Nghiên cứu và mô phỏng mạng FTTx chuẩn GPON

Vì vậy, nghiên cứu triển khai các giải pháp truy nhập quangFTTx là vấn đề cấp thiết hiện nay nhằm xây dựng hạ tầng mạng truy nhậpđáp ứng yêu cầu băng thông rộng, tốc độ cao của các loại

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay các dịch vụ ứng dụng trên Internet ngày càng phong phú và pháttriển với tốc độ nhanh như các dịch vụ mua bán trực tuyến, ngân hàng, gametrực tuyến, các dịch vụ đào tạo từ xa,… Đặc biệt nhu cầu về các loại dịch vụ tíchhợp thoại, hình ảnh và dữ liệu ngày càng gia tăng Sự phát triển của các loạihình dịch vụ mới đòi hỏi hạ tầng mạng truy cập phải đáp ứng các yêu cầu vềbăng rộng, tốc độ truy cập cao Công nghệ truy nhập cáp đồng xDSL đã đượctriển khai rộng rãi nhưng hạn chế về tốc độ và cự ly không đáp ứng được yêucầu dịch vụ Vì vậy, nghiên cứu triển khai các giải pháp truy nhập quang(FTTx) là vấn đề cấp thiết hiện nay nhằm xây dựng hạ tầng mạng truy nhậpđáp ứng yêu cầu băng thông rộng, tốc độ cao của các loại hình dịch vụ mới

Công nghệ truy nhập quang thụ động GPON đã được ITUT chuẩn hóa,hiện nay là một trong những công nghệ được lựa chọn hàng đầu cho triển khaimạng truy nhập tại nhiều nước trên thế giới GPON là công nghệ hướng tới cungcấp dịch vụ mạng đầy đủ, tích hợp thoại, hình ảnh và số liệu với băng thôngrộng GPON sẽ là công nghệ truy nhập được lựa chọn triển khai hiện tại và tươnglại

Hiện nay, ở nước ta đã có CMC TI và VNPT là hai công ty đang triểnkhai mạng FTTx theo công nghệ GPON Do đó em chọn đề tài tốt nghiệp là

“Nghiên cứu và mô phỏng mạng FTTx” để tìm hiểu về công nghệ này

Nội dung nghiên cứu cụ thể như sau:

− Giới thiệu tổng quan về mạng FTTx

− Giới thiệu và so sánh các phương pháp triển khai mạng FTTx

− Nghiên cứu chuyên sâu về công nghệ quang thụ động chuẩn GPON,các dịch vụ có thể triển khai trên đó

− Mô phỏng các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mạng

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC BẢNG BIỂU

DANH MỤC TRA CỨU TỪ VIẾT TẮT

A

B

C

CDMAPON Code Devision Multiplexing Access PON

FTTH/B/N/E/C Fiber to the Home/Building/Business/Exchange/Curb/

G

GTC GPON Transmission Conversion

H

I

IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers

ITUT International Telecommunication Union- Telecom

L

M

MPCPDU Multipoint Control Protocol Data Unit

N

O

P

W

CHƯƠNG 1: TỔNG QUANG VỀ MẠNG FTTx

1.1 Nguồn gốc ra đời của mạng FTTx

Trong cuộc sống hiện đại như hiện nay thì ngày càng nhiều dịch vụ truy cậpbăng rộng ra đời mà băng thông của các loại hinh dịch vụ đó là rất lớn

Broadcast TV (MPEG2)

2 - 6 MbpsHDTV (MPEG 4) 6 - 12 MbpsHigh speed internet 3 - 10 MbpsVideo Conferencing 300 - 570 KbpsVoice/Video Telephony 64 - 570 Kbps

Bảng 1 1 Yêu cầu băng thông đối với một số loại hình dịch vụ

Tính đến thời điểm tháng 9/2008 số thuê bao băng rộng ở nước ta vượt 1,8triệu thuê bao So với năm 2007 số lượng thuê bao tăng khoảng 50% Dự đoántrong các năm sau tốc dộ tăng trưởng sẽ nhanh hơn nữa bởi nền kinh tế đang pháttriển

Biểu đồ dưới đây cho ta biết về tốc độ tăng trưởng thuê bao tại Việt Namtính từ 2008 đến năm 2012

Hình 1 1: Dự báo tăng trưởng Internet tại Việt Nam (nguồn CMC Telecom)

Qua biểu đồ trên ta có thể thấy thị phần của internet băng rộng sẽ tăng dần

so với thị phần internet chung và sẽ đạt mức tối đa 10% thị phần vào năm 2012.Tốc độ tăng số lượng người dùng internet đang dần đi vào ổn định ở mức 10- 30%

Số lượng người gia tăng do tác động của hội nhập, phát triển và do tác động củacông nghệ với mục tiêu ngày càng tạo điều kiện thuận lợi hơn cho người sử dụngvới tốc độ ngày một cao Trong sự phát triển đó một phần là sự chuyển đổi củangười sử dụng công nghệ dial up cũ sang công nghệ mới (đặc biệt là ADSL) Minhchứng là tốc độ tăng thuê bao quy đổi khá ổn định khoảng 30%/năm nhưng tốc độtăng thuê bao băng rộng suốt mấy năm qua luôn ở mức trên 200%/năm

Năng lực kết nối của các ISP ra quốc tế có tốc độ tăng nhanh qua các năm, ởmức trên 90%/năm, điều đó chứng tỏ nhu cầu về tăng cả chất lượng lẫn số lượngngười sử dụng Internet Mạng Internet đường trục Việt Nam thường được thiết kếvới 3 port Internet đặt tại 3 miền, có hệ thống cáp biển và hệ thống cáp ngầm, chạyring nhằm backup lẫn nhau khi có sự cố và chủ yếu vẫn kết nối với 3 điểm chính làNhật Bản, HongKong, Singapore thông qua chủ yếu hệ thống cáp quang biển Đã

có kết nói trung chuyển qua VNNIC và peering với nhau giữa các ISP nhằm tậndụng đường truyền và lưu lượng trong nước

Rõ rang với yêu cầu bức thiết của thị trường viễn thông Việt Nam các ISPđang ra sức tăng cường hạ tầng viễn thông mạng của mình để đáp ứng nhu cầu đó.Trên nền hạ tầng mạng thì có nhiều công nghệ truy cập Các công nghệ trong mạngtruy cập được chia thành hai nhóm chính là:

Các công nghệ hữu tuyến:

− xDSL (Digital Subscriber Line): ADSL, HDSL, VDSL, qua đường cápđồng

− FTTx: (FTTH FTTB FTTC FTTN, ) truy cập băng rộng qua đường cápquang

− Truy nhập băng rộng qua đường điện (Broadband over Power Line- BPLhay Power Line Communications –PLC)

Các công nghệ truy nhập vô tuyến:

− Truy nhập qua vệ tinh

− Wifi, Wimax

− 2G, 3G, 4G,…

Công nghệ xDSL: tận dụng hệ thống cáp điện thoại bằng đồng có sẵn để

truyền dữ liệu ở tốc độ cao, xDSL tách băng thông trên đường điện thoại thành hai:một phần nhỏ dành cho truyền âm thoại, phần lớn dành cho truyền dữ liệu ở tốc độ

cao xDSL có nhiều dạng như ADSL (Asymetric DSL), ADSL2, ADSL2+, VDSL(Very high bit-rate DSL), HDSL…

Cáp truyền hình: truy cập Internet tốc độ cao qua đường truyền hình cáp là

mô hình lai ghép HFC (Hybrid Fiber Coaxial), tận dụng cơ sở hạ tầng cáp quang vàcáp đồng trục của mạng truyền hình cáp, cho phép kết nối Internet với tốc độdownload tối đa 10Mbps và tốc độ upload 2Mbps cao hơn nhiều so với tốc độđường truyền ADSL (8Mbps- 600kbps) Mạng cáp CATV truyền thống chỉ truyềntải thông tin một chiều từ nhà cung cấp nội dung chương trình (các kênh TV) tới cáithuê bao Để sử dụng Internet loại hình thông tin hai chiều thì các nhà cung cấpphải đầu tư nâng cấp thiết bị để có khả năng truyền tải thông tin theo chiều ngượclại từ hướng khách hàng Đồng thời cần có các kết nối ra Internet qua các nhà cungcấp dịch vụ thứ ba Điều này là một nhược điểm của phương án này vì cần chi phítriển khai, duy tu và bảo dưỡng cao

WiFi: là công nghệ mạng nội bộ không dây (WLAN) dựa trên tiêu chuẩn

IEEE 802.11 WiFi đã và đang sử dụng rộng rãi tại các nơi công cộng Tuy nhiênWiFi không thích hợp là công nghệ truy nhập của nhà cung cấp dịch vụ vì khoảngcách bao phủ quá ngắn (dưới 100m) Với công nghệ WiFi các trạm đầu cuối truynhập theo điểm truy cập (Access Point ) một cách ngẫu nhiên, vì thế trạm xa điểmtruy cập hơn sẽ dễ đứt kết nối hơn so với trạm gần điều này dẫn đến hạn chế khitriển khai các dịch vụ cần chất lượng cao như IPTV, VoIP,…

WiMAX: là công nghệ truy nhập không dây băng rộng do diễn đàn WiMAX

xây dựng và hướng đến cung cấp các dịch vụ từ cố định đến di động,nó cho phéptruy cập băng rộng vô tuyến đến đầu cuối như một phương thức thay thế cho cáp,đặc biệt hữu ích với những vùng không triển khai được DSL WiMAX có thể cungcấp tốc độ hàng chục Mbps trong khoảng cách vài chục km theo tiêu chuẩn IEEE802.16, tầm hoạt động của nó có thể lên đến 50km đối với trạm cố định và 5-15kmcho di động Tuy WiMAX có nhiều điểm ưu việt như vậy nhưng vẫn chưa đủ đápứng băng thông cỡ Gigabit tới người dùng, việc triển khai công nghệ này còn nhiềukhó khăn về giá cả thiết bị cuối, hay quỹ băng tần, ngoài ra WiMAX sử dụng sóng

vô tuyến nên sẽ chịu ảnh hưởng của môi trường

Để đáp ứng nhu cầu cấp thiết cho thị trường viễn thông về cả mặt tốc độ lẫnloại hình dịch vụ, người ta nghĩ đến một công nghệ truy nhập mới đó là FTTx

1.2 Định nghĩa

FTTX (Fiber to the x) là một kiến trúc mạng sử dụng sợi quang từ thiết bịchuyển mạch của nhà cung cấp dịch vụ kéo đến thuê bao Trong đó sợi quang cóhoặc không dùng trong tất cả kết nối từ nhà cung cấp đến khách hàng “x” được

hiểu như 1 ký tự đại diện cho các loại hình mạng khác nhau như FTTH (Home),FTTB (Building/Business), FTTC (Curp/ Cabinet), FTTN (Node), Do đó có thểthay thế cơ sở hạ tầng mạng cáp đồng hiện nay như dây điện thoại, cáp đồng trục.Đây là một kiến trúc mạng tương đối mới và đang phát triển nhanh chóng bằngcách cung cấp băng thông lớn hơn cho người dùng.

1.3 Phân loại

1.3.1 Phân loại theo chiều dài cáp quang

Hình 1 2: Phân loại mạng FTTx theo chiều dài cáp quang

Một cách tổng quan ta có thể nhìn thấy rõ sự phân loại hệ thống mạngFTTx thông qua Hình 1.2 Như trong định nghĩa ta có các loại FTTH, FTTB,FTTC, FTTN… Điểm khác nhau của các loại hình này là do chiều dài cáp quang

từ thiết bị đầu cuối của ISP (OLT) đến các user Nếu từ OLT đến ONU (thiết bịđầu cuối phía user) hoàn toàn là cáp quang thì người ta gọi là FTTH/FTTB

− FTTH (Fiber To The Home): cáp quang chạy đến tận nhà thuê bao

− FTTB (Fiber To The Building): giống như FTTH nhưng ở đây là kéo đếncác tòa nhà cao tầng

− FTTC (Fiber To The Curb): cáp quang đến một khu vực dân cư Lúc

đó từ ONU đến thuê bao có thể sử dụng cáp đồng Trong mô hình này,thiết bị đầu cuối phía người sử dụng được bố trí trong các cabin trênđường phố, dây nối tới các thuê bao vẫn là cáp đồng FTTC cho phépsan sẻ giá thành của một ONU cho một số thuê bao do đó nó có thể hạthấp được giá thành lắp đặt ban đầu

− Ngoài ra còn có một số loại hình khác như là FTTE (Fiber To TheExchange), FTTN (Fiber To The Node)…

1.3.2 Phân loại theo cấu hình

Cấu hình Point to Point: là kết nối điểm – điểm, có một kết nối thẳng từ

nhà cung cấp dịch vụ đến khách hàng, mỗi sợi quang sẽ kết nối tới chỉ một kháchhàng, nên cấu hình mạng tương đối đơn giản đồng thời do băng thông không bịchia sẻ, tốc độ đường truyền có thể lên rất cao Quá trình truyền dẫn trên cấutrúc P2P cũng rất an toàn do toàn bộ quá trình được thực hiện chỉ trên một đườngtruyền vật lý, chỉ có các đầu cuối là phát và thu dữ liệu, không bị lẫn với cáckhách hàng khác Tuy nhiên, cấu trúc này khó có thể phát triển cho quy mô rộngbởi giá thành đầu tư cho một khách hàng rất cao, hệ thống sẽ trở lên rất cồngkềnh, khó khăn trong vận hành và bảo dưỡng khi số lượng khách hàng tăng lên

Cấu hình Point to Multipoints: kết nối điểm – đa điểm, một kết nối từ

nhà cung cấp dịch vụ đến nhiều khách hàng thông qua bộ chia splitter Trong hệthống này mỗi đường quang đi từ nhà cung cấp dịch vụ được chia sẻ sử dụngchung cho một số khách hàng Sẽ có một đường quang đi đến một nhómkhách hàng ở gần nhau về mặt địa lý, tại đây đường quang dùng chung này sẽđược chia tách thành các đường quang riêng biệt đi đến từng khách hàng Điềunày làm giảm chi phí lắp đặt đường cáp quang và tránh cho hệ thống khi pháttriển khỏi cồng kềnh

Hình 1 4: Cấu hình Point to Multipoint Hình 1 3: Cấu hình Point to Point

1.4 Ưu nhược điểm mạng FTTx

1.4.1 Ưu điểm

Công nghệ FTTx sử dụng cáp quang nên nó có rất nhiều ưu điểm của

hệ thống quang nói chung

Dung lượng lớn: Các sợi quang có khả năng truyền những lượng lớn

thông tin Với công nghệ hiện nay trên hai sợi quang có thể truyền được đồngthời 60.000 cuộc đàm thoại Một cáp sợi quang (có đường kính > 2cm) cóthể chứa được khoảng 200 sợi quang, dung lượng đường truyền lên tới 6.000.000cuộc đàm thoại

Tính cách điện: Cáp sợi quang làm bằng chất điện môi thích hợp không

chứa vật dẫn điện và có thể cho phép cách điện hoàn toàn cho nhiều ứng dụng

Nó có thể loại bỏ được nhiễu gây bởi các dòng điện chạy vòng dưới đất haynhững trường hợp nguy hiểm gây bởi sự phóng điện trên các đường dây thông tinnhư sét hay những trục trặc về điện

Tính bảo mật: Sợi quang cung cấp độ bảo mật thông tin cao Một sợi

quang không thể bị trích để lấy trộm thông tin bằng các phương tiện điệnthông thường như sự dẫn điện trên bề mặt hay cảm ứng điện từ, và rất khó trích

để lấy thông tin ở dạng tín hiệu quang

Độ tin cậy cao và dễ bảo dưỡng: Do không chịu ảnh hưởng của hiện

tượng fading và do có tuổi thọ cao nên yêu cầu về bảo dưỡng đối với hệ thốngquang là ít hơn so với các hệ thống khác

Tính linh hoạt: Các hệ thống thông tin quang đều khả dụng cho hầu hết các

dạng thông tin số liệu, thoại và video Các hệ thống này đều có thể tương thíchvới các chuẩn RS.232, Ethernet, E1/T1, E2/T2, E3/T3, SONET/SDH

Sự tái tạo tín hiệu: Công nghệ ngày nay cho phép thực hiện những

đường truyền thông bằng cáp quang dài trên 70 km trước khi cần tái tạo tín hiệu,khoảng cách này còn có thể tăng lên tới 150 km nhờ sử dụng các bộ khuếch đạilaser

Ngoài những ưu điểm trên của sợi quang nói chung, công nghệ FTTx còn

có một số ưu điểm khác Với công nghệ FTTH, nhà cung cấp dịch vụ có thểcung cấp tốc độ download lên đến 10 Gbps, nhanh gấp 200 lần so với ADSL2+ Tốc độ truyền dẫn với ADSL là không cân bằng, có tốc độ tải lên luôn nhỏhơn tốc độ tải xuống Còn FTTH cho phép cân bằng, tốc độ tải lên và tải xuốngnhư nhau và cho phép tối đa là 10 Gbps, có thể phục vụ cùng một lúc cho hàngtrăm máy tính Tốc độ đi Internet cam kết tối thiểu của FTTx ≥ 256 Kbps

1.4.2 Nhược điểm

Mạng quang nói chung và công nghệ FTTx nói riêng có rất nhiều ưuđiểm nhưng không tránh khỏi những nhược điểm Mặc dù sợi quang rất rẻ nhưngchi phí cho lắp đặt, bảo dưỡng, thiết bị đầu cuối lại lớn Hơn thế nữa, do thiết bịđầu cuối còn khá đắt cho nên không phải lúc nào hệ thống mạng FTTx cũngphù hợp Đối với những ứng dụng thông thường, không đòi hỏi băng thông lớnnhư lướt Web, check mail… thì cáp đồng vẫn được tin dùng Do đó càng ngàyngười ta càng cần phải đầu tư nghiên cứu để giảm các chi phí đó

Môi trường truyền tín

hiệu

Độ ổn định Dễ bị suy hao do điện từ,

thời tiết, chiều dài cáp… Không bị ảnh hưởng

Bảo mật Độ bảo mật thấp, dễ bị

đánh cắp tín hiệu đường Độ bảo mật cao, không thể đánh cắp tín hiệu

trên đường truyềnTốc độ truyền dẫn

(Upload và download )

Bất đối xứng : Download > Upload

Cho phép cân bằng :Upload = download

Khả năng đáp ứng 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 tùy biến tốc độ

Bảng 1 2: So sánh giữa ADSL và FTTx

1.5 Ứng dụng của FTTx

Những tính năng vượt trội của FTTx cho phép sử dụng các dịch vụ thoại,truyền hình, internet từ một nhà cung cấp duy nhất với một đường dây thuê baoduy nhất Điều đó tạo nên sự thuận tiện không chỉ trong việc nhỏ gọn về thiết bị,đường dây, chi phí mà điều quan trọng là nó mang lại chất lượng đường truyềntốt nhất Công nghệ đáp ứng điều đó được triển khai trên nền mạng FTTx chính làIPTV

IPTV (Internet Protocol TV) là dịch vụ truyền hình qua kết nối băngrộng dựa trên giao thức Internet Đây là một trong các dịch vụ Triple - play màcác nhà khai thác dịch vụ viễn thông đang giới thiệu trên phạm vi toàn thế giới.Hiểu một cách đơn giản, Triple - play là một loại hình dịch vụ tích hợp 3trong 1: dịch vụ thoại, dữ liệu và video được tích hợp trên nền IP (tiền thân là từ

hạ tầng truyền hình cáp) IPTV đã và đang phát triển với tốc độ rất nhanh TạiViệt Nam, IPTV đã trở nên khá gần gũi đối với người sử dụng Internet tại ViệtNam Các nhà cung cấp như FPT, VNPT, SPT, VTC đã đưa IPTV, VoD ra thịtrường nhưng ở phạm vi và quy mô nhỏ

Các loại hình dịch vụ đòi hỏi tốc độ truyền cao, độ bảo mật tốt nhưtruyền hình hội nghị, Hosting server riêng, VPN cũng được các nhà cung cấp dịch

vụ tập trugn khai thác Ngoài ra còn rất nhiều dịch vụ khác như check mail, lướtweb, chat, game online, xem phim, nghe nhạc trực tuyến, học trực tuyến…

1.6 Tình hình phát triển FTTx trên thế giới và tại Việt Nam

1.6.1 Tình hình FTTx trên thế giới

Thị trường Trung Quốc:

Trung Quốc là thị trường băng rộng lớn nhất Châu Á, hiện có khoảng69,1 triệu thuê bao băng rộng tính đến tháng 9/2008, trong đó có 6 triệuthuê bao FTTH/B Công nghệ truy cập DSL vẫn thống lĩnh 90,9% thị trường(China Telecom chiếm 40 triệu thuê bao, China Netcom chiếm 25 triệu thuêbao), công nghệ cáp chiếm 0,4%, FTTH/B chiếm đến 8,7%

Các nhà cung cấp dịch vụ băng thông rộng ở Trung Quốc tập trung vàotriển khai FTTH/B là chính và theo xu hướng công nghệ PON, cụ thể làEPON và GPON IPTV là yếu tố tác động quan trọng nhất để phát triểnFTTx tại Trung Quốc Trung Quốc có xu hướng truy cập mạng tốc độ cao vớichất lượng ổn định và truyền dẫn đối xứng

Thông tin thị trường Hàn quốc

Mục tiêu truy cập băng rộng của Hàn Quốc: cung cấp truy cập tổng thểbăng rộng, các dịch vụ đa phương tiện mọi nơi, mọi lúc Đã có 10 triệu thuêbao tốc độ 50 – 100 Mbps, và 10 triệu thuê bao không dây tốc độ thấp hơn1Mbps vào năm 2010 tại Hàn Quốc

Thông tin thị trường Nhật Bản

Nhật Bản xây dựng dự án 5 năm với mục tiêu: 38 triệu thuê bao ADSL,

18 triệu thuê bao FTTH , giá băng rộng giảm trên 60%, 97% cơ quan chínhphủ làm việc qua Internet, kết nối băng rộng đến được nông thôn và người già(trên 65 tuổi) Công ty NTT dẫn đầu về FTTH ở Nhật đầu tư 5 ngàn tỷ Yên (47

tỷ USD) tính đến năm 2010 để nâng cấp FTTH cho các đường dẫn cũ của 30 triệuthuê bao NTT và Tepco đưa gói dịch vụ lên đến

Hình 1 5 :Tốc độ phát triển FTTH tại Hàn Quốc

Hình 1 6 : Phát triển thuê bao FTTH tại Nhật Bản

Tại khu vực châu Âu: mạng FTTx cũng chứng tỏ tiềm năng phát triển

qua những con số đáng chú ý Tại Mỹ, FTTH là giải pháp duy nhất đối với cáccông ty cung cấp dịch vụ nội hạt tại Mỹ Tính đến cuối quý 2 năm 2008, công tyVerzon đã có tới 2 triệu thuê bao FTTH Cuối quý 3 năm 2008, công ty Verizon

đã vượt qua con số 8,5 triệu thuê bao FTTH Đến năm 2010, công ty này đạtđược số lượng là 18 triệu thuê bao FTTH

Qua những số liệu phân tích ở trên, có thể thấy rằng thị trường FTTxnói chung và FTTH nói riêng là đầy tiềm năng Không chỉ ở những nước pháttriển như Nhật Bản, mà cả những nước đang phát triển khác nhu cầu đường truyềntốc độ cao như FTTH cũng là rất lớn Tại Việt Nam, thị trường FTTx cũng vôcùng sôi động

1.6.2 Tình hình FTTx tại Việt Nam

Hiện nay, ở Việt Nam có một số nhà cung cấp dịch vụ FTTH sau :

− Tháng 8/2006 FPT Telecom chính thức trở thành đơn vị đầu tiên cung cấploại

− hình dịch vụ tiên tiến này

− Ngày 1/5/2009, VNPT cung cấp dịch vụ Internet FTTH trên cáp quang vớitốc độ cao đến 20Mbps/20Mbps Các chi nhánh của VNPT tại các tỉnhthành cũng phát triển một cách rầm rộ

− Ngày 15/05/2009, Viettel chính thức triển khai cung cấp dịch vụ truynhập Internet FTTH (Fiber To The Home) – Cáp quang siêu tốc độ nhằmphục vụ khách hàng doanh nghiệp mà dịch vụ truy cập Internet hiện tại(ADSL và Leased Line) chưa đáp ứng được về tốc độ và chi phí sử dụng

− Ngày 10/4/2010, CMCTI chính thức khai trương dịch vụ FTTH Đây làcông ty đầu tiên tại Việt Nam triển khai loại hình FTTH dựa trên chuẩnGPON là chuẩn tiên tiến nhất hiện nay

Những thống kê trên cho thấy các nhà cung cấp dịch vụ Internet hàng đầuViệt Nam đã và đang ra sức xây dựng và triển khai hệ thống mạng cho công nghệFTTx Mặc dù chi phí lắp đặt ban đầu còn cao nhưng dịch vụ FTTH sẽ dần phổbiến hơn mà trước hết là hướng đến một số đối tượng khách hàng như cácdoanh nghiệp, công ty, các quán game…

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP TRIỂN KHAI MẠNG FTTx

2.1 Triển khai theo dạng chủ động AON

2.1.1 Cấu trúc mạng quang chủ động

Mạng quang chủ động sử dụng các thiết bị cần nguồn điện nuôi để phântích dữ liệu như một chuyển mạch, router hoặc multiplexer Dữ liệu từ phíanhà cung cấp của khách hàng nào sẽ chỉ được chuyển đến khách hàng đó và dữliệu từ phía khách hàng sẽ tránh được xung đột khi truyền trên đường vật lý chungbằng việc sử dụng bộ đệm của các thiết bị chủ động Mỗi tủ chuyển mạch cóthể quản lý tới 1.000 khách hàng, thông thường là 400-500 khách hàng Cácthiết bị chuyển mạch này thực hiện chuyển mạch và định tuyến dựa vào lớp 2 và

lớp 3

Với mô hình cáp quang chạy đến từng hộ gia đình, một thuê bao củamạng quang chủ động hình cây cách trung tâm điều khiển từ xa tới 20 km sẽđược cấp một đường dây quang riêng đủ để đáp ứng cho băng thông 2 chiều.Cấu trúc mạng này tương tự như cấu trúc của mạng cáp đồng hiện nay và dễ dàngcho các nhà cung cấp dịch vụ đã có sẵn cơ sở hạ tầng Bởi vì đặc điểm quan trọngcủa các hệ thống viễn thông là các thiết bị đầu cuối thay đổi rất nhanh chóngnhưng những cơ sở hạ tầng mạng thì phải tồn tại từ 15 đến 20 năm Do đó lựachọn giải pháp nào là điều rất quan trọng đối với các nhà cung cấp dịch vụ cũngnhư những kỹ sư thiết kế hệ thống mạng

Hình 2 1: Kiến trúc mạng quang chủ động

2.1.2 Ưu nhược điểm của mạng AON

− Khó có thể có sự xung đột xảy ra trong trường hợp mạng có nhiều thuê bao

vì mỗi thuê bao sử dụng một giao diện khác nhau

2.1.2.2 Nhược điểm

Nhược điểm rất lớn dầu tiên của mạng quang chủ động chính là ở thiết bịchuyển mạch, với công nghệ hiện tại, thiết bị chuyển mạch bắt buộc phảichuyển tín hiệu quang thành tín hiệu điện để phân tích thông tin rồi tiếp tụcchuyển ngược lại để truyền đi, điều này sẽ làm giảm tốc độ truyền dẫn tối đa

có thể trong hệ thống FTTX Ngoài ra do đây là những chuyển mạch có tốc độcao nên các thiết bị này có chi phí đầu tư lớn, không phù hợp với việc triển khaiđại trà cho mạng truy cập Và do phải sử dụng nguồn điện nuôi các thiết bị chuyểnmạch nên sẽ tốn thêm chi phí vận hành và bảo dưỡng

2.2 Triển khai theo dạng thụ động

2.2.1 Cấu trúc mạng quang thụ động

Hình 2 2: Kiến trúc mạng quang thụ động

Cấu trúc mạng PON cơ bản gồm các thành phần là OLT, splitter quang,ONU/ONT OLT chính là thiết bị đầu cuối phía nhà sản xuất, có nhiệm vụ kếtnối tất cả các loại dịch vụ lại và truyền tín hiệu thông qua sợi cáp quang Tínhiệu từ OLT sẽ đến các splitter quang Splitter quang được sử dụng để phânchia băng thông từ một sợi duy nhất đến 1-128 người sử dụng (có thể là 32 hoặc

16, điều đó phụ thuộc vào hệ số chia của splitter) trên một khoảng cách tối đa là

20 km Để thu được tín hiệu từ OLT, tại phía người sử dụng cần có cácONU/ONT Các thiết bị này có nhiệm vụ là biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệuquang Trong sơ đồ trên, các thành phần chính của một mạng PON là:

− OLT (Optical Line Terminal): Đây là thiết bị kết cuối kênh quang đặttại Center Office Nó là thành phần quan trọng nhất trong hệ thốngFTTH, cung cấp các giao diện truy nhập PON cho thiết bị ONU phíangười sử dụng và các giao diện khác cho tín hiệu phía uplink

− ONT (Optical Network Terminal): ONU là thiết bị lắp đặt tại phía kháchhàng Nó là điểm cuối của mạng quang FTTH ONT có nhiệm vụ chuyểntín hiệu quang từ giao diện PON thành các chuẩn tín hiệu cho các thiết

bị mạng, tín hiệu truyền hình, tín hiệu thoại được sử dụng tại thuê bao

− ONU (Optical Network Unit: Đây là thiết bị đầu cuối phía người sửdụng, là điểm cuối cùng của ODN

− ODN (Optical Distribution Network): Hệ thống phân phối cáp quang tính

từ sau OLT đến ONU/ONT Cụ thể, hệ thống phân phối quang ODN lạibao gồm các thành phần sau đây: măng xông quang, dây nhảy quang,hộp phối quang ODF, splitter (bộ chia/ghép quang)

Ở đây bộ chia/ghép quang chính là bộ chia công suất quang (Optical PowerSplitter): dùng để chia một tín hiệu quang ở đầu vào thành nhiều tín hiệu ở đầu

ra Các hệ số chia thông thường là 1:4, 1:8… Đây là bộ chia thụ động tức làkhông phải cấp nguồn Suy hao trong bộ chia phụ thuộc vào hệ số chia Hệ sốchia càng lớn thì suy hao càng lớn công suất suy hao sẽ được tính theo công thức10log(1/N) N là hệ số chia, vậy với hệ số chia là 1:2 thì 10log1/2=3 dB, với 1:64suy hao là 18dB Suy hao này chính là suy hao xen tạo ra bởi sự chưa hoàn hảotrong quá trình xử lý

Hình 2.3 cho biết nguyên lý chung của bộ chia công suất quang Giả sử

tại đầu vào có 3 bước sóng λ1 ở hướng lên, λ2, λ3 ở hướng xuống, với bộ chia

công suất có hệ số chia là 1:2 thì đầu ra có 2 cửa ra, một cửa có bước sóng vào làλ2và bước sóng ra là λ1, một cửa khác lại có bước sóng vào là λ3và bước sóng ra

là λ1

Hình 2.4 đưa ra những mô hình mềm dẻo, phù hợp với nhu cầu phát

triển của thuê bao cũng như đòi hỏi ngày càng tăng về băng thông Bằng cách sửdụng bộ ghép 1:2 và các bộ chia 1:N, PON có thể triển khai theo bất cứ cấuhình nào, PON có thể thu gọn lại thành các vòng ring kép, hình cây hay mộtnhánh của cây Các tuyến truyền dẫn trong PON đều được thực hiện giữa OLT vàONU

Hình 2 3 :Bộ chia công suất quang

Hình 2 4 :Mô hình mạng quang thụ động

2.2.2 Một số thiết bị ONT

ONT chia thành nhiều loại: trong nhà (Indoor series), bên ngoài(Outdoor series), doanh nghiệp (Business series), modular (Modular series)

Thiết bị I-series ONT (Indoor- series)

Là thiết bị dùng cho gia đình Indoor ONT cung cấp kết nối giữa cápquang PON và thiết bị của người sử dụng, Indoor ONT phục vụ như một điểmvào duy nhất cho các dịch vụ

Indoor ONT cung cấp các interface cho:

− 2 kênh dịch vụ thoại (POTS)

− 2 cáp Ethernet 10/100Base-T

− 1 kết nối video RF

− 1 port cáp quang và 1 port nguồn

Thiết bị Outdoor-series ONT:

Là thiết bị được lắp đặt bên trong hoặc bên ngoài nhà ở

Outdoor ONT sử dụng ba loại connector: các POTS 11),connector data(10/100Base-T RJ-45) và quang(SC/APC connector)

(RJ-Hình 2 5 Thiết bị Indoor-series ONT

Hình 2 6 :Thiết bị Outdoor-series ONT

Thiết bị Bussiness-series ONT

Hình 2 7: Thiết bị Bussiness-series ONT

Thiết bị Bussiness ONT phù hợp trong các doanh nghiệp cho nhữngứng dung SOHO Thiết bị này hỗ trợ các connetor: POTS (RJ-11),connector data(10/100Base-T RJ-45) , quang (SC/APC connector) và video

Thiết bị MDU-series ONT

Hình 2 8 :Thiết bị MDU-series ONT

Được sử dụng bên trong hoặc bên ngoài nhà, trên tường hoặc trong cáctủ

rack Modular ONT được thiết kế chắc chắn và kín để chống bụi, mưa

Cáp nối được gắn vào phía sau của ONT, hỗ trợ nhiều loại connector :POTS

(RJ-11),connector data(10/100Base-T RJ-45) , quang(SC/APC connector)

2.2.3 Ưu nhược điểm của mạng PON

2.2.3.1 Ưu điểm

− Sử dụng các thiết bị thụ động nên không cần cấp nguồn, loại bỏ hoàntoàn sự cần thiết của nguồn ngoài Dẫn tới giá thành rẻ

− Giảm chi phí bảo dưỡng và vận hành

− Tốc độ down load và up load cao

− Giảm chi phí sợi quang và giảm chi phí các thiết bị cho phép nhiều ngườidùng chia sẻ chung một sợi

2.2.3.2 Nhược điểm

− Giới hạn băng thông cho các thuê bao vì splitter chia đều băng thông

− Giới hạn vùng phủ sóng: tối đa là 20 km, phụ thuộc vào số lượng splitter(càng nhiều splitter thì khoảng cách truyền càng giảm)

2.3 So sánh mạng PON và AON

Có rất nhiều yếu tố để so sánh ưu điểm và nhược điểm của hai kỹ thuật PON

và AON Tuy nhiên, ở đây chúng ta sẽ xem xét một số thông số quan trọng nhưbăng thông, khả năng điều khiển luồng, khoảng cách… Đó là những thông số về kỹthuật Ngoài ra chúng ta còn đánh giá PON và AON dựa trên những chỉ tiêu về kinh

tế trong đó 2 tham số đó là: chỉ số CAPEX và chỉ số OPEX Đây là 2 chỉ tiêu rấtquan trọng khi người ta đánh giá mức độ khả thi của một dự án nào đó

Băng thông tối đa cho một thuê bao

là giống nhau

AON ưu thế hơnCông nghệ AON tốt hơn,băng thông tối đa của mỗithuê bao là lớn hơn Bởi vìđối với các doanh nghiệpthì băng thông thường lớnhơn các thuê bao của hộ giađình, nếu sử dụng PON thìkhông thể điều khiển sựkhác nhau này

Điều chỉnh băng thông

Đơn giản

Khi một node truy cập

được cấu tạo từ các

module thì người ta có thể

nâng cấp được băng thông

cho một thuê bao nào đó

bằng cách can thiệp vào

phần cứng

Khó khăn

Để điều chỉnh băng thôngcủa một thuê bao thì rấtkhó vì nó phụ thuộc vàocấu trúc của mạng PON

Điều này có thể được cảitiến trong tương lai nếucấu trúc mạng PON cócấu hình dự phòng n +1

AON tốt hơnCông nghệ mạng AON tốthơn bởi vì nó dễ dàng nângcấp hơn

Bảng 2 1 So sánh AON và PON về băng thông

2.3.2 Về điều khiển 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

AON chiếm ưu thế

Các hiện tượng trễ, jitter và các nhiễu khác trong quá trình truyền

Thấp

Đều sử dụng sợi quang

nên những hiện tượng này

AON ít xung đột hơn

Số lượng thuê bao sử

node truy cập sử dụng n

giao diện quang và mật độ

thuê bao tại các card giao

diện tương đối thấp so với

dụng mạng AON chịuảnh hưởng của sự cốđường truyền ít hơn sovới mang PON

Bảng 2 2 So sánh AON và PON về việc điều khiển lưu lượng

2.3.3 Về tính kinh tế

2.3.3.1 Về chỉ số CAPEX

Định nghĩa : Là vốn đầu tư cho tư liệu sản xuất của các hãng, chính phủ, các

cơ quan chính phủ hay hộ gia đình, nhằm mục đích thay thế vốn đã khấu hao haytạo vốn mới

Giá thành thiết bị đầu cuối

Thấp

Bởi vì các chuẩn Ethernet

đã được sử dụng nên thiết

bị đầu cuối tại phía người

sử dụng tương đối rẻ

CaoCấu trúc mạng khônggiống những mạng truyềnthống nên phải xây dựngcác chuẩn mới nên thiết bịđầu cuối cũng khó khănhơn trong việc nghiên cứu

và chế tạo

AON ưu thế hơn

Giá thành các thành phần cấu thành nên mạng(các thiết bị chủ động)

Cao

Môt thuê bao cần có một

cổng laser tại node truy

cập nên một đường quang

được chia ra làm nhiều

kết nối thì công suất của

ThấpBởi vì một port trên OLT

có thể cung cấp cho nhiềuthuê bao nên khi số lượngthuê bao tăng lên người ta

có thể sử dụng các splitter

PON chiếm ưu thế

các thiết bị cũng phải tăng

lên

Giá thành các thành phần mạng (các thiết bị thụ động và cấu trúc hạ tầng)

Cao

Bởi vì số lượng các giao

diện quang trên các node

truy cập là khá lớn

Thấp

Vì mỗi một nguồn lasertrên OLT sẽ chia sẻ chonhiều thuê bao

PON ưu thế hơn

Bảng 2 3 So sánh AON và PON về chỉ số CAPEX

2.3.3.2 Về chỉ số OPEX

Định nghĩa : Là toàn bộ vốn đầu tư cho việc vận hành khai thác, bảo trì, bảodưỡng

Nguồn điện tiêu thụ

Chi phí bảo dưỡng

Mỗi một node truy cập

yêu cầu một nguồn điện

riêng Do đó khó bảo

dưỡng và chi phí bảo

dưỡng cao

Trong một cabinet đặt ởngoài trời, splitter gần nhưkhông cần bảo dưỡng vàcũng không cần nguồnngoài để cung cấp chothiết bị này

PON tốt hơn vì có ít thiết

bị thụ động hơn trongcấu hình mạng

Giá thành thiết bị đầu cuối

Thấp

Bởi vì các chuẩn

Ethernet đã được sử

dụng nên thiết bị đầu

cuối tại phía người sử

dụng tương đối rẻ

CaoCấu trúc mạng khônggiống những mạng truyềnthống nên phải xây dựngcác chuẩn mới nên thiết bịđầu cuối cũng khó khănhơn trong việc nghiên cứu

và chế tạo

AON ưu thế hơn

Giá thành các thành phần mạng (các thiết bị thụ động và cấu trúc hạ tầng)

Cao

Bởi vì số lượng các giao

diện quang trên các node

truy cập là khá lớn

Thấp

Vì mỗi một nguồn lasertrên OLT sẽ chia sẻ chonhiều thuê bao

PON ưu thế hơn

Bảng 2 4 So sánh AON và PON về chỉ số OPEX

Tóm lại, mỗi cấu hình mạng đều có những ưu điểm riêng của nó Tùy vàokhả năng tài chính của từng nhà cung cấp dịch vụ cũng như các điều kiện khác màlựa chọn mạng PON hay là AON Tuy nhiên với những ưu điểm đặc biệt, mạngPON đang dần chiếm lĩnh thị trường băng rộng

2.4 Các chuẩn mạng PON

2.4.1 APON

APON (ATM PON) là chuẩn PON đầu tiên trên thế giới

APON là sự kết hợp giữa phương thức truyền tải không đồng bộ ATM vớimạng truy nhập quang thụ động PON Mạng APON sử dụng công nghệ ATM làgiao thức truyền tin Công nghệ ATM cung cấp sự mềm dẻo theo khái niệm độtrong suốt dịch vụ và phân bổ băng tần,ngoài ra còn có những tính năng rất hữu íchcho hoạt động khai thác và bảo dưỡng các kết nối từ đầu cuối đến đầu cuối nhờ đógiảm được chi phí hoạt động của mạng

APON được định nghĩa bởi các chuẩn [G.983.1 & G.983.3] và tuân theocác tham số sau:

− Tốc độ bit: 155.52 hoặc 622.08Mb/s ở đường xuống và 155.52Mb/sđường lên

− Bước sóng: 1260 đến 1360nm đường lên, 1480 đến 1580nm đườngxuống

− Dạng lưu lượng: số ở cả hai hướng, hỗ trợ tương tự ở đường xuống

− Tỉ lệ chia công suất quang: lên đến 32, con số này bị giới hạn bởi suyhao ODN

2.4.2 BPON

Mạng quang thụ động băng rộng BPON (Broadband) được chuẩn hóa trongchuỗi các khuyến nghị G.938 Các khuyến nghị này đưa ra các tiêu chuẩn về

các khối chức năng ONT và OLT, khuôn dạng và tốc độ khung của luồng dữliệu hướng lên và hướng xuống, các giao tiếp vật lý, giao tiếp quản lý và điềukhiển ONT và DBA.

Trong mạng BPON, dữ liệu được đóng khung theo cấu trúc của các tếbào ATM Một khung hướng xuống có tốc độ 155Mbit/s hoặc 622 Mbit/s và một

tế bào quản lý vận hành bảo dưỡng lớp vật lý OAM (PLOAM – Physical layerOperation Administration and Maintenance) được chèn vào cứ mỗi 28 tế bàotrong kênh PLOAM có một bít để nhận dạng các tế bào PLOAM Ngoài ra các

tế bào PLOAM có khả năng lập trình được và chứa thông tin như là băng thônghướng lên và các bản tin OAM

Căn cứ vào các thông tin về mã số nhận dạng kênh ảo và nhận dạngđường ảo (VPI/VCI) trong cấu trúc ATM, các ONT nhận biết và tách dữ liệuđường xuống của mình Mỗi một kênh (time slot) gồm có một tế bàoATM/PLOAM và 24 bit từ mào đầu Từ mào đầu mang thông tin về thời gian bảo

vệ (guard time), mào đầu cho phép đồng bộ và khôi phục tín hiệu tại OLT, vàthông tin nhận dạng điểm kết thúc của từ mào đầu Chiều dài của từ mào đầu vàcác thông tin chứa trong đó được lập trình bởi OLT Các ONT thực hiện gửi các

tế bào PLOAM khi chúng nhận được yêu cầu từ OLT BPON sử dụng giao thứcDBA để cho phép OLT nhận biết lượng băng thông cần thiết cấp cho các ONT.OLT có thể giảm hoặc tăng băng thông cho các ONT dựa vào gửi các tế bào ATMrỗi hoặc làm đầy tất cả hướng lên bởi dữ liệu của ONT OLT dừng định kỳ việctruyền hướng lên do vậy nó có khả năng mời bất kỳ ONT mới nào tham gia vàohoạt động hệ thống Các ONT mới phát một bản tin phúc hồi trong cửa sổ nàyvới thời gian trễ ngẫu nhiên để tránh xung đột khi mà có nhiều ONT mới muốntham gia OLT xác định khoảng cách tới mỗi ONT mới bằng việc gửi tới ONT

Hình 2 9: Kiến trúc mạng BPON

một bản tin đo cự ly và xác định thời gian bao lâu để thu được bản tin phúc đáp.Sau đó OLT gửi tới ONT một giá trị trễ, giá trị này được sử dụng để xác địnhthời gian bảo vệ ứng với các ONT.

Trong hướng lên, các ONU phát các khung Ethernet trong các khe thờigian đã được phân bổ ONU sử dụng giao thức điều khiển đa điểm PDU(MPCPDU – Multi Point Control Protocol Data Unit) để gửi các bản tin

“Report” yêu cầu băng thông, trong khi đó OLT gửi bản tin “Gate” cấp phát băngthông cho các ONU Các bản tin “Gate” bao gồm thông tin về thời gian bắt đầu vàkhoảng thời gian cho phép truyền dữ liệu đối với ONU OLT cũng định kỳ gửi cácbản tin “Gate” tới các ONU hỏi xem chúng có yêu cầu băng thông haykhông Các ONU cũng có thể gửi “Report” cùng với dữ liệu được phát tronghướng lên Ngoài ra, giao thức DBA cũng có thể được sử dụng trong EPON đểthực hiện cơ chế điều khiển phân bổ băng thông Do không có cấu trúc khungthống nhất đối với hướng xuống và hướng lên, do vậy trong cấu trúc của EPON,các khe thời gian và giao thức xác định cự ly là khác so với BPON và GPON

Hình 2 10 :Kiến trúc mạng EPON

OLT và các ONU duy trì các bộ đếm cục bộ riêng và tăng thêm 1 sau mỗi 16ns.Tốc độ truyền dữ liệu EPON có thể đạt tới 1Gbit/s.

2.4.4 GPON

GPON (Gigabit PON) được xây dựng dựa trên BPON và EPON Mặc

dù GPON hỗ trợ truyền tải tin ATM, nhưng nó cũng đưa vào một cơ chế thíchnghi tải tin mới mà được tối ưu hóa cho truyền tải các khung Ethernet được gọi

là phương thức đóng gói GPON (G-PON Encapsulation Method - GEM) 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 củaPON, cho phép sắp xếp các dữ liệu Ethernet vào tải tin GEM và hỗ trợ sắp xếpTDM

GPON sử dụng cấu trúc khung GTC (GPON Transmission Conversion)cho cả hai hướng xuống và hướng lên Khung hướng xuống bắt đầu với một từmào đầu PLOAM, tiếp sau đó là vùng tải tin GEM và/hoặc các tế bào ATM.PLOAM gồm có thông tin cấu trúc khung và sắp đặt băng thông cho ONT gửi dữliệu trong khung hướng lên tiếp theo Khung hướng lên bao gồm các nhómkhung gửi từ các ONT Mỗi một nhóm được bắt đầu với từ mào đầu lớp vật lý mà

có chức năng tương tự trong BPON, nhưng cũng bao hàm tổng hợp các yêu cầubăng thông của các ONT

Phần này ta sẽ đề cập rõ hơn ở chương 3

Hình 2 11: Kiến trúc mạng GPON

Ưu điểm chính của WDM-PON là nó khả năng cung cấp các dịch vụ dữ liệutheo các cấu trúc khác nhau (DS1/E1/DS3, 10/100/1000Base 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 những bướcsóng khác nhau

Hình 2 12: Kiến trúc mạng WDM PON

2.4.6 CDMA PON

Công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã CDMA cũng có thể triển khaitrong các ứng dụng PON Cũng giống như WDM-PON, CMDA-PON cho phép mỗiONU sử dụng khuôn dạng và tốc độ dữ liệu khác nhau tương ứng với các nhu cầucủa khách hàng CDMA PON cũng có thể kết hợp với WDM để tăng dung lượngbăng thông CDMA PON truyền tải các tín hiệu khách hàng với nhiều phổ tầntruyền dẫn trải trên cùng một kênh thông tin Các ký hiệu từ các tín hiệu khác nhauđược mã hóa và nhận dạng thông qua bộ giải mã Phần lớn công nghệ ứng dụngtrong giải mã Phần lớn công nghệ ứng dụng trong CDMA PON tuân theo phươngthức trải phổ chuỗi trực tiếp Trong phương thức này mỗi ký hiệu 0, 1 (tương ứngvới mỗi tín hiệu) được mã hóa thành chuỗi ký tự dài hơn và có tốc độ cao hơn

Mỗi ONU sử dụng trị số chuỗi khác nhau cho kí tự của nó Để khôi phục lại

dữ liệu, OLT chia nhỏ tín hiệu quang thu được sau đó gửi tới các bộ lọc nhiễu xạ đểtách lấy tín hiệu của mỗi ONU Ưu điểm chính của CDMA PON là cho phép truyềntải lưu lượng cao và có tính năng bảo mật nổi trội so các chuẩn PON khác Tuynhiên, một trở ngại lớn trong CDMA-PON là các bộ khuếch đại quang đòi hỏi phảiđược thiết kế sao cho đảm bảo tương ứng với tỷ số tín hiệu/tạp âm (S/N) Với hệthống CDMA-PON không có bộ khuếch đại quang thì tùy thuộc vào tổn hao bổsung trong các bộ chia, bộ xoay vòng, các bộ lọc mà hệ số tỷ chia ONU/OLT chỉ là1:2 hoặc 1:8 Trong khi đó với bộ khuyếch đại quang hệ số này có thể đạt 1:32 hoặccao hơn Bên cạnh đó các bộ thu tín hiệu trong CDMA-PON là khá phức tạp và giáthành tương đối cao Chính vì những nhược điểm này nên hiện tại CDMA-PONchưa được phát triển rộng rãi

CHƯƠNG 3: MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG CHUẨN GPON3.1 Giới thiệu

GPON(Gigabit Passive Optical Network) được định nghĩa theo chuẩn ITU-TG.984 GPON được mở rộng từ chuẩn BPON G.983 bằng cách tăng cường băngthông, nâng hiệu suất băng thông nhờ sử dụng gói lớn, có độ dài thay đổi và tiêuchuẩn hóa quản lý GPON hỗ trợ nhiều mức tốc độ khác nhau, trong đó hỗ trợ tới2,488 Mbit/s của băng thông luồng xuống và 1,244 Mbit/s của băng thông luồnglên Phương thức đóng gói GEM(GPON Encapsulation Method) cho phép đóng góilưu lượng người dùng rất hiệu quả, với sự phân đoạn khung cho phép nâng cao chấtlượng dịch vụ QoS (Quality of Service) phục vụ lưu lượng nhạy cảm như truyềnthoại và video GPON hỗ trợ tốc độ cao, tăng cường bảo mật và hỗ trợ cả dịch vụvới chi phí thấp cũng như cho phép khả năng tương thích lớn giữa các nhà cung cấpthiết bị

3.2 Kiến trúc mạng GPON

Hình 3 1:Kiến trúc mạng GPON

Hình trên mô tả cấu trúc hệ thống GPON bao gồm OLT, các ONU, một

bộ chia quang và các sợi quang Sợi quang được kết nối với các nhánh OLT tại

bộ chia quang ra n sợi khác và các sợi phân nhánh được kết nối với ONU

Trên lý thuyết khoảng cách cực đại từ OLT đến ONT là 60 km trong khithực tế triển khai là 20 km Sự khác biệt này bị hạn chế ở chỗ kích thước cửa sổkhông được mở rộng vì các vấn đề chất lượng dịch vụ Giống như đối với tỷ sốchia, lớp TC hỗ trợ tới 128 nhánh chia

3.2.1 Kết cuối đường quang OLT

OLT được kết nối tới mạng chuyển mạch thông qua các giao diện đượcchuẩn hóa Ở phía phân tán, OLT đưa ra giao diện truy nhập quang tương ứng vớicác chuẩn GPON như tốc độ bit, quỹ công suất, jitter,… OLT bao gồm ba phầnchính: Chức năng giao diện cổng dịch vụ; Chức năng kết nối chéo và giao diệnmạng phân tán quang Các khối OLT được mô tả trong hình 3.2:

Hình 3 2 :Các khối chức năng của OLT

Khối lõi PON (PON core shell): Khối này gồm hai phần, phần giao diện

ODN và chức năng PON TC Chức năng của PON TC bao gồm tạo khung, điềukhiển truy nhập phương tiện OAM, DBA và quản lý ONU Mỗi PON TC có thể lựachọn hoạt động theo một chế độ ATM, GEM và Dual

Khối kết nối chéo (Cross-connect shell): Cung cấp đường truyền thông giữa

khối lõi PON và phần dịch vụ Các công nghệ sử dụng cho đường này phụ thuộcvào các dịch vụ, kiến trúc bên trong của OLT và các yếu tố khác.OLT cung cấpchức nẳng kết nối chéo tương ứng với các chế độ được lựa chọn (ATM, GEM vàDual)

Khối dịch vụ (Service shell): Phần này hỗ trợ chuyển đổi giữa các giao diện

dịch vụ và giao diện khung TC của phần PON

3.2.2 Thiết bị đầu cuối mạng ONU/ONT

Các khối chức năng của ONU hầu hết đều giống như của OLT.Vì ONU hoạtđộng chỉ với một giao diện PON đơn (hoặc nhiều nhất là hai giao diện với mục đíchbảo vệ), chức năng kết nối chéo có thể bị bỏ đi.Tuy nhiên, thay cho chức năng này,chức năng ghép và giải ghép dịch vụ (MUX và DEMUX) được hỗ trợ để xử lý lưulượng.Cấu hình điển hình của một ONU được mô tả ở hình 3.3

Hình 3 3 :Các khối chức năng của ONU

3.2.3 Mạng phân phối quang ODN

Mạng phân phối quang kết nối giữa một OLT với một hoặc nhiều ONU sửdụng thiết bị tách/ghép quang (đã đề cập ở phần 2.2.1) và mạng cáp quang thuêbao

Mạng cáp quang thuê bao:

Mạng cáp thuê bao được xác định trong phạm vi ranh giới từ giao tiếp sợiquang giữa thiết bị OLT đến thiết bị ONU/ONT

Hình 3 4 :Cấu trúc cơ bản mạng cáp quang thuê bao

Mạng cáp quang thuê bao được cấu thành bởi các thành phần chính như sau:

Cáp quang gốc (Feeder cable): xuất phát từ phía nhà cung cấp dịch vụ (haycòn gọi chung là Central Office) tới điểm phân phối được gọi là DP (DistributionPoint).

Điểm phân phối sợi quang (DP): là điểm kết thúc của đoạn cáp gốc.Trênthực tế triển khai, điểm phân phối sợi quang thường là măng xông quang, hoặc các

tủ cáp quang phối

Cáp quang phối (Distribution Optical Cable): xuất phát từ điểm phốiquang( DP) tới các điểm truy nhập mạng AP(Access Point) hay từ các tủ quangphối tới các tập điểm quang

Cáp quang thuê bao (Drop Cable): xuất phát từ các điểm truy nhậpmạng(AP) hay là từ các tập điểm quang đến thuê bao

Điểm quản lý quang FMP(Fiber Management Point): được sử dụng cho xử

3.3.2 Khoảng cách

Khoảng cách logic: là khoảng cách lớn nhất giữa ONU/ONT và OLT

ngoại trừ khoảng vật lý Trong mạng GPON, khoảng cách logic lớn nhất là 60km

Khoảng cách vật lý: là khoảng cách vật lý lớn nhất giữa ONU/ONT

và OLT Trong mạng GPON, có hai tùy chọn cho khoảng cách vật lý và 10

km và 20 km Đối với vận tốc tru yền lớn nhất là 1.25 Gbit/s thì khoảng cáchvật lý là 10 km

3.3.3 Tỉ lệ chia Splitter

Đối với nhà khai thác mạng thì tỉ lệ chia càng lớn càng tốt Tuy nhiên tỉ

lệ chia lớn thì đòi hỏi công suất quang phát cao hơn để hỗ trợ khoảng cách vật lýlớn hơn Tỉ lệ chia 1:64 là tỉ lệ lý tưởng cho lớp vật lý với công nghệ hiện n

ay Tu y nhiên trong các bước phát triển tiếp theo thì tỉ lệ 1:128 có thể được sửdụng

3.4 Kỹ thuật truy nhập và phương thức ghép kênh

Công nghệ truyền dẫn đa truy nhập là các kỹ thuật chia sẻ tài nguyên hữu hạncho một lưu lượng khách hang Trong hệ thống GPON, tài nguyên chia sẻ chính làbăng tần truyền dẫn Người sử dụng cùng chia sẻ tài nguyên này bao gồm thuê bao,nhà cung cấp dịch vụ, nhà khai thác và những thành phần mạng khác Tuy khôngcòn là một lĩnh vực mới mẻ trong ngành viễn thông trên thế giới nhưng các kỹ thuậttruy nhập cũng là một trong những công nghệ đòi hỏi những yêu cầu ngày càng cao

để hệ thống thỏa mãn được các yêu cầu về độ ổn định cao, thời gian xử lý thông tin

và trễ thấp, tính bảo mật và an toàn dữ liệu cao

3.4.1 Kỹ thuật truy nhập

Kỹ thuật truy nhập được sử dụng phổ biến trong các hệ thống GPON hiệnnay là đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) TDMA là kỹ thuật phân chiabăng tần truyền dẫn thành những khe thời gian kế tiếp nhau Những khe thời giannày có thể được ấn định trước cho mỗi khách hang có thể phân theo yêu cầu tùythuộc vào phương thức chuyển giao đang sử dụng Hình 3.6 dưới đây là một số ví

dụ về việc sử dụng TDMA trên GPON hình cây Mỗi thuê bao được phép gửi dữliệu đường lên trong khe thời gian riêng biệt Bộ tách kênh sắp xếp số liệu đến theo

vị trí khe thời gian của nó hoặc thông tin được gửi trong bản thân khe thời gian Sốliệu đường xuống cũng được gửi trong những khe thời gian xác định

Hình 3 6 :TDMA GPON

GPON sử dụng kỹ thuật TDMA có ưu điểm rất lớn đó là các ONU có thểhoạt động trên cùng một bước sóng, và OLT hoàn toàn có khả năng phân biệt đượclưu lượng của từng ONU OLT cũng chỉ có cần một bộ thu, điều này sẽ dề dàng choviệc triển khai thiết bị, giảm được chi phí cho các quá trình thiết kế, sản xuất, hoạtđộng và bảo dưỡng Ngoài ra, việc sử dụng kỹ thuật này còn có một ưu điểm là cóthể lắp đặt dễ dàng thêm các ONU nếu có nhu cầu nâng cấp mạng

Một đặc tính quan trọng của GPON sử dụng TDMA là yêu cầu bắt buộc vềđồng bộ và lưu lượng đường lên để tránh xung đột dữ liệu Xung đột này sẽ xảy ranếu hai hay nhiều gói dữ liệu từ những thuê bao khác nhau đến bộ ghép cùng mộtthời điểm Tín hiệu này đè lên tín hiệu kia và tạo thành một bộ ghép Phía đầu xakhông thể nhận dạng được chính xác tín hiệu tới, kết quả là sinh ra một loại lỗi bit

và suy giảm thông tin đường lên, ảnh hưởng đến chất lượng của mạng Tuy nhiêncác vấn đề trên đều được khắc phục với cơ chế định cỡ và phân định băng thôngđộng của GPON mà chúng ta sẽ đề cập ở phần sau

3.4.2 Phương thức ghép kênh.

Phương thức ghép kênh trong GPON là ghép kênh song hướng.Các hệ thốngGPON hiện nay sử dụng phương thức ghép kênh phân chia không gian Đây là giảipháp đơn giản nhất đối với truyền dẫn song hướng Nó được thực hiện nhờ sử dụngnhững sợi riêng biệt cho truyền dẫn đường lên và xuống.Sự phân cách vật lí của cáchướng truyền dẫn tránh được ảnh hưởng phản xạ quang trong mạng và cũng loại bỏvấn đề kết hợp và phân tách hai hướng truyền dẫn.Điều này cho phép tang đượcquỹ công suất trong mạng Việc sử dụng hai sợi quang làm cho việc thiết kế mạngmềm dẻo hơn và làm tang độ khả dụng bởi vì chúng ta có thể mở rộng mạng bằngcách sử dụng những bộ ghép kênh theo bước sóng trên một hoặc hai sợi Khả năng

mở rộng này cho phép phát triển dần dần những dịch vụ mới trong tương lai Hệthống này sẽ sử dụng cùng bước sóng, cùng bộ phát và bộ thu như nhau cho haihướng nên chi phí cho những phần tử quang-điện sẽ giảm.

Nhược điểm chính của phương thức này là cần gấp đôi số lượng sợi, mối hàn vàconnector và trong GPON hình cây thì số lượng bộ ghép quang cũng cần gấpđôi.Tuy nhiên chi phí về sợi quang, phần tử thụ động và kỹ thuật hàn nối vẫn đanggiảm và trong tương lai nó chỉ chiếm tỷ lệ nhỏ trong toàn bộ chi phí hệ thống

3.5 Lớp hội tụ truyền dẫn

3.5.1 Một số khái niệm cơ bản

Hội tụ truyền dẫn GPON GTC (GPON Transmission Convergence): là lớpgiao thức chính trong ngăn xếp giao thức của GPON

Các khối truyền dẫn T-CONT (Transmission Containers): được sử dụng choviệc quản lý phân định bang thông luồng lên trong khối PON của lớp hội tụ truyềndẫn TC (Transmission Convergence)

− T-CONT mang các thông tin ATM VPI/VCI và/hoặc cổng GEM và thôngbáo các trạng thái bộ đệm của chúng cho các OLT tương ứng

− T-CONT tự động thu nhận các gói tin cho phép được nhận dạng bởi

Hình 3 7 : Ngăn xếp giao thức của GTC

Theo một quan điểm khác, GTC chứa mặt phẳng C/M quản lý các luồng lưulượng người dùng, an ninh, các thuộc tính OAM, và một mặt phẳng U mang lưulượng người sử dụng Trong lớp con tạo khung GTC, phân vùng ATM, phân vùngGEM, các phần quản lý vận hành bảo dưỡng lớp vật lý PLOAM (Physical LayerOperations Administrations Maintenance) và OAM nhúng được nhận biết theo vịtrí trên khung GTC Chỉ OAM nhúng được kết cuối tại lớp này để điều khiển qualớp con này, do thông tin của OAM nhúng được nhúng trực tiếp vào khung GTC.Thông tin PLOAM được xử lý tại khối PLOAM được định vị như một client củalớp con này Các đơn vị chuyển từ/tới các Đơn vị giao thức dữ liệu PDU thôngthường (Protocol Data Unit) của ATM và GEM tại mỗi lớp con tương thích Ngoài

ra, các PDU này chứa dữ liệu kênh OMCI.Dữ liệu này cũng được phân loại thànhcác mặt phẳng C/M Các SDU ngoại trừ OMCI trên các phân vùng ATM và GEMđược phân loại vào mặt phẳng U

Lớp tạo khung GTC có cái nhìn bao quát tới tất cả dữ liệu được phát, và lớptạo khung GTC OLT trực tiếp ngang hàng với tất cả các lớp tạo khung GTC ONU.Hơn nữa, khối điều khiển phân bổ băng thông động (DBA control) được xem như

là khối chức năng chung Hiện nay, khối này có khả năng đáp ứng toàn bộ DBAthông báo ONU

Trong hệ thống GTC, OLT và ONU không hoạt động đồng thời ở 2 trạngthái.Chế độ nào được hỗ trợ sẽ được nhân biết tại thời điểm lắp đặt hệ thống ONU