Hệ thống ftth (fiber-to-the-home) gigabitss

Hệ thống ftth (fiber-to-the-home) gigabitss

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU Error: Reference source not found TÓM TẮT ĐỒ ÁN Error: Reference source not found

DANH SÁCH HÌNH VẼ, BẢNG 3

DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT 4

MỞ ĐẦU 6

1.1.Giới thiệu chung 7

1.1.1.Mạng FTTC và HFC 7

1.1.2.Giới thiệu về mạng FTTH 11

1.1.3.Ưu điểm của FTTH 13

1.2 Mạng FTTH 14

1.2.1 Bước sóng sử dụng trong mạng FTTH 14

1.2.2 Mạng quang tích cực AON và mạng quang thụ động PON 16

1.2.2.1 AON 16

1.2.2.2 Mạng PON 18

1.2.3.Các chuẩn trong mạng PON 21

1.2.3.1.B-PON 21

1.2.3.2 BPON và Gigabit PON 22

1.2.3.3.WDM-PON 24

1.2.3.4.CDMA-PON 26

1.2.4 Bộ tách/ghép quang và topo trong mạng PON 27

1.2.4.1.Bộ tách/ghép quang 27

1.2.4.2.Topo hình cây 29

1.2.4.3.Topo dạng bus 31

1.2.4.4.Topo dạng vòng 31

1.2.4.5.Topo hình cây kết hợp topo dạng vòng hoặc đường tải phụ 32

1.2.5 PON MAC layer 34

1.2.5.1 Giao thức điều khiển đa điểm MPCP(Multi-Point Control Protocol) 34

1.2.5.2 PON với kiến trúc IEEE 802 38

Chương II : KIẾN TRÚC BỘ THU-PHÁT TRONG MẠNG PON 42

2.1.Đặc điểm chung 42

2.1.1.Yêu cầu đối với mạng PON 43

2.1.2.Lớp vật lý mạng PON 44

2.1.3.Định thời cho chế độ burst-mode trong mạng PON 46

2.2 Kiến trúc bộ thu-phát trong mạng 51

2.2.1 Sơ đồ khối của ONU/OLT 52

2.2.2 Thiết bị thu và phát tín hiệu quang 54

2.2.2.1.Thiết bị phát quang 54

2.2.2.1.1.LED (Light Emitting Diode) 55

2.2.2.1.2.Laser 56

2.2.2.2.Thiết bị thu quang 60

2.2.2.3.Bộ ghép WDM 64

2.2.2.4.Bộ khuếch đại truyền trở kháng TIA 65

2.2.3 Các module thu và phát quang 67

2.2.4 Bộ thu-phát chế độ burst-mode 69

2.2.4.1 So sánh giữa chế độ thông thường và chế độ burst-mode 70

2.2.4.2 Bộ phát quang chế độ burst-mode 71

2.2.4.2 Bộ thu quang chế độ burst-mode 77

Chương III : MẠCH PHÁT VÀ LÀM SẮC XUNG CỰC NGẮN 84

3.1 Step-recovery-time diode (SRD) 84

3.1.1.Đặc tính lý tưởng của SRD 84

3.1.2.Đặc tính thực tế của SRD 85

3.1.3.Thời gian chuyển tiếp của SRD 87

3.2.Thiết kế mạch phát và làm sắc xung cực ngắn 88

3.2.1.Nguyên lý thiết kế 88

3.2.2.Thiết kế mạch phát và làm sắc xung cực ngắn 91

3.2.3.Kết quả thực nghiệm 95

Chương IV : ỨNG DỤNG CỦA MẠCH PHÁT VÀ LÀM SẮC XUNG CỰC NGẮN 97

4.1.Ứng dụng của máy phát xung cực ngắn 97

4.2.Một số ứng dụng phát triển của mạch phát xung cực ngắn 97

4.2.1.Ứng dụng trong hệ thống UWB 97

4.2.2.Ứng dụng trong hệ thống radar định vị 98

KẾT LUẬN CHUNG 99

TÀI LIỆU THAM KHẢO 100

BẢNG ĐỐI CHIẾU THUẬT NGỮ ANH-VIỆT 102

PHỤ LỤC 103

DANH SÁCH HÌNH VẼ, BẢNG

DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT

ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line

ATC Automatic Threshold Control

BM-CDR Burst-mode Clock Data Recovery

BM-LDD Burst-mode Laser Diode Driver

BOSA Bidirectional Optical Sub-Assembly

BPON Broadband Passive Optical Network

CDMA Code Division Multiple Access

CDMA-PON Code Division Multiple Access Passive Optical Network

DBA Dynamic Bandwidth Allocation

DFB Distributed Feedback Bragg

EFM Ethernet in First Mile

EPON Ethernet Passive Optical Network

FDMA Frequency Division Multiple Access

FSAN Full Service Access Network

GPON Gigabit Passive Optical Network

HDTV High-definition Television

IPTV Internet Protocol Television

MPCPDU Muli-Point Control Protocol Data Unit

MTBF Mean Time Between Failure

NPA Network Power Assembly

NTT Nippon Telegraph and Telephone

OAM Operations Administration and Maintenance

ODN Optical Distribution Network

ONT Optical Network Terminal

PECL Positive Emitter-Coupler Logic

PLOAM Physical Layer Operation Administration and Maintenance

POTS Plain Old Telephone Service

PtPE Point to Point Emulation

QAM Quadrature Amplititude Modulation

ROSA Receive Optical Sub-Assembly

SDH Synchronous Digital Hierarchy

SerDes Serializer/Deserializer

TDMA Time Division Multiple Access

TDMA-PON Time Division Multiple Access Passive Optical NetworkTDP Transmit and Dispersion Penalty

TOSA Transmit Optical Sub-Assembly

VCI Virtual Circuit Identifier

VCSEL Vertical Cavity Surface Emitting Laser

VoIP Voice over Internet Protocol

VPI Virtual Path Identifier

VPN Virtual Private Network

WDM-PON Wavelength Division Multiplexing Passive Optical Network

MỞ ĐẦU

Trong xu thế hội nhập toàn cầu, mạng Internet là công cụ hỗ trợ không thể thiếucủa mỗi người trong hầu hết các lĩnh vực của đời sống Cùng với sự phát triển củacông nghệ nano, công nghệ bán dẫn và công nghệ quang-điện tử, mạng FTTH đangđược triển khai trong thời gian hiện nay mà dẫn đầu là các nước có nền công nghiệpđiện tử phát triển như Mỹ, Nhật Bản, Hàn Quốc,…

Mạng FTTH là một kiến trúc mạng mới sử dụng sợi quang làm môi trường truyềndẫn nên mạng cung cấp cho người sử dụng băng thông rộng, tốc độ truyền dữ liệucao với chất lượng dịch vụ khá tốt Dựa trên công nghệ mạng quang thụ động cùngvới kiến trúc transceiver mới, mạng FTTH có khả năng cung cấp cho số lượng thuêbao lớn hơn rất nhiều so với mạng Internet thông thường, dễ dàng mở rộng mạng vàcho phép người sử dụng dùng đồng thời nhiều dịch vụ truyền thông tốc độ cao Nội dung đồ án gồm 4 chương :

Chương I : Tìm hiểu mạng FTTH, kiến trúc mạng và các chuẩn sử dụng trongmạng

Chương II : Tìm hiểu kiến trúc transceiver trong mạng FTTH, các linh kiện sửdụng trong transceiver và phân tích sơ đồ khối sử dụng

Chương III : Thiết kế mạch phát và làm sắc xung cực ngắn sử dụng diode SRD có

độ rộng xung điều chỉnh được, sườn xung khoảng vài chục tới vài trăm picosecond Chương IV : Trình bày hướng phát triển của đồ án và các ứng dụng của mạchphát và làm sắc xung nói trên

Chương I : MẠNG FTTH (Fiber–to–the–Home)

1.1.Giới thiệu chung

Ngày nay, sự phát triển bùng nổ của mạng Internet trên toàn cầu gây ảnh hưởnglớn tới các nhà cung cấp mạng trên toàn cầu trong vài chục năm gần đây Sự phổbiến của mạng Internet cùng với các yêu cầu ngày càng tăng lên về lĩnh vựcmultimedia, truyền hình trực tuyến, … qua mạng Internet yêu cầu mạng phải phânphối băng thông rộng cho nhiều người sử dụng với độ tin cậy cao Với số lượngngười dùng ngày càng lớn và nhiều yêu cầu dịch vụ chất lượng cao, hiện tượngthiếu băng thông sẽ là tương lai gần cho tất cả các nhà cung cấp mạng Internet nếunhà cung cấp vẫn sử dụng những thiết bị mạng và hình thức tổ chức mạng theo kiểutruyền thống sử dụng cáp điện thông thường Công nghệ cáp quang đã trở thànhmột giải pháp không thể tránh khỏi cho vấn đề nan giải này Cáp quang là môitrường truyền dẫn cung cấp băng thông rộng, khả năng chống nhiễu điện từ cao và

ít chịu ảnh hưởng của môi trường cho phép truyền dẫn dữ liệu với suy hao thấp Bởinhững đặc tính quan trọng này mà tất cả các mạng xương sống trong Internet hiệnnay đều được xây dựng bằng cáp quang Tuy nhiên, việc kết nối trực tiếp từ ngườidùng tới mạng Internet bằng cáp quang mới chỉ bắt đầu được thực hiện trong nhữngnăm gần đây Lý do chính giải thích cho vấn đề này là hệ thống dịch vụ multimediachưa phát triển đồng thời những yêu cầu về dịch vụ băng rộng chưa trở nên phổbiến Một lý do khác là việc lắp đặt cáp quang có chi phí rất cao chưa thỏa mãnđược yêu cầu cần thiết Do đó, mạng cáp quang tới tận thuê bao FTTH (Fiber-to-the-Home) là một bước tiến vượt bậc trong công nghiệp multimedia nhờ khả năngcung cấp các dịch vụ multimedia chất lượng cao như truyền hình chất lượng caoHDTV(High-definition Television), download các bản nhạc và video Điều này gâynên tác động rất lớn trong lĩnh vực kinh tế bởi FTTH là mạng đem tới nhiều lợinhuận do khả năng cung cấp tốc độ truyền dữ liệu cao và giá thành lắp đặt mạng

1.1.1.Mạng FTTC và HFC

Vào những năm 1970, những công ty điện thoại và truyền hình cáp đã nhận thấytiềm năng phát triển của sợi quang thay thế hệ thống cáp lúc đó Do sự phát triển

của công nghệ sợi quang thời điểm đó nên giá thành xây dựng hệ thống mạngquang rất cao Bởi vậy, giải pháp tạm thời để chuyển giao sang mạng cáp quang làxây dựng những mạng có giá thành thấp hơn như FTTC, HFC mà những mạng nàysử dụng cáp quang làm đường truyền tải chính nhưng vẫn sử dụng phương thức kếtnối mạng truyền thống dùng cáp bằng kim loại để kết nối từ nhà cung cấp tới ngườisử dụng.Bằng phương pháp này, nhà cung cấp đã chia giá thành xây dựng mạng sửdụng sợi quang cho nhiều người sử dụng Tại thời điểm này, giải pháp chuyển sangmạng FTTH ( một mạng toàn bộ sử dụng sợi quang cung cấp cho người dùng ) làmột giải pháp không khả thi.

Trong kiến trúc mạng FTTC, đường cáp quang được kéo dài từ nhà cung cấp tớicác node gần khu vực người sử dụng Điều này mang tới nhiều thuận lợi : (i) nókhai thác được băng thông rộng của sợi quang bằng cách chia sẻ đường truyền chonhiều người sử dụng trong cùng mạng; (ii) bằng cách sử dụng nhiều sợi quang, kiếntrúc này cho phép hạ giá thành đầu tư cho các dịch vụ băng rộng cần thiết chotương lai Tại chặng giữa người sử dụng và các node, FTTC sử dụng cáp xoắn đồng

và cáp đồng trục Mặc dù FTTC được thiết kế để cung cấp các dịch vụ video, việcsử dụng song song 2 loại cáp là cáp xoắn cho dịch vụ truyền thoại và cáp đồng trụccho dịch vụ video sẽ hạ giá thành lắp đặt so với việc sử dụng các bộ ghép và táchkênh dùng cho cáp xoắn đồng truyền cả 2 dịch vụ này Trong mạng FTTC , cácthiết bị đầu cuối truyền tốc độ cao từ nhà cung cấp và được tách kênh trên sợiquang phân phối cho các đường cáp quang có tốc độ thấp hơn tới người sử dụng.Các thiết bị đầu cuối sử dụng khối nguồn NPA (Network Power Assembly) của cáchost để cấp nguồn cho các thiết bị kết cuối quang ONU (Optical Network Unit)phía người sử dụng Khi nguồn được cấp cho NPA, các đường cáp quang phân phối

sẽ bao gồm cả đường cáp đồng cấp nguồn Đường cáp quang mang nhiệm vụ chính

là cung cấp các chức năng truyền, nhận, và ghép kênh cho các liên kết quang tới cáckhối ONU ONU sẽ phân chia thành các kênh truyền tới các thiết bị giao tiếp mạngdùng cáp đồng của người sử dụng FTTC bao gồm nhiều cáp quang với dung lượngkhác nhau và các bộ chia quang, connector sẽ cung cấp băng thông cần thiết chongười sử dụng Thông thường, một sợi quang trong mạng FTTC được dùng cho 10-

100 người sử dụng và kết nối đầu cuối tới người dùng sử dụng cáp đồng có chiềudài khoảng 30m.

Hình 1.1-Mô hình mạng FTTC điển hình

Đồng thời các công ty truyền hình cáp cũng sử dụng cáp quang để phân phối chongười tiêu dùng sử dụng kiến trúc mạng lai giữa cáp điện và cáp quangHFC(Hybrid Fiber Coaxial) HFC là kiến trúc mạng kết hợp giữa cáp quang và cápđồng trục dùng cho mạng băng rộng Hình 1.2 dưới đây thể hiện kiến trúc mạngHFC

Hình 1.2-Mạng HFC

Kiến trúc mạng HFC có thành phần mạng xương sống dùng cáp quang được cácnhà cung cấp sử dụng để cung cấp cả dịch vụ thoại và video cho người sử dụng.Mạng HFC có thể cung cấp 500 kênh truyền dẫn khác nhau và truyền dẫn đồng thời

2 dịch vụ VOD và thoại Với truyền hình quảng bá, mạng HFC có thể cung cấp sốkênh video tương tự cho mỗi người sử dụng Nhờ đó, HFC là mạng được dùng cho

1 nhóm lớn người sử dụng (từ 500 – 2000 thuê bao) Các trạm phát trong mạngHFC nhận được tín hiệu từ trung tâm truyền quảng bá vào không gian qua hệ thốngviba hoặc vệ tinh sẽ được kết hợp và phát lại vào đường cáp quang trong mạng Sauđó, tín hiệu này được chia cho các đường fi-đơ tới người sử dụng Bởi vì tín hiệu bịsuy hao rất lớn trong cáp đồng trục nên tại phía người dùng cần có một bộ khuếchđại tín hiệu như mini-bridger hoặc line extender cho cả 2 chiều lên và xuống Kiếntrúc mạng HFC sử dụng chung môi trường truyền tải, tín hiệu từ nhiều người sửdụng sẽ tới 1 node xác định trong mạng Điều đó dẫn đến việc phải dùng thêm mãbảo mật để bảo đảm tính an toàn trong mạng Tại tuyến lên từ người dùng tới cáctrạm phát, HFC sử dụng các kỹ thuật đa truy nhập thông dụng như TDMA, FDMA

và CDMA cho phép nhiều người sử dụng cùng đưa yêu cầu tới mạng Việc sử dụng

hệ thống cáp quang từ trạm phát tới các node sẽ giảm đi kích thước của node vàgiảm suy hao trên đường truyền Bởi vậy, HFC có thể cung cấp các dịch vụ bănghẹp với tốc độ cao và nhiều dịch vụ video tương tác khác

Sau khi kiến trúc mạng FTTC và HFC được kết hợp thì một kiến trúc mạng mới

đã được hình thành Đó là mạng chuyển mạch video số SDV (Switched DigitalVideo) Do mạng FTTC là mạng truyền dẫn tín hiệu quang nên nó không thể truyềntín hiệu điện và phải được cấp nguồn bởi 1 mạng khác Bằng cách sử dụng 1 mạngHFC với cáp đồng trục chạy dọc theo mạng FTTC thì vấn đề cấp nguồn cho mạngFTTC được giải quyết Do đó, mạng cáp đồng trục có thể phân phối tín hiệu video 1chiều đồng thời cấp nguồn cho mạng FTTC Điều đó là lý do chính để nhà sản xuấtsử dụng mạng FTTC trong kiến trúc mạng SDV để phân phối dịch vụ thoại 2 chiều

và video số Kiến trúc mạng SDV được sử dụng để cung cấp truyền hình số mộtcách hiệu quả với băng thông rộng cho người sử dụng Hình 1.3 dưới đây là kiếntrúc điển hình của mạng SDV dùng cho cả hệ thống truyền hình cáp sử dụngphương pháp điều chế QAM và hệ thống truyền hình trực tuyến IPTV ( Internet

Protocol Television) Trong hệ thống SDV, mọi người dùng đều có khả năng tươngtác 2 chiều với hub để đưa ra yêu cầu của mình.

Hình 1.3–Mạng SDV

1.1.2.Giới thiệu về mạng FTTH

Một trong những nhà cung cấp lớn nhất dịch vụ mạng tại Nhật Bản là công tyNTT đã triển khai những bước đi đầu tiên trong công nghệ FTTH Dưới sự pháttriển của NTT, những công ty viễn thông khác như AT&T, Hitachi, Fujitsu, …cũng tham gia vào quá trình phát triển của mạng FTTH

FTTH là một công nghệ kết nối viễn thông sử dụng cáp quang từ nhà cung cấpdịch vụ tới địa điểm của khách hàng (văn phòng, nhà…) Công nghệ của đườngtruyền được thiết lập trên cơ sở dữ liệu được truyền qua tín hiệu quang (ánh sáng)trong sợi cáp quang đến thiết bị đầu cuối của khách hàng, tín hiệu được biến đổithành tín hiệu điện, qua cáp mạng đi vào broadband-router Nhờ đó, khách hàng cóthể truy cập internet bằng thiết bị này qua có dây hoặc không dây

Tín hiệu quang được ghép kênh và đưa tới bộ chia dùng cho khu vực của 1 nhómngười tiêu dùng Trong mạng FTTH, có rất nhiều tỷ lệ chia dùng cho bộ chia nhưng

thông thường sử dụng bộ chia tỷ số 1: 16 cho người dùng hay nói cách khác, tínhiệu quang được ghép kênh để đưa tới cho 1 nhóm 16 người sử dụng khác nhau.Khi tín hiệu quang phải chuyển đổi thành tín hiệu điện tới người sử dụng, ONU cầnđược đặt tại kết cuối của mạng Do giá thành lắp đặt của một ONU khá cao nên nhàphân phối thường sử dụng ONU cho nhiều người sử dụng để giảm chi phí lắp đặtmạng Hình 1.4 dưới đây thể hiện cấu trúc cơ bản của 1 mạng FTTH trong đó ONUtương đương với 1 giao tiếp giữa mạng thông tin quang và người sử dụng.

Hình 1.4–Mạng FTTH

Việc cung cấp nguồn cho mạng FTTH là một trong những vấn đề chính cần đượcgiải quyết Nó đóng vai trò quan trọng trong mạng FTTH tại hầu hết các quốc gia vìyêu cầu cấp nguồn liên tục cho tất cả các dịch vụ viễn thông trong khi mạng FTTHkhông thể truyền dẫn tín hiệu điện Với trường hợp mạng FTTC dùng cáp đồngtrục, mạng FTTC được cung cấp nguồn thông qua một mạng cáp đồng trục chạysong song với mạng Với mạng FTTH, khả năng tiêu thụ với công suất rất thấpchính là đặc điểm cạnh tranh lớn nhất của nó với các kiến trúc mạng khác Vấn đềnày đã được giải quyết bởi sự phát triển của các nguồn pin hiện nay; nhờ đó, thiết bịthông tin quang đầu cuối tại người sử dụng có thể được cấp nguồn và sạc bằng điện.Các nguồn cấp điện dùng pin mặt trời cũng là giải pháp khả thi cho các thiết bị ởkhu vực xa với tiêu thụ công suất rất thấp Khả năng cung cấp nguồn này của mạngFTTH đã đẩy chi phi lắp đặt của toàn bộ mạng xuống từ 4 đến 8 lần so với cácmạng khác

Hiện nay, sự phát triển vượt bậc trong công nghệ sợi quang cũng đẩy giá thànhcủa lắp đặt của mạng FTTH hạ xuống nhanh chóng mà sự phát triển này bắt nguồnchính từ những tiến bộ mạnh mẽ trong công nghệ laser, các giải pháp mới trongviệc phân phối tín hiệu video và kiến trúc mạng thụ động Bên cạnh những tiến bộ

về công nghệ , chúng ta cũng cần phải kể đến sức phát triển mạnh mẽ của mạngInternet, các website và công nghệ video số đã hình thành những dịch vụ yêu cầutốc độ cao, băng thông rộng Chính những yêu cầu không ngừng của người sử dụng

đã nhanh chóng cho nhà sản xuất thấy giới hạn của mạng và nhờ điều đó, mạngFTTH là giải pháp tối ưu được đề xuất cho những khả năng truyền tải băng rộngvới suy hao thấp FTTH đặc biệt hiệu quả với các dịch vụ: Private Hosting Server,VPN, Truyền dữ liệu, Game Online, IPTV, VoD, Video Conferrence, IP Camera…với ưu thế băng thông truyền tải dữ liệu cao, có thể nâng cấp lên băng thông lên tới1Gbps, an toàn dữ liệu, độ ổn định cao, không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện, từtrường

1.1.3.Ưu điểm của FTTH

Kiến trúc mạng FTTH sử dụng được xem xét với nhiều ưu điểm như số lượng các

bộ thu phát quang, thiết bị đầu cuối của tổng đài CO (Central Office) và sợi quangkhá thấp FTTH là mạng quang điểm đa điểm với các linh kiện quang thụ động trênđường dẫn tín hiệu từ nguồn đến thuê bao như là sợi quang, bộ nối và bộ chiaquang

Dưới góc độ của nhà phân phối thì FTTH mở ra một thị trường và những cơ hộimới về dịch vụ truyền thoại , dữ liệu tốc độ cao cùng các dịch vụ truyền hình,multimedia tương tác khác So sánh với mạng ADSL (Asymmetric DigitalSubscriber Line) hiện nay, tốc độ upload của FTTH vượt qua ngưỡng của chuẩnADSL2+ (1Mbps) hiện tại và có thể ngang bằng với tốc độ download Vì vậy thíchhợp với việc truyền tải dữ liệu theo chiều từ trong mạng khách hàng ra ngoàiinternet Độ ổn định và tuổi thọ cao hơn dịch vụ ADSL do không bị ảnh hưởng bởinhiễu điện, từ trường; khả năng nâng cấp tốc độ (download/upload) dễ dàng Ngoàicác ứng dụng như ADSL có thể cung cấp Triple Play Services (dữ liệu, truyền hình,thoại), với ưu thế băng thông vượt trội, FTTH sẵn sàng cho các ứng dụng đòi hỏi

băng thông cao, đặc biệt là truyền hình độ phân giải cao yêu cầu băng thông lên đếnvài chục Mbps, trong khi ADSL không đáp ứng được Ngày nay, các kênh truyềnhình số được nén tới tốc độ từ 1.5 – 6Mbit/s và tiến tới công nghệ truyền hình sốHDTV với tốc độ truyền tải 20Mbit/s Mạng FTTH có thể cung cấp cho người dùngđồng thời từ 5-10 kênh truyền hình HDTV với các dịch vụ khác Vì thế , với sựphát triển của truyền hình số thì FTTH là yêu cầu không thể thiếu cho các nhà cungcấp dịch vụ truyền hình Hơn nữa, độ ổn định của mạng FTTH ngang bằng nhưdịch vụ internet kênh thuê riêng Leased-line nhưng chi phí thuê bao hàng thángthấp hơn vài chục lần Đây sẽ là 1 gói dịch vụ thích hợp cho nhóm các khách hàngcó nhu cầu sử dụng cao hơn ADSL và kinh tế hơn leased-line.

Bên cạnh đó, mặt mạnh của mạng FTTH so với các mạng khác chính là FTTH cógiá thành bảo dưỡng và duy trì mạng thấp nhất Thông thường, các công ty viễnthông cần tiêu hao một chi phí lớn cho bảo trì và thay thế những cáp đồng cũ vàxuống cấp do sự phá hủy của môi trường hằng năm Trong khi đó, việc sử dụng sợiquang trong mạng FTTH đã giảm thiểu chi phí bảo trì hệ thống do sợi quang không

bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi môi trường, thời tiết như cáp đồng

Chính bởi những lý do trên , FTTH là một bước tiến vững chắc cho công nghệInternet băng rộng đang được triển khai tại một số nước trên thế giới như Mỹ, NhậtBản, Hàn Quốc,… và bắt đầu được xây dựng tại Việt Nam

1.2 Mạng FTTH

1.2.1 Bước sóng sử dụng trong mạng FTTH

Tổn hao truyền sóng trên sợi quang gây ảnh hưởng lớn tới dự trữ công suất,khoảng cách vật lý, tỉ số chia trong mạng Trong sợi quang, tồn tại rất nhiều nguyênnhân gây ra suy hao tín hiệu nhưng chủ yếu bởi 4 nguyên nhân chính : suy hao dohấp thụ vật liệu, suy hao do tán xạ, suy hao do uốn cong và suy hao do ghép và chiasợi quang

Tổng hợp các loại suy hao trong sợi và biểu diễn một tương quan theo bước sóngngười ta nhận được phổ suy hao của sợi quang Mỗi loại sợi có đặc tính suy haoriêng Một đặc tuyến điển hình của loại sợi đơn mode như hình 1.5

Nhìn vào hình 1.5 ta thấy có ba vùng bước sóng suy hao thấp nhất, còn gọi là bacửa sổ thông tin.

* Cửa sổ thứ nhất: Ở bước sóng 850nm Trong vùng bước sóng từ 0.8μm tới

1μm, suy hao chủ yếu do tán xạ trong đó có một phần ảnh hưởng của suy hao hấpthụ Suy hao trung bình trong cửa sổ này ở mức từ (2-3)dB/Km

* Cửa sổ thứ hai : Ở bước sóng 1300nm Ở bước sóng này độ tán sắc rất thấp,

suy hao chính do tiêu hao tán xạ Rayleigh Suy hao tương đối thấp khoảng từ(0,4÷0,5) dB/Km và tán sắc nên được dùng rộng rãi hiện nay

* Cửa sổ thứ ba : Ở bước sóng 1550nm Suy hao thấp nhất cho đến nay

khoảng 0,3 dB/Km, với sợi quang bình thường độ tán sắc ở bước sóng 1550nm lớn

so với bước sóng 1300nm Tuy nhiên với một số loại sợi quang có dạng phân bốchiết suất đặc biệt có thể giảm độ tán sắc ở bước sóng 1550nm như các sợi quang

DC, MC và sợi quang bù tán sắc Lúc đó việc sử dụng cửa sổ thứ ba sẽ có nhiềuthuận lợi : suy hao thấp và tán sắc nhỏ

Hình 1.5-Đặc tuyến suy hao trong sợi quang

Hình 1.5 ở trên chỉ ra phổ suy hao trong sợi quang silicat Thông thường, tổn haolớn nhất trên sợi quang ở bước sóng 1,38 µm gây ra bởi hấp thụ của tạp chất trongion OH- do quá trình sản xuất cáp quang Thông qua các tính chất suy hao của sợi

quang, mạng FTTH được triển khai dựa trên 3 vùng bước sóng chính là 1310nm,1490nm và 1550nm Vùng bước sóng 1310nm để truyền dữ liệu tuyến lên, vùngbước sóng 1490nm được dùng cho tuyến truyền dẫn quang tuyến xuống còn vùngbước sóng 1550nm được sử dụng cho việc truyền tín hiệu tương tự trên cáp truyềnhình CATV

1.2.2 Mạng quang tích cực AON và mạng quang thụ động PON

Như đã nói ở phần trên, FTTH được xem như là một giải pháp hoàn hảo thay thếmạng cáp đồng hiện tại nhằm cung cấp các dịch vụ “triple play” (bao gồm thoại,hình ảnh, truy nhập dữ liệu tốc độ cao) và các các ứng dụng đòi hỏi nhiều băngthông (như là truy cập Internet băng rộng, chơi game trực tuyến và phân tán cácđoạn video) Tuy nhiên nhược điểm chính của FTTH đó là chi phí cho các linhkiện và cáp quang tương đối cao dẫn tới giá thành lắp đặt những đường quang nhưvậy là rất lớn Có nhiều giải pháp để khắc phục nhược điểm này và một trongsố đó là triển khai FTTH trên nền mạng quang thụ động PON (PassiveOptical Network).Hầu hết trong các mạng quang hiện nay, mỗi đường cáp quang từnhà cung cấp sẽ được chia sẻ cho một số người sử dụng Khi các đường cáp quangnày được kéo tới phía người sử dụng, cần có 1 bộ chia quang để tách tín hiệu tớicác sợi quang riêng biệt tới từng người sử dụng khác nhau Bởi vậy, đã xuất hiện 2kiến trúc điển hình trong việc chia đường cáp quang là mạng quang tích cực AON(Active Optical Network) và mạng quang thụ động PON Để có cái nhìn rõ rệt hơn

về FTTH, ta sẽ tìm hiểu sơ lược 2 kiến trúc này

1.2.2.1 AON

Mạng quang tích cực sử dụng một số thiết bị quang tích cực để phân chia tín hiệu

là : switch, router và multiplexer Mỗi tín hiệu đi ra từ phía nhà cung cấp chỉ đượcđưa trực tiếp tới khách hàng yêu cầu nó Do đó, để tránh xung đột tín hiệu ở đoạnphân chia từ nhà cung cấp tới người dùng, cần phải sử dụng một thiết bị điện cótính chất “đệm” cho quá trình này Từ năm 2007, một loại mạng cáp quang phổbiến đã nảy sinh là Ethernet tích cực (Active Ethernet) Đó chính là bước đi đầu tiêncho sự phát triển của chuẩn 802.3ah nằm trong hệ thống chuẩn 802.3 được gọi làEthernet in First Mile (EFM) Mạng Ethernet tích cực này sử dụng chuyển mạch

Ethernet quang để phân phối tín hiệu cho người sử dụng; nhờ đó, cả phía nhà cungcấp và khách hàng đã tham gia vào một kiến trúc mạng chuyển mạch Ethernettương tự như mạng máy tính Ethernet sử dụng trong các trường học Tuy nhiên, 2mạng này cũng có sự khác biệt đó là Ethernet trong trường học mục đích chủ yếu làliên kết giữa máy tính và máy in còn mạng chuyển mạch Ethernet tích cực này đểdùng cho kết nối từ phía nhà cung cấp tới khách hàng Mỗi một khối chuyển mạchtrong mạng Ethernet tích cực có thể điều khiển lên tới 1000 khách hàng nhưngthông thường trong thực tế, 1 chuyển mạch chỉ sử dụng cho từ 400 đến 500 kháchhàng.Các thiết bị chuyển mạch này thực hiện chuyển mạch và định tuyến dựa vàolớp 2 và lớp 3 Chuẩn 802.3ah cũng cho phép nhà cung cấp dịch vụ cung cấp đườngtruyền 100Mbps song công tới khách hàng và tiến tới cung cấp đường truyền1Gbps song công Hình 1.6 dưới đây là kiến trúc đơn giản của mạng AON.

Hình 1.6-Mạng Active Ethernet (trên ) và mạng AON (dưới)

Một nhược điểm rất lớn của mạng quang tích cực chính là ở thiết bị chuyển mạch.Với công nghệ hiện tại, thiết bị chuyển mạch bắt buộc phải chuyển tín hiệu quangthành tín hiệu điện để phân tích thông tin rồi tiếp tục chuyển ngược lại để truyền đi.Điều này sẽ làm giảm tốc độ truyền dẫn tối đa có thể trong hệ thống FTTH Ngoài

ra do đây là những chuyển mạch có tốc độ cao nên các thiết bị này rất đắt, khôngphù hợp với việc triển khai đại trà cho mạng truy cập.

1.2.2.2 Mạng PON

Các mạng viễn thông ngày nay đều dựa trên các thiết bị chủ động, tại thiết bịtổng đài của nhà cung cấp dịch vụ lẫn thiết bị đầu cuối của khách hàng cũng nhưcác trạm lặp, các thiết bị chuyển tiếp và một số các thiết bị khác trên đườngtruyền Các thiết bị chủ động là các thiết bị này cần phải cung cấp nguồn cho mộtsố thành phần, thường là bộ xử lý, các chíp nhớ… Với mạng PON, tất cả cácthành phần chủ động giữa tổng đài CO và người sử dụng sẽ không còn tồn tại màthay vào đó là các thiết bị quang thụ động, điều khiển lưu lượng trên mạng dựatrên việc phân tách năng lượng của các bước sóng quang học tới các điểm đầucuối trên đường truyền Việc thay thế các thiết bị chủ động sẽ tiết kiệm chi phícho các nhà cung cấp dịch vụ vì họ không còn cần đến năng lượng và các thiết bịchủ động trên đường truyền nữa Các bộ ghép / tách thụ động chỉ làm các côngviệc đơn thuần như cho đi qua hoặc ngăn chặn ánh sáng… Vì thế, không cầnnăng lượng hay các động tác xử lý tín hiệu nào và từ đó, gần như kéo dài vô hạnkhoảng thời gian trung bình giữa các lần lỗi truy cập MTBF (Mean TimeBetween Failure), giảm chi phí bảo trì tổng thể cho các nhà cung cấp dịch vụ.Mạng quang thụ động (PON) được xây dựng nhằm giảm số lượng các thiết bịthu, phát và sợi quang trong mạng thông tin quang FTTH PON là một mạngđiểm tới đa điểm, một kiến trúc PON bao gồm một thiết bị đầu cuối kênhquang được đặt tại trạm trung tâm của nhà khai thác dịch vụ và các bộ kết cuốimạng cáp quang ONU/ONT (Optical Network Unit/Optical NetworkTerminal) đặt tại gần hoặc tại nhà thuê bao Giữa chúng là hệ thống phânphối mạng quan ODN (Optical Distribution Network) bao gồm cáp quang, cácthiết bị tách ghép thụ động Kiến trúc của PON được mô tả như trong Hình 1.7

Hình 1.7–Mạng PON

Trong hệ thống PON, kết nối mạng quang ONT có khả năng hỗ trợ kết nối dịchvụ điện thoại truyền thống qua giao diện POTS (Plain Old Telephone Service) vàcác giao tiếp truyền dữ liệu tốc độ cao như Ethernet và DSL Đầu cuối đường dâyquang OLT bao gồm các khối giao tiếp PON, một kết cấu chuyển mạch dữ liệu vàcác phần tử điều khiển NE (Network Element).Thiết bị OLT (thiết bị kết cuối kênhquang) được đặt ở phía nhà cung cấp dịch vụ, còn các thiết bị ONT (thiết bị kếtcuối mạng quang) được đặt phía nguời sử dụng Thiết bị OLT cung cấp nhiều kênhquang, mỗi kênh quang đuợc truyền trên một tuyến cáp quang trên đó có bộ chia.Nhiệm vụ của bộ chia là thu và nhận các tín hiệu quang đuợc nhận và phát bởiOLT

Cáp sợi quang truyền từ OLT sẽ trải dài và kết nỗi tới mỗi ONT Các bước sóngtruyền 1490 nm (hoặc 1550 nm tùy theo lựa chọn) đuợc dùng cho băng thông chiềuxuống từ OLT, trong đó các bước sóng 1310 nm sẽ đuợc truyền theo huớng lên bởimỗi thiết bị ONT Hệ thống cung cấp địa chỉ, cung cấp băng thông một cách tựđộng tự động cũng như việc mã hóa được sử dung để truy trì và phân tách lưulựợng giữa OLT và ONT

Tại hướng xuống, OLT phát quảng bá dữ liệu tới tất cả các ONU Tín hiệu hướngxuống bao gồm dữ liệu cho các ONT, từ đầu Khai thác Quản lý và Bảo

dưỡng OAM (Operation Administration and Maintenance) và các tín hiệu đồng

bộ cho các ONT gửi dữ liệu hướng lên Dựa vào các thông tin về khe thờigian (kênh), địa chỉ gói/tế bào, bước sóng, mã CDMA mà các ONT tách dữliệu tương ứng với thuê bao của khách hàng

Trong hướng lên, mỗi một ONU cần có giao thức điều khiển truy nhậpmôi trường MAC (Medium Access Control) để chia sẻ PON Giao thức MACthường được sử dụng trong PON là đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA,khi đó mỗi ONT được cấp một khe thời gian (kênh) để gửi dữ liệu của mình tớiOLT Ngoài ra trong hướng lên cần phải có khoảng thời gian bảo vệ giữa các nhómgói dữ liệu của các ONT, khoảng thời gian này phải đảm bảo sao cho tại bộ thuOLT dữ liệu không bị trùm phủ lên nhau

Thông thường các hệ thống TDMA-PON gán trước một tỷ lệ phân chiacố định băng thông hướng lên cho các ONT mà không quan tâm có bao nhiêu dữliệu được gửi đi Một giải pháp để phân bổ băng thông cho các ONT là sử dụnggiao thức phân bổ băng thông động DBA (Dynamic Bandwidth Allocation) DBA

là giao thức cho phép các ONT gửi yêu cầu về băng thông tới OLT nhằm sử dụnghiệu quả băng thông hướng lên Các thông tin yêu cầu có thể là các mức đầy hàngđợi đầu vào cho các lớp dịch vụ khác nhau OLT đánh giá các yêu cầu từ các ONT

và gán băng thông cho gửi dữ liệu hướng lên ở lần kế tiếp theo OLT cũng có thểtích hợp chức năng thỏa thuận mức dịch vụ SLA (Service Level Agreement) để kếthợp với DBA trong việc phân bổ băng thông

Thông thường các hệ thống PON truyền dữ liệu cả hướng xuống và hướng lêntrong cùng một sợi quang Trên mỗi sợi mặc dù các bộ nối định hướng cho phép sửdụng cùng một bước sóng cho cả 2 hướng, tuy nhiên đối với các hệ thống truyền tảitốc độ cao để đảm bảo chất lượng thì thông thường mỗi hướng sử dụng một bướcsóng riêng Trong các mạng PON các bước sóng được sử dụng là 1490nm hoặc1550nm cho hướng xuống và 1310nm cho tín hiệu đường lên

Ưu điểm của PON là nó sử dụng các bộ tách/ghép quang thụ động, có giá thành rẻ

và có thể đặt ở bất kì đâu, không phụ thuộc vào các điều kiện môi trường, khôngcần phải cung cấp năng lượng cho các thiết bị giữa phòng máy trung tâm và phíangười dùng Ngoài ra, ưu điểm này còn giúp các nhà khai thác giảm được chi phí

bảo dưỡng, vận hành Nhờ đó mà kiến trúc PON cho phép giảm chi phí cáp sợiquang và giảm chi phí cho thiết bị tại nhà cung cấp do nó cho phép nhiều ngườidùng (thường là 32) chia sẻ chung một sợi quang.

1.2.3.Các chuẩn trong mạng PON

Các chuẩn mạng PON có thể chia thành 2 nhóm: nhóm 1 bao gồm các chuẩn theophương thức truy nhập TDMA-PON như là B-PON (Broadband PON), E-PON(Ethernet PON), G-PON (Gigabit PON) (đặc tính các của chuẩn TDMA-PON được

so sánh trong Bảng 1.1); nhóm 2 bao gồm chuẩn theo các phương thức truynhập khác như WDM-PON (Wavelength Division Multiplexing PON) và CDMA-PON (Code Division Multiple Access PON)

1.2.3.1.B-PON

Mạng quang thụ động băng rộng B-PON được chuẩn hóa trong chuỗi các khuyếnnghị G.938 của ITU-T Các khuyến nghị này đưa ra các tiêu chuẩn về các khối chứcnăng ONT và OLT, khuôn dạng và tốc độ khung của luồng dữ liệu hướng lên vàhướng xuống, giao thức truy nhập hướng lên TDMA, các giao tiếp vật lý, các giaotiếp quản lý và điều khiển ONT và DBA

Trong mạng B-PON, dữ liệu được đóng khung theo cấu trúc của các tế bàoATM Một khung hướng xuống có tốc độ 155Mbit/s (56 tế bào ATM cókhích thước 53byte), hoặc 622 Mbit/s (4*56 tế bào ATM) và một tế bàoquản lý vận hành bảo dưỡng lớp vật lý OAM (PLOAM – Physical LayerOAM) được chèn vào cứ mỗi 28 tế bào trong kênh PLOAM có một bít đểnhận dạng các tế bào PLOAM Ngoài ra các tế bào PLOAM có khả năng lập trìnhđược và chứa thông tin như là băng thông hướng lên và các bản tin OAM

Căn cứ vào các thông tin về mã số nhận dạng kênh ảo và nhận dạng đường ảo(VPI/VCI) trong cấu trúc ATM, các ONT nhận biết và tách dữ liệu đường xuốngcủa mình

Cấu trúc khung hướng lên bao gồm 56 tế bào ATM (53 byte) Mỗi một kênh(time slot) gồm có một tế bào ATM/PLOAM và 24 bít từ mào đầu Từ mào đầumang thông tin về khoảng thời gian bảo vệ (guard time), mào đầu cho phép đồng bộ

và khôi phục tín hiệu tại OLT, và thông tin nhận dạng điểm kết thúc của từ mào

đầu Chiều dài của từ mào đầu và các thông tin chứa trong đó được lập trình bởiOLT Các ONT thực hiện gửi các tế bào PLOAM khi chúng nhận đượcyêu cầu từ OLT.

B-PON sử dụng giao thức DBA để cho phép OLT nhận biết lượng băng thôngcần thiết cấp cho các ONT OLT có thể giảm hoặc tăng băng thông cho các ONTdựa vào gửi các tế báo ATM rỗi hoặc làm đầy tất cả hướng lên bởi dữ liệu củaONT OLT dừng định kỳ việc truyền hướng lên do vậy nó có khả năng mời bất kỳONT mới nào tham gia vào hoạt động hệ thống Các ONT mới phát một bản tinphúc hồi trong cửa sổ này với thời gian trễ ngẫu nhiên để tránh xung đột khi mà cónhiều ONT mới muốn tham gia OLT xác định khoảng cách tới mỗi ONT mới bằngviệc gửi tới ONT một bản tin đo cự ly và xác định thời gian bao lâu để thu đượcbản tin phúc hồi Sau đó OLT gửi tới ONT một giá trị trễ, giá trị này được sử dụng

để xác định thời gian bảo vệ ứng với các ONT

1.2.3.2 BPON và Gigabit PON

E-PON là giao thức mạng truy nhập đầy đủ dịch vụ FSAN (Full ServiceAccess Network) TDMA PON thứ nhất được phát triển dựa trên khai thác các ưuđiểm của công nghệ Ethernet ứng dụng trong thông tin quang E-PON được chuẩnhóa bởi IEEE 802.3

Trong E-PON dữ liệu hướng xuống được đóng khung theo khuôn dạng Ethernet.Các khung E- PON có cấu trúc tương tự như các liên kết Gigabit Ethernet điểm tớiđiểm ngoại trừ từ mào đầu và thông tin xác định điểm bắt đầu của khung được thayđổi để mang trường nhận dạng kênh logic LLID (Link logic ID) nhằm xác định duynhất một ONU MAC Trong hướng lên, các ONU phát các khung Ethernet trongcác khe thời gian đã được phân bổ

ONU sử dụng giao thức điều khiển đa điểm MPCPDU (Multipoint ControlProtocol Data Unit) để gửi các bản tin “Report” yêu cầu băng thông, trong khi đóOLT gửi bản tin “Gate” cấp phát băng thông cho các ONU Các bản tin “Gate” baogồm thông tin về thời gian bắt đầu và khoảng thời gian cho phép truyền dữ liệuđối với ONU OLT cũng định kỳ gửi các bản tin “Gate” tới các ONU hỏi xemchúng có yêu cầu băng thông hay không Các ONU cũng có thể gửi “Report” cùng

với dữ liệu được phát trong hướng lên Ngoài ra, giao thức DBA cũng có thể đượcsử dụng trong E-PON để thực hiện cơ chế điều khiển phân bổ băng thông.

Do không có cấu trúc khung thống nhất đối với hướng xuống và hướng lên, dovậy trong cấu trúc của E-PON, các khe thời gian và giao thức xác định cự ly là khác

so với B-PON và G-PON OLT và các ONU duy trì các bộ đếm cục bộ riêng

và tăng thêm 1 sau mỗi 16ns Mỗi một MPCPDU mang theo một thời gianmẫu, mẫu này là giá trị của bộ đệm cục bộ của ONU tương ứng Tốc độ truyền dữliệu E-PON có thể đạt tới 1Gbit/s

Một chuẩn khác cũng cùng họ với E-PON là chuẩn Gbit/s Ethernet PON (IEEE802.3av – Gbit/s PON) Chuẩn này là phát triển của E-PON tại tốc độ 10Gbit/s vàđược ứng dụng chủ yếu trong các mạng quảng bá video số Gbit/s PON cho phépphân phối nhiều dịch vụ đòi hỏi băng thông lớn, độ phân giải cao, đóng gói IP cácluồng dữ liệu video ngay cả khi hệ số chia OLT/ONT là 1:64 hoặc cao hơn Tại thờiđiểm hiện tại, tốc độ chiều xuống của GPON khoảng 2.5 Gbps, và chiều lên là 1.25Gbps Nếu 1 OLT phục vụ duy nhất một thuê bao thì thuê bao đó có thể đuợc khaithác toàn bộ băng thông như trên, tuy nhiên thông thường trong các mạng đã triểnkhai tại một số nuớc trên thế giới, nhà cung cấp thường thiết kế tốc độ cho một thuêbao sử dụng PON vào khoảng 100 Mbps cho chiều xuống và 40 Mbps cho chiềulên Với tốc độ truy nhập như vậy, băng thông đã thỏa mãn cho hầu hết các ứngdụng cao cấp như HDTV (khoảng 10 Mbps, chiều lên chiều xuống, chiều lên chopeer-to-peer HDTV) Tuy nhiên, GPON cũng có nhược điểm chính là : thiếu tínhhội tụ IP; có một kết nối duy nhất giữa OLT và bộ chia, nếu kết nối này mất toàn bộONT không được cung cấp dịch vụ

G-PON là giao thức FSAN TDMA PON thứ 2 được định nghĩa trong chuỗikhuyến nghị G.984 của ITU-T G-PON được xây dựng trên trải nghiệm của B-PON

và E-PON Mặc dù G-PON hỗ trợ truyền tải tin ATM, nhưng nó cũng đưa vào một

cơ chế thích nghi tải tin mới mà được tối ưu hóa cho truyền tải các khung Ethernetđược gọi là phương thức đóng gói G-PON (GEM – GPON Encapsulation Method).GEM là phương thức dựa trên thủ tục đóng khung chung trong khuyến nghị G.701ngoại trừ việc GEM tối ưu hóa từ mào đầu để phục vụ cho ứng dụng của PON, chophép sắp xếp các dữ liệu Ethernet vào tải tin GEM và hỗ trợ sắp xếp TDM G-PON

sử dụng cấu trúc khung GTC cho cả hai hướng xuống và hướng lên Khunghướng xuống bắt đầu với một từ mào đầu PLOAM, tiếp sau đó là vùng tải tin GEMvà/hoặc các tế bào ATM PLOAM gồm có thông tin cấu trúc khung và sắp đặt băngthông cho ONT gửi dữ liệu trong khung hướng lên tiếp theo Khung hướng lên baogồm các nhóm khung gửi từ các ONT Mỗi một nhóm được bắt đầu với từ mào đầulớp vật lý mà có chức năng tương tự trong B-PON, nhưng cũng bao hàm tổng hợpcác yêu cầu băng thông của các ONT Ngoài ra, các trước PLOAM và các yêu cầubăng thông chi tiết hơn được gửi đi kèm với các nhóm hướng lên khi có yêu cầu từ

OLT OLT gán các thời gian cho việc gửi dữ liệu hướng lên từ cho mỗi ONT

Tổ chức chuẩn hóa FSAN và ITU-T SG15

(G.983 series)

FSANvà ITU-T SG15 (G.984 series) IEEE 802.3 (802.3ah)Tốc độ dữ liệu

155.52 Mbit/s hướng lên 155.52 hoặc 622.08 Mbit/s hướng xuống

Lên tới 2.488 Gbit/s cả 2 hướng 1 Gbit/s cả 2 hướng

Mã đường truyền Scrambled NRZ Scrambled NRZ 8B/10B

Số lượng sợi quang 1 hoặc 2 1 hoặc 2 1

Bước sóng

1310nm cả 2 hướng hoặc 1490nm xuống &

1310nm lên

1310nm cả 2 hướng hoặc 1490nm xuống &

1310nm lên

1490nm xuống & 1310nm lên

Cự ly tối đa OLT-ONU 20 km (10 – 20) km (10 – 20) km

Chuyển mạch bảo vệ Có hỗ trợ Có hỗ trợ Không hỗ trợ

Khuôn dạng dữ liệu ATM GEM và/hoặc ATM

Không (sử dụng trực tiếp các khung Ethernet)

Hỗ trợ TDM Qua ATM Trực tiếp (qua GEM hoặcATM) hoặc CES CES

Hỗ trợ thoại Qua ATM Qua TDM hoặc VoIP VoIP

Sửa lỗi hướng tới trước

FEC (Forward Error

Correction)

Mã hóa bảo mật AES – 128 AES - 128, 192, 256 Không

OAM PLOAM và ATM GTC và ATM/GEMOAM 802.3ah EthernetOAM

Bảng 1.1-So sánh các chuẩn công nghệ TDMA PON [5]

1.2.3.3.WDM-PON

WDM-PON là mạng quang thụ động sử dụng phương thức đa ghép kênh phânchia theo bước sóng thay vì theo thời gian như trong phương thức TDMA OLT sử

dụng một bước sóng riêng rẽ để thông tin với mỗi ONT theo dạng điểm-điểm Mỗimột ONU có một bộ lọc quang để lựa chọn bước sóng tương thích với nó, OLTcũng có một bộ lọc cho mỗi ONU.

Nhiều phương thức khác đã được tìm hiểu để tạo ra các bước sóng ONU như là:

- Sử dụng các khối quang có thể lắp đặt tại chỗ lựa chọn các bước sóng ONU

- Dùng các laser điều chỉnh được

Hình 1.8-Cấu trúc của WDM-PON

Ưu điểm chính của WDM-PON là nó khả năng cung cấp các dịch vụ dữ liệu theocác cấu trúc khác nhau (DS1/E1/DS3, 10/100/1000 Base Ethernet…) tùy theoyêu cầu về băng thông của khách hàng Tuy nhiên, nhược điểm chính của

WDM-PON là chi phí khá lớn cho các linh kiện quang để sản xuất bộ lọc ở nhữngbước sóng khác nhau WDM-PON cũng được triển khai kết hợp với các giao thứcTDMA PON để cải thiện băng thông truyền tin

1.2.3.4.CDMA-PON

Công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã CDMA cũng có thể triển khai trongcác ứng dụng PON Cũng giống như WDM-PON, CMDA-PON cho phép mỗi ONUsử dụng khuôn dạng và tốc độ dữ liệu khác nhau tương ứng với các nhu cầu củakhách hàng CDMA-PON cũng có thể kết hợp với WDM để tăng dung lượng băngthông

CDMA-PON truyền tải các tín hiệu khách hàng với nhiều phổ tần truyền dẫn trảitrên cùng một kênh thông tin Các ký hiệu từ các tín hiệu khác nhau được mã hóa

và nhận dạng thông qua bộ giải mã Phần lớn công nghệ ứng dụng trong PON tuân theo phương thức trải phổ chuỗi trực tiếp Trong phương thức này mỗi

CDMA-ký hiệu 0, 1 (tương ứng với mỗi tín hiệu) được mã hóa thành chuỗi CDMA-ký tự dài hơn vàcó tốc độ cao hơn

Mỗi ONU sử dụng trị số chuỗi khác nhau cho kí tự của nó Để khôi phục lại dữliệu, OLT chia nhỏ tín hiệu quang thu được sau đó gửi tới các bộ lọc nhiễu xạ đểtách lấy tín hiệu của mỗi OUN

Ưu điểm chính của CDMA-PON là cho phép truyền tải lưu lượng cao và có tínhnăng bảo mật nổi trội so các chuẩn PON khác Tuy nhiên, một trở ngại lớntrong CDMA-PON là các bộ khuếch đại quang đòi hỏi phải được thiết kế sao chođảm bảo tương ứng với tỷ số tín hiệu/tạp âm Với hệ thống CDMA-PON không có

bộ khuếch đại quang thì tùy thuộc vào tổn hao bổ sung trong các bộ chia, bộ xoayvòng, các bộ lọc mà hệ số tỷ chia ONU/OLT chỉ là 1:2 hoặc 1:8 Trong khi đó với

bộ khuyếch đại quang hệ số này có thể đạt 1:32 hoặc cao hơn Bên cạnh đó các bộthu tín hiệu trong CDMA-PON là khá phức tạp và giá thành tương đối cao Chính

vì những nhược điểm này nên hiện tại CDMA-PON chưa được phát triển rộng rãi

Tổng kết:

Công nghệ PON ra đời mở ra một tiềm năng lớn cho triển khai các dịch vụ băngrộng và thay thế dần các hệ thống mạng truy nhập cáp đồng băng thông hẹp và chất

c)b)

O2O2

O3

lượng thấp Các mạng PON sử dụng hệ thống thông tin quang có băng thông rộng

tỷ lệ lỗi bít thấp (BER: 10-10÷ 10-12) Tuy nhiên, nó cũng có nhược điểm là giá thànhxây dựng tương đối cao và không triển khai được tại những địa hình phức tạp Cónhiều chuẩn PON khác nhau, do vậy trong thực tế tùy vào yêu cầu thực tế mà mộtnhà khai thác cần lựa chọn giải pháp cho phù hợp

1.2.4 Bộ tách/ghép quang và topo trong mạng PON

1.2.4.1.Bộ tách/ghép quang

Một mạng quang thụ động sử dụng một thiết bị thụ động để tách một tín hiệuquang từ một sợi quang sang một vài sợi quang và ngược lại Thiết bị này làCoupler quang Để đơn giản, một Coupler quang gồm hai sợi nối với nhau Tỷ sốtách của bộ tách có thể được điều khiển bằng chiều dài của tầng nối và vì thế nó làhằng số

Hình 1.9-Cấu hình cơ bản bộ ghép/tách quang

Hình 1.9a có chức năng tách tia vào thành 2 tia ở đầu ra, đây là Coupler Y.Hình1.9b là Coupler ghép các tín hiệu quang tại hai đầu vào thành một tín hiệu tại đầu

ra Hình 1.9c vừa ghép vừa tách quang và gọi là Coupler X hoặc Coupler phânhướng 2x2 Coupler có nhiều hơn hai cổng vào và nhiều hơn hai cổng ra gọi làCoupler hình sao Coupler NxN được tạo ra từ nhiều Couper 2x2

Hình 1.10-Coupler hình sao và phương pháp tạo 1x8 coupler từ Y coupler

Coupler được đặc trưng bởi các thông số sau:

• Tổn hoa tách (split loss): Mức năng lượng ở đầu ra của Coupler sovới năng lượng đầu vào (db) Đối với Coupler 2x2 lý tưởng, giá trị này là 3dB.Hình 1.10 minh hoạ hai mô hình 8x8 Coupler dựa trên 2x2 Coupler Trong mô hình

4 ngăn (hình a), chỉ 1/6 năng lượng đầu vào được chia ở mỗi đầu ra Hình (b) đưa ra

mô hình hiệu quả hơn gọi là mạng liên kết mạng đa ngăn Trong mô hình này mỗiđầu ra nhận được 1/8 năng lượng đầu vào

• Tổn hao chèn (insert loss): Năng lượng tổn hao do sự chưa hoàn hảocủa quá trình xử lý Giá trị này nằm trong khoảng 0,1dB đến 1dB

• Hệ số định hướng (Directivity): Lượng năng lượng đầu vào bị rò rỉ

từ một cổng đầu vào đến các cổng đầu vào khác Coupler là thiết bị định hướng caovới thông số định hướng trong khoảng 40-50dB

Thông thường, các Coupler được chế tạo chỉ có một cổng vào hoặc một bộkết hợp (Combiner) Đôi khi các Coupler 2x2 được chế tạo có tính không đối xứngcao ( với tỷ số tách là 5/95 hoặc 10/90) Các Coupler loại này được sử dụng để táchmột phần năng lượng tín hiệu, ví dụ với mục đích định lượng Các thiết bị như thếnày được gọi là “tap coupler” Bộ tách/ghép quang được sử dụng rộng rãi trongmạng PON để xây dựng thành 4 topo cơ bản nhất về mạng là : hình cây , vòng , bus

và hình cây & đường tải dự phòng

1.2.4.2.Topo hình cây

Thông thường trong các mạng đều được xây dựng theo topo hình cây trong đó chỉsử dụng 1 đường cáp quang nối trực tiếp từ OLT tới bộ chia Từ bộ chia, sẽ có mộtđường cáp quang kết nối từ mỗi ONU tới mạng Về nguyên tắc, các mạng đều sửdụng topo hình cây với kiến trúc bộ chia ghép tầng và trong thực tế, trong một sốmạng chỉ có 1 bộ chia thường được gọi là topo hình sao

Ưu điểm đầu tiên của kiến trúc mạng này là bộ chia được tập trung tại một điểmnên dễ dàng xác định được những sự cố của mạng Ưu điểm thứ hai chính là tất cảcác ONU trong cùng mạng sẽ có chung dự trữ công suất hay nói cách khác là chấtlượng tín hiệu tại các ONU sẽ gần tương tự như nhau Kiến trúc này cho phép cácONU được sử dụng chung OLT về cả khả năng xử lý và truyền tải một cách côngbằng đồng thời giúp nhà sản xuất hạ giá thành các thiết bị mạng Hơn nữa, kết nốiđiểm – đa điểm của mạng PON cũng giảm trạng thái tắc nghẽn ở phía OLT so vớikết nối điểm - điểm thông thường Tuy nhiên, số lượng ONU trong mạng theo toponày cũng bị giới hạn bởi suy hao của các bộ ghép hình sao và nhu cầu băng thôngcủa người sử dụng Bởi vì dung lượng của người sử dụng phải phù hợp với khảnăng cung cấp của đường truyền sau bộ chia nên đó cũng là một lý do hạn chế sốlượng người sử dụng

Topo hình sao với 1 bộ chia là kiểu topo thường gặp trong thực tế bởi khả năng cóthể chuyển đổi dễ dàng và hiệu quả từ công nghệ băng hẹp (2Mbps cho mỗi khách

hàng) lên tới mạng quang băng rộng (1Gbps cho mỗi khách hàng) Khi số kháchhàng yêu cầu dịch vụ tăng lên, mạng PON với topo hình sao sẽ được chia nhanhchóng thành các mạng nhỏ hơn bằng cách thêm bộ chia và OLT trong mạng Vìvậy, topo dạng này rất dễ dàng triển khai mở rộng mạng cho nhà cung cấp Thôngthường, PON hình sao thường sử dụng các bộ ghép/chia quang thụ động hình sao

mở rộng ( passive optical broadcast star coupler) do khả năng cung cấp số lượngcổng vào hoặc ra một cách linh hoạt của bộ chia này Nhà cung cấp có thể dễ dàngphân phối một số lượng cổng phát hữu hạn cho số cổng ra thay đổi (và ngược lại)hoặc có thể phân phối một số lượng cổng phát và thu thay đổi nếu sử dụng thêm kỹthuật WDM (cách này thường có giá thành cao trong thực tế) với bộ chia này Nhược điểm của topo hình cây là chỉ có thể sử dụng cho kỹ thuật đa truy nhậpTDMA trong đó các khe thời gian truyền nhận giữa OLT và các ONU được chỉđịnh cho mỗi đường kết nối riêng biệt từ mỗi ONU tới mạng để tránh xảy ra xungđột dữ liệu giữa các ONU khi phát lên OLT thông qua bộ chia Thông thường,trong mạng kiểu này việc chỉ định khe thời gian sẽ được cấp phát động cho mỗiONU khi liên kết vào mạng Một điểm yếu khác của topo hình sao là độ tin cậy củamạng không cao, mỗi khi tổng đài phía nhà cung cấp CO gặp sự cố sẽ gây sự cốcho toàn mạng Ngoài ra cần phải kể đến những sự cố khác trong mạng như lỗi tại

bộ khuếch đại, tại bộ truyền nhận, … tại node trong mạng cũng ảnh hưởng tới chấtlượng của toàn mạng Một lý do dễ dàng nhận thấy nữa là do hạn chế tại các kết nốisau bộ chia làm cho khách hàng luôn luôn bị hạn chế tốc độ bởi 1 giá trị hằng địnhdẫn đến làm giảm tính tận dụng của mạng trong việc phân phối băng thông chongười dùng

Hình 1.11–Topo hình cây

1.2.4.3.Topo dạng bus

Topo dạng bus cũng sử dụng 1 cáp quang từ OLT tới khách hàng nên cũng gặpphải những vấn đề tương tự như topo hình cây ở trên Mỗi người sử dụng được kếtnối vào mạng thông qua một bộ ghép dây nhánh (tap coupler) và bộ ghép này sẽđưa một phần công suất tín hiệu phát từ OLT đi tới người sử dụng Ưu điểm củaphương pháp này là khả năng tối thiểu hóa số cáp quang cần được sử dụng (nếuONU được kết nối trực tiếp tới bộ ghép) và mở rộng mạng một cách linh hoạt, dễdàng (khi có thêm ONU mới tham gia vào mạng thì chỉ cần dùng thêm bộ ghép đểkết nối trực tiếp vào mạng) Tuy nhiên, topo này cũng có nhược điểm là : tín hiệuquang suy hao dần qua mỗi bộ ghép nên ONU ở xa OLT có thể không thu được tínhiệu do chất lượng tín hiệu quá tồi sau khi đi qua một số lượng nhất định bộ ghépnhánh Đồng thời, với topo này sẽ yêu cầu một đường cáp quang có độ dài rất lớnkhi mở rộng trong mạng 2 chiều

trong mạng vòng cũng không cải thiện được dung lượng của mạng và tất nhiên, sốlượng ONU trong mạng topo dạng vòng cũng không hề lớn hơn trong mạng có topodạng bus và hình cây.

Hình 1.13-Topo dạng vòng

1.2.4.5.Topo hình cây kết hợp topo dạng vòng hoặc đường tải phụ

Topo dạng này được sử dụng như 1 loại topo chuẩn cho mạng hình cây nhưngtrong đó sử dụng 2 cáp quang cho OLT nhằm mục đích tăng sự mềm dẻo trong việckhai thác mạng Trong trường hợp 1 cáp quang bị đứt thì cáp còn lại vẫn có khảnăng hoạt động trong mạng Tuy nhiên, trong quá trình thiết lập mạng này, 2 đườngcáp quang được sử dụng cho 2 đường tải khác nhau nhằm mục đích tránh khả năngxảy ra 2 đường cáp quang bị đứt tại cùng một thời điểm Các bộ ghép quang hìnhsao cũng được sử dụng trong mạng để cung cấp khả năng chuyển mạch một cáchchủ động trong việc lựa chọn đường tải tới OLT cho mỗi ONU tham gia vào mạnghoặc khả năng cung cấp dòng dữ liệu tăng lên gấp đôi khi sử dụng chuyển mạch tạimỗi ONU Như vậy, dung lượng cực đại trên mỗi đường tải trong mạng quang sẽđược giảm một nửa và do đó, không còn giới hạn số ONU được sử dụng trongmạng mà vẫn đảm bảo tốc độ truyền nhận ở mỗi cổng tại mỗi ONU tham gia vàomạng

Hình 1.14–Topo hình cây với đường tải phụ

Trong thực tế, việc kết hợp cả 3 topo cơ bản cho phép nhà cung cấp có thể cungcấp một mạng có khả năng tập trung với mật độ cao nhưng vẫn đảm bảo chất lượngdịch vụ trong các mạng 2 chiều Sự kết hợp giữa topo dạng vòng cổ điển và topohình cây mang lại khả năng phân phối mềm dẻo và tối ưu trong việc thiết kế mạngquang trên từng đoạn như trong hình vẽ 1.15 Một phương pháp tiếp cận khác là sựkết hợp của 2 topo dạng vòng trên mỗi đoạn mạng cung cấp khả năng linh hoạttrong việc phân phối mạng (hình 1.16) Tuy nhiên, phương pháp này sử dụng nhữnggiao thức quản trị mạng phức tạp và nhiều cáp quang trong quá trình thiết lập mạng.Hiện nay, có rất nhiều nghiên cứu trong việc thiết lập và xây dựng mạng này.

Hình 1.15–Topo hình cây kết hợp topo dạng vòng

Hình 1.16–Topo dạng vòng kết hợp

1.2.5 PON MAC layer

Ngoài kiến trúc MAC thông thường trong Ethernet, mạng PON sử dụng một sốgiao thức khác trong việc điều khiển lưu lượng mạng và tránh xung đột

1.2.5.1 Giao thức điều khiển đa điểm MPCP(Multi-Point Control Protocol)

Để hổ trợ việc định vị khe thời gian bởi OLT, giao thức MPCP đang được nhómIEEE 802.3ah phát triển MPCP không xây dựng một cơ chế phân bổ băng tần cụthể, mà thay vào đó, nó là một cơ chế hổ trợ thiết lập các thuật toán phân bổ băngtần khác nhau trong EPON Giao thức này dựa vào hai bản tin Ethernet: Gate vàReport Bản tin Gate được gởi từ OLT đến ONU để ấn định một khe thời giantruyền Bản tin Report được ONU sử dụng để truyền đạt các thông tin về trạng tháihiện tại của nó (như mức chiếm dữ của bộ đệm) đến OLT, giúp OLT có thể phân bổkhe thời gian một cách hợp lý Cả hai bản tin Gate và Report đều là các khung điềukhiển MAC (loại 88-08) và được xử lý bởi lớp con điều khiển MAC

Có hai mô hình hoạt động của MPCP: tự khởi tạo và hoạt động bình thường.Trong mô hình tự khởi tạo được dùng để dò các kết nối ONU mới, nhận biết trễRound-trip và địa chỉ MAC của ONU đó Trong mô hình bình thường được dùng đểphân bổ cơ hội truyền dẫn cho tất cả các ONU được khởi tạo

Từ nhiều ONU có thể yêu cầu khởi tạo cùng một lúc, mô hình khởi tạo tựđộng là một thủ tục dựa vào sự cạnh tranh Ở lớp cao hơn nó làm việc như sau:

1 OLT chỉ định một khe khởi tạo, một khoảng thời gian mà không có ONUkhởi tạo trước nào được phép truyền Chiều dài của khe khởi tạo này phải tối thiểulà: <transmission size> + <maximum round-trip time> - <minimum round-triptime>; với <transmission size> là chiều dài của cửa sổ truyền mà một ONU khôngkhởi tạo có thể dùng

2 OLT gởi một bản tin khởi tạo Gate báo hiệu thời gian bắt đầu của khekhởi tạo và chiều dài của nó Trong khi chuyển tiếp bản tin này từ lớp cao hơn đếnlớp MAC, MPCP sẽ gán nhãn thời gian được lấy theo đồng hồ của nó

3 Chỉ các ONU chưa khởi tạo mới đáp ứng bản tin khởi tạo Gate Tronglúc nhận bản tin khởi tạo Gate, một ONU sẽ thiết lập thời gian đồng hồ của nó theonhãn thời gian đến trong bản tin khởi tạo Gate

4 Khi đồng hồ trong ONU đến thời gian bắt đầu của khe thời gian khởi tạo(cũng được phân phối trong bản tin Gate), ONU sẽ truyền bản tin của chính nó(khởi tạo Report) Bản tin Report sẽ chứa địa chỉ nguồn của ONU và nhãn thời giantượng trưng cho thời gian bên trong của ONU khi bản tin Report được gởi.

5 Khi OLT nhận bản tin Report từ một ONU chưa khởi tạo, nó nhận biếtđịa chỉ MAC của nó và thời gian Round-trip Như được minh họa ở hình 1.17, thờigian Round-trip của một ONU là thời gian sai biệt giữa thời gian bản tin Reportđược nhận ở OLT và nhãn thời gian chứa trong bản tin Report

Hình 1.17-Thời gian Round-trip

Từ nhiều ONU chưa khởi tạo, có thể đáp ứng cùng bản tin khởi tạo Gate, bản tinReport có thể xung đột Trong trường hợp đó, bản tin Report của ONU bị xung đột

sẽ không thiết lập bất kỳ khe nào cho hoạt động bình thường của nó Nếu như ONUkhông nhận được khe thời gian trong khoảng thời gian nào đó, nó sẽ kết luận rằng

sự xung đột đã xãy ra và nó sẽ thử khởi tạo lại sau khi bỏ qua một số bản tin khởitạo Gate ngẫu nhiên Số bản tin bỏ được chọn ngẫu nhiên từ một khoảng thời giangấp đôi sau mỗi lần xung đột

Dưới đây chúng ta mô tả hoạt động bình thường của MPCP:

1 Từ lớp cao hơn (MAC control client), MPCP trong OLT đưa ra yêu cầu

để truyền bản tin Gate đến một ONU cụ thể với các thông tin như sau: thời điểmONU bắt đầu truyền dẫn và thời gian của quá trình truyền dẫn (hình 1.18)

Hình 1.18-Giao thức MPCP-hoạt động của bản tin Gate

2 Trong lớp MPCP (của cả OLT và ONU) duy trì một đồng hồ Trong khitruyền bản tin Gate từ lớp cao hơn đến lớp MAC, MPCP sẽ gán vào bản tin nàynhãn thời gian được lấy theo đồng hồ của nó

3 Trong khi tiếp nhận bản tin Gate có địa chỉ MAC phù hợp (địa chỉ củacác bản tin Gate đều là duy nhất), ONU sẽ ghi lên các thanh ghi trong nó thời gianbắt đầu truyền và khoảng thời gian truyền ONU sẽ cập nhật đồng hồ của nó theothời gian lưu trên nhãn của bản tin Gate nhận được Nếu sự sai biệt đã vượt quángưỡng đã được định trước thì ONU sẽ cho rằng, nó đã mất sự đồng bộ và sẽ tựchuyển vào mode chưa khởi tạo Ở mode này, ONU không được phép truyền Nó sẽchờ đến bản tin Gate khởi tạo tiếp theo để khởi tạo lại

4 Nếu thời gian của bản tin Gate được nhận gần giống với thời gian đượclưu trên nhãn của bản tin Gate, ONU sẽ cập nhật đồng hồ của nó theo nhãn thờigian Khi đồng hồ trong ONU chỉ đến thời điểm bắt đầu của khe thời gian truyềndẫn, ONU sẽ bắt đầu phiên truyền dẫn Quá trình truyền dẫn này có thể chứa nhiều

khung Ethernet ONU sẽ đảm bảo rằng không có khung nào bị truyền gián đoạn.Nếu phần còn lại của khe thời gian không đủ cho khung tiếp theo thì khung này sẽđược để lại cho khe thời gian truyền dẫn tiếp theo và để trống một phần không sửdụng trong khe thời gian hiện tại.

Bản tin Report sẽ được ONU gởi đi trong cửa sổ truyền dẫn gán cho nó cùngvới các khung dữ liệu Các bản tin Report có thể được gởi một cách tự động haytheo yêu cầu của OLT Các bản tin Report được tạo ra ở lớp trên lớp điều khiểnMAC (MAC Control Client) và được gán nhãn thời gian tại lớp điều khiển MAC(Hình 1.19) Thông thường Report sẽ chứa độ dài yêu cầu cho khe thời gian tiếptheo dựa trên độ dài hàng đợi của ONU Khi yêu cầu một khe thời gian, ONU cũngcó tính đến cả các phần mào đầu bản tin, đó là các khung mào đầu 64 bit và khungmào đầu IFG 96 bit được ghép vào trong khung dữ liệu

Hình 1.19-Giao thức MPCP-hoạt động của bản tin Report

Khi bản tin Report đã được gán nhãn thời gian đến OLT, nó sẽ đi qua lớp MAC(lớp này chịu trách nhiệm phân bổ băng tần) Ngoài ra, OLT cũng sẽ tính lại chutrình đi và về với mỗi nguồn ONU như trong hình 1.19 Sẽ có một số chênh lệchnhỏ của RTT mới và RTT được tính từ trước bắt nguồn từ sự thay đổi trong chiếtsuất của sợi quang do nhiệt độ thay đổi Nếu sự chênh lệch này là lớn thì OLT sẽđược cảnh báo ONU đã mất đồng bộ và OLT sẽ không cấp phiên truyền dẫn choONU cho đến khi nó được khởi tạo lại

Hiện nay giao thức MPCP vẫn đang tiếp tục được xây dựng và phát triển bởinhóm 802.3ah của IEEE Đây là nhóm có nhiệm vụ phát triển và đưa ra các giảipháp Ethernet cho các thuê bao của mạng truy nhập.

1.2.5.2 PON với kiến trúc IEEE 802

Kiến trúc IEEE 802 định nghĩa hai phương thức: Share Medium và song công.Trong phuơng thức chia sẽ trung gian (Share Medium), tất cả các trạm được kết nốiđến miền truy nhập đơn, ở đó phần lớn một trạm có thể phát tại một lúc và tất cảcác trạm có thể nhận bất cứ lúc nào Trong phương thức song công, đó là sự kết nốiđiểm-điểm kết nối hai trạm và cả hai trạm có thể phát và nhận đồng thời Dựa vàođịnh nghĩa đó, các cầu không bao giờ chuyển tiếp khung quay trở lại cổng vào củanó Nói khác, nó cho rằng tất cả các trạm được kết nối đến cùng một cổng của cầu

và có thể truyền thông với nhau mà không cần thông qua cầu Phương thức này đãtạo ra khả năng các người dùng được kết nối đến các ONU khác nhau trong cùngmạng PON và có thể truyền thông với nhau mà dữ liệu không cần xử lý ở lớp 3hoặc lớp cao hơn

Point to Point Emulation

Trong mô hình này, OLT phải có N cổng MAC, một cổng cho một ONU( hình1.20) Khi một khung được gửi xuống (từ OLT đến ONU), lớp con PtPE trong OLT

sẽ chèn LinkID kết hợp với cổng MAC cụ thể vào khung dữ liệu Các khung sẽđược chia sẽ cho từng ONU nhưng chỉ một lớp MAC của nó Ở lớp MAC của cácONU còn lại sẽ không nhận được khung này Trong khả năng này, nó sẽ xuất hiệnnếu chỉ khi khung được gửi theo kết nối PtP chỉ cho một ONU

Hình 1.20-Hướng xuống trong PtPE

Ở hướng lên, ONU sẽ chèn LinkID được ấn định của nó vào mào đầu của mỗikhung được chuyển Lớp con PtPE trong OLT sẽ tách khung để nhận biết cổngMAC chính xác dựa vào LinkID duy nhất cho mỗi ONU.(hình 1.21)

Hình 1.21-Hướng lên trong PtPE

Cấu hình PtPE thích hợp với cầu khi mỗi ONU được kết nối đến một cổng độclập của cầu Cầu được đặt trong OLT sẽ chuyển tiếp lưu lượng vào trong ONU giữacác cổng của nó

Hình 1.22-Cầu giữa các ONU trong PtPE Share Medium Emulation

Trong SME, bất kỳ một Node nào (OLT hay ONU) sẽ chuyển khung dữ liệu và sẽđược nhận ở tất cả các Node (OLT và ONU) Trong hướng xuống, OLT sẽ chènmột LinkID quảng bá mà mọi ONU đều chấp nhận (hình 1.23) Để đảm bảo hoạtđộng Share Medium cho hướng lên, lớp con SME trong OLT phải nhản ánh tất cảcác khung trở lại hướng xuống để tất cả các ONU nhận chính khung dữ liệu của nóthì lớp con SME ở ONU chỉ thừa nhận khung nếu LinkID của khung đó khác vớiLinkID của nó

Hình 1.23-Hướng truyền xuống trong SME

Chèn LinkID quảng bá

Chấp nhận tất cả các

khung ngoại trừ

khung của nó