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
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
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN...........................................................................................A
LỜI CAM ĐOAN.....................................................................................B

3.4 Kiến trúc mô hình mạng Ethernet............................................................18
3.5 Quan hệ vật lý giữa IEEE802.3 và mô hình tham chiếu OSI...................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.......................................................................23
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....................................................................................25
3.8 Quan hệ giữa lớp vật lý Ethernet và mô hình tham chiếu ISO................25
3.9 Kết luận chương.........................................................................................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
4.3.3 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
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
5.4 Kế hoạch phân bổ băng thông (cửa sổ truyền cực đại)............................44
5.5 Các thành phần của trể gói........................................................................45
5.6 Cấp phát băng thông cố định.....................................................................47

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
bao
IEEE Institute of Electrical and
Electronics Engineers
Hiệp hội các kỹ sư điện và
điện tử thế giới
ID Indentify Destination Chỉ định địa chỉ đích
IP Internet Protocol Giao thức Internet
ISDN Integrated Services Digital
Network
Mạng tích hợp dịch vụ số

PtPE Point-to-Point Emulation
PtMP Point-to-Multi-Point Mô hình điểm đa điểm
QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
SA Source Address Địa chỉ nguồn
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
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

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
của quá trình tính toán của chương trước, cũng như đưa ra các thuật toán sử dụng để
tính toán. Thuật toán được viết dựa trên ngôn ngữ MathCad, giao diện mô phỏng viết
trên ngôn ngữ Visual Basic.
Đó là tổng quan về đề tài mà em sẽ trình bày sau đây. Tuy đã cố gắng trong quá
trình thực hiện đề tài này, song do sự hạn chế về kiến thức nên không thể tránh khỏi
những thiếu sót. Em mong được sự phê bình, chỉ dẫn của thầy cô và bạn bè để đề tài
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
CHƯƠNG1
HIỆN TRẠNG MẠNG VIỄN THÔNG VIỆT NAM VÀ XU HƯỚNG PHÁT
TRIỂN MẠNG TRUY NHẬP CỦA THẾ GIỚI
1.1 Giới thiệu chương

1.2.3 Truyền dẫn nội tỉnh
• 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
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
2
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
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

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.
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).
4
(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
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

Công
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
Blue
Tooth

truy nhập theo địa chỉ MAC (lớp 2)
8
Hình 2.1: Mô hình mạng quang thụ động
Hình 2.2: Cấu hình cơ bản các loại Coupler
a)
c)
b)
I1
I1
I2
I1
I2
O2
O3
O2
O2
O3
Chương 1: Hiện trạng mạng VT Việt Nam và xu hướng phát triển mạng truy nhập trên TG
Các phần tử thụ động của PON đều nằm trong mạng phân bố quang (hay còn
gọi là mạng quang ngoại vi) bao gồm các phần tử như sợi quang, các bộ tách /ghép
quang thụ động, các đầu nối và các mối hàn quang. Các phần tử tích cực như OLT
và các ONU đều nằm ở đầu cuối của mạng PON. Tín hiệu trong PON có thể được
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.

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 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.
11
Mô hình cây ( sử dụng splitter 1:N)(a)
Mô hình vòng (c)
Mô hình cây với ređunant trunk (d)
Hình 2.4: Các mô hình mạng PON
Chương 1: Hiện trạng mạng VT Việt Nam và xu hướng phát triển mạng truy nhập trên TG
12
Mô hình bus sử dụng tapcoupler(b)
Chương 1: Hiện trạng mạng VT Việt Nam và xu hướng phát triển mạng truy nhập trên TG
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 là
trung kế cây.
Tất cả sự truyền dẫn trong mạng PON đều được thực hiện giữa OLT và các
ONU. PLT ở tại tổng đài (Central Office), kết nối truy nhập quang đến mạng đường
trục (có thể là mạng IP, ATM hay SONET). ONU ở tại đầu cuối người sử dụng

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 λ1=1310nm, hướng xuống λ2=1550nm. Dung
lượng kênh ở mỗi bước sóng có thể phân phối linh động giữa các ONU.
14
Hình 2.5: Mạng PON sử dụng một sợi
quang
Chương 1: Hiện trạng mạng VT Việt Nam và xu hướng phát triển mạng truy nhập trên TG
Ghép kênh phân chia theo thời gian là phương pháp được ưu tiên hiện nay cho
việc chia sẽ kênh quang trong mạng truy cập khi mà nó cho phép một bước sóng đơn
ở hướng lên và bộ thu pháp đơn ở OLT đã làm cho giải pháp này có ưu thế hơn về
chi phí đầu tư.
2.3 Kết luận chương
Nội dung trên đã trình bày cho ta biết tổng quan về mạng truy nhập quang thụ
động PON. Và cũng cho ta thấy cấu trúc cơ bản của nó. Chương tiếp theo sẽ trình
bày một công nghệ được sử dụng trong mạng PON, nhằm khai thác khả năng tốt nhất
của mạng truy nhập quang thụ động. Đó là công nghệ Ethernet và được gọi là mạng
truy nhập quang thụ động Ethernet – EPON.