TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC
TIỂU LUẬN
Mạng Thông Tin Quang Thế Hệ Mới
Đề tài: Tổng Quan Về Các Mạng Truy Cập Quang
(Optical Access Networks)
1
Hà Nội, tháng
05/2012
Contents
2
Giảng viên hướng dẫn : TS. PHẠM HẢI ĐĂNG
Học viên cao học : HOÀNG PHÍ LINH
ĐỖ NGỌC LONG
PHẠM VĂN KIỆN
NGUYỄN NGỌC QUYẾN
NGUYỄN VĂN LINH
Lớp : 11KTTT1B
Tổng Quan Về Các Mạng Truy Cập Quang (Optical Access Networks)
Do nhu cầu băng thông cao & ít suy hao, hầu hết các mạng viễn thông ngày nay đều
sử dụng mạng truy nhập quang (Optical Network) để kết nối các mạng người dùng,
mạng cục bộ tới mạng diện rộng WAN. Mạng truy nhập quang có 02 mạng cơ bản là
Mạng Quang chủ động (Active Optical Network) & Mạng Quang thụ động (Passive
Optical Network).
Trong một vài năm gần đây, rất nhiều kiến trúc và công nghệ về AON & PON được
xây dựng trong nghành công nghiệp viễn thông, và đã được các tổ chức viễn thông
quốc tế ITU-T, IEEE công nhận. Do đó, công nghệ truy nhập dựa trên cáp quang đã
trở nên chin muồi và có thể cạnh tranh trực tiếp với mạng cáp đồng khi so sánh về
băng thông, độ nhiễu và giá thành ở ngay cả lớp mạng truy nhập access. Và thực tế,
rất nhiều các nước trên thế giới (ở Châu Á, Bắc Mỹ, Châu Âu) đã triển khai các mạng
toàn quang với quy mô lớn và các nhà mạng / thuê bao đã được hưởng lợi từ công

quả cao về chi phí đầu tư:
- Tính dễ sử dụng: Dịch vụ Ethernet dựa trên giao diện Ethernet chuẩn,
dùng rộng rãi trong các hệ thống mạng cục bộ (LAN).
4
- Hiệu quả về chi phí: Dịch vụ Ethernet làm giảm chi phí đầu tư (CAPEX-
capital expense) và chi phí vận hành (OPEX-operation expense). Sự phổ
biến của Ethernet trong hầu hết tất cả các sản phẩm mạng nên giao diện
Ethernet có chi phí không đắt.
- Tính linh hoạt: Với dịch vụ Ethenet, các thuê bao cũng có thể thêm vào
hoặc thay đổi băng thông trong vài phút thay vì trong vài ngày ngày hoặc
thậm chí vài tuần khi sử dụng những dịch vụ mạng truy nhập khác
(Frame relay, ATM,…). Ngoài ra, những thay đổi này không đòi hỏi thuê
bao phải mua thiết bị mới hay ISP cử cán bộ kỹ thuật đến kiểm tra, hỗ trợ
tại chỗ.
- Tính chuẩn hóa: MEF đang tiếp tục định nghĩa và chuẩn hóa các loại dịch
vụ và các thuộc tính này
1.2 Dịch vụ trên mạng Metro Ethernet
Bản thân Ethernet là cung cấp kết nối chứ không phải dịch vụ. Với sự xuất
hiện các dịch vụ Metro Ethernet, các nhà cung cấp dịch vụ bắt đầu dùng công
nghệ kết nối Ethernet để cung cấp các “dịch vụ” Ethernet. Vì vậy, các dịch vụ
MAN-E cũng dùng tới thuật ngữ “thuộc tính dịch vụ” giống như các dịch vụ
MAN/WAN.
EVC là sự kết hợp của 2 hay nhiều UNI. Nói theo cách khác, EVC là đường
hầm logical kết nối 2 (P2P) hay nhiều sites (MP2MP) cho phép truyền các khung
Ethernet giữa chúng. Có 3 kiểu EVC:
- Điểm - điểm EVC
- Đa điểm - đa điểm EVC
- Điểm - đa điểm EVC
• Các kiểu dịch vụ mạng MAN-E: Các kiểu dịch vụ mạng MAN-E bao gồm :
dịch vụ kết nối, dịch vụ ứng dụng

UNIs khác.
- Dịch vụ Ethernet Private LAN (EP-LAN): Dịch vụ EP-LAN được định
nghĩa để cung cấp việc duy trì thẻ CE-VLAN và đường hầm của giao
thức điều khiển lớp 2. Ưu điểm của việc này là thuê bao có thể cấu hình
các VLAN ngang qua các vị trí mà không cần phải phối hợp với các nhà
cung cấp. Mỗi giao diện được cấu hình cho "all to one bundling" (gộp
dịch vụ) do đó, EP-LAN hỗ trợ việc duy trì ID của CE-VLAN. Thêm
nữa, EP-LAN còn hỗ trợ việc duy trì CoS của CE-VLAN.
- Dịch vụ Ethernet Virtual Private LAN (EVP-LAN): Một số thuê bao
muốn dịch vụ E-LAN để kết nối các UNI của họ trong mạng đô thị và tại
cùng thời điểm đó từ một hoặc nhiều UNI của họ muốn truy cập tới các
dịch vụ khác. Ví dụ một UNI là một vị trí thuê bao muốn truy cập tới một
dịch vụ IP công cộng hoặc IP riêng từ một UNI mà được dùng cho dịch
vụ E-LAN giữa các thuê bao khác trong mạng Metro. Dịch vụ EVP-LAN
được định nghĩa để đáp ứng yêu cầu này.
- Dịch vụ E-TREE: Các dịch vụ cung cấp kết nối Ethernet ảo, dạng điểm –
đa điểm (định nghĩa theo MEF 10.1) có thể được gọi là dạng Ethernet
Tree (E-Tree). Dịch vụ E-Tree có một điểm gốc và nhiều điểm “lá” nhận
thông tin hoặc gửi thông tin từ/đến gốc.
- Dịch vụ Ethernet Private Tree – EP-Tree: Thuê bao với nhiều site có thể
có yêu cầu cung cấp kết nối giữa các site, cung cấp dịch vụ không chỉ
theo hướng sử dụng LAN. Sẽ có một vài site làm điểm gốc cung cấp dịch
vụ, các site khác được gán vai trò là điểm lá nhận dịch vụ.
- Dịch vụ EP-Tree yêu cầu giữ nguyên thẻ VLAN của khách hàng (CE-
VLAN) và đóng gói các giao thức cơ bản lớp 2.
- Dịch vụ Ethernet Virtual Private Tree – EVP-Tree: Có các thuê bao có
nhu cầu sử dụng dịch vụ được cung cấp dạng cây trong nội bộ mạng.
Trong trường hợp này, mỗi điểm lá trong kết nối cây cần được gắn hoặc
kết nối với một điểm lá (hoặc) gốc cụ thể. Mỗi giao diện UNI cũng có thể
7

quản trị trong từng lớp.
Hình 1 : Mô hình mạng Metro Ethernet
1.4 Các thuộc tính của dịch vụ mạng Metro Ethernet
MEF phát triển khung dịch vụ Ethernet giúp cho thuê bao và các nhà cung
cấp dịch vụ có thuật ngữ chung khi nói về các loại dịch vụ khác nhau và các thuộc
tính của chúng. Với mỗi loại dịch vụ E-LAN hay E-LINE nói riêng lại có lại có
các thuộc tính và thông số đi kèm:
9
- Thuộc tính giao diện vật lý
- Các thông số lưu lượng
MEF định nghĩa 1 tập các đặc tính băng thông có thể áp dụng tại UNI hoặc
cho 1EVC. Đặc tính băng thông là giới hạn về tốc độ mà khung Ethernet có thể đi
qua UNI hoặc đến EVC.
• Các thông số lớp dịch vụ CoS
- CoS là trường độ dài 3 bits trong tiêu đề khung Ethernet lớp 2 dùng IEEE
802.1Q
- Nó chỉ rõ giá trị ưu tiên từ 0 đến 7, dùng cho các quy tắc Chất lượng dịch
vụ để phân biệt lưu lượng.
• Thuộc tính phân phát khung dịch vụ
- Thuộc tính dịch vụ EVC có thể định nghĩa khung nào bị hủy bỏ, khung
nào phân phát có điều kiện, khung nào phân phát không có điều kiện cho
mỗi cặp UNI yêu cầu.
• Thuộc tính hỗ trợ thẻ VLAN: Có 02 loại VLAN tag hỗ trợ
- Duy trì/xếp VLAN tag.
- Dịch/hoán đổi VLAN tag.
• Thuộc tính ghép dịch vụ
- Dùng để hỗ trợ nhiều trường hợp EVCs trên cùng kết nối vật lý. Điều này
cho phép 1 khách hàng có nhiều dịch vụ khác nhau với cùng cáp
Ethernet.
• Thuộc tính gộp nhóm

- Thiết bị đã được triển khai rộng rãi.
11
• Nhược điểm:
- Công nghệ SDH được xây dựng nhằm mục đích tối ưu cho truyển tải lưu
lượng chuyển mạch kênh, không phù hợp với truyển tải lưu lượng chuyển
mạch gói.
- Khả năng nâng cấp không linh hoạt và giá thành nâng cấp là tuơng đối
đắt.
- Khó triển khai các dịch vụ ứng dụng Multicast.
- Dung lượng băng thông giành cho bảo vệ và phục hồi lớn.
- Phương thức cung cấp kết nối phức tạp, thời gian cung ứng kết nối dài.
SDH với kỹ thuật ghép kênh theo thời gian có ưu điểm nổi bật là thời gian
đáp ứng ngắn, nhưng có một nhược điểm lớn đó là chiếm dụng băng thông, lãng
phí tài nguyên mạng.
II. Mạng quang thụ động PON (Passive Optical Network)
Hầu hết các mạng viễn thông ngày nay đều dựa trên các thiết bị Active
components – tạm gọi là các thiết bị chủ động, tại thiết bị tổng đài của nhà cung
cấp dịch vụ lẫn thiết bị đầu cuối của khách hàng cũng như các trạm lặp, các thiết
bị chuyển tiếp và một số các thiết bị khác trên đường truyền. Active components,
có nghĩa là các thiết bị này cần phải cung cấp nguồn cho một số thành phần,
thường là bộ xử lý, các chíp nhớ.
Với mạng Quang thụ động (Passive Optical Networks), tất cả các thành phần
active giữa tổng đài CO (Central Office) và người sử dụng sẽ không còn tồn tại
mà thay vào đó là các thiết bị quang thụ động, để điều hướng các traffic trên mạng
dựa trên việc phân tách năng lượng của các bước sóng quang học tới các điểm đầu
cuối trên đường truyền. Vị trí của hệ thống PON trong mạng truyền dẫn: Mạng
quang thụ động PON là một dạng của mạng truy nhập quang. Mạng truy nhập hỗ
trợ các kết nối đến khách hàng. Nó được đặt gần đầu cuối khách hàng và triển
khai với số lượng lớn. Mạng truy nhập tồn tại ở nhiều dạng khác nhau do nhiều lí
12

nhà hoặc nhiều hơn nữa, vừa sử dụng các thiết bị thụ động để tách tín hiệu quang,
vừa sử dụng các giao thức PON để điều khiển việc gửi và truyền dẫn tín hiệu trên
thiết bị truy nhập dùng chung.
Việc xử lý các dữ liệu downstream tới các thiết bị đầu cuối của khách hàng
khác với các dữ liệu upstream. Dữ liệu downstream được quảng bá từ OLT đến
mỗi ONT và mỗi ONT này thực hiện xử lý dữ liệu đến nó bằng cách so sánh dịa
chỉ trong phần header. Dữ liệu upstream phức tạp hơn nhiều. Cần phải có sự phối
hợp truyền dẫn giữa các ONT tới OLT để tránh xung đột. Upstream data được
truyền dẫn theo cơ chế điều khiển trong OLT, sử dụng phương thức TDMA, trong
đó dành riêng các khe thời gian trên mỗi frame cho từng ONT. Các khe thời gian
được đồng bộ để việc truyền dẫn từ các ONT sẽ không bị đụng độ lẫn nhau.
Mô hình mạng quang thụ động (PON) như sau:
14
Hình 2 : Mô hình mạng PON
Trong đó :
- Passive slitter : Bộ chia thụ quang thụ động
- Feeder Fiber : Cáp Feeder
- Central office : Văn phòng trung tâm
- Distribution fiber : Phân phối quang
- Management system : Hệ thống quản lý
- Passive splitter : Bộ chia thụ động
• Các thành phần mạng PON
- Optical Line Terminal (OLT thiết bị đường truyền quang ): OLT cung
cấp giao tiếp giữa hệ thống mạng truy cập quang thụ động EPON và
mạng quang đường trục của các nhà cung cấp dịch vụ thoại, dữ liệu và
video. OLT cũng kết nối đến mạng lõi của nhà cung cấp dịch vụ thông
qua hệ thống quản lý EMS(Element Management System).
- 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
15

1.1 Hệ thống GPON
G-PON là giao thức FSAN TDMA PON thứ 2 được định nghĩa trongchuỗi
khuyến nghị G.984 của ITU-T. G-PON được xây dựng trên trải nghiệm củaB-
PON và E-PON.GPON viết tắt của từ Gigabit Passive Optical Network. GPON là
sự pháttriển của APON/BPON nó hoạt động ở tốc độ lên tới hàng Gbps và đã
được chuẩnhóa thành ITU-T G.984.
GPON không phụ thuộc vào ATM, GPON sử dụng lớpcon truyền dẫn hội tụ
(GTC- GPON Transmission Convergence), khung GTC cóthể đóng gói các cell
ATM. Không giống như APON/BPON, khung GTC có thểđóng gói trực tiếp các
gói dữ liệu thông qua phương pháp đóng gói GPON (GEM-GPON Encapsulation
Method). Phần tải khung GTC chứa cả ATM và GEM.Mặc dù G-PON hỗ trợ
truyền tải tin ATM, nhưng nó cũng đưa vào một cơ chế thích nghi tải tin mới mà
được tối ưu hóa cho truyền tải các khung Ethernetđược gọi là phương thức đóng
gói G-PON (G-PON Encapsulation Method -GEM). GEM là phương thức dựa
trên thủ tục đóng khung chung trong khuyếnnghị G.701, ngoại trừ việc GEM tối
ưu hóa từ mào đầu để phục vụ cho ứng dụng của PON, cho phép sắp xếp các dữ
liệu Ethernet vào tải tin GEM và hỗ trợ sắp xếpTDM.G-PON sử dụng cấu trúc
khung GTC (G-PON Transmission Conversion)cho cả hai hướng xuống và hướng
lên. Khung hướng xuống bắt đầu với một từmào đầu PLOAM, tiếp sau đó là vùng
tải tin GEM hoặc các tế bào ATM.PLOAM gồm có thông tin cấu trúc khung và
18
sắp đặt băng thông choONT/ONU gửi dữ liệu trong khung hướng lên tiếp
theo.Khung hướng lên bao gồm các nhóm khung gửi từ các ONT. Mỗi mộtnhóm
được bắt đầu với từ mào đầu lớp vật lý mà có chức năng tương tự trong B-PON,
nhưng cũng bao hàm tổng hợp các yêu cầu băng thông của các ONT. Cácyêu cầu
băng thông chi tiết hơn được gửi đi kèm với các nhóm hướng lên khi cóyêu cầu từ
OLT.OLT gán các thời gian cho việc gửi dữ liệu hướng lên từ cho mỗi
ONT/ONU.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 haihướng lên và xuống.

côngsuất hỗ trợ cho việc điều chỉnh các mức công suất của ONU làm giảm vùng
chênhlệch công suất nhận được ở OLT. Một ONU ở gần OLT thì suy hao thấp, Sẽ
khởitạo nhỏ hơn công suất ONU ở xa.
Bảng 1: Liệt kê tốc độ bit trong GPON
Với những ưu điểm về tốc độ, băng thông cũng như chi phí triển khai,
côngnghệ cáp quang GPON là sự lựa chọn không thể nằm ngoài chiến lược phát
triểncủa các nhà khai thác viễn thông cho mạng truy nhập. Chính vì vậy mà đề tài
21
nàyđi sâu nghiên cứu về cấu trúc, hoạt động và chất lượng của mạng quang thụ
độngGPONQua bài báo cáo này, em đã đưa ra được các mô hình mạng truy nhập
quangvới những ưu điểm vượt trội về tốc độ, băng thông cũng như chất lượng,
hứa hẹnsự phát triển vượt bậc cho mạng truy nhập. Đó là các vấn đề cốt lõi nhất
khi triểnkhai mạng cáp quang thuê bao. Tuy nhiên, do sự hạn chế về thời gian, tài
liệutham khảo cũng như khả năng hiểu biết của bản thân, những kết quả đạt được
chỉdừng lại ở mức lý thuyết, chưa nghiên cứu sâu về thực tiễn của PON, em
mongmuốn sau này mình có cơ hội đi sâu vào thực tiễn để hoàn thành dự định
trongtương lai
2. Mạng truy nhập quang thụ động E-PON (Ethernet PON)
Công nghệ Ethernet dành cho các hệ thống mạng truy nhập thuê bao, hay
còn gọi là "Ethernet in the First Mile", viết tắt là EFM, kết hợp một số phần mở
rộng cho chuẩn IEEE 302.3 Media Access Control (MAC) và các lớp con MAC
Control với một họ các lớp vật lý. Các lớp vật lý này bao gồm môi trường cáp
quang, cáp đồng UTP, wireless , hay gọi chung là các lớp con, phụ thuộc vào
đường truyền vật lý, Physical Medium Dependent - PDM, dành cho các kết nối
Point-to-Point (P2P) trong mạng truy nhập thuê bao.
EFM cũng đã được giới thiệu như một khái niệm của mạng Ethernet Passive
Optical Networks - EPON - trong đó topology Point-to-Multipoint (P2M) được
triển khai tại các bộ tách quang thụ động - passive optical splitters, cùng với cáp
quang PDM hỗ trợ cho topology này. Thêm vào đó, một cơ chế điều hành, quản
trị và bảo trì (OAM) cũng được thêm vào để thuận tiện cho việc điều hành và giải

đồng T1s. Hơn nữa, việc giảm chi phí đạt được nhờ kiến trúc đơn giản, hiệu
quả hoạt động cao và chi phí bảo dưỡng thấp. EPON chuyển giao những cơ
hội giảm giá sau:
- Loại trừ những phần tử ATM và SONET phức tạp và đắc đỏ.
- Các lênh kiện quang thụ động sống lâu đã giảm được chi phí bảo dưỡng.
- Những giao diện Ethernet chuẩn loại trừ nhu cầu cho DSL và Modem cáp
bổ sung.
Nhiều lợi nhuận hơn: EPON có thể hổ trợ đồng thời các dịch vụ thoại, dữ
liệu và video, cho phép nhà cung cấp nâng cao dịch vụ băng rộng và linh hoạt.
Ngoài ra, nó cũng cung cấp các dịch vụ truyền thống như POST, T1, 10/100
Base-T, hổ trợ các dịch vụ trên nền ATM, TDM(Time Division Multiplexing) và
SONET.
2.2 Nguyên lý hoạt động mạng truy cập quang thụ động EPON
EPON là mạng dựa trên mạng PON mà nó mang lưu lượng dữ liệu được
đóng gói vào khung Ethernet. Nó sử dụng chuẩn mã đường truyền 8b/10b (8 bit
người dùng được mã hoá như 10 bit đường truyền ) và hoạt động ở tốc độ chuẩn
của Ethernet.
Chuẩn IEEE 802.3 định nghĩa hai cấu hình cơ bản cho một mạng Ethernet.
Một cấu hình trong đó các trạm sử dụng chung môi trường truyền dẫn với giao
thức đa truy cập sóng mang có phát hiện xung đột (CSMA/CD) và cấu hình còn
lại, các trạm sẽ giao tiếp với nhau thông qua một chuyển mạch sử dụng các tuyến
kết nối điểm- điểm và song công. Tuy nhiên, EPON có một số đặc tính mà khiến
cho nó không thể triển khai trên một trong hai cấu hình này mà thay vào đó ta
phải kết hợp cả hai.
24
Hình 9: Lưu lượng hướng xuống trong EPON
Hình 10: Lưu lượng hướng lên trong EPON
Ở hướng xuống, EPON hoạt động như một mạng quảng bá. Khung Ethernet
được truyền bởi OLT qua bộ chia quang thụ động đến từng ONU ( với N trong
khoảng từ 4 đến 64). ONU sẽ lọc bỏ các gói tin không phải là của nó nhờ vào địa