường hợp kết nối tới buiding hoặc tới các cabinet (FTTB, FTTC, FTTCab)

- Mạng phân phối quang ODN (Optical Distribution Network) gồm có 2 thành phần chính là bộ chia quang (Splitter) và các sợi quang, ngoài ra còn có các phụ 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 hiệu quang từ nhà cung cấp dịch vụ đến khách hàng và ngược lại, giúp tận dụng hiệu quả sợi quang vật lý Splitter thường được đặt tại các điểm phân phối quang (DP)

và các điểm truy nhập quang (AP) Bộ chia/ghép quang có 2 loại, một loại đặt tại các nhà trạm viễn thông sử dụng các tủ kiểu indoor, loại thứ 2 là loại thiết bị được bọc kín có thể mở ra được khi cần thiết và đặt tại các điểm măng xông hay tủ phân

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) đó 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

1.html)

(Nguồn:http://www.thuthuatict.com/2015/07/mang-quang-thu-ong-gpon-phan-FTTC: Fiber to the cabinet – Mạng cáp quang đến các tủ cáp trong khu vực FTTB: 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 FTTH thì 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

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

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

2.6.1 Kỹ thuật 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 tần truyền dẫn thành những khe thời gian

kế tiếp nhau Những khe thời gian này có thể được ấn định trước cho mỗi khách hàng hoặc có thể phân theo yêu cầu tuỳ thuộc vào phương thức chuyển giao đang sử dụng Hình 2.3 là một ví dụ về việc sử dụng TDMA trên GPON hình cây Mỗi thuê bao được phép gửi số liệu đường lên trong khe thời gian riêng biệt Bộ tách kênh sắp xếp số liệu đến theo vị trí khe thời gian của nó hoặc thông tin được gửi trong bản thân khe thời gian Số liệu đường xuống cũng được gửi trong những khe thời gian xác định

GPON sử dụng kỹ thuật TDMA có ưu điểm rât lớn đó là các ONU có thể hoạt động trên cùng một bước sóng, và OLT hoàn toàn có khả năng phân biệt được

lưu lượng của từng ONU 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 dàng thêm các ONU nếu có nhu cầu nâng cấp mạng

Hình 2.3: Ghép kênh TDMA trong GPON

1.html)

(Nguồn:http://www.thuthuatict.com/2015/07/mang-quang-thu-ong-gpon-phan-Một đặc tính quan trọng của GPON sử dụng TDMA là yêu cầu bắt buộc về đồng bộ của lưu lượng đường lên để tránh xung đột số liệu Xung đột này sẽ xảy ra nếu hai hay nhiều gói dữ liệu từ những thuê bao khác nhau đến bộ ghép cùng một thời điểm Tín hiệu này đè lên tín hiệu kia và tạo thành tín hiệu ghép Phía đầu xa không 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 nhiên các vấn đề trên đều được khắc phục với cơ chế định cỡ và phân định băng thông động 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 (GPON Encapsulation Method) GEM là một cơ chế tải tin được tối ưu hóa cho truyền tải các khung Ethernet GEM cung cấp khả năng thông tin kết nối định hướng tương tự ATM GPON cho phép hỗ trợ nhiều loại hình dịch vụ khách hàng khác nhau Khách hàng ATM được sắp xếp trong suốt vào khung GEM trên cả hai hướng Khách hàng TDM được sắp xếp vào khung GEM sử dụng thủ tục đóng gói GEM Các gói dữ liệu bao gồm cả các khung Ethernet cũng được sắp xếp sử dụng thủ tục đóng gói GEM cũng hỗ trợ việc phân mảnh hoặc chia nhỏ các khung lớn thành các phân mảnh nhỏ và ghép lại ở đầu thu nhằm giảm trễ cho các lưu lượng thời gian 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 95% băng thông cho phép trên kênh truyền dẫn

Chức năng chính của lớp truyền dẫn hội tụ GPON (GPON Transmission Convergence - GTC) là để cung cấp ghép kênh vận chuyển giữa OLT và ONU Các ONU và OLT có thể hỗ trợ cả T-CONT nền ATM hoặc GEM Khung GTC có thể đóng gói trực tiếp các gói dữ liệu thông qua phương pháp đóng gói GEM Ngoài ra

hệ thống GTC cung cấp điều khiển đa truy nhập cho lưu lượng hướng lên Trong các khung hướng xuống sẽ chỉ thị khe thời gian được phép truyền lưu 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 gửi các con trỏ trong khối điều khiển vật lí PCBd, các con trỏ này chỉ thị thời gian bắt đầu và kết thúc mà mỗi container truyền dẫn (T-CONT) có thể dùng để truyền dữ liệu hướng lên Bằng cách này, chỉ có một ONU truy nhập mạng tại bất kì thời điểm nào 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 Tuy nhiên, 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.984.3, Broadband optical access systems based

on Passive Optical Networks (PON), 2005)

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 (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 được cấp 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 nhiều hướng lên Mỗi T-CONT tương ứng với một lưu lượng truy cập dịch vụ của một loại băng thông Mỗi T-CONT được xác định bởi một ALLOC_ID duy nhất Các ALLOC_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 một loại hình lưu lượng dịch vụ tức là một loại T-CONT

Hình 2.5: Kiến trúc ghép kênh GPON

(Nguồn: Tài liệu tập huấn triển khai mạng GPON của VNPT)

GPON

GEM GEM GEM

T-CONT

GEM GEM

T-CONT

GEM GEM GEM

Nhận dạng bởi Alloc - ID

Nhận dạng bởi Port - ID

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

+ Khoảng cách OLT - ONU

Giới hạn cự ly của công nghệ GPON hiện tại được quy ước trong khoảng 20

km với hệ số chia tách/ghép quang lên tới 1:128 (hiện tại thường sử dụng tỷ lệ 1:32)

+ Đặc điểm dịch vụ

GPON được triển khai để đáp ứng tỷ lệ dung lượng dịch vụ/chi phí khi so sánh với mạng cáp đồng/DSL và các mạng SDH/SONET cũng như giải pháp quang Ethernet điểm – điểm có chi phí cao Vì vậy nó phù hợp với các hộ gia đình, doanh nghiệp vừa và nhỏ, chính phủ và các cơ quan công sở

GPON có thể cung cấp tất cả các dịch vụ hiện có và cả các dịch vụ mới cho các thuê bao gia đình và doanh nghiệp do khả năng truyền băng rộng của mạng + Các ứng dụng cơ bản

- GPON được ứng dụng trong các mạng truy nhập quang FTTx để cung cấp các 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 1000 Mbps, hỗ trợ QoS đầy đủ

- Thông tin liên lạc: Các đường thoại, thông tin liên lạc, truy cập internet, intranet tốc độ cao, đường băng thông lớn (BPLL) và làm backhaul cho mạng không dây

- Bảo mật: Camera, Báo cháy, báo đột nhập, Báo động an ninh, trung tâm điều khiển 24/7 với khả năng giám sát, backup dữ liệu, SANs

- Giải trí: CATV, HDTV, PPV, PDVR, IPTV, hệ thống đường lên video hoàn thiện cho modem DOCSIS và dịch vụ video tương tác, truyền hình vệ tinh; tất cả các dịch

vụ trên cáp quang GEPON

- Nhà thông minh, Giám sát trong nhà, giám sát xử lý chất thải, điều khiển từ xa các thiết bị tự động trong nhà

- GPON được ứng dụng trong các mạng truy nhập quang FTTH để cung cấp các dịch vụ như IPTV, VoD, Internet tốc độ cao, game trực tuyến, VoIP, Voice TDM, với chi phí hiệu quả, 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 thể truyền tới nhiều thuê bao một cách đồng thời Khả năng cấp phát băng thông động

và phục vụ quá tải cho phép các nhà cung cấp dịch vụ tối ưu hóa băng thông quang, tạo ra nhiều lợi nhuận hơn Băng thông lớn và dịch vụ linh hoạt của GPON giúp cho GPON trở thành một sự lựa chọn hoàn hảo cho việc cung cấp dịch vụ tới nhiều hộ

thuê bao MDU (Multiple Dwelling Units) như các tòa nhà, khách sạn, chung cư GPON ONU có thể phục vụ như các DSLAM VDSL2

- GPON là sự lựa chọn hoàn hảo cho các doanh 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 cho phép các dịch vụ lớp doanh nghiệp có thể được cung cấp trên cùng cơ sở hạ tầng như các dịch vụ hộ gia đình nhằm loại trừ yêu cầu xây dựng cơ sở hạ tầng mới

- Với các cơ quan Chính phủ, ngành Giáo dục và Y tế: Thị trường các cơ quan chính phủ yêu cầu các 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 các khu vực trung tâm văn phòng chính phủ, các trường học, bệnh viện cũng như các khu vui chơi giải trí, khu công nghiệp Chính quyền một số quốc gia

đã thiết lập mạng GPON để cung cấp các dịch vụ thoại và dữ liệu tốc độ cao cho lực lượng cảnh 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 trường học Internet tốc độ cao và các dịch vụ băng rộng khác

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 nhằm đáp ứng nhu cầu băng thông ngày càng lớn của các loại hình dịch vụ PON Hiện nay, các gói dịch vụ triple-play thương mại cung cấp băng thông điển hình từ 20 đến 100 Mbps cho khách hàng mạng Ngoài ra, châu Âu đã đặt mục tiêu đến năm

2020 một nửa của tất cả các hộ gia đình ở châu Âu có thuê bao băng rộng với tốc độ

ít nhất là 100 Mbps

Mặc dù công nghệ hiện tại, chẳng hạn như GPON, dễ dàng đáp ứng các nhu cầu ngắn hạn đến trung hạn của người tiêu dùng dân cư, về lâu dài cần phải có công nghệ mới để đáp ứng yêu cầu của các dịch vụ đòi hỏi cao như HDTV, 3D-TV, điện toán đám mây, vv…

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 Điều này sẽ tạo ra xã hội nối mạng, trong đó tất cả mọi thứ sẽ được kết nối Theo Networking Index Visual Cisco

từ 2012-2017 tổng số lượng dữ liệu trao đổi giữa người sử dụng điện thoại di động được dự kiến tăng 66 phần trăm mỗi năm Sự tăng trưởng to lớn của dữ liệu di động

sẽ gây áp lực lớn cho các nhà khai thác

Các dịch vụ cho doanh nghiệp và backhaul di động sẽ yêu cầu duy trì tốc độ

dữ liệu đối xứng cỡ 1 Gbps và cao hơn nữa, trong khi khách hàng hộ gia đình có thể đòi hỏi thấp hơn vì yêu cầu băng thông đỉnh chỉ trong thời gian ngắn hơn Thế nhưng, các đường truyền băng thông rộng đối xứng lại không có sẵn trên mạng FTTH thế hệ hiện tại, do thiếu các nguồn tài nguyên băng thông và thiết kế bất đối xứng của công nghệ PON Do vậy, mạng PON thế hệ kế tiếp sẽ giải quyết vấn đề này, trong khi sẽ cung cấp băng thông cao hơn và các mức chất lượng dịch vụ mà các dịch vụ mới yêu cầu

bytes)/tháng

Hình 2.6: Biểu đồ tăng trưởng dữ liệu di động

(Nguồn: Cisco VNI Mobile Forecast, 2013 )

Sự hội tụ của thoại và dịch vụ dữ liệu trên mạng quang duy nhất đã được chứng minh là sự lựa chọn đúng cho các mạng khu vực và mạng lõi, hiệu quả tương

tự có thể đạt được trong mạng truy cập Hệ số phân nhánh lớn hơn, phạm vi tăng, bước sóng sẵn có và tái sử dụng sợi quang có thể giúp các nhà khai thác phục vụ nhiều khách hàng hơn với vốn đầu tư ít hơn PON thế hệ kế tiếp sẽ cho phép sự phát triển dễ dàng từ mạng truy nhập quang hiện có chủ yếu phục vụ khách hàng hộ gia đình sang mạng truy nhập hội tụ phục vụ khách hàng hộ gia đình, các dịch vụ doanh nghiệp và backhaul di động

2.8.1 Phát triển các tiêu chuẩn PON

Tổ chức IEEE đã phát triển các tiêu chuẩn EthernetFirst Mile (IEEE 802.3ah 2004) trong đó có EPON Các phiên bản 10-Gbps, 10G-EPON đã được phê chuẩn vào năm 2009 trong chuẩn IEEE 802.3av Tiêu chuẩn này hỗ trợ hai cấu hình:

không đối xứng, hoạt động ở tốc độ 10 Gbps ở đường xuống (cung cấp dịch vụ cho khách hàng) và 1 Gbps đường lên(người tiêu dùng tải dịch vụ lên mạng); và đối

xứng hoạt động ở tốc độ 10 Gbps trong cả hai hướng

Trong khi đó, nhóm FSAN (Full Service Access Network) đã dẫn đầu phát triển công nghệ GPON, vượt qua tiêu chuẩn ITU (ITU-T) khi nó đạt được các yêu cầu kỹ thuật ổn định và sẵn sàng cho việc chuẩn hóa Vào năm 2006 FSAN / ITU-T bắt đầu xem xét các thay đổi cải tiến chuẩn dựa trên GPON được xác định trong khuyến nghị G.984.5 Trong năm 2007, các nghiên cứu chuyển hướng sang xác định các hệ thống mới Một loạt các giải pháp kỹ thuật đã được đề xuất, nhiều trong

số đó khác với kiến trúc và dịch vụ của GPON Cuối cùng, vào năm 2010, khuyến nghị ITU-T Recommendation G.987: hệ thống mạng quang thụ động 10 Gigabit (XG-PON), đã được xác định, dựa trên kiến trúc TDM-PON

Cả hai tiêu chuẩn của IEEE và ITU-T đều cho phép các thế hệ khác nhau của công nghệ PON cùng tồn tại Tuy nhiên, các tiêu chuẩn NG-PON2 đã cung cấp một con đường rõ ràng để đạt được dung lượng cao hơn, và do đó dự kiến sẽ giải quyết tốt hơn các nhu cầu của các nhà khai thác trong tương lai

2.8.2 NG-PON1

NG-PON1 cũng còn được gọi là XG-PON1, được định nghĩa bởi ITU-T G.987 cho việc triển khai ngắn, hoạt động với mạng phân phối quang và thiết bị hiện có Nó cung cấp 10 Gbps băng thông đường xuống và 2,5 Gbps băng thông đường lên NG-PON1 thừa hưởng việc định khung và quản lý từ GPON Hoạt động với đầy đủ dịch vụ được cung cấp thông qua tốc độ dữ liệu cao hơn và phân chia lớn hơn trong khi vẫn giữ một cấu trúc mạng - bổ sung thêm nhiều tính năng và khả năng mà không cần làm cho các mạng lưới phân phối quang phức tạp

Hình 2.7: Quy định bước sóng trong ITU – T G.987

Bị ảnh hưởng bởi thị trường bộ thu phát quang 10G và băng thông sẵn có để đạt được tương thích với các hệ thống đã có, FSAN đã chọn bước sóng 1575nm đường xuống và bước sóng 1270nm đường lên cho NG-PON1 Để hệ thống GPON

và XG-PON cùng tồn tại trên cùng một mạng đòi hỏi phải bổ sung một bộ kết hợp (coupler) bước sóng nằm tại tổng đài trung tâm, như đã được định nghĩa tại WDM1r trong chuẩn ITU-T G.984.5

Một cản trở cho việc triển khai GPON và XG-PON1 trên cùng mạng là sự tồn tại (hoặc không tồn tại) của bộ lọc chặn bước sóng (wavelength blocking filters) tại các thiết bị đầu cuối mạng quang (ONTs) tại phía khách hàng Hầu hết ONTs của GPON hiện đại có một bộ lọc tích hợp để loại bỏ can nhiễu từ các bước sóng XG-PON1 Tuy nhiên, ONTs cũ hơn không có một bộ lọc như vậy Các nhà cung cấp dịch vụ với ONTs cũ đã triển khai sẽ phải cài đặt bộ lọc tại các địa điểm đặt ONT để cho phép GPON và XG-PON1 cùng tồn tại Để đặt cấu hình, vận hành và bảo trì, GPON và XG-PON sử dụng cùng một giao diện điều khiển và quản lý đơn

vị mạng quang (OMCI), quy định trong ITU-T G.988

+ Coherent WDM-PON (PON UDWDM)

+ Ghép kênh phân chia theo tần sốtrực giao (OFDM) PON

FSAN đã chọn TWDM-PON là cách tiếp cận chính cho NG-PON2, mà hiện nay đang trong quá trình được chuẩn hoá bởi ITU-T Các nhà khai thác đánh giá TWDM-PON là ít rủi ro, ít gây phức tạp và ít tốn kém hơn so với các phương pháp khác vì nó cho phép sử dụng các thiết bị và các công nghệ hiện có TWDM-PON có thể được xem như là nhiều hệ thống XG-PON1 hoạt động trên cặp các bước sóng khác nhau, do đó chúng có thể được "xếp chồng" vào một sợi quang vật lý

Hình 2.8: Kiến trúc TWDM - PON

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

Những thách thức chính của việc thực hiện NG-PON2 là việc phân bổ phổ tần và sự cần phải có ONTs "không màu", có khả năng gửi và nhận tín hiệu trên bất

kỳ bước sóng nào đã được quy định Bộ phát ONT phải có khả năng lựa chọn bước sóng còn bộ thu ONT đòi hỏi phải có bộ lọc có khả năng lựa chọn bước sóng

ONTs không màu sẽ đắt hơn GPON ONTs Các nhà cung cấp thiết bị quang đang phát triển công nghệ mới để giúp giảm giá các thiết bị này Việc sử dụng mạch tích hợp quang tử (PIC) trong ONT là rất hấp dẫn vì một quá trình sản xuất với chi phí thấp sẽ cho phép triển khai hàng loạt

Bốn biến thể của TWDM-PON hiện đang được phát triển bởi ITU-T Study Group 15:

+ Cơ bản: Tốc độ 40 Gbps hướng xuống và 10 Gbps hướng lên, sử dụng bốn

bước sóng

+ Mở rộng: 80 Gbps hướng xuống và 20 Gbps hướng lên, sử dụng tám bước

sóng

+ Thương mại: Dịch vụ đối xứng, 40/40 Gbps và 80/80 Gbps

+ Mobile fronthaul: WDM điểm-điểm

Người ta cũng dự kiến rằng các thiết bị NG-PON2 sẽ hỗ trợ kỹ thuật cho mạng backhaul di động (như IEEE 1588v2 Boundary Clock and Transparent Clock)

để hỗ trợ các yêu cầu tần số và pha thời gian chính xác trong các mạng di động

2.9 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ trên mạng GPON

2.9.1 Phân tích các yêu tố ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ

Trong thực tế, chất lượng mạng truy nhập dịch vụ bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố trong toàn trình từ đầu cuối đến đầu cuối Hai loại lỗi dịch vụ thường gặp là:

- Khách hàng không kết nối được dịch vụ

- Chất lượng dịch vụ kém: tốc độ tải dữ liệu thấp, không ổn định, …

Đi sâu phân tích ta thấy rằng các lỗi trên là do có các sự cố xảy ra trên toàn

hệ thống từ nhà cung cấp dịch vụ tới thuê bao gây nên Các sự cố này được chia thành 3 nhóm sau đây:

a) Sự cố từ phía Nhà cung cấp dịch vụ

 Lỗi hệ thống máy chủ cung cấp dịch vụ và quản lý mạng lưới;

 Sự cố nguồn điện, đứt cáp đường trục trong nước hoặc quốc tế;

 Lỗi cấu hình, treo port, treo thiết bị Router, Switch, Metro Switch, OLT, BRAS…

 Cài đặt sai Username, Password, VLAN, Profile,upload, download…

b) Sự cố truyền dẫn

 Đứt cáp quang từ trạm viễn thông đến nhà khách hàng;

 Đấu nối tại các thiết bị mạng, ODF, Connector…không tốt;

 Khoảng cách kéo cáp giữa OLT và khách hàng xa hơn giới hạn cho phép dẫn đến suy hao tín hiệu vượt quá giới hạn đảm bảo chất lượng;

 Chất lượng cáp quang không tốt, có nhiều mối hàn, có nhiều chỗ bị gập, uốn cong…

c) Sự cố tại thuê bao

 Lỗi phần cứng các thiết bị mạng tại phía thuê bao như máy tính, modem, access point, switch…

 Lỗi firmware/software tại các thiết bị mạng phía thuê bao, virus xâm nhập hệ điều hành máy tính…

 Lỗi kết nối vật lý giữa các thiết bị truy nhập mạng, lỗi kết nối Connector, dây cáp, nguồn điện

 Cài đặt cấu hình sai thiết bị mạng

Qua phân tích trên ta thấy rằng, trong những sự cố gây nên các lỗi dịch vụ có nhiều lỗi có thể xảy ra trên mạng truy nhập Đứng ở góc độ mạng truy nhập GPON,

để đảm bảo chất lượng dịch vụ cho khách hàng, vấn đề quan trọng nhất là đảm bảo băng thông tại đầu cuối của khách hàng và đảm bảo suy hao đường truyền không

vượt qua giới hạn cho phép

2.9.2 Băng thông kết nối giữa UPE với các OLT

Băng thông giữa Node Access UPE và các OLT là một yếu tố quan trọng quyết định chất lượng dịch vụ mạng GPON Do đó việc đảm bảo băng thông giữa UPE với các OLT tại các thời điểm khác nhau là rất quan trọng đặc biệt khi số lượng khách hàng tại OLT đó nhiều hoặc trong OLT đó có nhiều khách hàng có gói cước cao chiếm băng thông lớn Nếu tỷ lệ chiếm băng thông của tổng số các khách hàng tại OLT đó thường xuyên chạm ngưỡng hoặc vượt ngưỡng tỷ lệ băng thông kết nối cho phép theo các hướng dẫn của Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam

sẽ gây ra tắc nghẽn băng thông nội bộ tại OLT Để đảm bảo chất lượng mạng GPON ta phải mở rộng băng thông kết nối giữa UPE với các OLT hoặc tối ưu, quy hoạch lại tệp khách hàng chiếm băng thông cao nhằm đảm bảo băng thông tại các OLT để không ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ

2.9.3 Suy hao đường truyền từ OLT đến ONT

Đường truyền từ OLT đến ONT được xác định trong phạm vi ranh giới từ giao tiếp sợi quang giữa thiết bị OLT đến thiết bị ONU/ONT Đường truyền từ OLT đến ONT (Hình 2.22) 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 Central Office) 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 tủ cáp quang phối, ưu tiên dùng măng xông quang

 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 các tập điểm quang

 Cáp quang thuê bao (Drop Cable): xuất phát từ các điểm truy nhập mạng (AP) hay là từ các tập điểm quang đến thuê bao

Hình 2.9: Các thành phần chính của đường truyền từ OLT đến ONT

(Nguồn:http://www.thuthuatict.com/2015/07/mang-quang-thu-ong-gpon-phan-2.html)

I Tổng suy hao đường truyền từ OLT đến ONT ≤ 28dB

II Tổng suy hao sau Spliter cấp 2 ≤ 22dB

Chi tiết suy hao các loại Spliter

Bảng 2.1: Tổng suy hao đường truyền từ OLT đến ONT

Tổng suy hao đầu fast connector và cáp thuê bao

Bảng 2.2: Tổng suy hao đầu fast connector và cáp thuê bao