HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG
------------------------------------------

NGUYỄN HẢI HÀ

PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG HỆ THỐNG
NG-PON2
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
(Theo định hƣớng ứng dụng)

HÀ NỘI – 2016


HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG
-----------------------------------------

NGUYỄN HẢI HÀ

PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG HỆ THỐNG
NG-PON2
CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT VIỄN THÔNG
MÃ SỐ: 60. 52. 02. 08

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. LÊ HẢI CHÂU

HÀ NỘI - 2016


i

Nguyễn Hải Hà


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ..........................................................................................v
DANH MỤC BẢNG BIỂU ...................................................................................... ix
DANH MỤC HÌNH VẼ ..............................................................................................x
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................1
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUY NHẬP QUANG THỤ
ĐỘNG .........................................................................................................................3
1.1. Khái quát về mạng quang thụ động (PON) ......................................................3
1.2. Kiến trúc chung của mạng truy nhập quang thụ động ......................................6
1.3. Các công nghệ truy nhập quang thụ động hiện tại ...........................................7
1.3.1. APON/BPON ..............................................................................................7
1.3.2. GPON .........................................................................................................7
1.3.3. EPON..........................................................................................................9
1.3.4. XG-PON ...................................................................................................11
1.4. Xu hƣớng phát triển của mạng quang thụ động .............................................14
1.5. Kết luận chƣơng ..............................................................................................15
CHƢƠNG II: TWDM-PON - GIẢI PHÁP KỸ THUẬT CHO CÔNG NGHỆ NGPON2 .........................................................................................................................16
2.1. Giới thiệu chung .............................................................................................17
2.2. Công nghệ TWDM-PON cho hệ thống NG-PON2 ........................................19
2.3. Đặc điểm kỹ thuật của công nghệ truy nhập quang thụ động NG-PON2 ......21
2.3.1. Yêu cầu kỹ thuật chung của hệ thống NG-PON2 .....................................21
2.3.2. Yêu cầu dịch vụ.........................................................................................22
2.3.3. Yêu cầu lớp vật lý .....................................................................................23

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Thuật ngữ

Tiếng Anh

Tiếng Việt

ANI

Access Node Interface

Giao diện nút truy nhập

APC

Angled Physical Contact

Liên kết góc lớp vật lý

APON

ATM Passive Optical Network

Mạng quang thụ động ATM

ASE

Amplified Spontaneous Emission

Khuếch đại phát xạ tự phát

Chromatic Dispersion

Tán sắc

CDMA

Code Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo mã

CE

Coexistence Element

Phần tử cộng hữu

CPRI

Common Public Radio Interface

Giao diện vô tuyến công cộng

DBA

Dynamic Bandwidth Allocation

Phân bổ băng thông động

DCB


doanh nghiệp, H-hộ gia đình, C-

curb)

tủ cáp)

FFT

Fast Fourier Transform

Biến đổi Fourier nhanh

FSAN

Full Service Access Network

Nhóm mạng truy nhập đầy đủ

Group

dịch vụ

Gigabit per second

Tốc độ Gigabit trên giây

Gbps


vi

Mạng nội bộ

LTE

Long Term Evolution

Tiến hóa dài hạn

MAN

Metropolitan Area Network

Mạng đô thị

MDU/SFU

Multi-Dwelling Unit/Single-

Nhiều hộ gia đình/Ngƣời dùng

Family Unit

cá nhân

Media Access Control

Phƣơng thức điều khiển truy

MAC



Next Generation- Passive Optical

Mạng quang thụ động thế hệ kế

Network 3

tiếp thứ ba

ODN

Optical Distribution Network

Mạng phân phối quang

ODS

Optical Distribution Segment

Đoạn phân phối quang

ODSM

Opportunistic and Dynamic

Quản lí phổ linh hoạt

NG-PON2
NG-PON3



OMCI


vii
Thuật ngữ

Tiếng Anh

Tiếng Việt

Interface

quang

OPL

Opical Path Loss

Suy hao đƣờng truyền quang

OPP

Opical Path Penalty

Bù công suất tuyến quang quang

ONT

Optical Network Terminal


Quỹ công suất

PMD

Polarization Mode Dispersion

Tán sắc mode phân cực

PtP WDM

Point-to-Point Wavelength

Ghép kênh theo bƣớc sóng

Division Multiplexing

điểm-điểm

QAM

Quadrature Amplitude Modulation

Điều chế biên độ cầu phƣơng

QoS

Quality of Service

Chất lƣợng dịch vụ


trunk line

mạng trung kế quang

SMF

Single Mode Fibre

Sợi quang đơn mode

SONET/SD

Synchronous Optical

Mạng quang đồng bộ/Phân cấp

H

Network/Synchronous Digital

số đồng bộ

Hierachy
Reach extender interface to optical

Đƣờng truy cập mở rộng vào

distribution network


Đa truy nhập phân chia thời gian

TWDM

Time and Wavelength Division

Ghép kênh theo thời gian và

Multiplexing

bƣớc sóng

Ultra Dense Wavelength Division

Ghép chặt theo bƣớc sóng

UD-WDM

Multiplexing
UNI

User Node Interface

Giao diện nút ngƣời dùng

UPC

Ultra Physical Contact

Mối nối vật lý ở góc


Bộ ghép kênh bƣớc sóng

XG-PON1

10-Gigabit Passive Optical

Mạng quang thụ động 10 Gbps

Network


ix

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Các thông số khác nhau cho giao diện của OLT và ONU trong mạng NGPON2 [11] .................................................................................................................24
Bảng 2.2: Thông số giao diện quang của đƣờng xuống 2,48832 Gbit/s [12] ...........27
Bảng 2.3: Thông số giao diện quang của đƣờng xuống 9,95328 Gbit/s [12] ...........28
Bảng 2.4: Thông số giao diện quang của đƣờng lên 2,48832 Gbit/s [12] ................29
Bảng 2.5: Thông số giao diện quang của đƣờng lên 9,95328 Gbit/s [12] ................29
Bảng 3.1: Các thông số để tính Cc và Pc ...................................................................61
Bảng 3.2: Tính toán xuyên âm liên kênh và bù công suất trong trƣờng hợp xấu nhất
...................................................................................................................................63


x

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Mô hình mạng quang thụ động ...................................................................6
Hình 1.2: Mạng truy nhập quang thụ động GPON .....................................................8

1

LỜI NÓI ĐẦU
Công nghệ truy nhập quang thụ động (PON) đang dần chiếm ƣu thế so với
các công nghệ truy nhập khác và đóng vai trò nền tảng trong việc phân phối các
dịch vụ băng thông cao và siêu cao đến nhiều tầng lớp ngƣời dùng nhờ sự hiệu quả
về chi phí đầu tƣ ban đầu cũng nhƣ chi phí vận hành bảo dƣỡng. Hiện tại, công
nghệ truy nhập quang thụ động Gigabit nhƣ G-PON, E-PON,.. đang đƣợc triển khai
rộng khắp ở nhiều quốc gia trên thế giới và là công nghệ truy nhập nhanh nhất hiện
có trên thị trƣờng. Tuy nhiên, trong tƣơng lai, sự phát triển mạnh mẽ về nhu cầu
băng thông của các dịch vụ truyền thông hƣớng video cùng với nhu cầu ngày càng
tăng với các ứng dụng backhaul di động và thƣơng mại có thể tạo ra nút cổ chai
trong các mạng truy nhập quang thụ động tốc độ Gigabit hiện tại. Do vậy, các nhà
cung cấp thiết bị và khai thác viễn thông cùng các tổ chức chuẩn hóa đang tích cực
hợp tác để phát triển một thế hệ công nghệ truy nhập quang thụ động mới gọi là
mạng truy nhập quang thụ động thế hệ kế tiếp thứ hai (NG-PON2). Dự án nghiên
cứu phát triển công nghệ NG-PON2 đƣợc cộng đồng FSAN và ITU-T bắt đầu tiến
hành từ năm 2011. Mạng truy nhập quang thụ động thế hệ kế tiếp thứ hai NG-PON2
đƣợc đề xuất và chuẩn hóa với tốc độ 40 Gbps và có khả năng khai thác triệt để các
ƣu điểm vƣợt trội của sợi quang nhƣ dung lƣợng lớn và suy hao truyền dẫn thấp
cũng nhƣ các ƣu điểm vốn có của kiến trúc truy nhập quang thụ động để làm giảm
chi phí cho các nhà khai thác mạng và cung cấp các giá trị tốt hơn cho ngƣời dùng
cũng nhƣ đáp ứng yêu cầu hiệu quả về giá thành trong việc nâng cấp.
Chính vì điều đó, việc nghiên cứu NG-PON2 rất quan trọng, nhằm đáp ứng
xu thế của ngƣời sử dụng, cũng nhƣ xu hƣớng phát triển của các công ty cung cấp
thiết bị và khai thác dịch vụ viễn thông. Với đề tài ”Phân tích và đánh giá hiệu năng
hệ thống NG-PON2”, luận văn đƣợc chia thành ba phần nhƣ sau:
Chƣơng 1: Giới thiệu tổng quan về công nghệ truy nhập quang thụ động và
xu hƣớng phát triển của mạng quang thụ động.
Chƣơng 2: Nghiên cứu TWDM-PON với tƣ cách là giải pháp kĩ thuật cho

Mbps, và đến 1 Gbps. Thậm chí, các sản phẩm Ethernet 10 Gbps cũng đã bắt đầu
xuất hiện trên thị trƣờng. Điều này đã dẫn đến một sự chênh lệch rất lớn về băng
thông giữa một bên là mạng LAN tốc độ cao và mạng đƣờng trục và một bên là
mạng truy nhập tốc độ thấp, mà chúng ta vẫn thƣờng gọi đó là nút cổ chai
(bottleneck) trong mạng viễn thông. Việc bùng nổ lƣu lƣợng Internet trong thời gian
vừa qua càng làm trầm trọng thêm các vấn đề của mạng truy nhập tốc độ thấp. Các
báo cáo thống kê cho thấy lƣu lƣợng dữ liệu đã tăng 100% mỗi năm kể từ năm


4
1990. Sự kết hợp giữa các yếu tố kinh tế và công nghệ đã tạo ra những thời điểm mà
tốc độ phát triển đạt tới 1000% trong một năm. Xu hƣớng này vẫn sẽ còn tiếp tục
trong tƣơng lai, tức là càng ngày sẽ càng có nhiều ngƣời sử dụng trực tuyến và thời
gian trực tuyến sẽ càng nhiều hơn, do vậy nhu cầu về băng thông lại càng tăng lên.
Các nghiên cứu thị trƣờng cho thấy rằng, sau khi nâng cấp lên công nghệ băng rộng,
thời gian trực tuyến của ngƣời sử dụng đã tăng lên 35% so với trƣớc khi nâng cấp.
Lƣu lƣợng thoại cũng tăng lên. Nếu trƣớc kia, các công ty viễn thông tập trung đầu
tƣ triển khai vào công nghệ truy cập mạng quang tích cực do khi đó thuê bao cáp
quang còn ít, nên việc đầu tƣ vào công nghệ này và chi phí bình quân trên một thuê
bao là nhỏ, thì ngày nay, với sự bùng nổ về công nghệ thông tin, yêu cầu dịch vụ từ
các khách hàng ngày càng lớn, sự phát triển của các thiết bị di động thông minh đòi
hỏi phải có một lƣợng băng thông lớn để đáp ứng các yêu cầu của khách hàng.
Chính vì điều đó mà đòi hỏi phải có nhiều sự phát triển hơn nữa về các công nghệ
mạng truy nhập. Một trong những bƣớc phát triển đó là sự ra đời của công nghệ truy
cập mạng quang thụ động (PON).
Mạng quang thụ động có thể định nghĩa một cách ngắn gọn nhƣ sau: “Mạng
quang thụ động (PON) là một mạng quang không có các phần tử điện hay các thiết
bị quang điện tử” [3]. Nhƣ vậy với khái niệm này, mạng PON sẽ không chứa bất kỳ
một phần tử tích cực nào mà cần phải có sự chuyển đổi điện - quang. PON là một
hình thức truy cập mạng cáp quang, kiểu mạng kết nối P2M, các sợi quang làm cơ

một kiến trúc PON bao gồm một thiết bị đầu cuối kênh quang đƣợc đặt tại trạm
trung tâm của nhà khai thác dịch vụ và các bộ kết cuối mạng cáp quang ONU/ONT
đặt tại gần hoặc tại nhà thuê bao. Giữa chúng là hệ thống mạng phân phối quang
ODN bao gồm cáp quang, các thiết bị tách ghép thụ động. PON hỗ trợ giao thức
ATM, Ethernet, PON hỗ trợ các dịch vụ thoại, dữ liệu và hình ảnh với tốc độ cao và
khả năng cung cấp băng thông rộng. PON còn có khả năng chống lỗi cao (cao hơn
SONET/SDH). Do các nút của mạng PON nằm ở bên ngoài mạng, nên tổn hao năng
lƣợng trên các nút này không gây ảnh hƣởng gì đến các nút khác. Khả năng một nút
mất năng lƣợng mà không làm ngắt mạng là rất quan trọng đối với mạng truy nhập,
do các nhà cung cấp không thể đảm bảo đƣợc năng lƣợng dự phòng cho tất cả các
đầu cuối ở xa. Với những lý do nhƣ trên, công nghệ PON có thể đƣợc coi là một


6
giải pháp hàng đầu cho mạng truy nhập. PON cũng cho phép tƣơng thích với các
giao diện SONET/SDH và có thể đƣợc sử dụng nhƣ một vòng thu quang thay thế
cho các tuyến truyền dẫn ngắn trong mạng đô thị hay mạch vòng SONET/SDH
đƣờng trục.

1.2. Kiến trúc chung của mạng truy nhập quang thụ động
Các phần tử thụ động của PON đều nằm trong mạng phân phối quang (hay
còn gọi là mạng ngoại vi) bao gồm các phần tử nhƣ sợi quang, các bộ tách/ghép
quang thụ động, các đầu nối và các mối hàn quang. Các phần tử tích cực nhƣ OLT
và các ONU đều nằm ở đầu cuối của PON. Tín hiệu trong PON có thể đƣợc phân ra
và truyền đi theo nhiều sợi quang hoặc đƣợc kết hợp lại và truyền trên một sợi
quang thông qua bộ ghép quang, phụ thuộc vào tín hiệu đó là đi theo hƣớng lên hay
hƣớng xuống của PON. PON thƣờng đƣợc triển khai trên sợi quang đơn mode, với
cấu hình cây là phổ biến. Mô hình mạng quang thụ động với các phần tử của nó
đƣợc biểu diễn nhƣ trong hình 1.1.


độ 1 Gbps hỗ trợ cả lƣu lƣợng ATM và IP. Dựa trên các khuyến nghị của FSAN, từ
năm 2003-2004, ITU-T đã chuẩn hóa một loạt các tiêu chuẩn cho mạng GPON.
GPON đƣợc mở rộng từ chuẩn BPON G.983 bằng cách tăng băng thông,
nâng hiệu suất 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 bit: cho phép băng thông


8
đƣờng xuống là 2,488 Mbps và băng thông đƣờng lên là 1,244 Mbps [5]. Phƣơng
thức đóng gói GPON-GEM cho phép đóng gói lƣu lƣợng ngƣời dùng rất hiệu quả,
với sự phân đoạn khung cho phép chất lƣợng dịch vụ QoS cao hơn phục vụ lƣu
lƣợng nhạy cảm nhƣ truyền thoại và video.

Hình 1.2: Mạng truy nhập quang thụ động GPON

GPON hoạt động ở tốc độ lên tới hàng Gbps. GPON không phụ thuộc vào
ATM, GPON sử dụng lớp con truyền dẫn hội tụ GTC. GPON hỗ trợ tốc độ cao hơn,
tăng cƣờng bảo mật và cho phép lựa chọn giao thức lớp 2 (ATM, Ethernet, tuy
nhiên trên thực tế ATM chƣa từng đƣợc sử dụng). Điều đó cho phép GPON phân
phối thêm các dịch vụ tới nhiều thuê bao. GPON cung cấp độ rộng băng lớn và là
công nghệ tối ƣu cho các ứng dụng của FTTH và FTTB.
Các thông số mạng GPON [7] :
- Tốc độ dữ liệu: 1,244/2,488 Gbps hƣớng xuống và 0,155/0,622/1,244/
2,488 Gbps hƣớng lên.
- Bƣớc sóng: 1260 – 1360 nm đƣờng lên; 1480 – 1500 nm đƣờng xuống.
- Đa truy nhập hƣớng lên: TDMA.
- Cấp phát băng thông động.
- Loại lƣu lƣợng: Dữ liệu số.




Hình 1.3: Mô hình mạng truy cập EPON

Ở hƣớng xuống, EPON hoạt động nhƣ một mạng quảng bá. Khung Ethernet
đƣợc 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
chỉ MAC trƣớc khi truyền các gói tin còn lại đến ngƣời dùng.

Hình 1.4: Lƣu lƣợng hƣớng xuống trong EPON

Ở hƣớng lên, vì đặc tính định hƣớng của bộ kết hợp quang thụ động, khung
dữ liệu từ bất kỳ ONU nào chỉ đến OLT và không đến các ONU khác. Trong trƣờng
hợp đó, ở hƣớng lên, đặc tính của EPON giống nhƣ kiến trúc điểm - điểm. Tuy
nhiên, không giống nhƣ mạng điểm - điểm thật sự, các khung dữ liệu trong EPON
từ các ONU khác nhau đƣợc truyền đồng thời vẫn có thể bị xung đột. Vì vậy, ở
hƣớng lên (từ ngƣời dùng đến mạng), ONU cần sử dụng một vài cơ chế tránh xung


11
đột dữ liệu và chia sẽ dung lƣợng kênh quang hợp lý. Ở đây, luồng dữ liệu hƣớng
lên đƣợc phân bố theo thời gian.

Hình 1.5: Lƣu lƣợng hƣớng lên trong EPON

EPON cung cấp kênh liên kết cho bất kì loại truyền thông dựa trên nền IP
hay truyền thông gói. Hơn nữa, dựa vào sự tiến bộ liên tục trong tốc độ truyền dẫn
dựa trên Ethernet, tốc độ dịch vụ EPON cho khách hàng có thể lên tới 1 Gbps.
Hệ thống EPON cung cấp băng thông trung bình là 31,25 Mbps trên mỗi
ONU ở cả hƣớng xuống và lên, trong khi GPON với tốc độ truyền 2488 Mbps đối
xứng ở hƣớng xuống và lên thì băng thông cấp cho mỗi ONU là 77,75 Mbps. Điều

Hệ thống NG-PON1 đƣợc chọn về bản chất là TDM PON nâng cao từ
GPON. XG-PON1 thừa hƣởng khung và cơ chế quản lý từ GPON. XG-PON1 cung
cấp các hoạt động dịch vụ đầy đủ thông qua tốc độ cao và phân chia lớn hơn để hỗ