TỔNG QUAN VỀ MẠNG FTTx
Nguồn gốc sự ra đời FTTx
1.1.1 hu cầu về băng thông truy cập
Mặc dù xDSL vẫn có ưu thế về số lượng thuê bao lớn, nhưng hệ thống truy cập tốc độ cao qua đường dây điện thoại (cáp đồng) đang gặp phải những hạn chế về băng thông, độ ổn định và khả năng cung cấp dịch vụ Băng thông của các dịch vụ hiện nay khá lớn, dẫn đến sự gia tăng các dịch vụ truy cập băng rộng để đáp ứng nhu cầu thị trường Theo bảng số liệu, nhu cầu về băng thông của các loại dịch vụ ngày càng cao, phản ánh xu hướng phát triển của ngành viễn thông và dịch vụ internet.
Bảng 1.1 Yêu cầu về băng thông đối với một số loại hình dịch vụ
Internet tốc độ cao 3 - 10 Mbps Hội nghị truyền hình 300 - 570 Kbps Voice/ video thoại 64 - 570 Kbps
Chuẩn ADSL đã mang lại thành công trong việc kết nối Internet băng rộng, nhưng với sự gia tăng của các dịch vụ như truyền tín hiệu Video, chat IP, hội nghị video, IPTV, truyền file dung lượng lớn và VPN, yêu cầu về băng thông ngày càng trở nên cấp thiết Bởi vì băng thông của ADSL còn hạn chế, không phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi tốc độ cao này Để khách hàng có thể tận dụng tối đa các dịch vụ mạng, việc nâng cấp băng thông truy cập là điều tất yếu Tính đến tháng 12/2013, Việt Nam có khoảng 31 triệu người dùng Internet, trong đó số thuê bao băng rộng đạt 5,17 triệu, tăng 39% so với năm 2012, với tổng băng thông kết nối trong nước đạt 613,8 Gb/s và quốc tế đạt 549 Gb/s Công ty CMC TI đã dự báo về sự tăng trưởng liên tục của mạng Internet tại Việt Nam trong thời gian tới.
Hình 1.1 Dự báo tăng trưởng Internet tại Việt Nam [1]
Sự gia tăng ổn định của số lượng người dùng Internet và thuê bao quy đổi tại Việt Nam đạt mức 20-30% nhờ vào quá trình hội nhập và phát triển công nghệ, tạo điều kiện thuận lợi hơn cho người sử dụng Chuyển đổi từ công nghệ cũ (Dial-up) sang các công nghệ mới như ADSL phản ánh nhu cầu nâng cao chất lượng dịch vụ Internet Năng lực kết nối quốc tế của các nhà cung cấp dịch vụ ISP ngày càng tăng qua các năm, thể hiện rõ sự mở rộng về số lượng và chất lượng người dùng Internet Hệ thống mạng Internet của Việt Nam được thiết kế với 3 cổng kết nối tại 3 miền, sử dụng hệ thống cáp biển và cáp ngầm chạy ring để dự phòng trong trường hợp sự cố, kết nối chính qua Nhật Bản, Hồng Kông và Singapore bằng hệ thống cáp quang biển VNPT vẫn giữ vị trí dẫn đầu về năng lực mạng lưới, theo sau là FPT, đáp ứng tốt nhu cầu kết nối trong và quốc tế của người dùng Việt Nam.
Viettel đang nỗ lực mở rộng và nâng cấp hạ tầng viễn thông mạng để đáp ứng nhanh chóng và hiệu quả các yêu cầu ngày càng tăng của thị trường viễn thông Việt Nam Các nhà cung cấp dịch vụ internet (ISP) cũng đang tăng cường đầu tư vào hạ tầng mạng nhằm đảm bảo chất lượng dịch vụ tốt nhất cho người dùng và thúc đẩy sự phát triển của ngành viễn thông trong nước.
1.1.2 Các công ngh truy cập
Trong bối cảnh thị trường viễn thông Việt Nam ngày càng phát triển, các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông (ISP) đang tích cực đầu tư nâng cấp hạ tầng mạng để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người dùng Các công nghệ truy cập mạng hiện nay được chia thành hai nhóm chính: công nghệ truy cập vô tuyến và công nghệ truy cập hữu tuyến, trong đó các công nghệ hữu tuyến đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp kết nối ổn định, tốc độ cao cho khách hàng.
Các công nghệ hữu tuyến bao gồm: xDSL (Digital Subscriber Line), FTTx, truy cập băng rộng qua đường điện (Broadband over Power Line - BPL hay Power Line Communications - PLC)
Công nghệ xDSL: Bao gồm ADSL, HDSL, VDSL… qua đường cáp đồng
Tận dụng hệ thống hạ tầng cáp điện thoại bằng cáp đồng sẵn có để truyền tải dữ liệu tốc độ cao là tiện ích kinh tế và hiệu quả Công nghệ xDSL tách băng thông trên đường điện thoại thành hai phần, với một phần nhỏ dành cho truyền thoại và phần lớn dành cho truyền tải dữ liệu tốc độ cao Các biến thể của xDSL như ADSL (Asymmetric DSL), ADSL2, ADSL2+, VDSL (Very high bit-rate DSL), và HDSL mang lại các giải pháp đa dạng phù hợp với nhiều nhu cầu truyền dữ liệu khác nhau.
Cáp truyền hình HFC (Hybrid Fiber Coaxial) tận dụng cơ sở hạ tầng cáp quang và cáp đồng trục của mạng truyền hình cáp để cung cấp dịch vụ Internet tốc độ cao, với tốc độ download tối đa lên đến 10Mbps và upload lên tới 2Mbps, vượt trội so với ADSL Mạng cáp CATV truyền thống chỉ truyền tải thông tin một chiều từ nhà cung cấp tới khách hàng, nhưng để sử dụng Internet hai chiều, các nhà cung cấp cần nâng cấp thiết bị để truyền tải dữ liệu ngược lại và thiết lập kết nối Internet qua các nhà cung cấp dịch vụ thứ ba, điều này gây ra chi phí cao về triển khai, duy trì và bảo dưỡng.
Các công nghệ truy cập vô tuyến hiện nay bao gồm nhiều phương thức khác nhau như truy cập qua vệ tinh, hệ thống truy nhập đa điểm nội hạt (LMDS - Local Multipoint Distribution System), WiFi, WiMAX, mạng di động 3G và HSPA Những công nghệ này giúp kết nối internet linh hoạt, nhanh chóng và mở rộng phạm vi phủ sóng trong nhiều môi trường khác nhau Trong đó, WiFi và WiMAX thường được sử dụng cho các kết nối internet tại nhà, văn phòng, trong khi các công nghệ như 3G và HSPA phù hợp cho truy cập di động trên các thiết bị di động Truy cập vệ tinh đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp dịch vụ kết nối internet ở những khu vực có địa hình phức tạp hoặc vùng sâu vùng xa.
WiFi: là công nghệ nội bộ không dây (WLAN) dựa trên tiêu chuẩn IEEE
WiFi đã và đang phổ biến rộng rãi ở các không gian công cộng, nhưng không phù hợp làm công nghệ truy cập của nhà cung cấp dịch vụ do phạm vi phủ sóng ngắn (dưới 100m) Các trạm đầu cuối truy cập qua điểm truy cập (Access Point) theo cách ngẫu nhiên, khiến trạm xa điểm truy cập dễ bị mất kết nối hơn, hạn chế khả năng triển khai các dịch vụ yêu cầu chất lượng cao như IPTV và VoIP.
WiMAX: là một công nghệ truy cập không dây băng rộng do diễn đàn
WiMAX (WiMAX Forum) được xây dựng nhằm hướng tới dịch vụ di động và cung cấp truy cập băng rộng vô tuyến cho kết nối cuối cùng (last mile), thay thế các công nghệ truyền thống như cáp quang và DSL WiMAX đặc biệt hữu ích cho các vùng chưa có triển khai công nghệ DSL, giúp mở rộng phạm vi kết nối internet Theo tiêu chuẩn IEEE 802.16, WiMAX có thể cung cấp tốc độ truyền dữ liệu vượt trội, với tầm hoạt động lên tới 50 km cho các trạm cố định và khoảng 5-15 km cho các dịch vụ di động, mang lại giải pháp khả thi cho mạng lưới truy cập rộng rãi.
Tuy WiMAX có nhiều điểm ưu việt như khả năng cạnh tranh với các công nghệ xDSL, nhưng vẫn chưa đủ để đáp ứng nhu cầu băng thông cỡ Gigabit đến người dùng, đồng thời còn gặp phải nhiều khó khăn trong triển khai Giá thành thiết bị đầu cuối còn cao và dải tần sóng WiMAX không tương thích với tất cả các quốc gia cũng gây trở ngại, bên cạnh đó, quỹ băng tần hạn chế chỉ có thể cấp cho một số nhà khai thác Ngoài ra, WiMAX sử dụng sóng vô tuyến nên chịu ảnh hưởng lớn từ các yếu tố môi trường, dẫn đến hiệu suất giảm sút trong các điều kiện khí hậu và địa hình khác nhau Để đáp ứng tốt hơn yêu cầu về tốc độ và loại hình dịch vụ trong thị trường viễn thông, người ta xem xét tới công nghệ truy cập mới như FTTx như một giải pháp khả thi.
Chúng ta có thể so sánh ưu và nhược điểm của các công nghệ qua bảng 1.2 như sau:
Bảng 1.2 So sánh và đánh giá các công nghệ truy cập
Công nghệ Băng thông Ƣu điểm Nhƣợc điểm
Tốc độ lên Tốc độ xuống Dial- up(V90)
33.6 Kb/s 56.6 Kb/s Phạm vi cung cấp rộng, giá thành rẻ
Tốc độ rất chậm xDSL (ADSL)
1.5 Mb/s 8 Mb/s Tốc độ cao Độ tin cậy cao
Tốc độ cao Giá thành rẻ Chuẩn thông dụng
Cấu trúc và băng tần phải chia sẻ
IDSN 128 Kb/s 128 Kb/s Sử dụng rộng rãi
Tốc độ chậm Chi phí rất cao Khó quản lý giám sát
Vệ tinh 33.6 Kb/s 400 Kb/s Khả năng ứng dụng rộng rãi
Tốc độ luồng lên thấp Chi phí thiết bị cao Độ tin cậy chưa cao Ảnh hưởng do các tác dụng của thời tiết
Có khả năng di động triển khai dịch vụ nhanh
Nhiều chuẩn công nghệ Khó khăn khi triển khai trên diện rộng
Tốc độ cao Nhiều cấp độ ứng dụng
Chi phí thiết bị cao Phạm vi ứng dụng hạn chế Phụ thuộc vào cự ly và anten
Chất lượng kết nối cao
PLC 18 Mb/s 45 Mb/s Có mặt ở khắp nơi trên đường dây điện lực
Khái niệm FTTx
FTTx là thuật ngữ chung chỉ kiến trúc mạng băng rộng sử dụng cáp quang để thay thế hoàn toàn hoặc một phần cáp kim loại truyền thống trong mạng truyền thông cuối cùng, giúp nâng cao tốc độ và độ ổn định của kết nối internet.
FTTx là hệ thống truyền dẫn cáp quang tới các điểm như hộ gia đình, tòa nhà, điểm nút hoặc tủ cáp, góp phần cung cấp dịch vụ Internet tốc độ cao qua đường truyền quang Thuật ngữ này bắt nguồn từ việc tổng quát hóa các mô hình mạng sợi quang như FTTN, FTTC, FTTB, và FTTH, trong đó “x” thể hiện các hình thức khác nhau của kết nối quang tới các điểm cuối FTTx đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao chất lượng và tốc độ truy cập internet cho các khu vực dân cư và doanh nghiệp.
Hình 1.2 Mô hình mạng triển khai FTTx
Phân loại FTTx
Ngành công nghiệp viễn thông đã phân biệt rõ các mô hình riêng biệt, trong đó Fiber To The Building (FTTB) là mô hình được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay Mô hình FTTB mang lại tốc độ internet cao, đảm bảo kết nối ổn định cho các tòa nhà, doanh nghiệp và cư dân, góp phần nâng cao trải nghiệm người dùng và thúc đẩy sự phát triển của hạ tầng viễn thông.
Hình 1.3 mô tả cấu trúc cơ bản của hệ thống FTTB, trong đó sợi quang được dẫn tới chân của các tòa nhà cao tầng Từ đó, qua các thiết bị chuyển đổi quang-điện, tín hiệu được phân phối tới từng người dùng riêng biệt Cấu trúc này giúp đảm bảo truyền tải dữ liệu hiệu quả và ổn định trong mạng cáp quang FTTB.
Dịch vụ mạng quang đến từng nhà được chia thành hai trường hợp chính: phục vụ khu vực trung cư MDU (nhiều gia đình cùng chung cư) và dành cho khu vực doanh nghiệp Mỗi trường hợp đều có tiêu chí dịch vụ riêng phù hợp với nhu cầu sử dụng, đảm bảo kết nối internet tốc độ cao, ổn định và đáp ứng tối đa các yêu cầu về công nghệ và quy mô khách hàng.
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) mang lại khả năng truyền tải dữ liệu nhanh, ổn định và linh hoạt, phù hợp với nhiều nhu cầu sử dụng hiện đại Ngoài ra, dịch vụ điện thoại truyền thống và ISDN yêu cầu mạng truy cập hỗ trợ linh hoạt để cung cấp dịch vụ điện thoại băng hẹp một cách hiệu quả, đảm bảo liên lạc thông suốt.
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 cập phải hỗ trợ một cách linh hoạt để cung cấp các dịch vụ điện thoại băng hẹp
Đường thuê kênh riêng yêu cầu mạng truy cập có khả năng hỗ trợ linh hoạt để cung cấp dịch vụ thuê kênh riêng với các mức tốc độ khác nhau phù hợp nhu cầu khách hàng Trong đó, công nghệ Fiber To The Curb (FTTC) là một giải pháp tối ưu, giúp kết nối Internet nhanh chóng và ổn định qua cáp quang, đảm bảo hiệu suất cao cho dịch vụ thuê kênh riêng.
Hình 1.4 mô tả cấu trúc cơ bản của hệ thống FTTC, trong đó sợi quang được dẫn tới tủ cáp đặt trên lề đường, cách khu vực khách hàng khoảng hơn 300m Từ tủ cáp này, hệ thống sử dụng cáp đồng để đấu nối và cung cấp dịch vụ tới người dùng cuối Cấu trúc FTTC giúp tối ưu hóa quá trình truyền dữ liệu bằng cách kết hợp sợi quang và cáp đồng hiệu quả.
FTTC bao gồm các 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 phù hợp cho các hoạt động như truyền phát nội dung, gửi email, trao đổi file, đào tạo từ xa, khám bệnh từ xa và chơi game trực tuyến, mang lại kết nối ổn định và tốc độ cao Ngoài ra, dịch vụ điện thoại truyền thống và ISDN yêu cầu mạng truy cập linh hoạt để hỗ trợ cung cấp các dịch vụ điện thoại băng hẹp một cách hiệu quả.
Các dịch vụ mạng trục xDSL gồm có Fiber To The Node (FTTN) và Fiber To The Home (FTTH) Trong đó, FTTH dẫn sợi quang tới ranh giới không gian sống của người dùng, như hộp cáp quang ngoài tường, mang lại tốc độ internet cao, ổn định và an toàn dữ liệu, phù hợp cho các dịch vụ như hosting server riêng, VPN, truyền dữ liệu, game online, IPTV, VoD, hội nghị truyền hình, và IP camera Công nghệ FTTH có thể nâng cấp băng thông lên đến 1Gbps, nhanh gấp 200 lần ADSL 2+ hiện tại, đáp ứng các yêu cầu truyền dữ liệu cao cấp và dịch vụ đòi hỏi tốc độ lớn, đồng thời đảm bảo ít bị nhiễu điện từ và độ ổn định cao Trong 4 dạng FTTx, FTTH là công nghệ hoàn chỉnh nhất, áp dụng tiêu chuẩn quốc tế, tối ưu tiện ích cho người dùng và đang được triển khai rộng rãi trên toàn cầu để cung cấp các dịch vụ viễn thông băng thông rộng bằng cáp quang, gồm điện thoại, internet tốc độ cao.
Cấu trúc cơ bản FTTH:
Hình 1.5 Cấu trúc cơ bản của FTTH
Ưu nhược điểm FTTx so với ADSL
Sợi quang có khả năng truyền tải lượng lớn thông tin, với công nghệ hiện nay, hai sợi quang có thể đồng thời truyền đến 60.000 cuộc đàm thoại Một cáp sợi quang có đường kính hơn 2 cm chứa khoảng 200 sợi quang, nâng khả năng truyền tải lên đến 6.000.000 cuộc đàm thoại, gấp nhiều lần so với các phương tiện truyền dẫn dây truyền thống Trong khi đó, cáp đồng trục chỉ có thể truyền được khoảng 10.000 cuộc đàm thoại, và các tuyến viba hay vệ tinh có thể phục vụ khoảng 500 cuộc đàm thoại cùng lúc.
Cáp sợi quang có tính cách điện tốt nhờ vào chất điện môi thích hợp, không chứa vật dẫn điện, giúp đảm bảo khả năng cách điện hoàn toàn cho nhiều ứng dụng Nhờ đặc tính này, cáp sợi quang có thể loại bỏ nhiễu gây ra bởi các dòng điện chạy vòng dưới đất hoặc các trường hợp nguy hiểm như sét hay sự cố về điện trên hệ thống truyền dẫn Điều này nâng cao độ an toàn và độ tin cậy của hệ thống truyền thông, phù hợp với các yêu cầu khắt khe về an toàn điện và hiệu suất truyền tải dữ liệu.
Sợi quang đảm bảo tính bảo mật cao cho truyền thông tin, vì không thể bị trích để lấy cắp dữ liệu bằng các phương tiện điện thông thường như dẫn điện hay cảm ứng điện từ Điều này giúp bảo vệ thông tin hiệu quả và ngăn chặn các cuộc tấn công xâm nhập trái phép qua dạng tín hiệu quang.
Hệ thống quang học có độ tin cậy cao và dễ dàng bảo trì nhờ khả năng chống hiện tượng fading và tuổi thọ dài, giúp giảm thiểu yêu cầu bảo dưỡng so với các hệ thống khác, mang lại sự an tâm và tiết kiệm thời gian.
Hệ thống thông tin quang nổi bật với tính linh hoạt cao, có khả năng xử lý đa dạng dữ liệu số, thoại và video Các hệ thống này tương thích với nhiều tiêu chuẩn truyền dẫn như RS.232, RS422, V.35, Ethernet, E1/T1, E2/T2, E3/T3, SONET/SDH, cùng các hệ thống thoại 2/4 dây, đảm bảo tích hợp linh hoạt trong nhiều môi trường truyền thông khác nhau.
Hệ thống sợi quang có tính mở rộng cao, dễ dàng nâng cấp để phù hợp với nhu cầu ngày càng tăng của dữ liệu Các hệ thống sử dụng tốc độ thấp như E1/T1 (2.048 Mbps/1.544 Mbps) có thể được nâng cấp lên các hệ thống tốc độ cao hơn bằng cách thay đổi thiết bị điện tử mà vẫn giữ nguyên hệ thống cáp sợi quang hiện có, giúp tiết kiệm chi phí và đảm bảo khả năng mở rộng linh hoạt.
Công nghệ truyền dẫn hiện nay cho phép truyền tín hiệu qua cáp quang dài trên 70km mà không cần tái tạo, đảm bảo chất lượng truyền tải tốt Nhờ vào các bộ khuếch đại laser, khoảng cách này có thể mở rộng lên tới 150km, giúp tăng phạm vi và hiệu quả của hệ thống truyền thông quang Điều này thể hiện sự tiến bộ trong công nghệ tín hiệu quang, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về truyền dữ liệu nhanh và ổn định.
Hệ thống internet cáp quang hay hệ thống FTTx là một phần quan trọng của mạng internet, giúp nâng cao tốc độ truyền dữ liệu và chất lượng kết nối Tuy nhiên, phần tử truy cập mạng của hệ thống này hầu như không có nhiều khác biệt so với công nghệ ADSL truyền thống Việc mở rộng và nâng cấp hệ thống FTTx mang lại lợi ích lớn cho người dùng, đồng thời cải thiện hiệu suất mạng internet tại các khu vực đô thị và nông thôn.
Công nghệ FTTx mang lại nhiều ưu điểm vượt trội ngoài các lợi ích của sợi quang nói chung, trong đó đặc biệt nổi bật là công nghệ FTTH cho phép nhà cung cấp dịch vụ cung cấp tốc độ download lên đến 10Gbps, nhanh gấp 200 lần so với ADSL 2+ Tốc độ Internet cam kết tối thiểu của FTTx là ≥ 256Kbps, đảm bảo kết nối ổn định và hiệu quả cho người dùng.
Ta có bảng so sánh FTTx và ADSL như bảng 1.3 như sau:
Bảng 1.3 So sánh FTTx và ADSL
Yếu tố chính ADSL FTTx
Môi trường truyền tín hiệu
Cáp đồng, tín hiệu điện Cáp quang, tín hiệu ánh sáng Độ ổn định Dễ bị suy hao do tín hiệu điện từ, thời tiết, chiều dài cáp
Bảo mật Độ bảo mật thấp, dễ bị đánh cắp tín hiệu đường dây Độ bảo mật cao, không thể đánh cắp tín hiệu trên đường truyền
Khoảng cách Khoảng cách tối đa 5km, độ ổn định chỉ khoảng 2,5 km trở lại,tuỳ thuộc vào từng tốc độ
Khoảng cách lên đến hàng chục km tuỳ thuộc hệ thống hạ tầng thiết bị truyền dẫn
Tốc độ truyền dẫn (Upload và dowload)
Upload < Download Tốc độ tối đa là 20 Mbps
Upload = Download Tốc độ tối đa 10 Gbps Khă năng đáp ứng các dịch vụ băng rộng: Hosting server riêng, VPN, hội nghị truyền hình
Không phù hợp vì tốc độ thấp Rất phù hợp vì tốc độ rất cao và có thể tuỳ biến tốc độ
Chi phí thuê bao Chi phí thấp Chi phí cao h ợc điểm FTTx :
Mạng quang và công nghệ FTTx có nhiều ưu điểm nhưng cũng tồn tại nhược điểm Mặc dù sợi quang có chi phí rẻ, nhưng chi phí lắp đặt, bảo dưỡng và thiết bị đầu cuối lại cao hơn so với các giải pháp ADSL Do đó, hệ thống FTTx không phù hợp trong tất cả các tình huống, đặc biệt là khi thiết bị đầu cuối còn khá đắt đỏ Trong các ứng dụng thông thường như lướt web hay kiểm tra email, cáp đồng vẫn là lựa chọn phổ biến và tin cậy Tuy nhiên, việc nghiên cứu giảm chi phí đầu tư cho hệ thống quang vẫn là một nhu cầu cấp thiết để thúc đẩy sự phát triển của công nghệ này Mặc dù băng thông của cáp quang rất lớn, nhưng vẫn còn hạn chế trong một số dịch vụ như chơi game [2], phản ánh phần nào về các thách thức kỹ thuật cần khắc phục.
Ứng dụng FTTx
Fttx mang lại nhiều tính năng vượt trội như cho phép sử dụng đồng thời các dịch vụ thoại, truyền hình và Internet từ một nhà cung cấp duy nhất qua một đường dây thuê bao duy nhất, đem lại sự tiện lợi tối đa Công nghệ này không chỉ giúp giảm thiểu kích thước thiết bị, giảm số lượng dây và tiết kiệm chi phí mà còn mở ra tiềm năng triển khai dịch vụ IPTV dựa trên nền tảng mạng Fttx Với Fttx, khách hàng có thể trải nghiệm dịch vụ truyền hình đa dạng và ổn định trên cùng một kết nối internet, nâng cao trải nghiệm người dùng.
IPTV (Internet Protocol TV) là dịch vụ truyền hình qua kết nối băng rộng dựa trên giao thức Internet, là một phần của dịch vụ Triple-play tích hợp thoại, dữ liệu và video trên nền IP IPTV đang phát triển nhanh chóng, với dự báo số thuê bao tại châu Á-Thái Bình Dương tăng 75% mỗi năm, và tại Việt Nam, nhiều nhà cung cấp như VNPT, FPT, SPT, VDC đã giới thiệu dịch vụ IPTV, VoD trên phạm vi nhỏ Dịch vụ IPTV có thể truy cập qua máy tính hoặc bộ thu hình kết hợp set-top box, với đặc điểm dựa trên công nghệ IP và phục vụ theo nhu cầu người dùng Điểm nổi bật của IPTV là tính tương tác vượt trội so với truyền hình cáp truyền thống, vốn dựa trên phương thức phân chia tần số, truyền đơn hướng, sử dụng cáp đồng trục hoặc cáp quang, đồng thời gặp vấn đề về tạp âm Khác với truyền hình số DTV, IPTV mang đến hình thức tín hiệu mới và phương thức truyền tải nội dung linh hoạt hơn, nâng cao chất lượng dịch vụ, đồng thời hỗ trợ các tính năng tương tác và phản hồi thời gian thực cho người dùng.
Các dịch vụ yêu cầu tốc độ truyền dữ liệu cao và bảo mật tốt như truyền hình hội nghị, hosting server riêng, VPN được các nhà cung cấp dịch vụ tập trung khai thác để đáp ứng nhu cầu người dùng Bên cạnh đó, còn có nhiều dịch vụ phổ biến khác như kiểm tra email, lướt web, chat, chơi game trực tuyến, nghe nhạc trực tuyến và học trực tuyến, tất cả đều đòi hỏi kết nối internet ổn định và nhanh chóng để đảm bảo trải nghiệm mượt mà và an toàn.
Tình hình phát triển FTTx trên thế giới và tại Việt Nam hiện nay
1.6.1 Tình hình FTTx tại một số n c phát triển
Theo báo cáo mới nhất của Heavy Reading, số hộ gia đình trên toàn thế giới sử dụng kết nối băng rộng FTTH dự kiến sẽ tăng trưởng hàng năm trên 30% đến năm 2012, đạt 89 triệu hộ Nhật Bản, Trung Quốc và Mỹ hiện là những quốc gia dẫn đầu trong lĩnh vực băng thông rộng sử dụng công nghệ cáp quang FTTH, thúc đẩy phát triển mạng lưới internet tốc độ cao toàn cầu.
Công nghệ FTTH đã đạt khoảng 20 triệu kết nối toàn cầu, trong đó Nhật Bản, Trung Quốc và Mỹ đóng góp khoảng 6 triệu thuê bao Châu Á được xem là thị trường tiềm năng lớn cho sự phát triển của FTTH, với dự báo đến cuối năm 2012 sẽ có 54 triệu kết nối tại khu vực này Ngoài ra, châu Âu, Trung Đông, Châu Phi dự kiến có 16 triệu kết nối, còn Bắc Mỹ và Nam Mỹ đạt khoảng 15 triệu Hiện nay, quá trình chuyển đổi sang công nghệ FTTH đang diễn ra tại nhiều quốc gia như Đan Mạch, Pháp, Hồng Kông, Nhật Bản, Hàn Quốc, Thụy Điển, Đài Loan và Mỹ, thúc đẩy sự phát triển của mạng lưới truyền dẫn tốc độ cao.
1.6.2 Tình hình FTTx tại Vi t am
Dịch vụ FTTx, sau nhiều năm chính thức ra mắt thị trường, đang trở thành một lựa chọn lớn có khả năng thay thế ADSL trong tương lai gần Sự gia nhập của nhiều nhà cung cấp khiến thị trường cạnh tranh quyết liệt về giá cước, hạ tầng dịch vụ và phạm vi phủ sóng, mang lại lợi ích rõ rệt cho người dùng.
Hiện tại thì trường Việt Nam có sáu nhà cung cấp dịch vụ Internet(ISP) gồm VDC, Viettel, FPT Telecom, SPT, VNPT, CMC TI
Người dùng Việt Nam biết đến công nghệ FTTx từ khi FPT Telecom bắt đầu thử nghiệm vào tháng 12 năm 2006, mở đầu cho sự phát triển của hạ tầng mạng Internet tại Việt Nam Sau đó, các nhà cung cấp lớn như VNPT và Viettel cũng đã nhanh chóng triển khai dịch vụ FTTx nhằm nâng cao trải nghiệm người dùng Hiện nay, Công ty Cổ phần Hạ tầng Viễn thông CMC TI đã cung cấp dịch vụ FTTx với công nghệ FTTH-GPON hoàn chỉnh, cho tốc độ internet lên tới 2,5Gbps, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của khách hàng về tốc độ và ổn định mạng.
Năm 2006 đánh dấu sự ra đời của công nghệ FTTx, trong đó FPT Telecom giới thiệu 4 gói cước FTTH với tốc độ từ 4Mb/s đến 20Mb/s Các gói cước này có mức phí cài đặt ban đầu là 8 triệu đồng và phí thuê bao hàng tháng dao động từ 3 triệu đồng, đáp ứng nhu cầu truy cập internet tốc độ cao của khách hàng.
Hiện công ty cung cấp 6 gói cước internet với tốc độ từ 25Mb/s đến 65Mb/s, cùng gói dành cho các đại lý Internet với tốc độ 30Mb/s và phí lắp đặt ban đầu là 8 triệu đồng, kèm theo giá thuê bao hàng tháng từ 1,2 triệu đến 15 triệu đồng So sánh các mức giá này cho thấy, mặc dù phí lắp đặt vẫn giữ nguyên, nhưng giá dịch vụ đã giảm và dung lượng internet cung cấp cho người dùng ngày càng tăng Các nhà cung cấp khác như Viettel, CMC TI, SPT cũng có nhiều gói cước đa dạng phù hợp với các mức độ sử dụng khác nhau của khách hàng Hiện nay, mức giá thấp nhất để sử dụng gói cước FTTH đã giảm một nửa, từ 3 triệu xuống còn 1,5 triệu đồng, giúp khách hàng dễ dàng tiếp cận dịch vụ hơn.
Viettel hiện là nhà cung cấp dịch vụ Internet lớn nhất với hạ tầng mạng cáp quang rộng khắp, dài gần 130.000 km, phục vụ hơn 8.000 node mạng quang và trên 115.000 cổng kết nối, dự kiến đến năm 2015 sẽ có hơn 3 triệu khách hàng sử dụng dịch vụ FTTH trên toàn quốc Trong khi đó, VNPT đang phục vụ khoảng 10 triệu thuê bao cố định, 50 triệu thuê bao di động, 8 triệu thuê bao 3G và 3 triệu thuê bao băng rộng, trong đó dịch vụ Internet băng rộng vẫn chiếm tỷ lệ thị phần lớn nhờ đầu tư mạnh mẽ vào hạ tầng và mạng lưới điện thoại nội hạt, hướng tới mục tiêu đến năm 2015 đạt 6-8 thuê bao băng rộng cố định trên 100 dân Đầu năm 2013, CMC TI mở rộng thị trường từ Hà Nội và TP.HCM sang Đà Nẵng, đồng thời giới thiệu dịch vụ GigaNetB với cáp quang tới tòa nhà, cung cấp hai gói cước GigaNet B1 và B2, và dự kiến triển khai dịch vụ này tại hơn 100 tòa nhà trên cả nước trong năm.
CÁC GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ TRIỂN KHAI FTTx
Công nghệ AON
Khái niệm AON đề cập đến hệ thống phân phối và xử lý tín hiệu trong mạng, sử dụng các thiết bị chuyển mạch có nguồn điện như Ethernet Switch và Multiplexer Tín hiệu trong mạng AON được chuyển mạch theo chế độ point-to-point, giúp đảm bảo truyền tải ổn định và hiệu quả Bộ nhớ đệm của các thiết bị chuyển mạch đóng vai trò quan trọng trong việc hạn chế xung độ, nâng cao chất lượng tín hiệu trong quá trình truyền dẫn.
Mô hình mạng truy cập FTTx trên nền AON:
Hình 2.1 Mô hình mạng truy cập FTTx trên nền AON Ưu, nh ợc điểm công ngh AO : Ưu điểm:
- Khoảng cách phục vụ có thể tối đa 50km
- Đáp ứng được gần hết ở các điểm có nhu cầu
- Phải xây dựng tổng đài, trạm tập trung
Các thiết bị chuyển mạch trong mạng cần chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện để phân tích trước khi truyền đi, điều này làm hạn chế tốc độ truyền dẫn Công nghệ AON (Active Optical Network) phù hợp ứng dụng trong các khu vực có mật độ thuê bao thấp, giúp tối ưu hóa hiệu quả mạng và giảm thiểu chi phí đầu tư infrastrukture.
Mạng quang thụ động xPON
2.2.1 Tại sao lại sử dụng công ngh PO
Mạng quang thụ động (PON - Passive Optical Network) là hệ thống truyền hình cáp quang không có thiết bị chủ động giữa trạm cuối và khách hàng, giúp giảm thiểu chi phí và nâng cao độ tin cậy Trong mạng PON, chỉ có các thiết bị thụ động, không cần nguồn nuôi, để điều khiển tín hiệu từ trạm đầu cuối đến phía khách hàng và ngược lại Mạng quang thụ động tối ưu hóa khả năng truyền tải dữ liệu tốc độ cao và giảm thiểu sự can thiệp của các thiết bị điện tử, mang lại hiệu quả vận hành vượt trội.
Mô hình mạng quang thụ động cơ bản:
Ngày nay, ngày càng có nhiều dịch vụ trực tuyến phục vụ nhu cầu làm việc, học tập và giải trí của người dùng, yêu cầu đường truyền mạng với băng thông lớn như truyền hình độ nét cao, video theo yêu cầu, hội nghị truyền hình và điện thoại Internet Để đáp ứng các nhu cầu này, các nhà cung cấp dịch vụ cần nâng cấp hệ thống mạng truy cập, tăng băng thông và cải thiện độ tin cậy của các kết nối từ nhà cung cấp đến khách hàng.
Giải pháp kết nối quang trực tiếp đến khách hàng là lựa chọn tối ưu để cung cấp băng thông rộng trên mạng truy nhập, vì đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về tốc độ và độ ổn định Hiện nay, có hai giải pháp kết nối quang trực tiếp phổ biến được sử dụng rộng rãi là mạng quang tích cực và mạng quang thụ động, mang lại hiệu quả cao trong nâng cao chất lượng dịch vụ và mở rộng hạ tầng mạng.
Giải pháp quang tích cực cung cấp dịch vụ kết nối điểm-đến-đến khách hàng bằng các thiết bị chủ động cần nguồn nuôi để thực hiện chuyển mạch, định tuyến và chuyển đổi tín hiệu hai chiều Tuy nhiên, hệ thống này có nhược điểm như tốn nhiều cáp quang, độ ổn định thấp và khó mở rộng bán kính từ nhà cung cấp đến khách hàng Để khắc phục những hạn chế này, người ta chuyển sang sử dụng hệ thống quang thụ động (PON), mang lại nhiều ưu điểm vượt trội so với mạng quang tích cực như tiết kiệm cáp quang, độ ổn định cao hơn và dễ mở rộng mạng lưới.
Sử dụng splitter là cần thiết để tách tín hiệu quang trong mạng quang thụ động (PON), vì mạng này không cung cấp kết nối điểm-điểm vật lý từ tổng đài đến khách hàng Thay vì kéo nhiều sợi quang riêng lẻ, hệ thống sử dụng chung một sợi cáp từ tổng đài đến khu vực gần khách hàng, sau đó dùng splitter để phân chia tín hiệu quang đến từng khách hàng Phương pháp này giúp giảm đáng kể số lượng sợi quang cần kéo đi, tối ưu hóa chi phí và nâng cao hiệu quả lắp đặt mạng quang.
Việc thay thế các thiết bị chủ động bằng thiết bị thụ động giúp giảm thiểu chi phí cho nhà cung cấp dịch vụ nhờ vào việc không cần cung cấp nguồn và quản lý các thành phần chủ động trong mạng truy cập Thêm vào đó, thiết bị thụ động không yêu cầu nguồn nuôi và xử lý tín hiệu, nên ít gặp sự cố hỏng hóc hoặc lỗi hơn so với các thiết bị chủ động Điều này góp phần giảm chi phí vận hành và bảo trì, tối ưu hóa hiệu quả hoạt động của nhà cung cấp dịch vụ.
2.2.2 Mô hình hoạt động của mạng xPO
Mạng cáp quang kết nối thiết bị chuyển mạch trong tổng đài với nhiều khách hàng dịch vụ khác nhau, đảm bảo hệ thống liên lạc hiệu quả và ổn định Các mạng viễn thông như PSTN, IP Router, VoD Server, Switch, chuyển mạch ATM có thể giao tiếp và tích hợp qua hệ thống PON (Passive Optical Network), nâng cao khả năng truyền dữ liệu tốc độ cao Việc sử dụng cáp quang giúp tối ưu hóa khả năng truyền tín hiệu giữa các thiết bị, đảm bảo chất lượng dịch vụ tốt nhất cho khách hàng.
Hình 2.3 Mô hình hoạt động của mạng xPON
Một sợi quang từ tổng đài được chạy đến bộ chia công suất quang gần khu vực dân cư như tòa nhà văn phòng, công viên hoặc trường đại học Bộ splitter có nhiệm vụ chia công suất quang P thành N phần riêng biệt nhằm phân phối đến các thuê bao khác nhau Mỗi thuê bao sẽ nhận được công suất quang là P/N, đảm bảo truyền tải dữ liệu hiệu quả và ổn định trong hệ thống cáp quang.
Từ đầu ra của bộ chia, các sợi cáp quang single-mode được kết nối đến nhà thuê bao, đảm bảo truyền tải dữ liệu tốc độ cao và ổn định Hệ thống có khả năng mở rộng và cung cấp dịch vụ từ trạm trung tâm đến tận nhà khách hàng với bán kính phù hợp Trên tuyến đường truyền, chỉ sử dụng các thiết bị thụ động, giúp giảm thiểu các vấn đề kỹ thuật và nâng cao độ tin cậy của hệ thống cáp quang.
Các thành phần tích cực trong hệ thống gồm có 1 OLT đặt tại trạm trung tâm và 1 ONT hoặc ONU tại cuối mạng Khi sợi quang kéo trực tiếp vào trong nhà thuê bao, sử dụng ONT để kết nối; còn khi sợi quang kết thúc ngoài nhà, gần tủ cáp hoặc khu vực tập trung, sẽ sử dụng ONU Để kết nối từ ONU đến thuê bao, có thể sử dụng cáp đồng điện thoại hoặc cáp đồng trục, đảm bảo truyền tải dữ liệu hiệu quả và ổn định.
Trong mạng PON, tất cả dịch vụ cả hướng lên và hướng xuống đều cùng truyền trên một sợi quang duy nhất, nhờ công nghệ đa truy nhập phân chia theo bước sóng (WDMA) Để phân biệt các dịch vụ, hệ thống sử dụng các bước sóng khác nhau: 1490nm cho truyền thoại và dữ liệu hướng xuống, 1550nm cho truyền tín hiệu video hướng xuống, và 1310nm cho truyền thoại cùng dữ liệu hướng lên Điều này giúp tối ưu hóa băng thông và đảm bảo sự phân chia dịch vụ hiệu quả trên mạng quang PON.
Các thành phần tích cực mạng xPON
2.3.1 OLT (Optical Line Terminal - Kết cuối đ ng quang)
Hình 2.4 mô tả cấu trúc của OLT, thường được đặt tại tổng đài để điều khiển luồng thông tin hai chiều qua mạng phân phối quang, với khả năng truyền xa đến 20km OLT nhận tín hiệu thoại, dữ liệu, video từ bên ngoài và truyền broadcast tới tất cả các module ONT, đồng thời cũng nhận dữ liệu từ khách hàng và truyền ra mạng tương ứng Trong hệ thống TDM-PON, lớp vật lý xác định các bộ truyền nhận quang, còn lớp MAC lập lịch quyền sử dụng lớp vật lý để tránh hiện tượng đụng độ khi nhiều ONT truyền trên cùng một sợi quang OLT đóng vai trò như master trong lớp MAC, kiểm soát thời gian bắt đầu và kết thúc truyền dữ liệu của các ONU trên mạng, đảm bảo hoạt động trơn tru và hiệu quả của hệ thống mạng quangします.
Hình 2.4 cho thấy một OLT có thể chứa nhiều lớp MAC và lớp tương thích vật lý để kết nối với nhiều hệ thống PON khác nhau Việc đấu nối chéo trong OLT cho phép biên dịch giao thức giữa mạng PON và mạng backbone, đảm bảo truyền thông liên tục và hiệu quả Giao tiếp giữa OLT và mạng backbone, gọi là giao tiếp mạng dịch vụ (SNI), đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì kết nối và truyền dữ liệu giữa các mạng.
Hình 2.5 Một thiết bị OLT
ONT (Optical Network Terminal - Kết cuối mạng quang) là thiết bị đặt trực tiếp tại đầu cuối khách hàng, có nhiệm vụ giao tiếp với mạng PON ở phía trên và chuyển đổi tín hiệu sang dạng điện cho các thiết bị của khách hàng Tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng của từng thuê bao, ONT có thể hỗ trợ nhiều dịch vụ viễn thông đa dạng như Ethernet, E1, T1, DS3, E3, và ATM.
Trên thị trường có nhiều loại thiết bị ONT đa dạng để đáp ứng các nhu cầu sử dụng khác nhau của khách hàng Kích thước của ONT có thể từ các hộp nhỏ, đơn giản đến các thiết bị lớn, phức tạp và cần lắp đặt vào tủ Rack Các thiết bị ONT phức tạp có khả năng tập trung và vận chuyển nhiều loại thông tin khác nhau từ phía khách hàng lên sợi quang trong mạng PON.
Cùng với OLT, ONT cho phép cấp phát băng thông động để cung cấp dịch vụ cho khách hàng một cách mềm dẻo, linh hoạt
Hình 2.7 Cấu trúc và vị trí lắp đặt ONU
ONU, viết tắt của Optical Network Unit, là thiết bị kết cuối mạng quang có chức năng tương tự như ONT nhưng được đặt ở vị trí ngoài trời hoặc tại điểm trung tâm để cung cấp dịch vụ cho nhiều khách hàng khác nhau Trong đó, đầu vào của ONU là tín hiệu quang, còn đầu ra thường là giao diện kết nối với khách hàng qua cáp quang hoặc cáp đồng trục Mô hình hình 2.7 giúp hình dung rõ hơn về cấu hình và hoạt động của thiết bị ONU trong mạng quang.
Một thiết bị ONU kết nối với OLT trong mạng PON thông qua lớp MAC là lớp thích nghi vật lý Lớp thích nghi dịch vụ trong ONU sẽ chuyển đổi tín hiệu của khách hàng thành tín hiệu PON và ngược lại, tạo thành giao tiếp từ ONU đến mạng khách hàng (UNI) Phần ghép kênh và dải ghép kênh đảm nhận chức năng ghép kênh cho nhiều người dùng khác nhau, phù hợp với các dịch vụ đa dạng Mỗi UNI có khả năng hỗ trợ các dạng tín hiệu và dịch vụ khác nhau, đáp ứng yêu cầu của từng loại dịch vụ mạng.
Cơ chế hoạt động của xPON
2.4.1 Cơ chế truyền nhận l u l ợng trong mạng xPO
Hình 2.9 Cơ chế truyền lưu lượng hướng xuống
Trong cơ chế truyền lưu lượng hướng xuống từ OLT đến ONU, dữ liệu được phát sóng quảng bá đến tất cả các ONU và lọc tại lớp MAC của từng thiết bị Mỗi gói tin từ OLT đều có phần tiêu đề xác định duy nhất địa chỉ đến của nó, phân biệt giữa ONU-1, ONU-2, hay ONU-3, hoặc là địa chỉ broadcast/multicast để gửi đến tất cả hoặc một số ONU nhất định Bộ tách/ghép tín hiệu phân nhỏ công suất thành 3 phần cho từng đường dẫn đến các ONU, giúp truyền tải dữ liệu một cách hiệu quả Ở các ONU, sau khi nhận các gói tin từ OLT, thiết bị sẽ lọc ra những gói phù hợp với địa chỉ của mình và gửi dữ liệu đến người dùng, đồng thời loại bỏ các gói không dành cho mình, hoạt động tương tự như cơ chế truyền thông trong mạng LAN sử dụng hub, ví dụ như ONU-1 nhận ba gói tin nhưng chỉ chuyển tiếp gói có địa chỉ của nó còn loại bỏ những gói không phù hợp.
2.4.2 Cơ chế truyền nhận l u l ợng h ng l n
Hình 2.10 mô tả cơ chế truyền nhận hướng lên trong mạng V-LINE, nơi việc truyền lưu lượng hướng lên trở nên phức tạp Khi nhìn từ phía ONU lên OLT, mạng không còn là mạng quảng bá mà chuyển thành mạng điểm đến điểm, vì gói tin chỉ có thể đi từ ONU đến OLT mà không thể truyền trực tiếp sang các ONU khác Tất cả lưu lượng từ các ONU trên đoạn cáp chung từ OLT đến bộ tách/ghép phải được quản lý chặt chẽ để tránh xảy ra xung đột và mất dữ liệu do các dữ liệu truyền đồng thời gây ra hiện tượng va chạm trên đoạn cáp này.
Để đảm bảo hiệu quả truyền dữ liệu, cần thiết phải có cơ chế điều khiển thời gian phát của ONU một cách hợp lý, sao cho chỉ một ONU phát tín hiệu lên mạng trong cùng một thời điểm Có hai loại cơ chế điều khiển thời gian phát của ONU là cơ chế tĩnh và cơ chế động, giúp tối ưu hóa hoạt động mạng và tránh xung đột tín hiệu.
Cơ chế truy nhập phân chia theo thời gian tĩnh (TDM) cho phép OLT cấp khe thời gian cố định cho ONU trong mỗi chu kỳ, giúp truyền dữ liệu hiệu quả khi người dùng gửi gói tin qua bộ đệm của ONU, đến lượt ONU truyền dữ liệu lên đường truyền của OLT đúng thời điểm đã định Trong khi đó, cơ chế truy nhập phân chia theo thời gian động (TDMA) cho phép ONU tự lưu trữ dữ liệu trong hàng đợi của mình, và OLT gửi các tin điều khiển để xác định số lượng gói trong hàng đợi, từ đó cấp thời gian truyền phù hợp dựa trên trạng thái hàng đợi và khoảng cách thực tế từ OLT đến ONU để đảm bảo truyền dữ liệu chính xác và hiệu quả.
Các chuẩn mạng PON
Mạng thụ động băng rộng B-PON được chuẩn hóa theo các khuyến nghị G.938 của ITU-T, thiết lập các tiêu chuẩn quan trọng về các khối chức năng của ONT và OLT Các tiêu chuẩn này quy định khuôn dạng và tốc độ khung của luồng dữ liệu hướng lên và hướng xuống, cũng như giao thức truy cập hướng lên TDMA Ngoài ra, chúng còn bao gồm các giao tiếp vật lý, giao tiếp quản lý và điều khiển ONT, cùng với cơ chế phân bổ băng thông theo phương pháp DBA để tối ưu hoá hiệu quả mạng băng rộng.
Trong mạng B-PON, dữ liệu được đóng khung theo cấu trúc của các tế bào ATM, giúp tối ưu hóa quá trình truyền tải Khung hướng xuống có tốc độ 155 Mbit/s, tương ứng với 56 tế bào ATM có kích thước nhỏ gọn, đảm bảo hiệu suất truyền tải cao và ổn định Điều này giúp nâng cao chất lượng dịch vụ và tối ưu hóa băng thông trong hệ thống mạng quang B-PON.
Trong hệ thống mạng, các tế bào ATM thường có kích thước 53 byte hoặc tốc độ 622 Mbit/s (4*56 tế bào ATM), đi kèm với một tế bào quản lý vận hành bảo dưỡng lớp vật lý OAM (PLOAM - Physical Operation Administration and Maintenance) Mỗi 28 tế bào trong kênh đều chứa một tế bào PLOAM, giúp giám sát và duy trì hoạt động của mạng Các tế bào PLOAM được lập trình có khả năng nhận dạng riêng biệt thông qua một bit đặc biệt và chứa các thông tin quan trọng như băng thông hướng lên và các bản tin OAM, đảm bảo hiệu quả vận hành và quản lý mạng.
Dựa trên thông tin về mã số nhận dạng kênh ảo và nhận dạng đường ảo (VPI/VCI) trong cấu trúc ATM, các thiết bị ONT có khả năng xác định và phân biệt dữ liệu đường xuống dành riêng cho mình Điều này giúp tối ưu hóa hiệu suất truyền tải dữ liệu và đảm bảo kết nối ổn định Việc nhận diện chính xác các mã số VPI/VCI là yếu tố quan trọng trong quản lý mạng ATM, từ đó nâng cao chất lượng dịch vụ internet.
Cấu trúc khung hướng lên gồm 56 tế bào ATM (53 byte), mỗi kênh (timeslot) chứa một tế bào ATM/PLOAM và 24 bit từ mào đầu do OLT lập trình Các tế bào PLOAM được ONT gửi đi khi nhận được yêu cầu từ OLT, đảm bảo quá trình truyền tải dữ liệu hiệu quả và linh hoạt.
B - PON sử dụng giao thức DBA để giúp OLT xác định lượng băng thông phù hợp cần cung cấp cho các ONT Nhờ đó, OLT có thể điều chỉnh linh hoạt băng thông cho các ONT bằng cách gửi các tế bào ATM rỗi hoặc làm đầy tất cả hướng lên bằng dữ liệu từ ONT Giao thức DBA đảm bảo tối ưu hóa băng thông và cải thiện hiệu suất mạng PON một cách hiệu quả.
OLT liên tục hướng dẫn truyền dữ liệu, cho phép dễ dàng mời các ONT mới tham gia vào hệ thống Các ONT mới sẽ phát bản tin phục hồi trong cửa sổ thời gian ngẫu nhiên để tránh xung đột khi nhiều thiết bị cùng tham gia Quá trình này đảm bảo hệ thống mạng ổn định và linh hoạt trong việc mở rộng.
OLT xác định khoảng cách tới mỗi ONT mới bằng cách gửi bản tin đo cự ly và đo thời gian phản hồi của bản tin Dựa trên thời gian thu thập được, OLT tính toán khoảng cách chính xác từ OLT đến từng ONT Sau đó, OLT gửi đến ONT một giá trị trễ đã được điều chỉnh, giúp xác định thời gian bảo vệ phù hợp cho từng ONT, đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và tối ưu hóa hiệu suất mạng.
E-PON là giao thức mạng truy nhập đầy đủ dịch vụ theo tiêu chuẩn FSAN (Full Service Access Network), dựa trên công nghệ TDMA và khai thác những ưu điểm của Ethernet trong truyền tải dữ liệu quang Giao thức này đã được chuẩn hoá bởi IEEE 802.3, trong đó dữ liệu hướng xuống được đóng khung theo định dạng Ethernet và các khung E-PON có cấu trúc tương tự Gigabit Ethernet điểm tới điểm, với sự khác biệt về phần đầu và thông tin xác định điểm bắt đầu khung để chứa trường nhận dạng kênh logic (LLID - Link Logic ID), giúp định danh duy nhất một ONU MAC Trong chiều ngược lại, các ONU phát các khung Ethernet trong các khe thời gian đã được phân bổ theo lịch trình, đảm bảo hiệu quả truyền dữ liệu và xử lý phân chia tài nguyên.
ONU sử dụng giao thức điều khiển đa điểm MPCP để gửi các bản tin “Report” yêu cầu băng thông, trong khi đó OLT gửi bản tin “Gate” cấp phát băng thông cho ONU Các bản tin “Gate” chứa thông tin về thời gian bắt đầu và khoảng thời gian cho phép ONU hỏi về yêu cầu băng thông Ngoài ra, ONU còn có khả năng gửi “Report” kèm dữ liệu phát trong hướng lên Giao thức DBA cũng được áp dụng trong E-PON để thực hiện cơ chế điều khiển phân bổ băng thông hiệu quả.
Trong hệ thống E-PON, không có cấu trúc khung thống nhất cho hướng xuống và hướng lên, dẫn đến các khe thời gian và giao thức xác định cự ly khác nhau so với B-PON và G-PON OLT và các ONU duy trì bộ đếm cục bộ riêng biệt và tăng 1 sau mỗi 16ns, giúp đảm bảo đồng bộ chính xác Mỗi MPCPDU còn mang theo một giá trị thời gian mẫu phản ánh bộ đệm cục bộ của ONU tương ứng, từ đó tối ưu hóa khả năng truyền dữ liệu và quản lý mạng hiệu quả.
Tốc độ truyền dữ liệu E-PON có thể đạt tới 1 Gbit/s
Chuẩn Gbit/s Ethernet PON (IEEE 802.3av - Gbit/s PON) là một tiêu chuẩn cùng họ với E-PON, được phát triển để đạt tốc độ truyền dữ liệu lên đến 10Gbit/s Chuẩn này chủ yếu được ứng dụng trong các mạng quảng bá video số, giúp truyền tải dữ liệu với hiệu suất cao và ổn định Gbit/s Ethernet PON góp phần nâng cao hạ tầng mạng, đáp ứng nhu cầu xử lý dữ liệu lớn trong các dịch vụ truyền hình số và truyền thông đa phương tiện.
Gbit/s PON cho phép phân phối nhiều dịch vụ đòi hỏi băng thông lớn và độ phân giải cao, phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu truyền dữ liệu chất lượng cao Công nghệ này còn hỗ trợ đóng gói IP cho các luồng dữ liệu video, đảm bảo chất lượng truyền tải ngay cả khi hệ số phân chia OLT/ONT đạt 1:64 hoặc cao hơn Nhờ đó, Gbit/s PON đáp ứng tốt nhu cầu mở rộng mạng lưới với hiệu suất và độ tin cậy vượt trội.
G-PON là giao thức FSAN TDMA PON thứ 2 được định nghĩa trong chuỗi khuyến nghị G.984 của ITU-T G-PON được xây dựng trên trải nghiệm của B-PON và E-PON
G-PON hỗ trợ truyền tải tin ATM nhưng đồng thời đã tích hợp cơ chế thích nghi tải tin mới được tối ưu hóa cho truyền tải các khung Ethernet, gọi là phương thức đóng gói G-PON (GEM) GEM dựa trên kỹ thuật đóng khung chung trong khuyến nghị G.701, nhưng được tối ưu hóa để phù hợp với ứng dụng PON, cho phép sắp xếp dữ liệu Ethernet vào tải tin GEM và hỗ trợ kết hợp TDM.
G-PON sử dụng cấu trúc khung GTC (G-PON - Transmission Conversion) cho cả hai hướng xuống và hướng lên Khung hướng xuống bắt đầu với một từ mào đầu PLOAM, tiếp sau đó là vùng tải tin GEM và các tế bào ATM PLOAM bao gồm có thông tin cấu trúc khung và sắp đặt các băng thông cho ONT gửi dữ liệu trong khung hướng lên tiếp theo
So sánh mạng PON và AON
Dịch vụ viễn thông ngày càng yêu cầu tốc độ cao như IPTV và VOD, trong đó băng thông đóng vai trò vô cùng quan trọng để đảm bảo dịch vụ hoạt động trơn tru Do đó, việc lựa chọn công nghệ truyền dẫn phù hợp là yếu tố then chốt, với bảng so sánh giữa AON và PON giúp các nhà cung cấp dịch vụ đánh giá kỹ lưỡng hơn về khả năng, hiệu suất và hiệu quả chi phí của từng giải pháp.
Bảng 2.2 So sánh AON và PON về lưu lượng
Sự phát triển băng thông hiện thời Đơn giản
Có thể điều tiết lưu lượng tại các node truy cập thông qua các switch dưới sự quản lý của hệ thống điều khiển mạng
Mạng PON của nhà cung cấp dịch vụ sử dụng công nghệ ghép kênh theo bước sóng để tối ưu hóa truyền tải dữ liệu Trong quá trình truyền và nhận, hệ thống sử dụng các splitter, điều này làm cho việc điều khiển băng thông trở nên phức tạp hơn Việc quản lý băng thông trong mạng PON đòi hỏi các giải pháp kỹ thuật phù hợp để đảm bảo hiệu quả truyền dữ liệu và chất lượng dịch vụ.
Các hiện tƣợng trễ, jitter và các nhiễu khác trong quá trình truyền
Thấp Đều sử dụng sợi quang nên các hiện tượng này không đáng kể
Sự xung đột tại các node truy cập
Dù thuê bao tại một node truy cập sử dụng nhiều giao diện quang và mật độ thuê bao trên các card giao diện tương đối thấp so với OLT sử dụng mạng PON, nhưng khi xảy ra sự cố, ít thuê bao hơn sẽ bị ảnh hưởng Điều này cho thấy tính ổn định cao hơn của hệ thống khi gặp sự cố mạng Việc sử dụng nhiều giao diện quang với mật độ thấp giúp giảm thiểu rủi ro làm gián đoạn dịch vụ cho thuê bao trong các tình huống khẩn cấp hoặc sự cố kỹ thuật.
Tại OLT, splitter quang chia giao diện người dùng thành 32 hoặc 64 tín hiệu, giúp tối ưu hóa khả năng phân chia dịch vụ Một Subrack thường cung cấp vài giao diện thuê bao, đáp ứng nhu cầu kết nối của nhiều khách hàng So sánh với node truy nhập của mạng AON, khi xảy ra sự cố, nhiều thuê bao có thể bị ảnh hưởng, làm gián đoạn dịch vụ của khách hàng.
Số lượng thuê bao sử dụng mạng AON chịu ảnh hưởng của sự cố đường truyền ít hơn so với mạng PON
Bảng 2.3 So sánh AON và PON về băng thông
Băng thông tối đa cho một thuê bao
Mỗi thuê bao sử dụng đường cáp quang riêng có thể có băng thông từ 100 Mbps đến 1 Gbps, phù hợp cho hộ gia đình hoặc doanh nghiệp nhỏ Điều này giúp đảm bảo tốc độ internet ổn định, đáp ứng tốt các nhu cầu công việc, giải trí và học tập hàng ngày Đường cáp quang là giải pháp lý tưởng để nâng cao trải nghiệm internet của người dùng với tốc độ cao và ổn định.
Các chuẩn của mạng PON được nghiên cứu rộng rãi cho phép băng thông cấp phát đến các port tại OLT là giống nhau
Công nghệ AON vượt trội hơn nhờ khả năng cung cấp băng thông tối đa lớn hơn cho mỗi thuê bao, phù hợp với nhu cầu của các doanh nghiệp có băng thông cao hơn so với hộ gia đình Đặc biệt, khi sử dụng công nghệ PON, không thể kiểm soát sự khác biệt về băng thông này, trong khi công nghệ AON cho phép điều chỉnh băng thông một cách đơn giản và linh hoạt hơn.
Khi một node truy cập được xây dựng từ các module, người dùng có thể nâng cấp băng thông cho thuê bao cụ thể bằng cách can thiệp vào phần cứng Việc nâng cấp này giúp cải thiện hiệu suất mạng và đáp ứng tốt hơn nhu cầu sử dụng của người dùng Cấu trúc module linh hoạt cho phép mở rộng băng thông một cách dễ dàng, đảm bảo khả năng tùy chỉnh phù hợp với yêu cầu của từng thuê bao.
Điều chỉnh băng thông cho thuê bao gặp nhiều khó khăn do phụ thuộc vào cấu trúc mạng PON hiện tại Tuy nhiên, khả năng cải tiến sẽ khả thi trong tương lai nếu mạng PON được cấu hình với hệ thống dự phòng N+1, giúp tăng tính linh hoạt và khả năng mở rộng của mạng.
Công nghệ mạng AON tốt hơn bởi vì nó dễ dàng nâng cấp hơn
Bảng 2.4 So sánh AON và PON về kinh tế
Giá thành thiết bị đầu cuối Thấp
Bởi vì các chuẩn Ethernet đã được sử dụng nên thiết bị đầu cuối tương đối rẻ
Cấu trúc của mạng mới khác biệt so với các mạng truyền thống, đòi hỏi phải xây dựng các tiêu chuẩn mới Điều này khiến thiết bị đầu cuối gặp nhiều khó khăn hơn trong việc nghiên cứu, phát triển và chế tạo, do đặc thù và yêu cầu kỹ thuật cao của hệ thống mạng hiện đại.
AON chiếm ƣu thế hơn
Giá thành các thành phần cấu tạo nên mạng (các thiết bị thụ động và cấu trúc hạ tầng) Cao
Bởi số lượng các giao diện quang trên node giao diện trên các node truy cập là khá lớn
Vì mỗi một nguồn laser trên OLT sẽ chia sẻ cho nhiều thuê bao
PON chiếm ƣu thế hơn
Lớn Nhỏ PON tốt hơn
Mỗi một node truy cập yêu cầu một nguồn điện riêng
Do đó khó bảo dưỡng và chi phí bão dưỡng cao
Trong một cabinet đặt ở ngoài trời, splitter gần như không cần bảo dưỡng và cũng không cần nguồn ngoài để cung cấp cho thiết bị này
PON tốt hơn vì có ít thiết bị thụ động hơn trong cấu hình mạng
Mạng PON vượt trội so với mạng AON nhờ vào các ưu điểm nổi bật như các thiết bị trong mạng PON là các thiết bị thụ động, không cần cấp nguồn, giúp giảm thiểu chi phí về cấp nguồn, bảo dưỡng và bảo trì Nhờ đó, tổng chi phí vận hành của mạng PON thấp hơn đáng kể so với mạng AON.
TRIỂN KHAI MẠNG FTTx
Các phương án triển khai FTTx cho khách hàng tại VNPT
Phát triển mạng truy cập băng rộng là yếu tố then chốt giúp các nhà khai thác dịch vụ viễn thông, đặc biệt là VNPT, tăng doanh thu cho mạng cố định và duy trì vị thế cạnh tranh trên thị trường Trong bối cảnh cạnh tranh ngày càng gay gắt, VNPT không chỉ cần nâng cấp và mở rộng cơ sở hạ tầng mạng mà còn phải đưa ra các gói dịch vụ mới, hấp dẫn để thu hút khách hàng tiềm năng Việc này sẽ giúp VNPT duy trì lợi thế cạnh tranh và phát triển bền vững trong ngành viễn thông.
3.1.1 Triển khai d a tr n nền tảng sẵn có D AM của Huawei
Hệ thống thiết bị IPDSLAM của Huawei đã được triển khai rộng khắp với hơn 2000 điểm trạm trên toàn quốc để hỗ trợ mạng FTTx Mỗi ngăn IP DSLAM MA56000 có thể mở rộng bằng cách cắm thêm card ETHA, cung cấp 8 cổng quang FE/GE để kết nối đến các Switch quang, đảm bảo cung cấp dịch vụ FTTx cho khách hàng một cách linh hoạt và hiệu quả Tại điểm cuối, khách hàng có thể sử dụng Media Converter để dễ dàng kết nối với mạng LAN thông thường, nâng cao trải nghiệm sử dụng dịch vụ.
Hình 3.1 Mô hình triển khai dựa trên DSLAM Ưu điểm: Sẵn sàng triển khai ngay, rộng khắp trên toàn quốc, chi phí đầu tư thấp, kỹ thuật đơn giản
Nhược điểm: Dung lượng phục vụ cho mỗi điểm trạm hạn chế, tùy thuộc vào số module DSLAM đang có của Huawei
3.1.2 Dùng các sản phẩm witch 2/ 3 quang của Huawei
Kết nối trực tiếp Switch L3 (S3300) vào mạng MAN tại trung tâm để thiết lập kết nối mạng ổn định và linh hoạt Sau đó, kéo dài mạng tổng qua các Switch L2 nhằm mở rộng phạm vi phân phối dịch vụ FTTx hoặc giao diện điện FE cho khách hàng Sản phẩm Switch S3352P-EI-24S lý tưởng với khả năng cung cấp 28 cổng quang và 24 cổng Ethernet, đáp ứng đa dạng yêu cầu kết nối của khách hàng.
Mô hình triển khai dựa trên sản phẩm Switch có nhiều ưu điểm như khả năng triển khai nhanh chóng, chi phí đầu tư thấp và kỹ thuật đơn giản, giúp tiết kiệm thời gian và nguồn lực cho các dự án mạng Tuy nhiên, nhược điểm của mô hình này là dung lượng phục vụ hạn chế cho mỗi điểm trạm và phụ thuộc nhiều vào mức độ sẵn sàng của mạng MAN, có thể ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động khi mạng gặp sự cố hoặc quá tải.
Huawei MA5600T là thiết bị OLT hàng đầu, cung cấp giao diện G-PON để kết nối với khách hàng qua mạng quang ODN Việc sử dụng các thiết bị của Huawei giúp thúc đẩy xu hướng phát triển mạng trên toàn cầu, mở rộng khả năng triển khai dịch vụ FTTx quy mô lớn Đặc biệt, hệ thống này đáp ứng linh hoạt và đa dạng các yêu cầu của khách hàng, góp phần nâng cao trải nghiệm người dùng và tối ưu hóa hạ tầng mạng.
Nhược điểm: Đầu tư ban đầu lớn, yêu cầu kỹ thuật cao, thường được triển khai từng bước theo các khu vực có số lượng khách hàng lớn
Hình 3.3 Mô hình triển khai dựa trên GPON
Các yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn công nghệ
Lựa chọn sử dụng công nghệ theo từng CES (Consumer Electronics Show) như sau:
- Mật độ thấp (