Luận Văn Thạc Sĩ Về Đánh Giá Hiệu Năng Cấp Phát Băng Thông Trong Hệ Thống XG PON

Luận văn thạc sĩ phân tích hiệu năng giải pháp cấp phát băng thông dựa trên lý thuyết trò chơi cho hệ thống xg pon, cung cấp cái nhìn sâu sắc.

• Tác giả: Vũ Trọng Biên
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Hải Châu
• Trường học: Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông
• Đề tài: Đánh Giá Hiệu Năng Cấp Phát Băng Thông Dựa Trên Lý Thuyết Trò Chơi Cho Hệ Thống XG PON
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG 10 GIGABIT/S (XG -PON)
• 1.1. Tổng quan về công nghệ quang thụ động thế hệ kế tiếp XG - PON
• 1.2. XG-PON là gì
• 1.3. Quá trình tiến hóa từ GPON sang XGPON
• 1.4. Kiến trúc và các thành phần của hệ thống truy nhập quang thụ động XG-PON
• 1.4.1. Mô hình tổng quan
• 1.4.2. Mô hình tham chiếu chi tiết
• 1.5. Ứng dụng của các hệ thống truy nhập quang thụ động
• 1.5.1. Ứng dụng cung cấp FTTH, FTTC
• 1.5.2. Mạng LAN dùng công nghệ PON
• 1.5.3. Ứng dụng mạng PON trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp
• 1.6. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: GIẢI PHÁP CẤP PHÁT BĂNG THÔNG ĐỘNG PAS CHO HỆ THỐNG XG – PON
• 2.1. Giới thiệu chung
• 2.2. Nguyên lý cấp phát băng thông động trong mạng quang thụ động
• 2.3. Một số thuật toán cấp phát băng thông động
• 2.3.1. Thuật toán phân bổ băng thông động nhỏ nhất
• 2.3.2. Thuật toán Bi-Partitional
• 2.3.3. Thuật toán lập lịch Round – Robin
• 2.4. Kỹ thuật cấp phát băng thông động dựa trên lý thuyết trò chơi PAS
• 2.4.1. Giới thiệu về lí thuyết trò chơi
• 2.4.2. Cân bằng Nash trong lí thuyết trò chơi. Trò chơi cấp phát băng thông trong XG – PON
• 2.5. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CƠ CHẾ CẤP PHÁT BĂNG THÔNG ĐỘNG PAS
• 3.1. Giới thiệu chung
• 3.2. Mô phỏng cơ chế cấp phát băng thông động PAS cho XG-PON
• 3.2.1. Công cụ mô phỏng
• 3.2.2. Chương trình mô phỏng cấp phát băng thông động PAS
• 3.2.3. Tham số mô phỏng
• 3.3. Khảo sát và đánh giá hiệu năng hệ thống
• 3.3.1. Độ trễ gói trung bình
• 3.3.2. Chỉ số công bằng tải và công bằng trễ
• 3.4. Kết luận chương 3
• DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về công nghệ truy nhập quang thụ động 10 Gigabit s XG PON

Công nghệ XG-PON (10 Gigabit Passive Optical Network) là một bước tiến quan trọng trong lĩnh vực mạng quang thụ động, cho phép cung cấp băng thông lên đến 10 Gbps. Sự phát triển này nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về băng thông từ các dịch vụ như IoT, Big Data và 5G. XG-PON không chỉ cải thiện tốc độ truyền tải mà còn tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên mạng. Việc chuyển đổi từ GPON sang XG-PON không chỉ đơn thuần là nâng cấp về tốc độ mà còn yêu cầu thay đổi về cấu trúc và các thông số kỹ thuật. Theo khuyến nghị của ITU-T, XG-PON được thiết kế để hoạt động song song với GPON, nhằm giảm thiểu chi phí đầu tư cho các nhà cung cấp dịch vụ. Điều này cho phép các nhà cung cấp dịch vụ có thể nâng cấp dần dần hạ tầng mạng mà không cần phải thay thế hoàn toàn hệ thống hiện tại.

1.1. Mô hình tổng quan

Mô hình tổng quan của hệ thống XG-PON bao gồm ba thành phần chính: OLT (Optical Line Terminal), ONU (Optical Network Unit) và ODN (Optical Distribution Network). OLT là thiết bị quản lý toàn bộ hoạt động của mạng, cung cấp giao diện quang với ODN và kết nối với các ONU. ONU được đặt gần người dùng, cung cấp dịch vụ kết nối với các thiết bị đầu cuối. ODN là mạng phân phối quang, bao gồm cáp quang và các thiết bị tách ghép thụ động. Mô hình này cho phép XG-PON hoạt động hiệu quả trong việc cung cấp dịch vụ băng thông cao cho nhiều người dùng cùng lúc.

II. Giải pháp cấp phát băng thông động PAS cho hệ thống XG PON

Giải pháp cấp phát băng thông động (Dynamic Bandwidth Allocation - DBA) là một yếu tố quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống XG-PON. Cơ chế DBA cho phép phân bổ băng thông một cách linh hoạt và công bằng giữa các ONU, đảm bảo rằng tất cả các thực thể mạng đều có cơ hội sử dụng băng thông một cách hiệu quả. Các thuật toán cấp phát băng thông động như thuật toán phân bổ băng thông động nhỏ nhất, Bi-Partitional và Round-Robin đã được nghiên cứu và áp dụng. Đặc biệt, thuật toán cấp phát băng thông động dựa trên lý thuyết trò chơi (Proportional Allocation Scheme - PAS) đã cho thấy hiệu quả trong việc đảm bảo công bằng và tối ưu hóa băng thông cho các ONU. Lý thuyết trò chơi cung cấp một khung lý thuyết vững chắc để phân tích và tối ưu hóa các quyết định cấp phát băng thông trong môi trường cạnh tranh.

2.1. Nguyên lý cấp phát băng thông động

Nguyên lý cấp phát băng thông động trong mạng quang thụ động dựa trên việc theo dõi và phân tích lưu lượng truy cập từ các ONU. Cơ chế này cho phép hệ thống tự động điều chỉnh băng thông dựa trên nhu cầu thực tế của người dùng. Thỏa thuận mức độ dịch vụ (Service Level Agreement - SLA) giữa nhà cung cấp dịch vụ và người dùng cũng đóng vai trò quan trọng trong việc xác định mức băng thông tối thiểu và tối đa mà mỗi ONU có thể sử dụng. Điều này không chỉ giúp tối ưu hóa hiệu suất mạng mà còn đảm bảo rằng người dùng nhận được dịch vụ chất lượng cao.

III. Mô phỏng và đánh giá hiệu năng cơ chế cấp phát băng thông động PAS

Mô phỏng và đánh giá hiệu năng của cơ chế cấp phát băng thông động PAS là bước quan trọng để xác định tính khả thi và hiệu quả của giải pháp này trong thực tế. Sử dụng các công cụ mô phỏng như Matlab, các tham số mô phỏng được thiết lập để đánh giá độ trễ gói trung bình, chỉ số công bằng tải và công bằng trễ. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng cơ chế PAS không chỉ cải thiện hiệu suất mạng mà còn đảm bảo công bằng giữa các ONU. Đặc biệt, độ trễ gói trung bình giảm đáng kể khi áp dụng thuật toán PAS, cho thấy khả năng đáp ứng nhanh chóng với nhu cầu của người dùng. Những kết quả này khẳng định giá trị thực tiễn của nghiên cứu trong việc phát triển các giải pháp cấp phát băng thông hiệu quả cho hệ thống XG-PON.

3.1. Khảo sát và đánh giá hiệu năng hệ thống

Khảo sát và đánh giá hiệu năng hệ thống XG-PON được thực hiện thông qua việc phân tích các chỉ số như độ trễ gói trung bình và chỉ số công bằng tải. Các kết quả cho thấy rằng cơ chế cấp phát băng thông động PAS mang lại hiệu suất cao hơn so với các thuật toán truyền thống. Đặc biệt, chỉ số công bằng tải cho thấy sự phân bổ băng thông đồng đều giữa các ONU, giúp tối ưu hóa trải nghiệm người dùng. Những phát hiện này không chỉ có giá trị trong việc cải thiện hiệu suất mạng mà còn cung cấp cơ sở cho việc phát triển các giải pháp cấp phát băng thông trong tương lai.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của các dịch vụ đòi hỏi băng thông lớn như IoT, Big Data và 5G, nhu cầu về mạng truy nhập quang với tốc độ cao ngày càng trở nên cấp thiết. Mạng quang thụ động thế hệ kế tiếp (NG-PON), đặc biệt là chuẩn XG-PON với khả năng cung cấp băng thông lên đến 10 Gbps đường xuống và 2,5 Gbps đường lên, được xem là giải pháp hứa hẹn để đáp ứng nhu cầu này. Tuy nhiên, việc khai thác hiệu quả băng thông khổng lồ này đòi hỏi các thuật toán cấp phát băng thông động (DBA) phải đảm bảo tính công bằng và hiệu quả giữa các đơn vị mạng quang (ONU).

Luận văn tập trung nghiên cứu và đánh giá hiệu năng giải pháp cấp phát băng thông động dựa trên lý thuyết trò chơi (PAS) cho hệ thống XG-PON. Mục tiêu chính là khảo sát các thuật toán cấp phát băng thông hiện có, phát triển mô hình trò chơi phân phối băng thông công bằng, đồng thời mô phỏng và đánh giá hiệu năng của giải pháp PAS trong môi trường mạng XG-PON. Nghiên cứu được thực hiện trong phạm vi hệ thống XG-PON với các tham số kỹ thuật chuẩn hóa, tập trung vào hướng đường lên, nơi xảy ra xung đột băng thông do chia sẻ tài nguyên.

Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc nâng cao hiệu quả sử dụng băng thông, giảm độ trễ truyền gói tin và đảm bảo công bằng tải giữa các ONU, từ đó góp phần cải thiện chất lượng dịch vụ (QoS) trong mạng truy nhập quang. Kết quả nghiên cứu có thể hỗ trợ các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông trong việc tối ưu hóa mạng XG-PON, đáp ứng tốt hơn các yêu cầu băng thông ngày càng tăng trong giai đoạn 2020-2022 tại Việt Nam và các khu vực có triển khai công nghệ này.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính:

1. Công nghệ mạng quang thụ động XG-PON: Đây là mạng quang thụ động tốc độ 10 Gbps, phát triển từ GPON với các đặc điểm kỹ thuật về bước sóng, cấu trúc khung và cơ chế truyền dẫn. XG-PON sử dụng kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng (WDM) cho đường lên và đường xuống, với tốc độ truyền tối đa 9,953 Gbps đường xuống và 2,488 Gbps đường lên. Mạng bao gồm các thành phần chính: thiết bị đầu cuối đường quang (OLT), đơn vị mạng quang (ONU) và mạng phân phối quang (ODN). Tầng hội tụ truyền dẫn XGTC và tầng phụ thuộc phương tiện vật lý PMD là các tầng quan trọng trong kiến trúc mạng.

2. Lý thuyết trò chơi và cân bằng Nash: Lý thuyết trò chơi được ứng dụng để mô hình hóa quá trình phân bổ băng thông như một trò chơi nhiều người chơi, trong đó mỗi ONU là một người chơi với chiến lược là yêu cầu băng thông. Điểm cân bằng Nash được sử dụng để xác định trạng thái ổn định, công bằng trong phân phối băng thông, tránh tình trạng một ONU chiếm dụng quá mức tài nguyên mạng.

Các khái niệm chính bao gồm:

• Dynamic Bandwidth Allocation (DBA): Cơ chế cấp phát băng thông động dựa trên báo cáo trạng thái của các ONU.
• Service Level Agreement (SLA): Thỏa thuận mức độ dịch vụ giữa nhà cung cấp và người dùng, gồm tốc độ dịch vụ cam kết (CIR) và tốc độ dịch vụ vượt mức (EIR).
• T-CONT: Đơn vị quản lý băng thông trong ONU, phân loại theo mức độ ưu tiên.
• Cân bằng Nash: Trạng thái trong trò chơi mà không người chơi nào có thể cải thiện kết quả của mình bằng cách thay đổi chiến lược đơn phương.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp mô phỏng và phân tích định lượng dựa trên các bước sau:

• Nguồn dữ liệu: Tham số kỹ thuật chuẩn hóa của mạng XG-PON theo khuyến nghị ITU-T G.987 và các tài liệu nghiên cứu về thuật toán DBA và lý thuyết trò chơi.
• Phương pháp chọn mẫu: Mô hình mạng XG-PON giả lập với số lượng ONU biến thiên từ 20 đến 80, khoảng cách trung bình giữa ONU và OLT từ 20 km đến 80 km, phù hợp với thực tế triển khai mạng viễn thông.
• Phương pháp phân tích: Sử dụng công cụ mô phỏng Matlab để xây dựng chương trình mô phỏng cơ chế cấp phát băng thông động PAS. Các chỉ số đánh giá gồm độ trễ gói trung bình, chỉ số công bằng tải và công bằng trễ được tính toán và so sánh với các thuật toán DBA truyền thống như Round-Robin, Bi-Partitional và phân bổ băng thông động nhỏ nhất.
• Timeline nghiên cứu: Quá trình nghiên cứu và mô phỏng diễn ra trong năm 2022, tập trung vào việc phát triển thuật toán PAS, thực hiện mô phỏng và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả phân bổ băng thông của PAS: Thuật toán PAS dựa trên lý thuyết trò chơi cho thấy khả năng phân phối băng thông công bằng hơn giữa các ONU so với các thuật toán truyền thống. Mô phỏng với 60 ONU, PAS đạt chỉ số công bằng tải cao hơn khoảng 15% so với Round-Robin và 10% so với Bi-Partitional.

2. Giảm độ trễ gói trung bình: Độ trễ gói trung bình trong hệ thống sử dụng PAS giảm đáng kể, đặc biệt khi số lượng ONU tăng lên. Ví dụ, với 80 ONU và khoảng cách 60 km, độ trễ gói trung bình giảm khoảng 20% so với thuật toán phân bổ băng thông động nhỏ nhất.

3. Khả năng thích ứng với lưu lượng biến thiên: PAS thể hiện sự ổn định trong việc cấp phát băng thông khi lưu lượng tốc độ bit biến thiên, duy trì hiệu suất cao và công bằng trong các điều kiện mạng khác nhau.

4. Tối ưu hóa sử dụng băng thông: PAS giúp tận dụng tối đa băng thông sẵn có, giảm thiểu lãng phí do phân bổ tĩnh hoặc không công bằng, từ đó nâng cao tổng thông lượng hệ thống.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của các kết quả tích cực trên là do PAS sử dụng mô hình trò chơi để cân bằng lợi ích giữa các ONU, tránh tình trạng một số đơn vị chiếm dụng băng thông quá mức. So với các thuật toán truyền thống như Round-Robin chỉ phân bổ theo lượt hoặc thuật toán phân bổ nhỏ nhất ưu tiên theo SLA, PAS đảm bảo sự công bằng dựa trên điểm cân bằng Nash, giúp các ONU có cơ hội truyền tải công bằng hơn.

Kết quả mô phỏng có thể được trình bày qua các biểu đồ thể hiện sự thay đổi độ trễ gói trung bình và chỉ số công bằng tải theo số lượng ONU và khoảng cách truyền dẫn. Bảng so sánh hiệu năng giữa các thuật toán cũng minh họa rõ ràng ưu điểm của PAS.

So với các nghiên cứu trước đây tập trung vào tối ưu hóa thông lượng hoặc giảm trễ đơn thuần, nghiên cứu này bổ sung góc nhìn về công bằng trong phân bổ băng thông, góp phần nâng cao chất lượng dịch vụ tổng thể trong mạng XG-PON.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai thuật toán PAS trong hệ thống OLT: Các nhà cung cấp thiết bị viễn thông nên tích hợp thuật toán PAS vào phần mềm quản lý OLT để nâng cao hiệu quả phân bổ băng thông, hướng tới mục tiêu cải thiện chỉ số công bằng tải và giảm độ trễ trong vòng 12 tháng tới.

2. Tăng cường đào tạo kỹ thuật viên vận hành mạng: Đào tạo chuyên sâu về lý thuyết trò chơi và các thuật toán DBA cho đội ngũ kỹ thuật nhằm đảm bảo vận hành và bảo trì hệ thống XG-PON hiệu quả, dự kiến thực hiện trong 6 tháng.

3. Nâng cấp hạ tầng mạng để hỗ trợ PAS: Cải tiến phần cứng và phần mềm mạng để đáp ứng yêu cầu tính toán và xử lý thuật toán PAS, đặc biệt trong các mạng có số lượng ONU lớn, với kế hoạch hoàn thành trong 18 tháng.

4. Thực hiện giám sát và đánh giá liên tục hiệu năng mạng: Thiết lập hệ thống giám sát tự động để theo dõi các chỉ số như độ trễ, công bằng tải và thông lượng, từ đó điều chỉnh thuật toán phù hợp với điều kiện thực tế, triển khai ngay trong năm đầu tiên sau khi áp dụng PAS.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật viễn thông: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về công nghệ XG-PON và ứng dụng lý thuyết trò chơi trong phân bổ băng thông, hỗ trợ nghiên cứu và phát triển các giải pháp mạng quang.

2. Nhà cung cấp thiết bị viễn thông và phần mềm quản lý mạng: Thông tin về thuật toán PAS và các phương pháp DBA giúp cải tiến sản phẩm, nâng cao hiệu năng và tính cạnh tranh trên thị trường.

3. Các nhà khai thác mạng viễn thông: Nghiên cứu giúp tối ưu hóa vận hành mạng XG-PON, nâng cao chất lượng dịch vụ và giảm chi phí đầu tư thông qua việc áp dụng các giải pháp cấp phát băng thông hiệu quả.

4. Chuyên gia tư vấn và hoạch định chính sách viễn thông: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng các chính sách phát triển hạ tầng mạng truy nhập quang, đảm bảo đáp ứng nhu cầu băng thông ngày càng tăng trong tương lai.

Câu hỏi thường gặp

1. XG-PON là gì và có ưu điểm gì so với GPON?
   XG-PON là mạng quang thụ động tốc độ 10 Gbps, nâng cấp từ GPON với tốc độ đường xuống lên đến 9,953 Gbps và đường lên 2,488 Gbps. Ưu điểm chính là khả năng đáp ứng băng thông cao hơn, hỗ trợ nhiều người dùng hơn và khoảng cách truyền dài hơn, phù hợp với các dịch vụ hiện đại như 5G và IoT.

2. Tại sao cần cấp phát băng thông động trong XG-PON?
   Băng thông động giúp phân bổ tài nguyên mạng linh hoạt theo nhu cầu thực tế của các ONU, tránh lãng phí băng thông do phân bổ tĩnh, đồng thời giảm độ trễ và tăng công bằng giữa các người dùng, nâng cao hiệu quả sử dụng mạng.

3. Lý thuyết trò chơi được ứng dụng như thế nào trong phân bổ băng thông?
   Lý thuyết trò chơi mô hình hóa quá trình phân bổ băng thông như một trò chơi nhiều người chơi, trong đó mỗi ONU là người chơi với chiến lược yêu cầu băng thông. Điểm cân bằng Nash được sử dụng để tìm trạng thái phân bổ công bằng và ổn định, tránh tình trạng chiếm dụng băng thông không công bằng.

4. PAS có ưu điểm gì so với các thuật toán DBA truyền thống?
   PAS đảm bảo sự công bằng trong phân bổ băng thông dựa trên cân bằng Nash, giảm độ trễ gói tin và tối ưu hóa sử dụng băng thông hơn so với các thuật toán như Round-Robin hay phân bổ nhỏ nhất, đặc biệt hiệu quả khi số lượng ONU lớn và lưu lượng biến thiên.

5. Làm thế nào để triển khai PAS trong mạng thực tế?
   PAS có thể được tích hợp vào phần mềm quản lý OLT, yêu cầu nâng cấp phần cứng để xử lý thuật toán phức tạp hơn. Đồng thời, cần đào tạo kỹ thuật viên và thiết lập hệ thống giám sát hiệu năng để đảm bảo vận hành ổn định và hiệu quả.

Kết luận

• Luận văn đã nghiên cứu và đánh giá hiệu năng giải pháp cấp phát băng thông động dựa trên lý thuyết trò chơi (PAS) cho hệ thống XG-PON, một công nghệ mạng quang thụ động tốc độ 10 Gbps.
• PAS thể hiện ưu điểm vượt trội trong việc đảm bảo công bằng tải, giảm độ trễ gói và tối ưu hóa sử dụng băng thông so với các thuật toán DBA truyền thống.
• Mô hình trò chơi và điểm cân bằng Nash được áp dụng thành công để mô phỏng quá trình phân bổ băng thông công bằng giữa các ONU.
• Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn cao, hỗ trợ các nhà cung cấp dịch vụ và nhà sản xuất thiết bị trong việc nâng cao hiệu quả mạng XG-PON.
• Các bước tiếp theo bao gồm triển khai thử nghiệm thực tế, đào tạo nhân lực và phát triển hệ thống giám sát để ứng dụng rộng rãi giải pháp PAS trong mạng viễn thông hiện đại.

Hãy áp dụng các giải pháp cấp phát băng thông động dựa trên lý thuyết trò chơi để nâng cao hiệu quả mạng quang thụ động XG-PON, đáp ứng nhu cầu băng thông ngày càng tăng trong kỷ nguyên số.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG 10 GIGABIT/S (XG -PON) 1.1 Tổng quan về công nghệ quang thụ động thế hệ kế tiếp XG - PON 1.1 XG-PON là gì XG - PON là mạng quang thụ động tốc độ 10 Gbps được phát triển và chuẩn hóa từ mạng quang thụ động tốc độ Gbps – PON có tốc độ đường lên và đường xuống tương ứng là 1,25 và 2,5 Gbps (theo khuyến nghị ITU – T G. Hiện nay, ITU – T Q2/15 đã và đang thực hiện quá trình chuẩn hóa các mạng quang thụ động tốc độ Gigabit thế hệ kế tiếp (NG – PON) trong họ các khuyến nghị ITU – T G.987 với tên gọi là mạng quang thụ động tốc độ 10 Gbps (XG – PON). Các yếu tố thúc đẩy sự phát triển công nghệ G-PON lên 10 Gbps là : Các dịch vụ đang phát triển như IoT, Bigdata, 5G … yêu cầu băng thông cao hơn và công nghệ GPON không thể đáp ứng các yêu cầu về băng thông. Các công nghệ truy cập mới từ phía người dùng yêu cầu băng thông cao hơn và công nghệ GPON sẽ đối mặt với tắc nghẽn băng thông.

Tỷ lệ phân chia lớn hơn và khoảng cách truyền dài hơn làm tăng đầu tư xây dựng mạng. Sự khác biệt về đặc điểm kỹ thuật giữa GPON và XG-PON được mô tả trong bảng 1. Theo như mô tả chỉ tiết ở bảng 1.1, sự tiến hóa từ GPON lên XG-PON cần sự thay đổi về các thông số kỹ thuật bước sóng, bước sóng trung tâm. Sự cải thiện về tốc độ (băng thông) đường lên (upstream), đường xuống (downstream) là khá rõ ràng.

Còn XG – PON hầu như không có sự khác nhau về các thông số kỹ thuật ngoại trừ tên gọi của cấu trúc khung và tốc độ đường truyền lớn nhất hướng Upstream. XG - PON, mạng quang thụ động có băng thông 10 Gbps, cung cấp đường truyền tốc độ 10 Gbps không đối xứng (Tốc độ đường truyền xuống tối đa: 9,953 Gbps, Tốc độ đường truyền lên tối đa: 2,488 Gbps). Luan van 3 XG 2 - PON, mạng quang thụ động đối xứng có băng thông 10 Gbps, cung cấp đường truyền tốc độ 10Gpbs đối xứng (Tốc độ đường truyền xuống tối đa: 9,953 Gbps, Tốc độ đường truyền lên tối đa: 9,953 Gbps) [4]. Sự khác biệt về đặc điểm kỹ thuật giữa GPON, XG-PON và XG2-PON.

XG- PON Thông số kỹ GPON XG-PON XG2 - PON thuật Đường xuống: Đường xuống: Đường xuống: 1480-1500 nm 1575-1580 nm 1575-1580 nm Bước sóng Đường lên: 1290- Đường lên: 1260- Đường lên: 1260- 1330 nm 1280 nm 1280 nm Đường xuống: 1490 Đường xuống: 1577 Đường xuống: 1577 Bước sóng trung nm nm nm tâm Đường lên: 1310 nm Đường lên: 1270 nm Đường lên: 1270 nm Đường xuống: 2.953 Tốc độ đường Gbit/s Gbit/s Gbit/s truyền lớn nhất Đường lên: 1.953 Gbit/s Gbit/s Gbit/s Cấu trúc khung GEM XGEM XGEM 1. Quá trình tiến hóa từ GPON sang XGPON Hình 1.1 mô tả quá trình xây dựng các tiêu chuẩn tiến hóa từ GPON sang XG– PON. Quá trình xây dựng các tiêu chuẩn tiến hóa từ GPON sang XG- PON. Luan van 4 Năm 2004, bộ phận Tiêu chuẩn hóa Viễn thông-Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU-T) Q2 bắt đầu nghiên cứu và phân tích khả năng tiến hóa GPON thành XG- PON.

Vào tháng 9 năm 2007, Q2 chính thức phát hành kế hoạch bước sóng nâng cao để tiêu chuẩn hóa sự tồn tại song song giữa GPON và XG-PON. Vào tháng 11 năm 2007, Q2 đã xác nhận lộ trình tiêu chuẩn hóa XG-PON. Với mục tiêu đạt được chi phí thấp, dung lượng cao, vùng phủ rộng, dịch vụ đầy đủ và khả năng truyền thông cao, Q2 đã đẩy nhanh việc nghiên cứu và hoàn thiện tiêu chuẩn XG-PON. Vào tháng 10 năm 2009, Q2 đã chính thức công bố văn bản giai đoạn 1 cho tiêu chuẩn XG-PON trong cuộc họp toàn thể SG15.

Văn bản bao gồm các yêu cầu tổng thể đối với tiêu chuẩn XG-PON (G.1) và phương thức truyền vật lý của tầng vật lý (G. Vào tháng 6 năm 2010, Q2 đã phát hành tiêu chuẩn hội tụ truyền dẫn lớp hội tụ (TC) (G.3) và tiêu chuẩn giao diện điều khiển và quản lý thiết bị đầu cuối mạng quang lớp quản lý (OMCI) (G.988) cho XG-PON. Vào tháng 6 năm 2012, Q2 đã phát hành tiêu chuẩn lớp TC mở rộng XG-PON (ITU-T G. Vào tháng 6 năm 2016, Q2 phát hành tiêu chuẩn mạng quang thụ động đối xứng dung lượng 10 Gbps (XG2 PON) (G.

Nội dung tổng quát của các khuyến nghị theo các tiêu chuẩn như sau : Khuyến nghị G.987: Giới thiệu các định nghĩa, thuật ngữ và từ viết tắt cho các hệ thống mạng quang thụ động tốc độ 10 Gbps.1: Đặc tả các yêu cầu chung của mạng quang thụ động 10 Gbps như các yêu cầu về dịch vụ, giao diện đến các hệ thống khác và các tham số hệ thống như khoảng cách, tỉ lệ chia, nhằm mục đích phù hợp/đáp ứng các hướng dẫn cho khuyến nghị từ G. [5] Luan van 5 Khuyến nghị G.2: Đặc tả tầng phụ thuộc phương tiện vật lý của mạng quang thụ động tốc độ 10 Gbps trong đó có các tham số tín hiệu quang khác nhau được thu phát giữa OLT và ONU cũng như các đặc tính tuyến quang giữa chúng.3: Đặc tả tầng hội tụ truyền dẫn quang của mạng quang thụ động tốc độ 10 Gbps như định nghĩa các cấu trúc khung phù hợp với các giao thức client khác nhau, chức năng TDMA để điều khiển các khe thời gian tín hiệu đường lên; chức năng để kích hoạt các ONU, chức năng mật mã hóa tín hiệu đường xuống [7] … Khuyến nghị G.988: Đặc tả chung về giao diện điều khiển và quản lí ONU (OMCI) cho các mạng quang thụ động băng rộng. Ngoài ra, khuyến nghị G.4 định nghĩa chi tiết hơn các khuôn dạng bản tin và giao thức cho cơ sở thông tin quản lí nhằm quản lí/ điều khiển XG – PON ONU hiện đang chờ phê duyệt. Khuyến nghị ITU-T G.1: mô tả hệ thống mạng quang thụ động đối xứng dung lượng 10 Gbps (XG-PON) trong mạng truy nhập quang dành cho khu dân cư, doanh nghiệp, di động backhaul và các mạng khác các ứng dụng.

Hệ thống này hoạt động trên cơ sở hạ tầng truy cập quang điểm-đa điểm ở tốc độ dữ liệu danh nghĩa là 10 Gbps cả ở hướng xuống và hướng lên. Đặc tả yêu cầu chung, yêu cầu lớp vật lý và yêu cầu lớp hội tụ truyền dẫn của hệ thống XG-PON. Quá trình chuyển đổi từ GPON lên XG - PON ban đầu yêu cầu tồn tại song song cả GPON và XG - PON [8] do :  Với sự phát triển của các dịch vụ, yêu cầu băng thông của người dùng ngày càng cao. Trước mắt, chỉ một số người dùng cần được nâng cấp lên mạng XG - PON và một số người dùng tiếp tục sử dụng mạng GPON.

 Đối với mạng GPON đã được triển khai của một nhà cung cấp dịch vụ, việc chuyển trực tiếp từ mạng GPON sang mạng XG - PON sẽ rất tốn kém, cần chi phí đầu tư cơ sở hạ tầng ban đầu khổng lồ. Do đó cần khai thác triệt để hạ tầng đã được đầu tư ban đầu của mạng GPON. Quá trình tiến hóa cần một thời gian đủ lâu để phù hợp với nhu cầu của người dùng và đáp ứng hiệu quả đầu tư của nhà cung cấp dịch vụ. Kiến trúc và các thành phần của hệ thống truy nhập quang thụ động XG-PON 1.1 Mô hình tổng quan Về tổng quan, một mạng quang thụ động bao gồm 3 thành phần chính: thiết bị đầu cuối đường quang (OLT), các đơn vị mạng quang (ONU) và mạng phân phối quang (ODN) được mô tả như trong hình 1.

Các thành phần chính trong mạng quang thụ động. PON là một mạng điểm tới đa điểm, một kiến trúc PON bao gồm một thiết bị đầu cuối kênh quang được đặt tại trạm trung tâm của nhà khai thác dịch vụ và các bộ kết cuối mạng cáp quang ONU/ONT (Optical Network Unit/Optical Network Terminator) đặt gần hoặc tại nhà thuê bao. Giữa chúng là hệ thống phân phối mạng quang ODN (Optical Distribution Network) bao gồm cáp quang, các thiết bị tách ghép thụ động. Thiết bị kết cuối đường quang Optical Line Terminal (OLT) quản lý tất cả các hoạt động của PON, cung cấp giao diện quang về phía mạng phối quang ODN và cung cấp ít nhất một giao diện quang trên mạng ở phía mạng truy nhập quang.

OLT có thể được đặt ở bên trong tổng đài hay tại một trạm từ xa. Luan van 7 Thiết bị kết cuối mạng quang Optical network Unit (ONU) được đặt ở phía người dùng, cung cấp nhiều loại cổng và dịch vụ khác nhau để kết nối với các thiết bị đầu cuối của người dùng. Mạng phân phối quang Optical Distribution Network (ODN) bao gồm các thành phần quang thụ động Passive Optical System (POS) như sợi quang và một hoặc nhiều bộ tách quang thụ động để kết nối OLT và ONU.2 Mô hình tham chiếu chi tiết Mô hình tham chiếu giao thức của XG – PON được phân chia thành hai tầng bao gồm tầng phụ thuộc phương tiện vật lí (PMD) và tầng hội tụ truyền dẫn XG – PON (XGTC) như mô tả trong hình 1. Tầng phụ thuộc phương tiện vật lí mô tả các đặc tính vật lí của mạng truy cập quang thụ động yêu cầu cho XG – PON như dải bước sóng sử dụng, tốc độ truyền dẫn, quỹ công suất,… Tầng hội tụ truyền dẫn XG – PON tối ưu các cơ chế xử lí cơ bản trong tầng hội tụ truyền dẫn tương ứng của GPON bằng cách nâng cấp cấu trúc khung, thực hiện gán băng thông động (DBA), và cải tiến các cơ chế kích hoạt.

Tầng hội tụ truyền dẫn XG – PON lại bao gồm 3 phân tầng:  Phân tầng thích ứng dịch vụ;  Phân tầng định khung;  Phân tầng thích ứng tầng vật lí. Mô hình kiến trúc phân tầng XG – PON. Luan van 8 XG – PON nâng cấp cấu trúc khung và quá trình xử lí định khung cho phù hợp với tốc độ đường lên và đường xuống yêu cầu của XG – PON và nhằm mục đích có thể dễ dàng triển khai trên chip cũng như nâng cao hiệu quả xử lí và phân mảnh/tái tạo dữ liệu. Cơ chế gán băng thông động trong XG – PON cũng được nâng cấp một cách cơ bản so với GPON với độ linh hoạt cao hơn.

Trong khi đó, cơ chế kích hoạt của XG – PON thực hiện theo các nguyên tắc áp dụng trong GPON. Ngoài ra, khả năng bảo mật được nâng cao và tiết kiệm công suất là hai tính năng nổi bật được trang bị cho tầng hội tụ truyền dẫn XG – PON. XG – PON cũng cung cấp cơ chế bảo mật mới như mật mã hóa đường lên và mật mã hóa đa hướng đường xuống.