Công nghệ PON và việc lựa chọn công nghệ

Công nghệ PON và việc lựa chọn công nghệ trong triển khai mạng băng rộng.Quy trình bắt đầu từ việc lựa chọn công nghệ (APON, BPON, GPON hay EPON…) đến quá trình triển khai mạng core, mạng truy nhập.

Công Nghệ PON và việc lựa chọn công nghệ

Trong bài viết này chúng ta sẽ xem xét quy trình triển khai mạng Quy trình bắt đầu

từ việc lựa chọn công nghệ (APON, BPON, GPON hay EPON…) đến quá trình triển khai mạng core, mạng truy nhập

2.Lựa chọn công nghệ

Theo phân tích xu hướng phát triển hiện nay , PON là công nghệ truy nhập tiên tiến

có thể hỗ trợ tốc độ rất cao, đáp ứng các yêu cầu dịch vụ triple-play cho người dùng

mà lại tiết kiệm chi phí do việc dùng chung OLT và đường cáp quang phân phối tới các bộ tách/ghép spliter, các thuê bao chỉ cần chạy dây riêng tới các bộ Spliter ở các đầu phố Ngoài ra do thiết bị là thụ động không yêu cầu điện nên chi phí lắp đặt bảo trì thấp Điểm yếu công nghệ về chi phí đầu tư ban đầu cao có thể giảm bớt bằng cách lai ghép giữa mạng cáp quang FTTx và cáp đồng VDSL2 như hình sau :

Hình 1 Lai ghép giữa mạng cáp quang FTTx và cáp đồng VDSL2

3.Kiến trúc mang truy nhập quang,

3.1 Kiến trúc mạng

3.1.1 FTTB ( Fiber to the Building ).

Dịch vụ mạng quang đến tòa nhà bao gồm hai trường hợp: dành cho khu vực chung

cư MDU (multi-dwelling units) và dành cho khu vực doanh nghiệp Mỗi trường hợp này lại bao gồm các tiêu chí dịch vụ như sau:

• FTTB cho MDU :

Bao gồm các dạng dịch vụ như sau:

- Dịch vụ băng rộng không đối xứng (dịch vụ broadcast số, video theo yêu cầu, download file …) – Dịch vụ băng rộng đối xứng (broadcast nội dung, email, trao đổi file, đào tạo từ xa, khám bệnh từ xa, chơi game trực tuyến…)

- Dịch vụ điện thoại truyền thống và ISDN: mạng truy nhập phải hỗ trợ một cách linh hoạt để cung cấp các dịch vụ điện thoại băng hẹp

• FTTB cho doanh nghiệp:

Bao gồm các dạng dịch vụ như sau:

- Dịch vụ băng rộng đối xứng (broadcast nội dung, phần mềm nhóm, email , trao đổi file…)

- Dịch vụ điện thoại truyền thống và ISDN: mạng truy nhập phải hỗ trợ một cách linh hoạt để cung cấp các dịch vụ điện thoại băng hẹp

- Đường thuê kênh riêng: mạng truy nhập phải hỗ trợ một cách linh hoạt để cung cấp dịch vụ thuê kênh riêng với các mức tốc độ khác nhau

Hình 2 Cáp quang kéo đến nhà cao tầng FTTB.

3.1.2 FTTC và FTTCab (Fiber To The Curb):

Bao gồm các dạng dịch vụ như sau:

- Dịch vụ băng rộng không đối xứng (dịch vụ broadcast số, video theo yêu cầu, download file …) – Dịch vụ băng rộng đối xứng (broadcast nội dung, email, trao đổi file, đào tạo từ xa, khám bệnh từ xa, chơi game trực tuyến…)

- Dịch vụ điện thoại truyền thống và ISDN: mạng truy nhập phải hỗ trợ một cách linh hoạt để cung cấp các dịch vụ điện thoại băng hẹp

- Các dịch vụ mạng trục xDSL

Hình 3 Cáp quang kéo đến khu dân cư FTTC.

3.1.3 FTTH ( Fiber to the Home ).

Bao gồm các dạng dịch vụ như sau:

- Dịch vụ băng rộng không đối xứng (dịch vụ broadcast số, video theo yêu cầu, download file …)

- Dịch vụ băng rộng đối xứng (broadcast nội dung, email, trao đổi file, đào tạo từ xa, khám bệnh từ xa, chơi game trực tuyến…)

- Dịch vụ điện thoại truyền thống và ISDN: mạng truy nhập phải hỗ trợ một cách linh hoạt để cung cấp các dịch vụ điện thoại băng hẹp

Hình 4 Cáp quang kéo đến hộ gia đình FTTH.

3.2 Cấu hình mạng tham chiếu

3.2.1 Giao diện nốt dịch vụ SNI (Service Node Interface ).

Hình 5 Vị trí giao diện SNI và UNI.

Giao diện nốt dịch vụ SNI là giao diện giữa mạng truy nhập và một nốt dịch vụ Nếu phía mạng truy nhập-giao diện nốt dịch vụ và nốt dịch vụ-giao diện nốt dịch vụ không

ở cùng một địa điểm thì kết nối từ xa giữa mạng truy nhập và nốt dịch vụ có thể được

sử dụng bởi đường truyền tải trong suốt Trong thiết bị OLT sẽ bao gồm giao diện

Bảng 1 Ví dụ giao diện nốt dịch vụ SNI và các dịch vụ

3.2.2 giao diện mạng người dùng UNI ( User Network Interface )

Thiết bị ONU/ONT bao gồm giao diện UNI và thiết bị OLT bao gồm giao diện SNI như đã chỉ ra trong bảng 9 Giao diện UNI tùy thuộc vào dịch vụ do nhà khai thác mạng cung cấp Ví dụ về giao diện UNI được chỉ ra trong bảng sau

Bảng 2 Ví dụ giao diện nốt dịch vụ UNI và các dịch vụ

3.2.3 Thiết bị đầu cuối đài trạm OLT,bộ chia SPLITTER, ONT/ONU.

a/ Thiết bị OLT (Optical Line Termination )

Thiết bị đầu cuối đường dây OLT (optical line terminal) được kết nối tới mạng chuyển mạch qua các giao diện chuẩn Về phía mạng phân phối, OLT bao gồm các giao diện truy nhập quang theo tiêu chuẩn GPON về tốc độ bit, quỹ đường truyền, jitter,… OLT gồm ba phần chính sau đây:

– Chức năng giao diện cổng dịch vụ (service port Interface Function);

– Chức năng đấu nối chéo (cross-connect function);

– Giao diện mạng phân phối quang (ODN interface)

Các khối chức năng chính của OLT được mô tả trong Hình 26 Sơ đồ khối chức năng OLT

Hình 6 Sơ đồ khối chức năng OLT

- Khối lõi PON (PON core shell)

Khối này gồm hai phần, chức năng giao diện ODN được mô tả trong mục sau và chức năng nội tụ truyền dẫn (PON TC – Transmission Convergence) bao gồm khung tín hiệu, điều khiển truy nhập phương tiện, OAM, DBA và quản lý ONU Chức năng PON TC bao gồm khung tín hiệu, điều khiển truy nhập phương tiện, OAM, DBA và quản lý ONU Mỗi PON TC lựa chọn một phương thức truyền dẫn như ATM, GEM hoặc cả hai

- Khối đấu nối chéo (cross-connect shell)

Khối đấu nối chéo cung cấp đường truyền giữa khối PON và khối dịch vụ Công nghệ

để kết nối phụ thuộc vào các dịch vụ, kiến trúc bên trong OLT và các yếu tố khác OLT cung cấp chức năng đấu nối chéo tùy thuộc vào phương thức truyền dẫn đã lựa chọn (GEM, ATM hay cả hai)

- Khối dịch vụ (service shell)

Khối thành thực hiện chuyển đổi giữa các giao diện dịch vụ và giao diện khung TC của phần mạng PON

Chức năng chính OLT:

-Thiết bị kết nối đầu cuối quang OLT (Optical Line Terminal)

-OLT là thiết bị kết cuối quang tích cực đặt tại nhà trạm (CO)

-OLT là thiết bị thuộc lớp access của mạng MANE Giao diện đa dịch vụ kết nối với mạng lõi Tập trung lưu lượng

-OLT cung cấp kết nối quang P2P và P2MP

-OLT giao tiếp với các ONT, MxU, mini DSLAM của mạng PON

-OLT thực hiện truyền thông tin đi và đến nhiều người sử dụng qua một tuyến sợi quang

-OLT có thể thực hiện chức năng chuyển mạch để tạo các cổng dịch vụ cho đường lên hoặc đường xuống

Hình 7.Một số loại OLT điển hình

Control board: SCUL SCUB

Service board: GPBC OPFA

Ethernet service subtending board: ETHA

Uplink interface board: GICF/G GICD/E X1CA X2CA TOPA

Power interface board: PRTG

Universal interface board: CITA

b/ Thiết bị đầu cuối mạng ONU/ONT

Hầu hết các khối chức năng của ONU tương tự như các khối chức năng của OLT Do ONU hoạt động với một giao diện PON (hoặc tối đa 2 giao diện khi hoạt động ở chế

độ bảo vệ), chức năng đấu nối chéo (cross-connect function) có thể được bỏ qua Tuy nhiên, thay cho chức năng này thì có thêm chức năng ghép và tách kênh dịch vụ (MUX và DMUX) để xử lý lưu lượng Cấu hình tiêu biểu của ONU được thể hiện trong Hình 6 Sơ đồ các khối chức năng ONU Mỗi PON TC sẽ lựa chọn một chế độ truyền dẫn ATM, GEM hoặc cả hai

Hình 8 Sơ đồ khối chức năng ONU.

-Là thiết bị đầu cuối đặt phía người sử dụng

-Cung cấp các luồng dữ liệu với tốc độ từ 64 Kb/s đến 1 Gb/s

-Giao diện đường lên có tốc độ và giao thức hoạt động tương thích với cổng xuống của OLT

-ONU có dung lượng vừa và nhỏ và có cung cấp đa dịch vụ như POST, ADSL, VDSL, LAN…

Hình 9.Một số loại ONU điển hình

C/ Bộ chia SPLITTER.

• Dùng để chia tín hiệu quang từ một sợi để truyền đi trên nhiều sợi và ngược lại

• Thực hiện chia công suất quang tại sợi quang đầu vào đầu vào tới N sợi quang đầu ra

• Tỷ lệ chia có nhiều cấp khác nhau: 1/8;1/16;1/32; 1/64;1/128 tùy thuộc ứng dụng sử dụng

• Hệ số chia công suất quang phụ thuộc vào cấp độ chia

• Suy hao tín hiệu quang từ đầu vào tới đầu ra tỷ lệ với hệ số chia

• Phân bố bộ chia phổ biến trên mạng theo tỷ lệ chia 1: 2 tại tủ quang phối cấp 1

và tỷ lệ chia 1: 32 tại tủ quang phối cấp 2

• Tại những điểm có nhiều thuê bao dự báo có nhu cầu băng thông lớn như khu vực nhiều ngân hàng có thể đặt bộ chia 1:32 để sau này nâng cấp băng thông

dễ dàng

Hình 10.Mô hình chia và thực tế

Ngoài ra còn có một số loại :

Hình 11 Một số loai thiết bị đầu cuối khác.

4.Các đặc tính cơ bản của GPON.

4.1 tốc độ bit.

Về cơ bản, GPON hướng tới tốc độ truyền dẫn lớn hơn hoặc bằng 1.2 Gbit/s Tuy nhiên, trong trường hợp dịch vụ xDSL không đối xứng cho FTTH hoặc FTTH thì không cần thiết đến tốc độ cao như vậy GPON định nghĩa 7 dạng tốc độ bit như sau:

• Đường lên 155 Mbit/s, đường xuống 1.2 Gbit/s;

• Đường lên 622 Mbit/s up, đường xuống 1.2 Gbit/s;

• Đường lên 1.2 Gbit/s up, đường xuống 1.2 Gbit/s;

• Đường lên 155 Mbit/s up, đường xuống 2.4 Gbit/s;

• Đường lên 622 Mbit/s up, đường xuống 2.4 Gbit/s;

• Đường lên 1.2 Gbit/s up, đường xuống 2.4 Gbit/s;

• Đường lên 2.4 Gbit/s up, đường xuống 2.4 Gbit/s

4.2 khoảng cách logic.

Khoảng cách logic là khoảng cách lớn nhất giữa ONU/ONT và OLT ngoại trừ khoảng vật lý Trong mạng GPON, khoảng cách logic lớn nhất là 60 km

4.3 khoảng cách vật lý.

Khoảng cách vật lý là khoảng cách vật lý lớn nhất giữa ONU/ONT và OLT Trong mạng GPON, có hai tùy chọn cho khoảng cách vật lý và 10 km và 20 km Đối với vận tốc truyền lớn nhất là 1.25 Gbit/s thì khoảng cách vật lý là 10 km

4.4 Tỉ lệ chia.

Đối với nhà khai thác mạng thì tỉ lệ chia càng lớn càng tốt Tuy nhiên tỉ lệ chia lớn thì đòi hỏi công suất quang phát cao hơn để hỗ trợ khoảng cách vật lý lớn hơn Tỉ lệ chia

1:64 là tỉ lệ lý tưởng cho lớp vật lý với công nghệ hiện nay Tuy nhiên trong các bước phát triển tiếp theo thì tỉ lệ 1:128 có thể được sử dụng

5.Thông số kỹ thuật

• Bước sóng 1260-1360nm đường lên ,1480-1500nm đường xuống

• Đa truy cập hướng theo TDMA

• Cấp phát băng thông động DBW (Dynamic Bandwith Allocation)

• Loại lưu lượng :dữ liệu số

• Khung truyền dẫn GEM

• Dịch vụ đầy đủ : (Ethernet,TDM,POST )

• Tỉ lệ chia thụ động :tối đa là 1:128

• Giá trị BER lớn nhất :

• Phạm vi công suất luồng xuống : -3 đến 2 dBm (10km ODN), Từ 2 đến 7 dBm (20km ODN )

• Loại cáp tiêu chuẩn ITU-T Rec.G625

• Suy hao tối đa giữa các ONU là :15 Db

• Cụ ly cáp tối đa :20km DFB laser luồng lên, 10km với Fabry-perot

Hình 11 TDMA GPON.

GPON sử dụng TDMA có các ưu điểm :

• Các ONU có thể hoat động cùng bước sóng

• Các OLT cũng chỉ cần một bộ thu

• Giảm chi phí đầu tư ,bảo dưỡng

• Đễ dàng lắp đặt thêm các ONU nếu có nhu cầu mở rộng mạng

Yêu cầu sử dụng khi dùng kỹ thuật TDMA :

Động bộ lưu lượng để tránh xung đột dữ liêu khi có hai gói dữ liệu đến bộ nghép cùng một thời điểm

6.2 phương thức ghép kênh.

Phương thức ghép kênh là ghép kênh song hướng Hiện nay các hệ thông GPON đều

sử dụng ghép kênh phân chia không gian Nó thực hiện nhờ sử dụng những sợi riêng

biệt cho truyền dẫn đường lên và đường xuống

Ưu điểm :-tăng được quỹ công suất trong mạng

-việc sử dụng hai sợi quang làm cho việc thiết kế mềm dẻo hơn

-khả năng mở rộng trong tương lai

-chi phí giảm do sủ dụng cùng bước sóng ,bộ phát và bộ thu

Nhược điểm : cần gấp đôi số lượng sợi, connector

7.Phương thức đóng gói dữ liệu.

GPON định nghĩa hai phương thức đóng gói dữ liệu ATM và GEM (GPON

Encapsulation Metho)

Phương thức đóng gói GEM sư dụng đóng gói qua mạng GPON, cung cấp khả năng đóng gói tướng tự ATM.Hỗ trợ nhiều dịch vụ khác nhau ,khách hàng ATM được sắp xếp trong suốt vào khung GEM sử dụng thủ tục đóng gói GEM Lưu lượng dữ liệu bao gồm các khung Ethernet ,gói tin IP,IPTV ,VoiIP , và các loại khác giúp cho truyền dẫn khung GEM hiệu quả và đơn giản

8 Định cỡ và phân định băng tần động.

a Thủ tục định cỡ

Để một ONU có thể hoạt động trong mạng PON nó phải được ranging (xác định cự ly giữa OLT và ONU ) Cự ly ranging tối đa là 20km

Thủ tục ranging được chia làm 2 pha Ở pha thứ nhất đăng kí số sêri cho UNU chưa đăng kí và cấp phát ONU-ID cho ONU đã thực hiện Số ID phải là duy nhất đồng thời ONU-ID được sử dụng để điều khiển ,theo dõi và kiểm tra ONU

Hình 12 GPON ranging pha 1

Các pha trong bước thứ nhất :

B1 OLT xác định tất cả các ONU đang hoạt động để cho ngừng quá trình truyền dẫn

((1)ONU halt)

B2 OLT xác định tất cả các ONU chưa có ID để yêu cầu truyền số serial ((2)

Serial_number request)

B3 Sau khi nhận được yêu cầu truyền số serial ,ONU không có ID sẽ truyền sêri ( (3)

SN- transmission ) sau khi chờ một khoảng tối đa là 50ms

B4 OLT chỉ định một ONU-ID tới một ONU chưa đăng kí mà OLT đã nhận được

seri ((4) –assign ONU-ID)

Trong pha tiếp theo RTD được đo cho mỗi ONU đăng kí mới ,pha này cũng áp dụng cho các ONU bị mất trong quá trình thông tin

Hình 13 GPON ranging pha 2.

Các bước trong pha thứ hai bao gồm :

B5 OLT xác định tất cả các ONU đang hoạt động để cho ngừng quá trình truyền dẫn

((5) ONU halt)

B6 Sử dụng các số seri ,OLT xác định một ONU nhất định và chỉ cho ONU đó được

truyền cho quá trình trễ ((6) ranging request )

B7 ONU có cùng số sêri với OLT đã được xác định cho quá trình trế ((7) ranging

tranmssion ) ,bao gồm cả ONU-ID trong pha 1

B8 OLT đo RTD phụ thuộc vào thời gian mà tín hiệu sử dụng cho phép đo trễ được

thu Sau khi số sêri và ONU-ID là đúng ,OLT thông báo trễ cân bằng ((9)–

Equalization Delay ) tới ONU ((8)- ranging_ time message )

B9.ONU lưu giá trị trễ cân bằng và tạo trễ định thời cho chuỗi dữ liệu luồng lên với

giá trị này

b phương pháp cấp phát băng thông

Hình 14 Báo cáo và phân bố băng thông trong GPON

Thủ tục cấp phát băng thông :

B1 ONU lưu dữ liệu thuê bao cho lưu lượng hướng lên vào bộ đệm.

B2 Khối dữ liệu trong bộ đệm được báo tới OLT như một yêu cầu tại một thời điểm

OLT quy định

B3.OLT xác định thời gian bắt đầu truyền dẫn và khoảng thời gian truyền cho phép

(1/4 cửa sổ truyền dẫn ) tới ONU như một sự cấp phép

B4 ONU nhận sự cấp phép và truyền khối dữ liêu đã xác định

Hình 15 Thủ tục cấp phát băng thông trong GPON.

9.Bảo mật và mã hóa sửa lỗi.

a bảo mật :

Do mạng GPON là mạng điểm – đa điểm nên dữ liệu hướng xuống tất vả các ONU đều có thể nhận được dữ liệu nên cần dùng chuẩn mật mã AES (Avanced Encrytion Standard).Nếu là liên kết điêm- điểm thì không cần bảo mật

b mã hóa sủa lỗi :

Công nghệ GPON đang sủ dụng phương pháp sửa lỗi tiến FEC (Forward Error Correction) FEC tăng quỹ đường truyền lên 3-4 Db.Vì vậy cho phép tăng tốc độ bít

và khoảng cách giữa OLT và ONU.FEC được tùy chọn cả hướng nên và hướng xuống ,thường dùng mã RS (255,239 )

10.Kết luận chương 3.

Chương này chúng ta đã đưa ra những ưu điểm của mạng GPON ,để chứng minh tại sao hiện nay trên thế giới và tại Việt Nam công nghệ này lại đang được triển khai rộng rãi nhất Qua đó tìm hiểu về các thiết bị đầu cuối ,các ứng dụng ,đặc tính nổi bật ,,,,,,

6.Kỹ thuật truy nhập và phương thức ghép kênh.

6.1 kỹ thuật truy nhập.

• Kỹ thuật truy nhập phổ biến là TDMA

• TDMA là kỹ thuật chia băng tần thành các khe thời gian kế tiếp nhau.Những khe này có thể ấn định trước cho mỗi khách hàng