Tổng quan nghiên cứu

Mạng quang thụ động GPON (Gigabit-capable Passive Optical Networks) đã trở thành công nghệ trọng điểm trong triển khai mạng truy nhập băng rộng tại nhiều quốc gia, trong đó có Việt Nam. Tính đến năm 2020, Trung tâm Viễn thông Yên Thế – VNPT Bắc Giang đã phục vụ khoảng 9.465 thuê bao sử dụng công nghệ GPON, với tốc độ truy cập phổ biến lên đến 2,5 Gbps cho đường xuống và 1,25 Gbps cho đường lên. Tuy nhiên, cùng với sự gia tăng nhanh chóng về số lượng thuê bao và yêu cầu ngày càng cao về chất lượng dịch vụ, mạng GPON tại đây đang đối mặt với nhiều thách thức về suy hao tín hiệu, nghẽn băng thông và quản lý vận hành.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là đề xuất các giải pháp nâng cao chất lượng mạng GPON tại Trung tâm Viễn thông Yên Thế nhằm giảm thiểu suy hao toàn tuyến, tối ưu hóa quy hoạch hạ tầng và cải thiện trải nghiệm dịch vụ cho khách hàng. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào mạng GPON triển khai từ cuối năm 2014 đến năm 2020 tại huyện Yên Thế, tỉnh Bắc Giang, một khu vực có địa hình đồi núi trung du với dân số khoảng 110.920 người và mật độ 340 người/km².

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng dịch vụ viễn thông, góp phần nâng cao uy tín của VNPT Bắc Giang, đồng thời hỗ trợ phát triển kinh tế - xã hội địa phương thông qua việc cung cấp dịch vụ Internet băng rộng, truyền hình và điện thoại cố định chất lượng cao. Các chỉ số KPI như tỷ lệ suy hao tín hiệu dưới 29,5 dB và tỷ lệ thuê bao có chất lượng dịch vụ đạt chuẩn được đặt ra làm thước đo hiệu quả của các giải pháp đề xuất.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Mô hình mạng quang thụ động (PON): Mạng điểm – đa điểm sử dụng bộ chia quang thụ động (Splitter) không cần nguồn điện, giúp giảm chi phí và tăng độ tin cậy. GPON là thế hệ mạng PON với tốc độ cao, hỗ trợ đa dịch vụ (Ethernet, ATM, TDM) và bảo mật AES.

  • Lý thuyết suy hao tín hiệu quang: Bao gồm các thành phần suy hao trên cáp quang, mối nối, splitter, thiết bị OLT và ONU. Suy hao toàn tuyến ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng dịch vụ và khả năng truyền dẫn.

  • Mô hình quản lý và giám sát mạng GPON: Sử dụng hệ thống đo kiểm xNet và xTest để thu thập, phân tích dữ liệu chất lượng mạng, từ đó đưa ra các cảnh báo và kế hoạch bảo trì.

Các khái niệm chính bao gồm: Optical Line Terminal (OLT), Optical Network Unit (ONU), Optical Distribution Network (ODN), Splitter, suy hao quang (dB), băng thông, và các tiêu chuẩn kỹ thuật của VNPT về chất lượng mạng GPON.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu thực tế từ Trung tâm Viễn thông Yên Thế, bao gồm dữ liệu đo suy hao tín hiệu, số lượng thuê bao, cấu hình thiết bị, và báo cáo sự cố trong giai đoạn 2014-2020.

  • Phương pháp phân tích: Sử dụng phân tích định lượng dựa trên số liệu đo kiểm suy hao toàn tuyến, tỷ lệ thuê bao có chất lượng không đạt chuẩn, và phân tích định tính qua khảo sát thực trạng hạ tầng, quy trình vận hành.

  • Cỡ mẫu: Toàn bộ 9.465 thuê bao GPON tại Trung tâm Viễn thông Yên Thế được xem xét, trong đó có 492 thuê bao có mức suy hao vượt ngưỡng quy định (5,2%).

  • Phương pháp chọn mẫu: Lấy toàn bộ dữ liệu thuê bao để đảm bảo tính toàn diện và chính xác trong đánh giá chất lượng mạng.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong năm 2020, tập trung vào phân tích hiện trạng, triển khai giải pháp và đánh giá hiệu quả trong cùng năm.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Tỷ lệ suy hao vượt ngưỡng cao: 5,2% thuê bao có mức suy hao toàn tuyến vượt quá 29,5 dB, cao hơn nhiều so với tiêu chuẩn chấp nhận của VNPT là dưới 1%. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng dịch vụ và trải nghiệm khách hàng.

  2. Suy hao trên tuyến cáp và thiết bị: Qua đo kiểm, suy hao trên các mối nối cáp quang cũ và các điểm đấu nối back to back gây ra mức suy hao lớn, làm giảm tín hiệu đến splitter. Suy hao trên splitter sơ cấp và thứ cấp cũng chưa được tối ưu, gây tốn tài nguyên cáp quang và ảnh hưởng đến băng thông.

  3. Nghẽn băng thông tại các cổng PON: Một số cổng PON chia sẻ cho 64 đến 128 thuê bao, trong khi tốc độ tối thiểu nâng lên 30 Mbps, dẫn đến hiện tượng nghẽn băng thông vào giờ cao điểm, làm giảm chất lượng dịch vụ.

  4. Hiệu quả các giải pháp triển khai: Sau khi thực hiện tối ưu tuyến cáp, quy hoạch lại splitter theo nguyên tắc Mid-span Access và điều chỉnh phân bổ thuê bao trên các cổng PON, tỷ lệ suy hao vượt ngưỡng giảm từ 5,2% xuống còn 3,2%, cải thiện đáng kể chất lượng mạng.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của suy hao vượt ngưỡng là do hạ tầng cáp quang ODN được triển khai từ năm 2010 đã xuống cấp, nhiều mối hàn không đạt chuẩn và sử dụng back to back gây suy hao lớn. Việc quy hoạch splitter chưa hợp lý, đấu nối qua nhiều điểm ODF làm tăng suy hao toàn tuyến và tốn kém tài nguyên cáp quang. Ngoài ra, sự gia tăng nhanh chóng số lượng thuê bao và nâng cao yêu cầu băng thông khiến các cổng PON bị quá tải.

So với các nghiên cứu trong ngành, kết quả này phù hợp với thực trạng chung của các mạng GPON triển khai lâu năm tại các vùng miền núi, nơi điều kiện địa hình và hạ tầng khó khăn. Việc áp dụng các giải pháp kỹ thuật như hàn thẳng mối nối, đấu nối splitter theo Mid-span Access và phân bổ lại thuê bao trên cổng PON đã được chứng minh hiệu quả trong việc giảm suy hao và nghẽn băng thông.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ tỷ lệ suy hao trước và sau khi thực hiện giải pháp, bảng thống kê suy hao trên các thành phần mạng (OLT, splitter, cáp), và biểu đồ phân bổ thuê bao trên các cổng PON để minh họa hiệu quả cải thiện.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tối ưu và quy hoạch lại tuyến cáp quang

    • Hành động: Hàn thẳng các mối nối, loại bỏ back to back không đạt chuẩn.
    • Mục tiêu: Giảm suy hao toàn tuyến xuống dưới 1%.
    • Thời gian: Triển khai trong 6 tháng.
    • Chủ thể: Đội kỹ thuật Trung tâm Viễn thông Yên Thế phối hợp với nhà cung cấp thiết bị.

  2. Quy hoạch và đấu nối splitter theo nguyên tắc Mid-span Access

    • Hành động: Đặt splitter sơ cấp và thứ cấp tại cùng khu vực, giảm số điểm đấu nối trung gian.
    • Mục tiêu: Tiết kiệm tài nguyên cáp quang, giảm suy hao trên splitter.
    • Thời gian: 6-9 tháng.
    • Chủ thể: Trung tâm Viễn thông Yên Thế và bộ phận quản lý mạng.

  3. Phân bổ lại thuê bao trên các cổng PON

    • Hành động: Chuyển các thuê bao từ cổng PON quá tải sang cổng gần đó còn dung lượng.
    • Mục tiêu: Giảm nghẽn băng thông, duy trì tỷ lệ sử dụng cổng PON dưới 60%.
    • Thời gian: 3 tháng.
    • Chủ thể: Đội kỹ thuật lắp đặt và vận hành.

  4. Xây dựng hệ thống phần mềm giám sát chất lượng mạng chi tiết đến từng thuê bao

    • Hành động: Triển khai phần mềm quản lý và đo kiểm xNet, xTest để theo dõi chất lượng mạng theo thời gian thực.
    • Mục tiêu: Phát hiện sớm sự cố, nâng cao hiệu quả bảo trì và nâng cấp.
    • Thời gian: 12 tháng.
    • Chủ thể: Ban quản lý Trung tâm phối hợp với VNPT Bắc Giang.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các kỹ sư và quản lý mạng viễn thông

    • Lợi ích: Áp dụng các giải pháp kỹ thuật nâng cao chất lượng mạng GPON, tối ưu hạ tầng và vận hành.
    • Use case: Quy hoạch lại mạng GPON tại các trung tâm viễn thông tương tự.

  2. Các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông (ISP)

    • Lợi ích: Hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ GPON, từ đó cải thiện trải nghiệm khách hàng.
    • Use case: Đầu tư nâng cấp mạng GPON, phát triển dịch vụ FTTH.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật viễn thông

    • Lợi ích: Nắm bắt kiến thức chuyên sâu về công nghệ GPON, phương pháp đo kiểm và phân tích chất lượng mạng.
    • Use case: Tham khảo để phát triển đề tài nghiên cứu hoặc luận văn.

  4. Cơ quan quản lý nhà nước về viễn thông

    • Lợi ích: Đánh giá thực trạng triển khai mạng GPON tại địa phương, xây dựng chính sách hỗ trợ phát triển hạ tầng viễn thông.
    • Use case: Lập kế hoạch phát triển mạng băng rộng quốc gia.

Câu hỏi thường gặp

  1. GPON là gì và tại sao được ưu tiên triển khai?
    GPON là mạng quang thụ động tốc độ Gigabit, cung cấp băng thông cao, hỗ trợ đa dịch vụ và có chi phí vận hành thấp nhờ sử dụng bộ chia quang thụ động. Đây là công nghệ ưu tiên vì đáp ứng tốt nhu cầu băng thông ngày càng tăng và giảm chi phí đầu tư.

  2. Yếu tố nào ảnh hưởng lớn nhất đến chất lượng mạng GPON?
    Suy hao tín hiệu trên tuyến cáp quang và các mối nối, đặc biệt là các mối hàn không đạt chuẩn và đấu nối splitter không hợp lý, là nguyên nhân chính làm giảm chất lượng mạng.

  3. Làm thế nào để giảm tỷ lệ suy hao vượt ngưỡng trong mạng GPON?
    Có thể giảm bằng cách tối ưu tuyến cáp (hàn thẳng mối nối), quy hoạch lại splitter theo nguyên tắc Mid-span Access, và phân bổ lại thuê bao trên các cổng PON để tránh quá tải.

  4. Hệ thống đo kiểm xNet và xTest hoạt động như thế nào?
    xNet quản lý và giám sát mạng trên nền tảng Web, tự động cập nhật lưu lượng và cảnh báo. xTest đo kiểm chất lượng mạng qua giao thức SNMP, hỗ trợ đo định kỳ và đột xuất, giúp phát hiện sự cố nhanh chóng.

  5. Tại sao cần phân bổ thuê bao dưới 60% dung lượng cổng PON?
    Để tránh nghẽn băng thông khi tốc độ tối thiểu của khách hàng tăng lên, đảm bảo chất lượng dịch vụ ổn định, đặc biệt vào giờ cao điểm.

Kết luận

  • Mạng GPON tại Trung tâm Viễn thông Yên Thế đã phục vụ hơn 9.400 thuê bao với tốc độ truy cập cao, nhưng còn tồn tại tỷ lệ suy hao vượt ngưỡng 5,2%, ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ.
  • Các yếu tố chủ yếu gây suy hao là hạ tầng cáp quang cũ, đấu nối splitter không hợp lý và quá tải cổng PON.
  • Giải pháp tối ưu tuyến cáp, quy hoạch splitter theo Mid-span Access và phân bổ lại thuê bao đã giảm tỷ lệ suy hao xuống còn 3,2%, cải thiện đáng kể chất lượng mạng.
  • Hệ thống đo kiểm xNet và xTest giúp giám sát chất lượng mạng hiệu quả, hỗ trợ bảo trì và nâng cấp kịp thời.
  • Đề xuất tiếp tục hoàn thiện phần mềm giám sát, mở rộng quy hoạch hạ tầng và nâng cao năng lực vận hành trong 12 tháng tới để duy trì chất lượng dịch vụ bền vững.

Hành động tiếp theo: Trung tâm Viễn thông Yên Thế cần triển khai đồng bộ các giải pháp kỹ thuật và phần mềm quản lý, đồng thời đào tạo nhân lực vận hành để nâng cao chất lượng mạng GPON, đáp ứng nhu cầu phát triển dịch vụ trong tương lai.