Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong giai đoạn hiện đại hóa hạ tầng viễn thông, nhu cầu sử dụng các dịch vụ tiện ích tích hợp đồng thời thoại, hình ảnh và dữ liệu (Triple Play) gia tăng mạnh mẽ tại các khu kinh tế, khu công nghiệp, khu công nghệ cao, khu thương mại và khu chung cư cao cấp. Cùng với đó, sự phát triển của các tổ chức tài chính, ngân hàng, kho bạc, doanh nghiệp và các dịch vụ Internet đa dạng (thương mại điện tử, dịch vụ ngân hàng trực tuyến, đào tạo từ xa, trò chơi trực tuyến) đòi hỏi băng thông ngày càng lớn và chất lượng dịch vụ ổn định. Trước đây, mạng truy nhập băng rộng của Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam (VNPT) chủ yếu dựa trên hạ tầng cáp đồng sử dụng công nghệ xDSL, vốn chỉ đáp ứng được tốc độ truy nhập dưới 2 Mbit/s và bộc lộ hạn chế lớn về cự ly truyền dẫn cũng như dung lượng. Đứng trước yêu cầu cấp bách phải đổi mới công nghệ để giữ vững thị phần và cung cấp dịch vụ băng rộng chất lượng cao, VNPT nói chung và VNPT Hải Phòng nói riêng đã định hướng chuyển dịch hạ tầng sang mạng quang thụ động GPON (Gigabit-capable Passive Optical Network).
Đề tài đồ án tốt nghiệp xác định các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể bao gồm:
- Nghiên cứu tổng quan lịch sử phát triển của Tập đoàn VNPT, VNPT Hải Phòng và đơn vị thực tập trực tiếp là Trung tâm Viễn thông 4.
- Tìm hiểu toàn diện cơ sở lý thuyết công nghệ mạng quang thụ động GPON theo các tiêu chuẩn quốc tế của ITU-T, tập trung vào kiến trúc mạng, cấu trúc khung GEM, thủ tục định cỡ (Ranging) và cơ chế cấp phát băng tần động (DBA).
- Đánh giá cấu trúc mạng phân phối quang FTTx-GPON (ODN) trên mạng lưới thực tế của VNPT Hải Phòng, so sánh với mạng quang chủ động (AON) và phân tích các tiêu chuẩn suy hao kỹ thuật.
- Xây dựng phương án ứng dụng công nghệ GPON phục vụ công tác ngầm hóa và cải tạo mạng cáp quang thuê bao tại tuyến đường Trần Nhật Duật - Nguyễn Khuyến thuộc địa bàn quận Ngô Quyền, thành phố Hải Phòng.
Đối tượng nghiên cứu của đồ án là công nghệ mạng quang thụ động GPON và cấu trúc mạng phân phối quang FTTx. Phạm vi nghiên cứu về mặt không gian tập trung tại địa bàn quản lý của Trung tâm Viễn thông 4 thuộc VNPT Hải Phòng, cụ thể trên tuyến đường Trần Nhật Duật - Nguyễn Khuyến; phạm vi thời gian gắn với giai đoạn khảo sát, thực tập và hoàn thành đồ án tốt nghiệp năm 2024.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Đồ án xây dựng nội dung dựa trên các cơ sở lý thuyết, tiêu chuẩn kỹ thuật viễn thông quốc tế và quy chuẩn quốc gia:
- Hệ thống tiêu chuẩn GPON của Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU-T): Bộ khuyến nghị ITU-T G.984 bao gồm:
- ITU-T G.984.1 (03/2003): Các đặc tính chung của G-PON, định nghĩa giao diện mạng người dùng (UNI) và giao diện nút dịch vụ (SNI).
- ITU-T G.984.2 (03/2003) và sửa đổi Adm 1 (02/2006): Các chỉ tiêu kỹ thuật lớp phụ thuộc môi trường vật lý (PMD) cho hệ thống đối xứng và bất đối xứng.
- ITU-T G.984.3 (02/2004) cùng các sửa đổi Adm 1 (07/2005), Adm 2 (03/2006), Adm 3 (12/2006): Chỉ tiêu kỹ thuật lớp hội tụ truyền dẫn (TC), phương thức điều khiển truy nhập môi trường, cấu trúc khung, thủ tục Ranging, chức năng OAM và bảo mật.
- ITU-T G.984.4 (06/2004) và các sửa đổi Adm 1, Adm 2, Adm 3: Chỉ tiêu kỹ thuật giao diện điều khiển và quản lý ONT (OMCI).
- Tiêu chuẩn chất lượng cáp sợi quang: Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 8665:2011 (chuyển đổi từ TCN 68-160:1996 theo quy định của Luật Tiêu chuẩn và Quy chuẩn kỹ thuật, Nghị định số 127/2007/NĐ-CP), được xây dựng trên cơ sở Khuyến nghị ITU-T G.655 do Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện biên soạn.
- Mô hình và thuật toán kỹ thuật: Phương thức đóng gói dữ liệu GPON (GEM), đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA), thuật toán mã hóa bảo mật tiên tiến AES (Advanced Encryption Standard) và thuật toán sửa lỗi tiến FEC Reed-Solomon RS(255,239).
Phương pháp nghiên cứu được tác giả áp dụng trong đồ án bao gồm:
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết và tổng hợp tài liệu: Thu thập, phân tích và hệ thống hóa các tài liệu chuẩn hóa viễn thông của ITU-T, giáo trình chuyên ngành điện tử truyền thông và quy trình kỹ thuật nội bộ của VNPT.
- Phương pháp so sánh kỹ thuật: Đối chiếu đặc tính vận hành giữa mạng quang chủ động (AON) và mạng quang thụ động (PON); so sánh các thế hệ mạng quang APON, BPON và GPON.
- Phương pháp khảo sát và tính toán thực tế: Thu thập số liệu mạng lưới ngoại vi tại Trung tâm Viễn thông 4, đo đạc công suất quang thực tế bằng thiết bị chuyên dụng sau các bộ chia Splitter cấp 1, cấp 2 và tính toán cân bằng suy hao tuyến cáp quang ngầm hóa theo tiêu chuẩn định mức.
Nguồn dữ liệu của đồ án xuất phát từ tài liệu chuẩn hóa quốc tế của ITU-T, tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia của Bộ Thông tin và Truyền thông, cùng hồ sơ kỹ thuật, số liệu vận hành mạng thực tế do Trung tâm Viễn thông 4 - VNPT Hải Phòng cung cấp.
Nội dung chính theo từng chương
Chương I: Lịch Sử Hình Thành và Phát Triển của Tập Đoàn VNPT và VNPT Hải Phòng
Chương I giới thiệu tổng quan về tổ chức, quá trình phát triển và vị thế của Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam cùng đơn vị thành viên VNPT Hải Phòng.
- Tập đoàn VNPT: Ngày truyền thống của ngành Bưu điện bắt nguồn từ quyết định thành lập Ban giao thông chuyên môn tại Hội nghị toàn quốc của Đảng ở Tân Trào (14 - 15/8/1945). Trải qua nhiều mô hình quản lý (Nha Bưu điện - Vô tuyến điện, Tổng cục Bưu điện, Bộ Bưu chính - Viễn thông và nay là Bộ Thông tin và Truyền thông), VNPT được phong tặng danh hiệu Anh hùng lao động thời kỳ 1999-2009 vào ngày 22/1/2009. Tập đoàn được thành lập lại theo Quyết định số 06/2006/QĐ-TTg và chuyển đổi sang mô hình công ty TNHH một thành viên do Nhà nước làm chủ sở hữu theo Quyết định số 955/QĐ-TTg ngày 24/6/2010. Tính đến thời điểm khảo sát, VNPT có quy mô gần 40.000 cán bộ công nhân viên, phục vụ khoảng 30 triệu thuê bao di động, gần 10 triệu thuê bao cố định và hàng chục triệu người sử dụng Internet. Slogan của đơn vị là "VNPT - Cuộc sống đích thực". Mục tiêu chiến lược của VNPT là trở thành nhà cung cấp dịch vụ số hàng đầu tại Việt Nam vào năm 2025 và trở thành Trung tâm dịch vụ Số (Digital Hub) của châu Á vào năm 2030.
- VNPT Hải Phòng: Thành lập nhằm tập trung hóa quản lý và cung cấp hạ tầng viễn thông trên địa bàn thành phố Hải Phòng. Quá trình phát triển chia thành các giai đoạn: 2000 - 2010 (tập trung xây dựng hạ tầng cơ bản, mạng cố định, Internet và truyền hình cáp), 2011 - 2015 (phát triển dịch vụ tiện ích số và hợp tác doanh nghiệp) và từ 2016 đến nay (đổi mới công nghệ số hóa).
- Trung tâm Viễn thông 4: Đơn vị trực thuộc VNPT Hải Phòng, đặt trụ sở tại số 343 Đà Nẵng, quận Ngô Quyền, thành phố Hải Phòng. Trung tâm chịu trách nhiệm quản lý, vận hành, bảo dưỡng, sửa chữa hạ tầng viễn thông - công nghệ thông tin và mạng trạm BTS Vinaphone trên địa bàn quận Ngô Quyền, quận Hải An và huyện đảo Cát Hải.
CHƯƠNG II. CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG GPON
Chương II trình bày có hệ thống các nguyên lý kỹ thuật cốt lõi của công nghệ mạng quang thụ động GPON theo tiêu chuẩn ITU-T G.984.
- Kiến trúc mạng và thiết bị: Mạng bao gồm OLT (kết cuối đường quang tại nhà trạm), ODN (mạng phân phối quang với bộ chia tách thụ động Splitter, tủ phối quang FDC, hộp phân phối quang FDB) và ONU/ONT (kết cuối mạng quang phía khách hàng). Cấu trúc khối OLT gồm 3 phần: PON core shell (PON TC và giao diện ODN, hỗ trợ chế độ ATM, GEM hoặc Dual), Cross-connect shell (chuyển kết nối lưu lượng) và Service shell (giao diện dịch vụ). Khối ONU có cấu trúc tương tự nhưng thay khối kết nối chéo bằng chức năng MUX/DMUX dịch vụ.
- Kỹ thuật truyền dẫn và ghép kênh: Luồng xuống sử dụng phương thức phát quảng bá (Broadcast); luồng lên sử dụng đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) trên khung thời gian chuẩn 8 kHz (125 µs) nhằm tránh xung đột tín hiệu giữa các ONU chia sẻ chung sợi quang. Phương thức ghép kênh hai chiều là ghép kênh phân chia không gian (sử dụng sợi riêng cho từng hướng hoặc bộ ghép bước sóng WDM).
- Phương thức đóng gói dữ liệu GEM: Cho phép đóng gói trực tiếp và hiệu quả các khung Ethernet, TDM, gói IP, VoIP và luồng IPTV với hiệu suất sử dụng băng thông trên kênh truyền đạt tới 92% - 95%, hỗ trợ phân đoạn khung để đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS cho lưu lượng nhạy cảm thời gian thực.
- Thủ tục định cỡ (Ranging): Nhằm đo khoảng cách và bù trễ khứ hồi RTD (Round Trip Delay) giữa các ONU với OLT trong phạm vi tối đa 20 km. Thủ tục gồm 2 pha:
- Pha 1: OLT phát lệnh dừng truyền dẫn (
ONU halt), gửi bản tin yêu cầu số sê-ri (serial_number request), ONU chưa có định danh phản hồi số sê-ri sau thời gian ngẫu nhiên tối đa 50 ms (SN transmission), OLT gán định danh ONU-ID (assign ONU-ID).
- Pha 2: OLT dừng truyền dẫn luồng lên, gửi bản tin yêu cầu đo cự ly (
ranging request) tới ONU xác định; ONU gửi phản hồi mang số sê-ri và ONU-ID (ranging transmission). OLT tính toán trễ cân bằng (Equalization Delay: $T_{eqd} - \text{RTD}$, với hằng số chuẩn $T_{eqd} = 200\text{ ms}$ cho cự ly 20 km) và gửi bản tin Ranging_time message để ONU thiết lập độ trễ định thời luồng lên.
- Cơ chế cấp phát băng thông động (DBA): Sử dụng các vùng chứa truyền dẫn T-CONT (Transmission Container) để phân bổ băng thông luồng lên dựa trên 5 loại dịch vụ:
- Loại I: Băng thông cố định (không dùng DBA).
- Loại II: Tốc độ bit thay đổi, yêu cầu nghiêm ngặt về trễ và jitter (VoIP, Video).
- Loại III: Dịch vụ được đảm bảo về trễ.
- Loại IV: Lưu lượng nỗ lực tối đa (Best-effort).
- Loại V: Kết hợp của các loại T-CONT trên.
- Bảo mật và sửa lỗi: Hướng xuống dùng mã hóa AES cho phần tải thông tin để chống nghe trộm; hướng lên xem như liên kết điểm - điểm không cần mã hóa. Sử dụng kỹ thuật sửa lỗi tiến FEC Reed-Solomon RS(255,239) giúp tăng quỹ công suất đường truyền từ 3 đến 4 dB.
Dưới đây là các thông số kỹ thuật cơ bản của mạng GPON được tác giả tổng hợp trong đồ án:
| Thông số kỹ thuật |
Giá trị quy định |
| Tốc độ luồng xuống (Downstream) |
1,24416 Gbps hoặc 2,48832 Gbps (thông dụng 2,488 Gbps) |
| Tốc độ luồng lên (Upstream) |
0,15552 Gbps; 0,62208 Gbps; 1,24416 Gbps; 2,48832 Gbps |
| Bước sóng luồng xuống |
1480 nm – 1500 nm (bước sóng danh định 1490 nm) |
| Bước sóng luồng lên |
1260 nm – 1360 nm (bước sóng danh định 1310 nm) |
| Bước sóng tăng cường |
1539 – 1565 nm (op1) và 1550 – 1560 nm (op2) |
| Cự ly truyền dẫn tối đa |
20 km (với laser DFB luồng lên), 10 km (laser Fabry-Perot) |
| Tỷ lệ chia bộ tách/ghép quang |
Tối đa 1:128 (phổ biến 1:32 và 1:64) |
| Tỷ lệ lỗi bit lớn nhất (BER) |
$10^{-12}$ |
| Suy hao tối đa giữa các ONU |
15 dB |
| Khung thời gian truyền dẫn |
Khung tiêu chuẩn viễn thông 8 kHz ($125\ \mu\text{s}$) |
Bảng phân loại các lớp công suất quang lớp vật lý theo tiêu chuẩn ITU-T:
| Chỉ tiêu kỹ thuật |
Hướng truyền |
Lớp A (Class A) |
Lớp B (Class B) |
Lớp C (Class C) |
| Công suất phát quang (dBm) |
Hướng xuống
Hướng lên |
-3 đến -7,5
-7,5 đến 0 |
-2,5 đến +2
-5,5 đến +2 |
-0,5 đến +4
-3,5 đến +4 |
| Suy hao kênh (tỷ lệ 1:64) (dB) |
Cả hai hướng |
20 dB |
25 dB |
30 dB |
| Độ nhạy bộ thu (dBm) |
Hướng xuống
Hướng lên |
-28,5 dBm
-28,5 dBm |
-28,5 dBm
-31,5 dBm |
-31,5 dBm
-34,5 dBm |
CHƯƠNG III. ỨNG DỤNG GPON TRÊN MẠNG VNPT HẢI PHÒNG
Chương III đi sâu vào việc triển khai mạng truy nhập quang thực tế tại VNPT Hải Phòng, phân tích mô hình mạng phân phối quang ODN và tính toán kỹ thuật ngầm hóa mạng cáp.
- So sánh AON và PON: Mạng quang chủ động (AON) sử dụng các thiết bị chuyển mạch chủ động (Switch), cung cấp kết nối điểm - điểm (P2P) qua đôi sợi quang nối từ nhà trạm đến IP-DSLAM hoặc Switch trung gian (mạng MAN-E). Mô hình này tốn nhiều sợi quang, làm tăng chi phí đầu tư thiết bị và quản lý. Ngược lại, mạng PON dùng bộ chia tách thụ động (Splitter) đặt gần thuê bao, giảm thiểu số lượng sợi quang trục, tiết kiệm chi phí đầu tư nhà trạm và công tác bảo dưỡng, là giải pháp tối ưu cho phát triển diện rộng.
- Cấu trúc phân phối quang ODN: Được chia thành các chặng: cáp quang chính/cáp gốc (Feeder Cable nối từ ODF nhà trạm tới điểm phân phối DP), cáp phối/cáp nhánh (Distribution Cable nối từ DP đến điểm truy nhập AP) và cáp thuê bao (Drop Cable nối từ AP/DP đến hộp đấu cuối ATB/Outlet tại nhà thuê bao).
- Tiêu chuẩn suy hao cáp quang: Áp dụng tiêu chuẩn quốc gia TCVN 8665:2011 để tính toán quỹ suy hao đường truyền:
$$\text{Tổng suy hao} = \text{Suy hao mối hàn} + \text{Suy hao Splitter} + \text{Suy hao chiều dài tuyến cáp}$$
- Ứng dụng ngầm hóa mạng cáp thuê bao: Khảo sát và thiết kế chuyển đổi hạ tầng mạng cáp treo sang hạ tầng cáp ngầm trên tuyến đường Trần Nhật Duật - Nguyễn Khuyến thuộc quận Ngô Quyền.
Thiết kế và triển khai
Hạ tầng kỹ thuật mạng phân phối quang FTTx-GPON triển khai tại VNPT Hải Phòng bao gồm các phần tử phần cứng và cấu hình phân chia quang cụ thể:
- Thiết bị đầu cuối: Thiết bị OLT đặt tập trung tại các đài trạm viễn thông (Central Office); thiết bị kết cuối mạng ONT đặt tại nhà khách hàng.
- Cấu hình bộ chia quang (Splitter):
- Splitter cấp 1: Bố trí tại các điểm phân phối sợi quang (DP) hoặc măng xông quang, sử dụng các dung lượng chia: 1:2, 1:4 hoặc 1:8. Mức suy hao định mức của bộ chia 1:2 là $\le 3,5\text{ dB}$.
- Splitter cấp 2: Bố trí tại các điểm truy nhập quang (AP) hoặc tủ/hộp cáp quang gần khách hàng, sử dụng dung lượng chia: 1:8, 1:16 hoặc 1:32, trang bị kèm dây nhảy quang gắn sẵn đầu nối chuẩn SC/UPC.
- Đầu nối quang: Sử dụng đầu nối bấm nhanh Fast Connector (loại SC/UPC hoặc SC/APC với mức suy hao tiêu chuẩn $< 0,5\text{ dB}$, riêng SC/APC đạt $0,35\text{ dB}$).
- Định mức suy hao thành phần theo tiêu chuẩn kỹ thuật:
| Thành phần suy hao |
Điều kiện / Bước sóng |
Mức suy hao quy định |
| Sợi quang đơn mode (SM) |
Bước sóng 1310 nm |
0,35 dB/km |
| Sợi quang đơn mode (SM) |
Bước sóng 1550 nm |
0,22 dB/km |
| Sợi quang đa mode (MM) |
Bước sóng 850 nm |
3,5 dB/km |
| Sợi quang đa mode (MM) |
Bước sóng 1300 nm |
1,0 dB/km |
| Mối hàn cáp quang |
Tiêu chuẩn lý thuyết |
$< 0,1\text{ dB/mối}$ |
| Mối hàn máy hàn quang cam kết |
Cáp SM / BI
Cáp MM
Cáp DS / NZDS |
0,02 dB
0,01 dB
0,04 dB |
| Đầu nối Connector |
Tiêu chuẩn chung / SC-APC |
$0,3\text{ dB}$ (tiêu chuẩn) / $0,35\text{ dB}$ (SC/APC) |
Trong vận hành thực tế tại VNPT Hải Phòng, mức công suất quang thu được sau các cấp Splitter đo kiểm bằng máy đo quang đạt chuẩn:
- Công suất sau Splitter cấp 1: Đo được trong khoảng từ $-10\text{ dBm}$ đến $-13\text{ dBm}$.
- Công suất sau Splitter cấp 2: Đo được trong khoảng từ $-21\text{ dBm}$ đến $-27\text{ dBm}$.
Phương án triển khai ngầm hóa tuyến đường Trần Nhật Duật - Nguyễn Khuyến:
Hạ tầng mạng cáp thuê bao trên tuyến đường Trần Nhật Duật - Nguyễn Khuyến được khảo sát và lập phương án ngầm hóa với các thông số kỹ thuật và dung lượng:
| Hạng mục khảo sát và thiết kế |
Số lượng / Dung lượng |
| Số lượng tủ cáp phối quang loại 16 cổng (Tủ 16) |
11 tủ |
| Số lượng tủ cáp phối quang loại 32 cổng (Tủ 32) |
4 tủ |
| Tổng số thuê bao hiện hữu trên tuyến |
275 thuê bao |
| Tỷ lệ dự trù mở rộng phát triển mạng |
20% |
| Số lượng thuê bao dự phòng mở rộng |
55 thuê bao |
| Tổng dung lượng thuê bao quy hoạch đáp ứng |
330 thuê bao |
Quy trình thi công bao gồm: khảo sát hiện trạng cống bể ngầm, kéo luồn cáp quang chính và cáp quang phối vào hệ thống cống bể ngầm hóa; lắp đặt các tủ cáp 16 và tủ 32 tại các vị trí tập điểm phân bố dọc tuyến đường; hàn nối sợi quang vào ODF và các bộ Splitter cấp 1, cấp 2; kiểm tra công suất quang đầu cuối tại cổng thuê bao đạt ngưỡng từ $-21\text{ dBm}$ đến $-27\text{ dBm}$; tiến hành đấu chuyển từng bước các thuê bao hiện hữu sang hệ thống cáp ngầm mới mà không làm gián đoạn liên lạc kéo dài.
Kết quả và đóng góp
Đồ án đạt được các kết quả kỹ thuật cụ thể dựa trên số liệu thực tế:
- Hệ thống hóa đầy đủ cơ sở lý thuyết và các thông số vận hành của công nghệ mạng GPON theo chuẩn ITU-T G.984 với tốc độ luồng xuống 2,488 Gbps (hiệu suất thực tế đạt 2289 Mbit/s tương đương 92%), luồng lên 1,244 Gbps; kiểm chứng khả năng cung cấp đồng thời các dịch vụ HDTV (18 Mbit/s/kênh), SDTV (3 Mbit/s/kênh), Internet băng rộng (100 Mbit/s tỷ lệ dùng chung 20:1) và VoIP (100 Kbit/s).
- Xác lập và kiểm chứng công thức tính toán quỹ suy hao tuyến quang theo TCVN 8665:2011; số liệu đo kiểm thực tế mức công suất sau Splitter cấp 1 ($-10\text{ dBm}$ đến $-13\text{ dBm}$) và cấp 2 ($-21\text{ dBm}$ đến $-27\text{ dBm}$) tại mạng VNPT Hải Phòng hoàn toàn phù hợp với độ nhạy máy thu ONT Class B ($-28,5\text{ dBm}$) và Class C ($-31,5\text{ dBm}$), đảm bảo chất lượng truyền dẫn không vượt ngưỡng suy hao cho phép.
- Hoàn thành thiết kế kỹ thuật ngầm hóa mạng cáp thuê bao cho tuyến Trần Nhật Duật - Nguyễn Khuyến với việc phân bổ 15 tủ cáp (11 tủ 16 cổng và 4 tủ 32 cổng), đáp ứng cung cấp dịch vụ trực tiếp cho 275 thuê bao hiện trạng và dự phòng mở rộng 20% (55 thuê bao), nâng tổng năng lực quy hoạch lên 330 thuê bao.
Về mặt giải pháp và kiến nghị, tác giả đề xuất:
- VNPT Hải Phòng tiếp tục ưu tiên chuyển đổi từ mạng AON và mạng cáp đồng cũ sang mạng PON, đưa cáp quang tới tận nhà thuê bao (FTTH) nhằm tiết kiệm dung lượng sợi quang trục, giảm số lượng thiết bị chủ động trung gian ngoài mạng và hạ thấp chi phí vận hành bảo dưỡng.
- Ứng dụng cấu trúc phân chia quang thụ động hai cấp kết hợp măng xông và tủ cáp ngầm nhằm đảm bảo tính mỹ quan đô thị và độ bền cơ học cho mạng ngoại vi.
- Tuân thủ quy chuẩn đo kiểm công suất quang và suy hao mối hàn bằng máy hàn quang tự động đạt mức suy hao $< 0,05\text{ dB}$ trước khi nghiệm thu bàn giao thuê bao.
Đóng góp của đồ án thể hiện ở việc kết nối giữa khung tiêu chuẩn viễn thông quốc tế với công tác khảo sát, đo kiểm và thi công thực tế tại địa phương, đưa ra phương án ngầm hóa chi tiết có thể áp dụng trực tiếp cho các tuyến đường khác trên địa bàn thành phố Hải Phòng.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Về mặt hạn chế, đồ án tập trung giải quyết bài toán khảo sát và thiết kế ngầm hóa trên một tuyến đường cụ thể (Trần Nhật Duật - Nguyễn Khuyến thuộc quận Ngô Quyền), chưa mở rộng khảo sát trên toàn bộ các khu vực khác do Trung tâm Viễn thông 4 quản lý như quận Hải An hay huyện đảo Cát Hải. Về phương diện tính toán, đồ án mới dừng lại ở việc áp dụng công thức suy hao tổng quát và đối chiếu dải công suất đo kiểm thực tế tại các đầu ra Splitter, chưa thực hiện bảng tính chi tiết suy hao cho từng mét cáp và từng cổng thuê bao riêng lẻ trên sơ đồ tuyến. Ngoài ra, đồ án chưa đi sâu vào các công nghệ PON thế hệ tiếp theo (10G-GPON như XG-PON hay XGS-PON).
Về hướng phát triển tiếp theo, đồ án định hướng:
- Mở rộng phạm vi khảo sát và thiết kế ngầm hóa cho các tuyến đường huyết mạch khác trên địa bàn quận Ngô Quyền và quận Hải An.
- Nghiên cứu giải pháp nâng cấp dung lượng mạng ODN hiện hữu để tích hợp công nghệ XG-PON/XGS-PON đáp ứng nhu cầu băng thông trên 10 Gbps trong tương lai mà không cần thay thế hạ tầng cáp quang ngầm đã đầu tư.
Giá trị tham khảo
Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho:
- Sinh viên và giảng viên chuyên ngành Điện tử Truyền thông, Kỹ thuật Viễn thông, Mạng máy tính khi nghiên cứu về kiến trúc FTTH, công nghệ mạng quang thụ động GPON, các giao thức điều khiển Ranging và cơ chế DBA.
- Kỹ sư thiết kế, cán bộ kỹ thuật và nhân viên vận hành mạng ngoại vi tại các doanh nghiệp viễn thông (đặc biệt là hệ thống VNPT) trong việc lập phương án khảo sát, thiết kế ngầm hóa mạng cáp thuê bao đô thị, lựa chọn tỷ lệ chia Splitter và đo kiểm suy hao tuyến quang theo tiêu chuẩn TCVN 8665:2011.
Các nội dung đáng tham khảo nhất trong tài liệu gồm:
- Toàn bộ cơ sở lý thuyết chuẩn hóa ITU-T G.984 (cấu trúc khung GEM, 5 loại T-CONT trong DBA, thủ tục định cỡ 2 pha).
- Bảng thông số bước sóng, phân lớp công suất quang Class A, B, C và công thức tính toán quỹ suy hao tuyến.
- Số liệu đo kiểm công suất quang thực tế sau Splitter cấp 1, cấp 2 và phương án bố trí tủ cáp ngầm hóa tuyến đường Trần Nhật Duật - Nguyễn Khuyến.
Câu hỏi thường gặp
1. Hệ thống GPON theo chuẩn ITU-T G.984 sử dụng các dải bước sóng và tốc độ truyền dẫn tiêu chuẩn nào?
GPON sử dụng bước sóng từ 1480 nm đến 1500 nm (danh định 1490 nm) cho luồng xuống và từ 1260 nm đến 1360 nm (danh định 1310 nm) cho luồng lên; ngoài ra có các dải bước sóng tăng cường 1539 - 1565 nm và 1550 - 1560 nm. Về tốc độ, chuẩn cho phép nhiều mức, trong đó cấu hình công nghiệp chuẩn hóa phổ biến nhất là tốc độ 2,48832 Gbps cho luồng xuống và 1,24416 Gbps cho luồng lên.
2. Thủ tục Ranging trong mạng GPON được thực hiện nhằm mục đích gì và trải qua các bước nào?
Thủ tục Ranging nhằm đo trễ khứ hồi RTD giữa OLT và từng ONU (trong cự ly tối đa 20 km) để xác định trễ cân bằng (Equalization Delay), tránh xung đột dữ liệu trên đường lên TDMA. Thủ tục gồm 2 pha: Pha 1 yêu cầu ONU chưa đăng ký truyền số sê-ri và gán ONU-ID; Pha 2 đo RTD chính xác cho ONU bằng bản tin ranging và gửi giá trị trễ cân bằng ($T_{eqd} - \text{RTD}$, với $T_{eqd} = 200\text{ ms}$) về ONU.
3. Cơ chế cấp phát băng thông động (DBA) luồng lên quản lý lưu lượng thông qua các loại T-CONT nào?
DBA quản lý lưu lượng thông qua 5 loại T-CONT: Loại I (cấp phát băng thông cố định cho dịch vụ yêu cầu thông lượng cố định), Loại II (dành cho lưu lượng bit thay đổi có yêu cầu khắt khe về trễ và jitter như VoIP, Video), Loại III (dành cho dịch vụ được đảm bảo về trễ), Loại IV (dành cho lưu lượng nỗ lực tối đa Best-effort) và Loại V (kết hợp của hai hay nhiều loại T-CONT trên).
4. Mức suy hao định mức và dải công suất đo kiểm thực tế sau các bộ Splitter tại VNPT Hải Phòng là bao nhiêu?
Theo tiêu chuẩn kỹ thuật và TCVN 8665:2011, suy hao tuyến cáp là $0,35\text{ dB/km}$ (ở 1310 nm) và $0,22\text{ dB/km}$ (ở 1550 nm); mối hàn $< 0,1\text{ dB/mối}$ (máy hàn thực tế đạt $0,01 - 0,04\text{ dB}$); đầu nối $< 0,5\text{ dB}$; bộ chia 1:2 có suy hao $\le 3,5\text{ dB}$. Trên mạng lưới thực tế của VNPT Hải Phòng, công suất quang đo được sau Splitter cấp 1 nằm trong dải từ $-10\text{ dBm}$ đến $-13\text{ dBm}$, sau Splitter cấp 2 nằm trong dải từ $-21\text{ dBm}$ đến $-27\text{ dBm}$.
5. Quy mô thiết kế ngầm hóa mạng cáp thuê bao tuyến đường Trần Nhật Duật - Nguyễn Khuyến gồm những chỉ tiêu nào?
Hạ tầng ngầm hóa trên tuyến đường này được thiết kế với 11 tủ cáp loại 16 cổng và 4 tủ cáp loại 32 cổng. Hệ thống phục vụ trực tiếp cho 275 thuê bao hiện trạng và được tính toán dự trù mở rộng phát triển mạng thêm 20% (tương đương 55 thuê bao), nâng tổng dung lượng quy hoạch đáp ứng lên 330 thuê bao.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Anh Tài đã hệ thống hóa toàn diện cơ sở kỹ thuật của công nghệ mạng quang thụ động GPON theo bộ tiêu chuẩn ITU-T G.984 và tiêu chuẩn quốc gia TCVN 8665:2011. Công trình phân tích sâu sắc các giải pháp công nghệ then chốt như cấu trúc khung GEM, thủ tục định cỡ Ranging, cơ chế cấp phát băng thông DBA và quản lý quỹ suy hao mạng phân phối quang ODN. Kết quả khảo sát, tính toán và đề xuất phương án ngầm hóa 15 tủ cáp quang phục vụ 330 thuê bao trên tuyến đường Trần Nhật Duật - Nguyễn Khuyến đã giải quyết thành công bài toán chuyển đổi hạ tầng mạng ngoại vi thực tế tại VNPT Hải Phòng, cung cấp tài liệu tham khảo có giá trị cao cho công tác quy hoạch mạng truy nhập cáp quang đô thị.
