- 1 -
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGUYỄN MẠNH THẮNG
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ GPON VÀ ỨNG
DỤNG CHO MẠNG TRUY NHẬP BĂNG
RỘNG TẠI VIỄN THÔNG BẮC NINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

THÁI NGUYÊN 2012


- 3 -
Chính vì vậy, việc nghiên cứu giải pháp công nghệ GPON và ứng
dụng cho mạng truy nhập của Viễn thông Bắc Ninh để đảm bảo
được tính kinh tế - kỹ thuật và đáp ứng được nhu cầu trao đổi thông
tin hiện tại và trong tương lai của Bắc Ninh là một vấn đề cấp thiết.
Xuất phát từ những cơ sở khoa học và thực tiễn đó, em đã quyết
định chọn đề tài: "Nghiên cứu công nghệ GPON và ứng dụng cho
mạng truy nhập băng rộng của Viễn thông Bắc Ninh" làm luận
văn Thạc sỹ kỹ thuật. Luận văn gồm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về công nghệ mạng truy nhập quang thụ
động (PON)
Chương 2: Công nghệ mạng truy nhập quang thụ động Gigabit
(GPON)
Chương 3: Ứng dụng công nghệ GPON cho mạng truy nhập băng
rộng tại Viễn thông Bắc Ninh

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MẠNG TRUY NHẬP
QUANG THU ĐỘNG (PON)
1.1. Giới thiệu chung
Trong những năm gần đây, nhu cầu sử dụng các dịch vụ băng
rộng ngày càng tăng cả về số lượng và chất lượng dịch vụ. Đứng
trước tình hình đó, một số công nghệ mới đã được đưa ra nhằm đáp
ứng những đòi hỏi về băng thông như DSL hay cáp modem. Tuy
nhiên, cả DSL và cáp modem đều không đáp ứng được những yêu

- 4 -
cầu về băng thông cho mạng truy nhập. Trong bối cảnh đó, công
nghệ truy nhập quang thụ động PON (Passive Optical Network)

những mạng đường trục. ONU nằm tại vị trí đầu cuối người sử dụng
(FTTH hay FTTB hoặc FTTC).
1.3. Các công nghệ PON
1.3.1. Công nghệ APON/BPON
- APON (ATM PON) là công nghệ PON sử dụng công nghệ ATM
và giao thức lớp 2 của ATM.
- Công nghệ BPON với ý diễn đạt PON băng rộng. Công nghệ
BPON được tiêu chuẩn hoá trong ITU G.983.x
1.3.2. Công nghệ EPON/GEPON

- 6 -
EPON là mạng trên cở sở PON mang lưu lượng dữ liệu gói trong
các khung Ethernet được chuẩn hóa theo IEEE 802.3. GEPON là
công nghệ EPON thể truyền tốc độ tới 1Gbps.
1.3.3. Công nghệ GPON
GPON đã được ITU chuẩn hoá trong các chuẩn ITU G.984.1,
G.984.2, G.984.3 và G.984.4.
Hiệu suất băng thông của GPON đạt tới trên 90%. GPON có ưu
điểm như: Cung cấp dịch vụ bộ ba: hỗ trợ các dịch vụ thoại, dữ liệu,
hình ảnh truyền theo định dạng gốc của nó. GPON hỗ trợ tốc độ bít
cao với tốc độ hướng xuống/ hướng lên tương ứng lên tới 2,5/2,5
Gbit/s. .v. v.
GPON là công nghệ tối ưu cho các ứng dụng của FTTH và FTTB.
1.3.4. Công nghệ WDM PON
WDM PON sử dụng các bộ ghép sóng WDM thụ động, hướng
xuống mỗi ONU nhận dữ liệu trên một bước sóng, hướng lên các
bước sóng khác nhau được ghép thông qua bộ ghép sóng WDM và
truyền tới OLT. Do sử dụng một bước sóng cho mỗi ONU nên
WDM PON có tính bảo mật và tính mềm dẻo tốt hơn.
Công nghệ WDM PON sẽ là sự lựa chọn của tương lai và là bước

hỗ trợ nhiều loại dịch vụ với chi phí thấp cũng như cho phép khả
năng tương thích lớn giữa các nhà cung cấp thiết bị.

- 8 -
2.2. Kiến trúc GPON
2.2.1. Cấu trúc hệ thống GPON
Hình 2.1 mô tả cấu hình hệ thống GPON bao gồm OLT, các ONU,
một bộ chia quang và các sợi quang. Sợi quang kết nối từ OLT tới
các bộ chia quang chia ra n sợi và các sợi nhánh này kết nối tới
ONU.
ONU
ONU
OLT
UNI SNI
Spliter

Hình 2.1: Kiến trúc mạng GPON
Trong lớp GPON TC, khoảng cách lý thuyết cực đại giữa OLT và
ONU là 60 km. Khoảng cách vật lý lớn nhất trong GPON là 20 km.
Sự khác biệt này bị hạn chế ở chỗ kích thước cửa số không được mở
rộng vì các vấn đề chất lượng dịch vụ.
2.2.2. Chức năng của các khối trong mạng GPON
Hệ thống GPON bao gồm ba thành phần cơ bản là OLT, ONU và
ODN.
- Khối kết cuối đường quang OLT
OLT được kết nối tới mạng chuyển mạch thông qua các giao diện
được chuẩn hoá. OLT bao gồm ba phần chính:
+ Khối lõi PON
+ Khối kết nối chéo.
+ Khối dịch vụ.


 Phạm vi công suất sử dụng luồng xuống: -3 đến +2 dBm (10km
ODN) hoặc +2 đến +7 (20Km ODN)
 Phạm vi công suất sử dụng luồng lên: -1 đến +4 dBm (10Km và
20Km ODN)
 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
2.3.2. Khả năng cung cấp băng thông
Công nghệ GPON hỗ trợ 1,25 Gbit/s hoặc 2,5 Gbit/s hướng
xuống, và hướng lên có thể xê dịch từ 155 Mbit/s đến 2,5 Gbit/s.
Hiệu suất băng thông đạt > 90%
2.3.3. Khả năng cung cấp dịch vụ
GPON có khả năng cung cấp dịch vụ bộ ba: thoại, dữ liệu, hình
ảnh. GPON thích hợp với việc cung cấp các dịch vụ sau:
 Các dịch vụ bộ ba dành cho hộ gia đình
 Dành cho doanh nghiệp vừa và nhỏ
 Dành cho Chính phủ, Giáo dục và Y tế
2.3.4. Kỹ thuật truy nhập và phương thức ghép kênh

- 11 -
- Kỹ thụât 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). Mô hình sử dụng TDMA trên GPON hình cây
như trong Hình 2.7. Mỗi thuê bao được phép gửi số liệu đường lên
trong khe thời gian riêng biệt. Số liệu đường xuống cũng được gửi
trong những khe thời gian xác định và được phát quảng bá.
Hướng lên
Slot
0
Slot
1
Slot
R
Slot
0
Slot
1
1 byte
Khoảng TX khung ảo US

Hình 2.10: Cấu trúc tổng quan khung GTC hướng xuống và lên
Khung GTC đường xuống dài 125μs, chứa khối điều khiển vật lý
luồng xuống PCBd và phần tải dữ liệu.
Khung đường lên có độ dài 125 s, gồm các khung ảo hướng lên
chứa thông tin từ nhiều ONU. ngoài ra nó còn thực hiện chức năng
vận hành, quản lý, điều chỉnh công suất, báo cáo băng thông động
luồng lên.
2.3.7. Phương thức đóng gói dữ liệu
GPON xác định hai phương thức đóng gói là ATM và GEM
(GPON Encapsulation Method). Các ONU và OLT có thể hỗ trợ cả
T-CONT nền ATM hoặc GEM.
2.3.8. Định cỡ và phân định băng thông động trong GPON
- Mục đích của định cỡ: để loại bỏ việc phát lại không cần thiết,
do vậy sử dụng băng tần hiệu quả và làm cho thời gian trễ cực đại
nhỏ nhất nhờ việc ngăn các tín hiệu từ các ONU khỏi sự xung đột.
- Thủ tục định cỡ: Có hai cách xác định ONU cho quá trình định

giải pháp kỹ thuật FTTx tiên tiến. GPON là một trong số các giải
pháp thực hiện FTTx được quan tâm phát triển trong những năm gần
đây tại nhiều nước trên thế giới do có ưu thế về kỹ thuật và giá cả so
với các giải pháp khác.
2.4.2. Tình hình triển khai GPON tại Việt Nam
-VNPT đang triển khai công nghệ GPON tại Hà Nội và Thành
phố Hồ Chí Minh sử dụng thiết bị của hãng Huawei và Alcatel, dự
kiến hai hệ thống này có thể cung cấp được trên 140.000 thuê bao
FTTx.
- Cuối tháng 1-2010 công ty Cổ phần Hạ tầng Viễn thông CMC
(CMC TI) đã triển khai GPON.
- Viettel cũng đang có kế hoạch triển khai công nghệ GPON.
2.4.3. Các giải pháp của một số hãng điển hình.
Hiện tại, đã có một số hãng đưa ra giải pháp triển khai GPON đó
là: Hitachi, Alcatel-Lucent, Calix, Siemens, Huawei.
2.5. Kết luận
Qua các nghiên cứu ở trên, chúng ta có thể rút ra một số đặc điểm
cơ bản của công nghệ GPON như sau:
 Công nghệ GPON đã được ITU chuẩn hoá trong các tiêu
chuẩn ITU G984.x
 Kỹ thuật truy nhập sử dụng trong GPON là TDMA.

- 15 -
 Hỗ trợ nhiều loại tốc độ truy nhập đường lên từ 155 Mbit/s đến
2,5 Gbit/s, hỗ trợ hai tốc độ truy nhập đường xuống 1,25
Gbit/s và 2,5 Gbit/s. Hỗ trợ cả các dịch vụ TDM và Ethernet
với hiệu suất sử dụng băng thông cao
 Vấn đề tắc nghẽn lưu lượng và những vấn đề liên quan của
mạng truy nhập quang tốc độ cao được giải quyết bằng các thủ
tục định cỡ và phân định băng thông động với các phương


Hình 3.1: Các giải pháp cung cấp FTTx
- Định hướng công nghệ cho mạng truy nhập băng rộng.
Bên cạnh xây dựng một mạng truy nhập quang dựa trên công
nghệ AON, VNPT đã định hướng ưu tiên xây dựng một mạng PON
dựa trên công nghệ Gigabit (GPON) cho mạng truy nhập băng rộng
của VNPT.

- 17 -
3.2. Dự báo nhu cầu dịch vụ băng rộng và phát triển thuê bao
của Viễn thông Bắc Ninh tới năm 2015.
3.2.1. Các bước dự báo nhu cầu dịch vụ.
Dự báo nhu cầu dịch vụ là một quá trình phức tạp nhưng về cơ
bản có thể được phân thành 6 bước chính:
 Xác định mục tiêu dự báo
 Xử lý các điều kiện ban đầu
 Thu thập dữ liệu
 Tiếp cận và phân tích xu hướng nhu cầu
 Lựa chọn kỹ thuật dự báo và tính toán
 Xác định các giá trị dự báo.
3.2.2. Các phương pháp dự báo dịch vụ và thuê bao
 Phương pháp dự báo ngoại suy.
 Phương pháp dự báo theo mô hình ý kiến chuyên gia.
 Phương pháp dự báo theo mô hình tương quan.
3.2.3. Lựa chọn mô hình dự báo nhu cầu dịch vụ.
Trên cơ sở đánh giá số liêu thống kê cùng với những nhận xét
đánh giá xu hướng phát triển các dịch vụ của bản thân, tôi nhận thấy
phương pháp dự báo theo ý kiến chuyên gia để dự báo nhu cầu dịch
vụ băng rộng của Viễn thông Bắc Ninh là phù hợp nhất.
3.2.4. Dự báo nhu cầu phát triển dịch vụ và phát triển thuê bao

FTTH (FE)
1
2012
112782
37886
14959
1098
2
2013
111654
44705
20494
1610
3
2014
112101
52305
26642
2257
4
2015
112549
60098
33306
3045
5
2016
113000
67911
40633

CẤU HÌNH MẠNG MAN-E VNPT BẮC NINH
Ring core
10 Gb
Gia Bình
Từ Sơn
Yên
Phong
TT Hồ
Tiên Du
Chợ
Sơn
21,7 km
Ngụ
Ring 1 - 10Gb
44,1 km
20 km
5,5 km
9 km
19 km
22 km
13,2 km
20
km
38 km
10,5 km
15,9 km
11 km
Ring 2 - 10Gb
Ring 3 - 10G
Ring 4 - 10Gb

Tài
10 GE
10 GE
10 GE

Hình 3.4: Hiện trạng cấu hình mạng MAN-E Viễn thông Bắc Ninh
3.3.2. Mạng truy nhập băng rộng của Viễn thông Bắc Ninh.
Mạng truy nhập băng rộng được đấu nối vào mạng đô thị (MAN-
E) của Viễn thông Bắc Ninh tại các điểm nút thu gom lưu lượng
Access CES qua các sợi quang.
- Hiện tại, Viễn thông Bắc Ninh có 117 IP DSLAM gồm hai loại
thiết bị MA5600 của Huawei và MSAN của Alcatel giao tiếp với
mạng MAN-E qua cổng GE; 77 switch Access giao tiếp với mạng
MAN-E qua cổng GE được lắp đặt tại 59 trạm Viễn thông. Tổng
dung lượng: 58496 cổng ADSL, 1088 cổng SHDSL, 1339 cổng GE,
FE quang. Mô hình đấu nối các trạm truy nhập băng rộng xem trong
Hình 3.5

- 21 -
HIỆN TRẠNG ĐẤU NỐI MẠG TRUY NHẬP BĂNG RỘNG
- VIỄN THÔNG BẮC NINH
PE
7750
BRAS
E320
IP CORE
Server VOD
IPTV VASC
MAN-E
BẮC NINH

1GE
1GE
1GE
1GE
1GE
10GE
10GE
10GE

Hình 3.5: Mô hình đấu nối hiện tại các trạm băng rộng Viễn thông
Bắc Ninh
Hiện tại Viễn thông Bắc Ninh có một mạng cáp quang rộng khắp
trên toàn tỉnh với 420 km cáp quang trục chính liên trạm dung lượng
từ 8 - 48FO kết nối các trạm truyền dấn SDH, MANE và khoảng
612 km cáp quang truy nhập dung lượng từ 8 – 128 FO kết nối các
trạm DSLAM, MSAN, Switch Access vào mạng MAN-E hoặc kết
nối các Modem quang, các đầu quang STM1 vào trạm SDH, kết nối
các khách hàng FTTH, trạm 3G
3.3.3. Nhận xét chung
Các vùng CES Bắc Ninh, Từ Sơn là những vùng có tiềm năng sử
dụng các dịch vụ tốc độ cao rất lớn.
3.4. Phương án triển khai GPON cho Viễn thông Bắc Ninh tới
năm 2016 và định hướng tới năm 2020.
3.4.1. Nguyên tắc triển khai

- 22 -
- Lắp đặt các OLT tại phía nhà cung cấp dịch vụ thường được đặt
tại các đài trạm và đấu nối UpLink với các Access CES gần nhất sử
dụng nx1GE hoặc 10 GE quang .
- Lắp đặt tối đa 02 cấp Splitter tại các vị trí phù hợp để kết nối các

- Năm 2014 triển khai GPON cho vùng CES Thuận Thành
Một số kiến nghị:
+ Tập trung đầu tư thực hiện GPON hóa cho mạng truy nhập băng
rộng của Viễn thông Bắc Ninh.
+ Tận dụng các thiết bị AON vừa giải phóng để phát triển cho
vùng xa.
+ Lên kế hoạch từng bước tăng dung lượng mạng MAN-E để đáp
ứng được nhu cầu băng thông trên toàn tỉnh.
3.4.4. Định hướng triển khai GPON của Viễn thông Bắc Ninh tới
năm 2020
- Tiếp tục mở rộng dung lượng các hệ thống GPON trong các
vùng đã triển khai trong giai đoạn trước.
- Thực hiện dự báo nhu cầu dịch vụ và phát triển thuê bao băng
rộng trên toàn tỉnh làm cơ sở để thực hiện triển khai GPON cho các

- 24 -
vùng có tiềm năng và tiến tới GPON hoá toàn bộ mạng băng rộng
Viễn thông Bắc Ninh
3.5. Kết luận
Công nghệ GPON là công nghệ phù hợp cho triển khai mạng truy
nhập quang hiện tại và trong tương lai.
Viễn thông Bắc Ninh đã định hướng ưu tiên xây dựng mạng truy
nhập băng rộng của mình dựa trên công nghệ GPON
Luận văn đã dự báo nhu cầu phát triển dịch vụ và thuê bao băng
rộng cho mạng Viễn thông của Viễn thông Bắc Ninh, làm đề xuất
ứng dụng công nghệ GPON cho mạng truy nhập băng rộng tại Viễn
thông Bắc Ninh tới năm 2015 và định hướng tới 2020.

KẾT LUẬN
Cùng với sự phát triển kinh tế-xã hội, nhu cầu truyền thông ngày

động, tình hình triển khai GPON trên thế giới và ở Việt Nam . v.v.
Từ đó giúp người đọc nhận thấy các ưu điểm của GPON như: khả
năng cung cấp băng thông cao, hỗ trợ cả dịch vụ TDM và Ethernet
với hiệu suất sử dụng băng thông cao, hỗ trợ nhiều loại tốc độ tuy
nhập đường lên, các vấn đề tắc nghẽn lưu lượng được giải quyết
bằng các thủ tục định cỡ và phân định băng thông động, các thủ tục
điều khiển và báo hiệu đơn giản nhưng vẫn đảm bảo giải quyết các