BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG…………… ĐỒ ÁN

MẠNG TRUY NHẬP QUANG
THỤ ĐỘNG ETHERNET – PON


VÕ DŨNG LỜI CAM ĐOAN
 Đồ án này đã được hoàn thành sau một thời gian nghiên cứu và tìm hiểu các
nguồn tài liệu đã học, sách báo chuyên ngành cũng như các thông tin trên mạng mà
theo em là hoàn toàn tin cậy. Do thời gian thực hiện đồ án có hạn nên trong quá
trình nghiên cứu và tìm hiểu còn gặp nhiều thiếu sót. Em xin cam đoan đồ án này
không giống với bất kỳ công trình nghiên cứu hay đồ án nào trước đây mà em đã
biết.

Đà Nẵng, tháng 06 năm 2006.
Người thực hiện

VÕ DŨNG

2.2.3 Mô hình PON 11
2.2.4 WDM và TDM PON 13
2.3 Kết luận chương 15
CHƯƠNG3 16
CÔNG NGHỆ ETHERNET 16
3.1 Giới thiệu chương 16
3.2 Tổng quan về Ethernet 17
3.3 Các phần tử của mạng Ethernet 17
3.4 Kiến trúc mô hình mạng Ethernet 18
3.5 Quan hệ vật lý giữa IEEE802.3 và mô hình tham chiếu ISO 19
3.6 Lớp con MAC Ethernet 21
3.6.1 Dạng khung cơ bản của Ethernet 21
3.6.2 Sự truyền khung dữ liệu 22
3.6.2.1 Truyền đơn công phương thức truy nhập CSMA/CD 23
3.6.2.2 Truyền song công-một cách tiếp cận để hiệu quả mạng cao hơn
24
3.7 Lớp vật lý Ethernet 24
3.8 Quan hệ giữa lớp vật lý Ethernet và mô hình tham chiếu ISO 25
3.9 Kết luận chương 26
CHƯƠNG4 27
MẠNG TRUY CẬP QUANG THỤ ĐỘNG ETHERNET – EPON 27
4.1 Giới thiệu chương 27
4.2 Lợi ích của mạng truy cập quang thụ động Ethernet _ PON 27
4.3 Mạng truy cập quang thụ động EPON 28
4.3.1 Nguyên lý hoạt động 28
4.3.2 Giao thức điều khiển đa điểm MPCP(Multi Point Control
Protocol) 30

trên tính ưu tiên của dịch vụ 58
6.8 Thuật toán tính toán trễ trong mạng truy nhập quang – EPON 63
6.9 Kết luận chương 65
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI II
TÀI LIỆU THAM KHẢO III
PHỤ LỤC V
BẢNG TỪ VIẾT TẮT

TỪ VIẾT TẮT TÊN TIẾNG ANH TÊN TIẾNG VIỆT
A-DBA Adaptive Dynamic Bandwidth
Allocation
Cấp phát băng thông thích
ứng dữ liệu
ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dị bội
CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access
with Collision Detect
Đa truy nhập cảm nhận
sóng mang có phát hiện
xung đột
DA Destination Address Địa chỉ đích
DCE Data Communication Equipment Thiết bị giao dịch dữ liệu

LLC Logical Link Control Điều khiển kết nối logic
MAN Metropolitan Area Network Mạng khu vực thủ đô
MAC Media Access Control Lớp điều khiển truy nhập
phương tiện
MDI Medium Depentdent Interface Giao diện phụ thuộc
phương tiện
MII Medium Indepentdent Interface Giao diện độc lập phương
tiện
MPCP
MultiPoint Control Protocol Giao thức điều khiển đa
điểm
MPtP MultiPoint to Point Mô hình điểm đa điểm
NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau
NIC Network Interface Card Card giao tiếp mạng
OLT Optical Line Terminal Kết cuối đường truyền
quang
ONU Optical Network Unit Đơn vị mạng quang
PC Personal Computer Máy vi tính
PCS Physical Coding Sublayer Lớp con mã hóa vật lý
PDH Plesiochoronous Digital
Hierarchy
Phân cấp số cận đồng bộ
PMA Physical Medium Attachment Lớp con thuộc lớp vật lý
PON Passive Optical Network Mạng quang thụ động
POTS Plain Old Telephony System Hệ thống điện thoại kiểu
cũ
PRE Preamble Mào đầu
LỜI MỞ ĐẦU

Mạng đường trục Bắc – Nam nước ta sử dụng mạng Ring cáp quang SDH 20
Gbps. Các mạng liên tỉnh sử dụng các hệ thống cáp quang SDH với dung lượng 622
Mbps và 2,5 Mbps. Vào cuối năm 2004, mạng NGN đã chính thức được đưa vào
khai thác với khả năng cung cấp dịch vụ đa dạng, hội tụ cả thoại, video và dữ liệu,
nhưng mạng truy nhập hầu như không có một sự phát triển nào đáng kể.Tuy nhiên
mạng truy nhập lại chủ yếu sử dụng cáp đồng, do đó không khai thác hết tính năng
của mạng NGN. Vấn đề đặt ra là làm thế nào để mạng truy nhập phát triển tương
xứng với mạng đường trục đặc biệt là mạng NGN đồng thời đáp ứng ngày càng
nhiều các dịch vụ mới đòi hỏi băng thông cao cho người dùng. Trong khi đó, với
những ưu điểm vượt trội của mình, EPON (Ethernet Passive Optical Network) đã
tạo ra một sự chuyển biến rõ rệt trong mạng truy nhập. Đây cũng là giải pháp mà đề
tài này đề cập cho mạng truy nhập tại Việt Nam. Nội dung của đề tài này được chia
làm sáu chương theo cơ cấu như sau:
Chương 1 HIỆN TRẠNG MẠNG VIỄN THÔNG VIỆT NAM VÀ XU
HƯỚNG PHÁT TRIỂN MẠNG TRUY NHẬP CỦA THẾ GIỚI.
Chương này cho ta biết một cách tổng quan về mạng truyền dẫn hiện tại của
Việt Nam, phân tích xu hướng phát triển mạng truy nhập trên thế giới dựa trên nhu
cầu về dịch vụ. Trên cơ sở đó, mục đích của chương này là nói lên tính tất yếu phải
nâng cấp mạng truy nhập hiện nay và mạng truy nhập quang thụ động là giải pháp
được lựa chọn.
Chương 2 MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG – PON
Chương này cho ta biết một cách tổng quang về mạng PON, đưa ra các mô
hình cơ bản của mạng, phân tích các thành phần tồn tại chủ yếu trong mạng là OLT

được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy NGUYỄN TẤN HƯNG người đã tận tình hướng
dẫn và giúp đỡ em trong quá trình làm đề tài này. Em cũng chân thành cảm ơn các
thầy cô trong khoa đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để em
hoàn thành đề tài tốt nghiệp này.
Sinh viên thực hiện
VÕ DŨNG

Chương 1: Hiện trạng mạng VT Việt Nam và xu hướng phát triển mạng truy nhập trên TG 1
CHƯƠNG1
HIỆN TRẠNG MẠNG VIỄN THÔNG VIỆT NAM VÀ XU HƯỚNG PHÁT
TRIỂN MẠNG TRUY NHẬP CỦA THẾ GIỚI

1.1Giới thiệu chương

Với những ưu điểm vượt trội của thông tin quang thì việc ứng dụng thông tin
quang trong mạng truy cập là điều cần thiết và tất yếu của xu hướng hiện nay. Mục
đích của việc này là nhằm đáp ứng các nhu cầu ngày càng gia tăng của người dùng
viễn thông trong nước và quốc tế với các loại hình dịch vụ ngày càng phong phú,
đặc biệt giải quyết được vấn đề “nút cổ chai” giữa mạng truy nhập và mạng đường
trục hiện nay. Bên cạnh đó, chiến lược phát triển viễn thông phụ thuộc rất nhiều vào
hiện trạng mạng viễn thông và định hướng phát triển viễn thông ở mỗi nước. Ở Việt
Nam thì đây cũng không phải là một ngoại lệ. Chương này sẽ trình bày về hiện
trạng mạng truyền dẫn của Việt Nam, xu hướng phát triển viễn thông trên thế giới
và tổng quan về mạng truy nhập quang thụ động.
1.2Hiện trạng mạng truyền thông của Việt Nam
Mạng viễn thông Việt Nam hiện tại được chia thành ba thành phần chính:

 Các tuyến vi ba số PDH.
 Các tuyến cáp quang nội tỉnh.
 Mạng truy nhập thuê bao sử dụng cáp đồng.
1.3 Sự phát triển của lưu lượng
Lưu lượng dữ liệu ngày càng tăng với một tốc độ chưa từng thấy. Có thể
chứng minh được tốc độ tăng lưu lượng dữ liệu trên 100% mỗi năm từ những năm
Quốc Tế
Quốc gia
Nội tỉnh
Gateway
Quốc Tế
TOLL quốc
gia
TOLL quốc
gia
Gateway
Quốc Tế
Host Host
Hình 1.1: Cấu trúc mạng viễn thông Việt Nam hiện tại
Chương 1: Hiện trạng mạng VT Việt Nam và xu hướng phát triển mạng truy nhập trên TG 3
1990. Có một thời kỳ mà sự kết hợp giữa các nhà máy kỹ thuật và kinh tế đã làm
cho tốc độ tăng lên rất cao ví dụ năm 1995, 1996 mỗi năm tăng 1000%. Xu hướng
online và họ sẽ sẵn sàng online để trải qua nhiều thời gian và sử dụng những ứng
dụng đòi hỏi băng thông lớn. Việc nghiên cứu thị trường cho thấy, sau khi nâng cấp
lên băng rộng người dùng đã online nhiều hơn 35% so với trước. Lưu lượng thoại
cũng tăng nhưng tốc độ chậm hơn 8% mỗi năm. Theo như hầu hết các nhà phân tích
thì lưu lượng dữ liệu đã vượt trội lưu lương thoại. Nhiều dịch vụ và ứng dụng sẽ trỡ

1.5 Mạng truy nhập thế hệ sau
Sợi quang có khả năng phân phối băng thông cao, tích hợp dịch vụ thoại, dữ
liệu và video với khoảng cách trên 20Km trong mạng truy nhập. Phương thức vật
lý để triển khai sợi quang trong mạng truy nhập nội hạt là sử dụng mô hình điểm
điểm (PtP: Point to Point), với sợi quang chạy từ CO (Central Office) đến mỗi đầu
cuối thuê bao (hình 1.2a). Kiến trúc này đơn giản tuy nhiên chi phí khá cao. Chúng
ta xét N thuê bao với khoảng cách trung bình so với CO là L Km thì mô hình PtP
yêu cầu 2N bộ thu phát và NxL tổng chiều dài sợi quang.
(a) Point to
Point
Network
(b) Curb-
Switched
Network
(c) Passive
optical
network
Hình 1.2: Các mô hình phân bổ sợi quang đến thuê bao
Chương 1: Hiện trạng mạng VT Việt Nam và xu hướng phát triển mạng truy nhập trên TG
Từ hai bảng trên, triển vọng của EPON được minh chứng qua dự báo thị
trường sản phẩm mạng PON và phẩm chất kỹ thuật so với các giải pháp truy nhập
khác. Tốc độ phát triển trung bình 39,3% trong giai đoạn 2003-2008 cho thấy một
tương lai đầy hứa hẹn với thị trường PON trong bối cảnh suy thoái của thị trường
viễn thông trong thời gian qua. Đây được xem là một trong những thị trường hấp
dẫn nhất đối với các nhà đầu tư trong giai đoạn tới.
Đánh giá Công
nghệ
Tốc độ
cực đại
(Mbit/s)

Khoảng
cách
cực đại
(m)
Tốc độ

Khoảng
cách
Chia
sẽ môi
trường

Chi
phí
Công
lao
động
Độ tin


Đa
mode
>10 10000 Cao T/bình Không

T/bình

Cao Cao
Đơn
mode
>10 100000 Cao Xa Không

T/bình

Cao Cao
PON 100 10000 Cao T/bình Có T/bình

T/bình

Cao
Vô
tuyến

Satellite <1 N/A Thấp T/bình Có Cao Thấp T/bình

WiFi <11 100 T/bình Tb/Gần

Có Cao Thấp Cao
802.11a 50 20 Cao Gần Có Cao Thấp T/bình


Chương 2: Mạng quang thụ động - PON 8
CHƯƠNG2
MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG – PON

2.1Giới thiệu chương
Với những ưu điểm vượt trội, mạng quang thụ động PON( Passive Optical
Network) là một sự lựa chọn thích hợp nhất cho mạng truy nhập. Trong chương này
sẽ nói về PON là như thế nào, hoạt động ra sao, cấu trúc của nó cũng như phương
thức được sử dụng để truyền dữ liệu WDM và TDM PON. Từ đó đưa ra ưu và
nhược của từng phương thức.
2.2 Tổng quang về công nghệ PON
Mạng quang thụ động PON (hình 2.1) sử dụng phần tử chia quang thụ động
trong phần mạng phân bố nằm giữa thiết bị đường truyền quang (OLT) và thiết bị
kết cuối mạng quang (ONU). Hoạt động của mạng PON được điều khiển bởi giao
thức truy nhập theo địa chỉ MAC (lớp 2) Hình 2.1: Mô hình mạng quang thụ động
Chương 2: Mạng quang thụ động - PON
phân ra và truyền đi theo nhiều sợi quang hoặc được kết hợp lại và truyền đi trên
một sợi quang thông qua bộ ghép quang, phụ thuộc tín hiệu đó đi theo hướng lên
hay xuống của PON.
2.2.1 Bộ tách / ghép quang
Một mạng quang thụ động sử dụng một thiết bị thụ động để tách một tín hiệu
quang từ một sợi quang sang một vài sợi quang và ngược lại. Thiết bị này là
Coupler quang. Để đơn giản, một Coupler quang gồm hai sợi nối với nhau. Tỷ số
tách của bộ tách có thể được điều khiển bằng chiều dài của tầng nối và vì thế nó là
hằng số. Hình 2.2a có chức năng tách tia cào thành 2 tia ở đầu ra, đây là Coupler
Y.Hình 2.2b là Coupler ghép các tín hiệu quang tại hai đầu vào thành một tín hiệu
Chương 2: Mạng quang thụ động - PON

10

a) Coupler 4 ngăn 8x8 b) Coupler 3 ngăn 8x8
Hình 2.3: Coupler 8x8 được tạo ra từ nhiều Coupler
tại đầu ra. Hình 2.2c vừa ghép vừa tách quang và gọi là Coupler X hoặc Coupler
phân hướng 2x2. Coupler có nhiều hơn hai cổng vào và nhiều hơn hai cổng ra gọi là
Coupler hình sao. Coupler NxN được tạo ra từ nhiều Couper 2x2.
 Optical Network Unit (ONU: thiết bị kết cuối mạng quang): ONU cung
cấp giao tiếp giữa mạng thoại, video và dữ liệu người dùng với mạng PON. Chức
năng cơ bản của ONU là nhận dữ liệu ở dạng quang và chuyển sang dạng phù hợp
với người dùng như Ethernet, POST,T1
 Element Management System (EMS :hệ thống quản lý ): EMS quản lý các
phần tử khác nhau của mạng PON và cung cấp giao diện đến mạng lõi của các nhà
cung cấp dịch vụ. EMS có chức năng quản lý về cấu hình, đặc tính và bảo mật.
2.2.3 Mô hình PON
Có một vài mô hình thích hợp cho mạng truy cập như mô hình cây, vòng
hoặc bus. Mạng quang thụ động PON có thể triển khai linh động trong bất kỳ mô
hình nào nhờ sử dụng một tapcoupler quang 1:2 và bộ tách quang 1:N.

Mô hình cây ( sử dụng splitter 1:N)(a)
Chương 2: Mạng quang thụ động - PON

12

Mô hình vòng (c)
Mô hình cây với ređunant trunk (d)
Hình 2.4: Các mô hình mạng PON


chiếm toàn bộ băng thông hướng xuống. Trong hướng lên, mạng PON là mạng đa
điểm-điểm: nhiều ONU truyền tất cả dữ liệu của nó đến một OLT. Đặc tính hướng
của các bộ tách ghép thụ động là việc truyền thông của một ONU sẽ không được
nhận biết bởi các ONU khác. Tuy nhiên các luồng dữ liệu từ các ONU khác nhau
được truyền cùng một lúc cũng có thể bị xung đột. Vì vậy trong hướng lên, PON sẽ
sử dụng một vài cơ chế riêng biệt trong kênh để tránh xung đột dữ liệu và chia sẽ
công bằng tài nguyên và dung lượng trung kế.
Một phương pháp chia sẽ kênh ở hướng lên của ONU là sử dụng ghép kênh
phân chia theo bước sóng WDM, với phương pháp này thì mỗi ONU sẽ hoạt động ở
một bước sóng khác nhau. Giải pháp WDM yêu cầu một bộ thu điều khiển được
hoặc là một mảng bộ thu ở OLT để nhận các kênh khác nhau. Thậm chí nhiều vấn
đề khó khăn cho các nhà khai thác mạng là kiểm kê từng bước sóng của ONU: thay
vì chỉ có một loại ONU, thì có nhiều loại ONU dựa trên các bước sóng Laser của
nó. Mỗi ONU sẽ sử dụng một laser hẹp và độ rộng phổ điều khiển được cho nên rất
đắt tiền. Mặc khác, nếu một bước sóng bị sai lệch sẽ gây ra nhiễu cho các ONU
khác trong mạng PON. Việc sử dụng Laser điều khiển được có thể khắc phục được
vấn đề này nhưng quá đắt cho công nghệ hiện tại. Với những khó khăn như vậy thì
WDM không phải là giải pháp tốt cho môi trường hiện nay.
Chương 2: Mạng quang thụ động - PON

14

Một số giải pháp khác dựa trên WDM cũng được đề xuất nhưng giá cả khá
cao. Do vậy, TDM PON đã ra đời. Trong TDM PON, việc truyền đồng thời từ vài
ONU sẽ gây ra xung đột khi đến bộ kết hợp. Để ngăn chặn xung đột dữ liệu, mỗi
ONU phải truyền trong cửa sổ (khe thời gian) truyền của nó. Một thuận lợi lớn của
TDM PON là tất cả các ONU có thể hoạt động cùng một bước sóng, OLT cũng chỉ
cần một bộ thu đơn. Bộ thu phát ONU hoạt động ở tốc độ đường truyền, thậm chí
băng thông có thể dùng của ONU thấp hơn. Tuy nhiên, đặc tính này cũng cho phép
TDM PON đạt hiệu quả thay đổi băng thông được dùng cho từng ONU bằng cách