LỜI CẢM ƠN



Suốt trong thời gian học tập vừa qua, được sự quan tâm, giúp đỡ của trường
Đại học Bách Khoa, khoa Điện Tử Viễn Thông, nay em đã hoàn thành khoá học của
mình. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:
- Quý thầy cô trong khoa Điện Tử Viễn Thông đã tận tình chỉ bảo em
trong suốt quá trình học tập.
- Quý thầy cô ở các khoa có liên quan đã cung cấp cho em những kiến
thức cần thiết cho một sinh viên.
- Trường Đại học Bách Khoa đã tạo điều kiện cho em học tập trong
suốt thời gian qua.
Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến thầy NGUYỄN
TẤN HƯNG đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đồ
án tốt nghiệp này.
Cảm ơn tất cả bạn bè đã giúp đỡ tôi và chia sẽ những khó khăn trong quá
trình thực hiện đồ án này.

Sinh viên thực hiện
VÕ DŨNG
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN.........................................................................................A

LỜI CAM ĐOAN................................................................................... B

MỤC LỤC .............................................................................................. C

BẢNG TỪ VIẾT TẮT............................................................................ F

LỜI MỞ ĐẦU.........................................................................................H

CHƯƠNG1 ............................................................................................................1

HIỆN TRẠNG MẠNG VIỄN THÔNG VIỆT NAM VÀ XU HƯỚNG PHÁT
TRIỂN MẠNG TRUY NHẬP CỦA THẾ GIỚI ..................................................1

1.1

Giới thiệu chương....................................................................................1

1.2

Hiện trạng mạng truyền thông của Việt Nam........................................1

1.2.1

Truyền dẫn Quốc Tế ........................................................................1



CHƯƠNG2 ............................................................................................................8

MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG – PON...........................................8

2.1

Giới thiệu chương....................................................................................8

2.2

Tổng quang về công nghệ PON ..............................................................8

2.2.1

Bộ tách / ghép quang........................................................................9

2.2.2

Các đầu cuối mạng PON................................................................11

2.2.3

Mô hình PON .................................................................................11

2.2.4

WDM và TDM PON ......................................................................13

2.3


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

EPON với kiến trúc 802.................................................................34

4.3.3.1

Point to Point Emulation............................................................35

4.3.3.2

Share Medium Emulation..........................................................36

4.4

Kết luận chương....................................................................................37

CHƯƠNG5 ..........................................................................................................39

KHẢO SÁT TRỄ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN PHỐI BĂNG THÔNG
TRONG EPON....................................................................................................39

5.1

Giới thiệu chương..................................................................................39

5.2

Mô hình của EPON...............................................................................39

5.3

Thuật toán Interleaved Polling.............................................................41


Kết luận chương....................................................................................53

CHƯƠNG6 ..........................................................................................................54

GIAO DIỆN CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ TÍNH TOÁN..54

6.1

Giới thiệu chương..................................................................................54

6.2

Giao diện chính của chương trình mô phỏng.......................................54

6.3

Giao diện thể hiện mô phỏng quá trình truyền dữ liệu từ OLT đến các
ONU (hướng xuống) ........................................................................................55

6.4

Giao diện mô phỏng quá trình truyền dữ liệu từ các ONU đến OLT
(hướng lên) .......................................................................................................56

6.5

Cấp phát băng thông truyền tải theo tỷ lệ lượng bytes có trong hàng
đợi cho từng ONU............................................................................................56

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
DTE Data Terminal Equipment Thiết bị dữ liệu đầu cuối
DSL Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số
EMS Element Management System Hệ thống quản lý
EPON Ethernet Passive Optical Network Mạng quang thụ động
Ethernet
FCS Frame Check Sequence Kiểm tra khung tuần tự
FR Frame Relay Công nghệ Frame Relay
FSAN Full Service Access Network Mạng truy cập dịch vụ đầy
đủ
FTTB Fiber To The Building Sợi quang đến tòa nhà
FTTC Fiber To The Curb Sợi quang đến cụm thuê
bao
FTTH Fiber To The Home Sợi quang đến tận nhà thuê


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

SDH Synchoronous Digital Hierarchy

Phân cấp số đồng bộ
SDM Space Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo
không gian
SFD Start of Frame Delimiter

Byte xác định sự bắt đầu
khung
SLA-DBA Service Level Agreement
Dynamic Bandwidth Allocation
Cấp phát băng thông động
theo mức dịch vụ cam kết
SBA Static Bandwidth Allocation cấp phát băng thông cố
định
SP-DBA Strict Priority Dynamic
Bandwidth Allocation
Cấp phát băng thông động
theo chế độ ưu tiên
SLA Service Level Agreement Cam kết mức độ dịch vụ
SME Shared Medium Emulation
SONET Synchoronous Optical Network

Mạng quang đồng bộ
TDM Time Division Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo
thời gian
WAN Wide Area Network Mạng truy nhập diện rộng



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
và ONU. Chương này cũng đưa ra hai kỹ thuật được sử dụng trong việc truyền tải
của mạng PON đó là WDM và TDM. Từ đó đưa ra ưu nhược từng kỹ thuật để đi
đến lý do chọn kỹ thuật TDM.
Chương 3
CÔNG NGHỆ ETHERNET
Trong chương này sẽ giới thiệu tổng quan về kỹ thuật Ethernet, quan hệ giữa
mô hình Ethernet với mô hình 7 lớp OSI , kiến trúc khung của Ethernet, các phương
thức phát dữ liệu của Ethernet cũng như các chuẩn của nó. Từ đó cho thấy được thế
mạnh của công nghệ này trong mạng truy nhập quang thụ động.
Chương 4
MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG EHTERNET –
EPON
Chương này nói lên những ích lợi của việc sử dụng mạng truy nhập EPON,
phân tích nguyên lý hoạt động của nó, phân tích về chuẩn IEEE 802. Chương cũng
phân tích hai mô hình Share Medium và song công. Từ đó cho thấy quá trình truyền
dữ liệu trong mạng EPON.
Chương 5
KHẢO SÁT TRỄ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN PHỐI
BĂNG THÔNG TRONG EPON
Chương này đưa ra các phương pháp phân phối băng thông cơ bản được sử
dụng trong mạng EPON và phân tích tính toán các thành phần trễ ảnh hưởng đến
quá trình truyền tải của mạng.
Chương 6
GIAO DIỆN MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ TÍNH TOÁN
Chương này đưa ra giao diện mô phỏng và hình ảnh đồ thị cũng như ma trận

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:
Cấp Quốc Tế, cấp Quốc Gia và cấp nội tỉnh (hình 1.1).
1.2.1 Truyền dẫn Quốc Tế
 Các trạm cập bờ cáp biển TVH (ThaiLan-VietNam-HongKong_560Mb/s)
và SMW3 (SouthEastAsia-MiddleEast-WestEurope_2,5Gb/s).
 Các trạm thuộc tuyến CSC(2,5Gb/s), tuyến cáp quang TP Hồ Chí Minh-
PhnomPenh (155Mb/s).
 Ngoài ra còn có các trạm thông tin vệ tinh mặt đất.
1.2.2 Truyền dẫn Quốc Gia
 Tuyến trục Bắc-Nam sử dụng mạng Ring cáp quang 2,5Gb/s (trên cáp
quang quốc lộ 1A và cáp quang 500Kv) và tuyến vi ba PDH (Plesiochoronous
Chương 1: Hiện trạng mạng VT Việt Nam và xu hướng phát triển mạng truy nhập trên TG

2
Digital Hierachy) 140Mb/s (có cấu hình 2+1), ngoài ra còn có tuyến cáp quang dọc
đường Trường Sơn.
 Cuối năm 2004, mạng NGN (Next Generation Network) đã được đưa vào
khai thác dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, cho phép triển khai đa dạng và
nhanh chóng các dịch vụ, đáp ứng sự hội tụ giữa thoại và số liệu, giữa sự cố định và
di động với Internet băng rộng.


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
thành hiện thực khi mà băng thông mỗi người dùng được tăng lên. Cả DSL( Digital
Subscriber Line) và cáp modem đều không thể theo kịp nhu cầu. Cả hai công nghệ
này đều là những kiến trúc truyền thông được xây dựng hàng đầu hiện nay nhưng
không tối ưu hoá cho lưu lượng dữ liệu. Trong mạng cáp Modem, chỉ một vài kênh
RF được chỉ định cho dữ liệu trong khi phần lớn băng thông dành cho video tương
tự. Mạng cáp đồng DSL không thể phù hợp với tốc độ dữ liệu ở khoảng cách yêu
cầu do méo và nhiễu xuyên tâm tín hiệu. Hầu hết các nhà hoạt động mạng đều nhận
thức rõ rằng sự cần thiết của một giải pháp tập trung dữ liệu, các dịch vụ truyền
thống như thoại, video sẽ hội tụ vào định dạng số với đầy đủ các dịch vụ sẽ ra đời.
1.4 Xu hướng phát triển hiện nay
Trong những năm gần đây, mạng đường trục ( mạng xương sống:backbone)
đã có một sự phát triển vượt bậc, tuy nhiên mạng truy cập ít có sự thay đổi. Sự phát
triển kinh khủng của lưu lượng Internet càng làm trầm trọng thêm sự chậm trễ của
dung lượng mạng truy cập. Đó chính là vấn đề “nút cổ chai” giữa mạng truy nhập
và mạng đường trục. Giải pháp băng rộng được triển khai phổ biến hiện nay là DSL
và mạng cáp Modem. Mặc dầu nó đã có sự cải thiện đáng kể so với đường dây dial-
up 56Kbps, tuy nhiên nó không thể cung cấp đủ băng thông cho các dịch vụ như
video, tró chơi tương tác hay hội nghị truyền hình. Một công nghệ mới đã được đưa
ra, có chi phí đầu tư không cao, đơn giản, có thể nâng cấp, có khả năng hội tụ các
dịch vụ thoại dữ liệu và video đến người dùng trên một mạng đơn. Đó là EPON
(Ethernet Passive Optical Network), là giải pháp truy nhập quang sử dụng mạng

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

5
Để giảm chiều dài sợi quang, chúng ta có thể sử dụng các chuyển mạch từ
xa, làm giảm chiều dài sợi quang chỉ còn L km (khoảng cách giữa chuyển mạch và
người dùng không đáng kể) nhưng sẽ làm tăng số lượng bộ thu phát lên 2N+2 (hình
1.2b). Ngoài ra, kiến trúc mạng chuyển mạch cụm thuê bao (Curb-Switched) yêu
cầu năng lượng điện cũng như năng lượng sao lưu tại Curb-switch.
Hiện tại, một trong những chi phí cao nhất của các nhà cung cấp tổng đài nội
hạt là cung cấp và bảo quản năng lượng điện trong vòng nội hạt. Cho nên, thật hợp
lý khi thay các chuyển mạch cụm thuê bao bằng các bộ quang thụ động rẽ tiền (hình
1.2c).
PON là một kỷ thuật được xem xét với nhiều ưu điểm như số lượng các bộ
thu phát quang, thiết bị đầu cuối CO và sợi quang ít. PON là mạng quang điểm đa
điểm( PtMP: Point to MultiPoint) với các phần tử không kích hoạt trong đường dẫn
tín hiệu từ nguồn đến đích. Chỉ các phần tử được sử dụng bên trong mạng PON là
các linh kiện quang thụ động như là sợi quang, bộ nối và bộ chia quang. Một mạng
truy nhập dựa trên một sợi quang đơn chỉ yêu cầu N+1 bộ thu phát và L km sợi
quang
1.6 So sánh giữa các giải pháp truy nhập và thị trường mạng quang thụ động
toàn cầu
Bảng 1.1 Thị trường mạng quang thụ động toàn cầu 2003-2008

Triệu USD 2003 2004 2005 2006 2007 2008
Tổng (FTTB+FTTH) 221,4 363,4 547,7 754,7 979,9 1161,5

lao
động
Độ tin
cậy
Cáp
đồng

DSL 1.5 3200 Thấp T/bình Không T/bình T/bình T/bình
Đồng
trục
10 3200 T/bình T/bình Có Cao T/bình T/bình
CAT-
5(6)
100 300 Cao Gần Không T/bình T/bình T/bình
Sợi
quang

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

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

9
Hình 2.2: Cấu hình cơ bản các loại Coupler
a)
c)


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.

Coupler được đặc trưng bởi các thông số sau:
 Splitting loss (tổn hao tách): Mức năng lượng ở đầu ra của Coupler so với
năng lượng đầu vào (db). Đối với Coupler 2x2 lý tưởng, giá trị này là 3dB. Hình 2.3
minh hoạ hai mô hình 8x8 Coupler dựa trên 2x2 Coupler. Trong mô hình 4 ngăn
(hình a), chỉ 1/6 năng lượng đầu vào được chia ở mỗi đầu ra. Hình (b) đưa ra mô
hình hiệu quả hơn gọi là mạng liên kết mạng đa ngăn. Trong mô hình này mỗi đầu
ra nhận được 1/8 năng lượng đầu vào.
 Insertion loss(tổn hao chèn): Năng lượng tổn hao do sự chưa hoàn hảo của
quá trình xử lý. Giá trị này nằm trong khoảng 0,1dB đến 1dB.

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
Ngoài những mô hình trên, PON có thể triển khai trong cấu hình Redundant
như là vòng đôi hoặc cây đôi hay cũng có thể là một phần của mạng PON được gọi

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
thay đổi kích cở khe thời gian được ấn định hoặc thậm chí sử dụng ghép kênh thống
kê để tận dụng hết băng thông được dùng của mạng PON.
Trong mạng truy cập thuê bao, hầu hết các luồng lưu lượng lên và xuống
không phải là Peer to Peer (user to user). Vì vậy điều này dường như là hợp lý để
tách kênh lên và xuống. Một phương pháp tách kênh đơn giản có thể dựa trên ghép
kênh phân chia không gian(SDM) mà nó tách PON được cung cấp theo hướng
truyền lên xuống. Để tiết kiệm cho sợi quang và giảm chi phí sửa chữa và bảo
quảng, một sợi quang có thể được sử dụng cho truyền theo hai hướng. Trong trường
hợp này, hai bước sóng được dùng là: hướng lên 1=1310nm, hướng xuống
2=1550nm. Dung lượng kênh ở mỗi bước sóng có thể phân phối linh động giữa
các ONU.
Ghép kênh phân chia theo thời gian là phương pháp được ưu tiên hiện nay