Tiểu luận môn học: Mạng và các cộng nghệ truy nhập Mạng quang thụ động GPON
MỤC LỤC
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 2
LỜI NÓI ĐẦU 3
CHƯƠNG I 4
TỔNG QUAN VỀ MẠNG THỤ ĐỘNG PON (Passive Optical Network) 4
1.1 PON LÀ GÌ ? 4
1.3 CÁC CÔNG NGHỆ PON 7
1.3.2 B-PON 9
1.3.3 E-PON 9
1.3.4 G-PON 9
2.1 GIỚI THIỆU CHUNG 10
2.2.1 Hệ thống GPON 11
17
2.3 PHÂN BỔ BĂNG THÔNG TRONG MẠNG GPON: 23
2.3.1. Phân bổ băng thông động 23
2.3.1.1 PON DBA trừu tượng 23
2.3.1.2 Yêu cầu chức năng DBA 24
2.3.1.3 Các phương pháp DBA 25
2.3.1.4 Mô tả toán học của DBA 25
2.3.2 Báo hiệu trạng thái DBA và cấu hình 33
2.3.2.1 Bản tin DBRu 33
2.3.2.2 Đặc trưng chiếm giữ bộ đệm 33
2.3.2.3 Các kiểu dạng DBRu 34
2.4 THÔNG SỐ KỸ THUẬT 36
2.5 KỸ THUẬT TRUY NHẬP VÀ PHƯƠNG THỨC GHÉP KÊNH 38
2.5.1 Kỹ thuật truy nhập 38
2.5.2 Phương thức ghép kênh 38
SVTH: Nhóm 13 Lớp : L11CQVT07-B
-1-
Tiểu luận môn học: Mạng và các cộng nghệ truy nhập Mạng quang thụ động GPON

-2-
Tiểu luận môn học: Mạng và các cộng nghệ truy nhập Mạng quang thụ động GPON
Network độ gigabit
APON ATM Passive Optical
Network
PON tren nen ATM
BPON Broadband Passive
Optical Network
Mạng quang thụ động
băng thông rộng
EPON Ethernet Passive Optical
Network
Mạng quang thụ động
chuẩn Ethernet
WDM Wavelength Division
Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo
bước sóng
FTTH Fiber to the home
FTTB Fiber to the building Cáp quang tới tòa nhà
FTTC Fiber to the curt cáp quang tới khu dân cư
CO Center office Văn phòng trung tâm
LỜI NÓI ĐẦU
Từ xưa đến nay thông tin liên lạc luôn đóng một vai trò quan trọng trong đời
sống con người. Ngoài việc cung cấp cho con người các dịch vụ thiết thực, phục vụ
cho nhu cầu đời sống của con người, thông tin còn có ý nghĩa quyết định đến thành
công của một doanh nghiệp và sự phát triển của con người trong tương lai.
Trong những năm qua, hạ tầng mạng Viễn thông đã phát triển nhanh cả về
công nghệ và chất lượng cung cấp dịch vụ. Viễn thông đã trải qua một quá trình
phát triển lâu dài với nhiều bước ngoặt trong phát triển công nghệ và phát triển

nguồn) như là sợi quang và bộ tách/ghép
PON là một kiến trúc mạng điểm-đa điểm, sử dụng các bộ chia quang thụ
động (không có nguồn cung cấp) để chia công suất quang từ một sợi quang tới các
SVTH: Nhóm 13 Lớp : L11CQVT07-B
-4-
Tiểu luận môn học: Mạng và các cộng nghệ truy nhập Mạng quang thụ động GPON
sợi quang cung cấp cho nhiều khách hàng, thường tỷ lệ chia là 4,8,16,32,64,
128 tùy thuộc vào cấu hình mạng. Một mạng PON bao gồm một OLT(Optical
Line Terminal – Đầu cuối quang) đặt tại tổng đài của nhà cung cấp dịch vụ và các
ONU(Optical Network Unit – Đơn vị mạng quang) đặt tại phía khách hàng.
PON ra đời nhằm hướng tới việc khắc phục hiện tượng nghẽn cổ chai băng
thông ở mạng truy nhập hiện nay. Bằng cách đưa ra khoảng băng thông giữa T1
(1,5 Mbps) và OC3 (155 Mbps) để phục vụ cho mạng truy nhập (xem hình 1.0),
PON đã giải quyết được vấn đề mà trước đây các kỹ thuật truy nhập khác không
làm được.
Hình 1.0: Khoảng băng thông đáp ứng của các loại dịch vụ
1.2 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ PON
Mạng quang thụ động PON được trình bày như Hình1.1 sử dụng phần tử
chia quang thụ động trong phần mạng phân bố nằm giữa thiết bị đường truyền
quang Otical Line Terminal (OLT) và thiết bị kết cuối mạng quang Optical network
Unit (ONU).

SVTH: Nhóm 13 Lớp : L11CQVT07-B
-5-
64 k 144 k 1.5 M 45 M 155 M 1 G
POTS ISDN DSL T1 T3 OC-3
Khoảng băng thông đáp ứng của PON
Băng thông
(bps)
Dịch vụ

một sợi quang đơn mode chạy thẳng đến 1 bộ chia (splitter) công suất quang gần 1
căn hộ, hoặc 1 tòa nhà văn phòng,…Bộ chia có nhiệm vụ chia ra thành N đường
riêng biệt đến các thuê bao. Nếu bộ chia được thiết kế để chia công suất tới và nếu P
là công suất quang vào bộ chia, thì mức công suất đến mỗi thuê bao là P/N. Ta có
thể thiết kế bộ chia công suất với các tỷ số khác nhau và có thể có nhiều bộ chia
trên 1 con đường tùy thuộc ứng dụng.
Kết nối CO và bộ chia quang được gọi là cáp feeder. Một bộ chia quang có thể
phục vụ đến 32 thuê bao. Và được đặt cách CO khoảng 10km hoặc trong vòng 1km
tính từ các thuê bao trong 1 vùng lân cận, một khu vực công ty. Sợi quang phân
phối được tập trung tại bộ chia quang. Từ đó chúng có thể kết nối trực tiếp đến user
hoặc chạy trong một sợi cáp đa lõi đến một hộp ghép gọi là đầu cuối truy nhập. Tại
đây, các dây cáp riêng kết nối đến từng khách hàng.
Thông thường các hệ thống PON truyền dữ liệu cả hướng xuống và hướng lên
trong cùng một sợi quang. Trên mỗi sợi mặc dù các bộ nối định hướng cho phép sử
dụng cùng một bước sóng cho cả 2 hướng, tuy nhiên đối với các hệ thống truyền tải
tốc độ cao để đảm bảo chất lượng thì thông thường mỗi hướng sử dụng một bước
sóng riêng. Trong các mạng PON các bước sóng được sử dụng là 1490nm hoặc
1550nm cho hướng xuống và 1310nm cho tín hiệu đường lên.
1.3 CÁC CÔNG NGHỆ PON
Các công nghệ chính là APON (ATM PON), BPON (Broadband PON),
EPON (Ethernet PON), GPON (Gigabit PON) và WDM PON. Tất cả chuẩn này
SVTH: Nhóm 13 Lớp : L11CQVT07-B
-7-
Tiểu luận môn học: Mạng và các cộng nghệ truy nhập Mạng quang thụ động GPON
đều dựa theo kiến trúc PON cơ bản ở trên. Điểm khác biệt chính nằm ở trong các
giao thức truyền của chúng. Bảng sau cho ta một số đặc tính của mỗi phương pháp
và chuẩn mà chúng hỗ trợ.
Bảng 1.2:So sánh đặc tính của các mạng PON
1.3.1 A-PON
SVTH: Nhóm 13 Lớp : L11CQVT07-B

Tiểu luận môn học: Mạng và các cộng nghệ truy nhập Mạng quang thụ động GPON
CHƯƠNG II
CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG GPON
2.1 GIỚI THIỆU CHUNG
Mạng GPON đầu tiên được FSAN chuẩn hoá vào năm 2001 với băng tần là
1Gb/s. Mạng GPON cho phép các dịch vụ thoại và dữ liệu được truyền tải với tốc
độ lên đến 2.5Gb/s. Băng tần dành cho mỗi thuê bao là 31.25 Mb/s cho luồng xuống
khi mạng hoạt động với tốc độ 2.5Gb/s,và 15.625 Mb/s khi mạng hoạt động với tốc
độ 1Gb/s.
GPON (Gigabit Passive Optical Network) định nghĩa theo chuẩn IUT-T G984.
GPON được mở rộng từ chuẩn BPON G983 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, chuẩn cho phép vài sự lựa chọn của tốc độ bít: cho phép băng thông
luồng xuống là 2,488Mbit/s và băng thông luồng lên là 1,244Mbit/s. Phương thức
đóng gói GPON-GEM cho phép đóng gói lưu lượng người dùng rất hiệu quả, với sự
phân đoạn khung cho phép chất lượng dịch vụ QoS cao hơn phục vụ lưu lượng nhạy
cảm như truyền thoại và video. GPON hỗ trợ tốc độ cao hơn, tăng cường 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 các dịch vụ tới nhiều thuê bao.
• GPON hỗ trợ đầy đủ các dịch vụ bao gồm thoại (TDM), các dịch vụ
Ethernet như Video, Data…
SVTH: Nhóm 13 Lớp : L11CQVT07-B
-10-
Tiểu luận môn học: Mạng và các cộng nghệ truy nhập Mạng quang thụ động GPON
• Phạm vi về mặt vật lý của mạng là 20km, trong khi đó phạm vi về mặt
logic của mạng lên tới 60km
• Hỗ trợ cho việc lựa chọn các tốc độ bit khác nhau bao
gồm:622Mb/s,1.25Gb/s, 2.5Gb/s cho luồng xuống và 1.25 Gb/s dành cho luồng lên.
• Khả năng vận hành khai thác bảo dưỡng cao.

Tối ưu hóa cho truyền tải các khung Ethernet bằng phương thức GEM
(GPON Encapsulation Method).
Sử dụng cấu trúc khung GTC (GPON Tranmission Coversion) cho cả hai
hướng lên và xuống.
2.2.2 Lớp truyền dẫn hội tụ GPON
2.2.2.1 Chức năng của GTC
Chức năng chính của lớp truyền dẫn hội tụ GPON (GTC- GPON
Transmission Convergence) là để cung cấp ghép kênh vận chuyển giữa OLT và
ONU. Các chức năng khác bao gồm:
Thích nghi với giao thức tín hiệu lớp con, các chức năng hoạt động, quản lí
và bảo dưỡng lớp vật lí PLOAM, giao diện phân phối băng tần động, sắp xếp và
đăng kí ONU, sửa lỗi (mặc định), mật mã luồng dữ liệu hướng xuống (mặc định) và
kênh thông tin cho giao diện quản lý và điều khiển ONT/ONU.
1 Hệ thống GTC cung cấp điều khiển đa truy nhập cho lưu lượng hướng lên.
Trong khái niệm cơ bản, các khung hướng xuống chỉ thị vùng được phép truyền lưu
lượng lên trong khung hướng lên đồng bộ với khung hướng xuống.

SVTH: Nhóm 13 Lớp : L11CQVT07-B
-12-
Tiểu luận môn học: Mạng và các cộng nghệ truy nhập Mạng quang thụ động GPON
Hình 2.0 : Khái niệm điều khiển đa truy nhập GPON
Khái niệm điều khiển đa truy nhập GPON được mô tả ở Hình 2.0. 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.
2.2.2.2 Tốc độ bit của GPON
Khi tốc độ bit tăng lên đến hàng gigabit thì cần có bộ phát công suất cao và

đến trạng thái đồng bộ sync. Mỗi lần ONU đến trạng thái sync, ONU biểu thị nó đã
tìm ra cấu trúc khung hướng xuống và bắt đầu xử lí thông tin PCBd. Nếu ONU phát
hiện vùng Psync M2 kế tiếp không đúng, nó sẽ biểu thị là mất khung và trở về trạng
thái tìm kiếm.
• Vùng ID
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 siêu
khung này được dùng cho hệ thống mã hóa dữ liệu của ngừơi dùng và cũng có thể
được dùng để cung cấp tín hiệu tham chiếu đồng bộ tốc độ thấp. 30 bit của vùng ID
dùng để đếm và mỗi ID của khung sẽ lớn hơn khung trước đó. Bất cứ khi nào bộ
đếm tăng tới giá trị tối đa thì nó sẽ quay về 0 cho khung tiếp theo.
• Vùng quản lý, vận hành và bảo dưỡng lớp vật lý PLOAM
Vùng PLOAM có 13 byte trong khối điều khiển vật lí, nó chứa các bản tin
OAM lớp vật lí. Hoạt động, quản lí và bảo dưỡng OAM liên quan đến các cảnh báo
gây ra bởi các sự kiện được truyền qua các bản tin trong vùng PLOAM 13 byte. Tất
cả kích hoạt đều liên quan đến bản tin được ánh xạ trong vùng PLOAM.
ONU ID đánh địa chỉ cho mỗi ONU riêng. Trong lúc sắp xếp, ONU sẽ
được gán một số gọi là ONU ID. Số này có giá trị từ 0 đến 253. Lúc chưa được sắp
xếp vùng này có giá trị là 0xFF để quảng bá cho tất cả ONU.
1 Bản tin ID chỉ thị loại bản tin.
2 Dữ liệu được dùng cho phần tải của bản tin truyền dẫn hội tụ GPON GTC.
CRC dùng để kiểm tra lỗi khung.
SVTH: Nhóm 13 Lớp : L11CQVT07-B
-15-
Tiểu luận môn học: Mạng và các cộng nghệ truy nhập Mạng quang thụ động GPON
• Vùng BIP
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 quả
của BIP được truyền để đo số lỗi trên đường link.
• Vùng chiều dài tải ở hướng xuống

Vùng StartTime chứa 16 bit chỉ thị thời gian bắt đầu phân bổ. Thời gian này
tính bằng byte, bắt đầu khung là 0. Điều này giới hạn kích thước của khung lên là
65,536 byte. Điều này đủ để đánh địa chỉ cho tốc độ hướng lên tới 2.488 Gbps. Thời
gian bắt đầu trỏ đến nơi bắt đầu truyền dữ liệu không bao gồm thời gian overhead
của lớp vật lí.
SVTH: Nhóm 13 Lớp : L11CQVT07-B
-17-
Tiểu luận môn học: Mạng và các cộng nghệ truy nhập Mạng quang thụ động GPON
Vùng StopTime chứa 16 bit chỉ thị thời gian kết thúc phân bổ. Thời gian
này được tính bằng byte, bắt đầu khung là 0. Thời gian kết trúc trỏ đến byte dữ liệu
cuối cùng được kết hợp với việc phân bổ này.
Vùng CRC: cấu trúc phân bổ được bảo vệ sử dụng CRC-8.
• Vùng tải
Vùng tải truyền dẫn hội tụ có 2 phần: phần dành riêng cho ATM và phần
dành riêng cho GEM.
Phần dành riêng cho ATM: chứa 53 cell ATM. Kích thước phần này được
đưa vào vùng Plend dành cho ATM. Do đó vùng này cũng có kích thước là bội số
53 byte. Các cell ở hướng xuống thì được lọc ở ONU dựa vào chỉ số nhận dạng
đường ảo VPI chứa trong mỗi cell.
Phần dành riêng cho GEM: chứa một số khung GEM phác họa thành đa
khung. Kích thước của phần dành riêng GEM thì bằng toàn bộ chiều dài khung trừ
đi khối điều khiển PCBd và phần ATM. Khung hướng xuống được lọc ở ONU dựa
vào 12-bit Port-ID chứa trong mỗi phân đoạn khung.
2.2.3.2 Cấu trúc khung hướng lên
Cấu trúc khung hướng lên được biểu diễn ở Hình 2.4.5. Chiều dài khung thì
giống như khung hướng xuống. Mỗi khung chứa một số truyền dẫn từ một hay
nhiều ONU. Bộ nhớ băng thông chỉ định việc sắp xếp truyền dẫn này. Mỗi chu kì
phân phối 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).

Hình 2.5 : Mô tả chi tiết khung hướng lên GTC
• Vùng san bằng công suất PLSu
Trình tự san bằng 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 này
được gửi khi có chỉ thị cờ. Cơ chế điều khiển công suất thì có lợi trong 2 trường
hợp 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 kích
hoạt). PLSu có thể được yêu cầu ở bất kì thời điểm nào. Ở nhiều trường hợp, trong
lúc kích hoạt, OLT có thể cài đặt bit PLSu để quảng bá cho phép ONU thiết lập bộ
phát. 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 lượng của T-CONT. Vùng 8, 16 hay 32-bit được
dùng cho mục đích này. Vùng CRC: cấu trúc DBRu được bảo vệ sử dụng CRC-8.
SVTH: Nhóm 13 Lớp : L11CQVT07-B
-20-
Tiểu luận môn học: Mạng và các cộng nghệ truy nhập Mạng quang thụ động GPON
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 trong DBRu sẻ 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 nhỏ hơn chiều
dài overhead được yêu cầu. OLT sắp xếp các con trỏ để phần tải ATM luôn là 53
bytes. Nếu tải không đủ 53 bytes thì nó sẽ độn thêm cho đủ 53 byte, các cell ATM ở
hướng lên được trình bày như Hình 2.6
Hình 2.6 : Các cell ATM ở hướng lên
Phần tải hướng lên GEM chứa một số khung GEM (Hình 2.6.1). Chiều dài
của 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 ONU

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 (Status
Reporting). Chỉ thị nhu cầu băng thông trong loại T-CONT được truyền trong vùng
overhead lớp vật lí cụ thể hơn là vùng báo cáo băng thông động DBRu. OLT sử
dụng thông tin báo cáo trạng thái để quyết định phân bổ băng thông phù hợp cho
mỗi vị trí ID.
2.3 PHÂN BỔ BĂNG THÔNG TRONG MẠNG GPON:
2.3.1. Phân bổ băng thông động
Dynamic Bandwidth Allocation(DBA) trong mạng GPON là quá trình OLT tái
phân bổ băng thông truyền lên của các ONU dựa trên trạng thái hoạt động và các
thỏa thuận lưu lượng. Trạng thái hoạt động có thể được thông báo tường minh qua
các báo cáo trạng thái bộ đệm hoặc không tường minh bằng cách truyền các khung
idle GEM khi ONU đến lượt truyền.
Lợi ích của DBA thể hiện ở 2 điểm sau:
 Mạng có thể hoạt động với số lượng thuê bao lớn hơn do hiệu suất sử
dụng băng thông tăng.
 Các thuê bao có thể hưởng các dịch vụ gia tăng, như là yêu cầu băng
thông thay đổi với đỉnh băng thông vượt qua mức băng thông có thể phân bổ
trong kiểu phân bổ tĩnh.
2.3.1.1 PON DBA trừu tượng
Trong G-PON, thực thể nhận của phân bổ băng thông luồng lên được đặc trưng
bởi một allocation ID (Alloc-ID). Bất chấp số lượng Alloc-ID đã phân bổ tới mỗi
ONU, số lượng các cổng GEM được ghép trên mỗi Alloc-ID, cấu trúc hàng đợi vật
lý và logic được thiết lập bởi ONU, lưu lượng tổng được OLT kết hợp với mỗi
SVTH: Nhóm 13 Lớp : L11CQVT07-B
-23-
Tiểu luận môn học: Mạng và các cộng nghệ truy nhập Mạng quang thụ động GPON
Alloc-ID như một bộ đệm logic và, cho mục đích phân phối băng thông, xem xét tất
cả Alloc-ID như các thực thể ngang hàng cùng cấp độ trong cấu trúc logic.
Hình 2.8:PON DBA trừu tượng

D: Mô tả phân bổ lưu lượng
R
F
: Băng thông cố định (bps)
R
A
: Băng thông assured (bps)
R
M
: Băng thông tối đa (bps)
R
G
: Băng thông guaranteed, động (bps)
R
L
: Lưu lượng tải đề nghị, động (bps)
R
NA
: Băng thông không đảm bảo, động (bps)
SVTH: Nhóm 13 Lớp : L11CQVT07-B
-25-