FTTx và một số dịch vụ trên FTTx

FTTx và một số dịch vụ trên FTTx

MỤC LỤC

Trang

LỜI NÓI ĐẦU

Internet băng rộng với công nghệ ADSL (sử dụng cáp đồng) đã tạo nên bước tiến bùng nổ trong việc truyền tải dữ liệu Với khả năng kết nối,truyền dữ liệu gấp hàng chục đến hàng trăm lần modem quay số, ADSL đã biến Internet trở nên gần gũi và phổ biến với bất kỳ quốc gia nào.

Tuy nhiên, công nghệ ADSL đang đứng trước nguy cơ phải nhường vị trí thống trị bấy lâu nay cho một loại công nghệ truyền dẫn mới hơn, đó là công nghệ truyền dẫn cáp quang, thông qua kiến trúc mạng sử dụng cáp quang để kết nối viễn thông có tên FTTx (Fiber To The x).

Mạng FTTx (Fiber-to-the-x) hiện đang được xem là sẽ đóng một vai trò quan trọng trong 2-3 năm tới do tiềm năng cung cấp băng thông cho khách hàng lớn hơn so với cáp đồng, đáp ứng nhu cầu truyền thoại, dữ liệu và video trên nền IP Các công nghệ thường được sử dụng để tạo dựng các mạng FTTx, bao gồm cả các mạng quang thụ động, các đường dây thuê bao số (DSL), và các công nghệ nén video.

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line

AON Active Optical Network

APON ATM Passive Optical Network

CPE Customer Premises Equipment

DSLAM Digital Subscriber Line Access Multiplexer

FTTB Fiber To The Building

FTTC Fiber To The Curb

OLT Optical Line Terminal

ONT Optical Network Terminal

PON Passive Optical Network

TDM Time-Division Multiplexing

WDM Wavelength Division Multiplexing

I TỔNG QUAN VỀ FTTx

1 Giới thiệu chung

FTTx (Fiber to the x) là một thuật ngữ chung cho bất kỳ kiến trúc mạng băng rộng sử dụng cáp quang thay thế tất cả hay một phần cáp kim loại thông thường dùng trong mạch vòng ở chặng cuối của mạng viễn thông.Thuật ngữ chung này bắt nguồn như một sự tổng quát hóa một vài mô hình mạng triển khai sợi quang (FTTN, FTTC, FTTB, FTTH, FTTP…),tất cả bắt đầu bằng FTT nhưng kết thúc bởi các ký tự khác nhau, được thay thế bằng x mang tính chất tổng quát hóa

Ngành công nghiệp viễn thông đã phân biệt một vài mô hình riêng biệt, rõ ràng Trong đó được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay là:

 Fiber To The Home (FTTH): sợi quang được dẫn tới ranh giới không gian sống, như một hộp cáp quang được đặt trên tường bên ngoài của một ngôi nhà

 Fiber To The Building (FTTB): sợi quang được dẫn tới chân của một tòa nhà cao tầng, từ đó thông qua phương tiện chuyển

 Fiber To The Curb (FTTC): sợi quang được dẫn tới tủ cáp đặt trên lề đường cách khu vực khách hàng gần hơn 300m,từ đó sử dụng cáp đồng đấu nối tới người dùng.

 Fiber To The Node (FTTN): sợi quang được dẫn tới node, nó cũng tương tự như FTTC, nhưng khoảng cách từ node tới khu vực khách hàng thì xa hơn, có thể tới vài kilomet

Hình 1: Các mô hình mạng FTTx

Nhu cầu sử dụng hạ tầng cáp quang tới hộ gia đình FTTH (Fiber to the Home) đã xuất hiện từ những năm 1980 khi mà các công ty điện thoại thấy lợi ích mang lại trong việc cung cấp các dịch vụ băng rộng tới các thuê bao Những tiến bộ nhanh chóng trong lĩnh vực thu phát và cáp sợi quang đã mở ra một tiềm năng lớn trong việc phát triển hạ tầng FTTH FTTH được xem như một giải pháp hoàn hảo trong việc thay thế mạng cáp đồng hiện tại nhằm cung cấp các dịch vụ “triple play” (bao gồm thoại, hình ảnh, truy cập dữ liệu tốc độ cao) và các ứng dụng đòi hỏi nhiều băng thông

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 cấp loại hình dịch vụ tiên tiến này.

 Ngày 1/5/2009, VNPT cung cấp dịch vụ Internet FTTH trên cáp quang với tốc độ cao đến 20Mbps/20Mbps

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

hiện nay thì cáp quang mới được phát triển bùng nổ, nhất là trong lĩnh vực kết nối liên lục địa, kết nối xuyên quốc gia Và việc sử dụng công nghệ truyền dẫn hiện đại này cũng đang bắt đầu thay thế dần mạng cáp đồng ADSL phục vụ trực tiếp đến người sử dụng.

Cáp quang dài, mỏng với thành phần của thủy tinh trong suốt bằng đường kính của một sợi tóc Chúng được sắp xếp trong bó được gọi là cáp quang và được sử dụng để truyền tín hiệu trong khoảng cách rất xa Cáp quang có cấu tạo gồm dây dẫn trung tâm là sợi thủy tinh hoặc plastic đã được tinh chế nhằm cho phép truyền đi tối đa các tín hiệu ánh sáng Sợi quang được tráng một lớp lót nhằm phản chiếu tốt các tín hiệu

Cáp quang gồm các phần sau:

 Core : Trung tâm phản chiếu của sợi quang nơi ánh sáng đi

 Cladding : Vật chất quang bên ngoài bao bọc lõi mà phản xạ ánh sáng trở lại vào lõi

 Buffer coating : Lớp phủ dẻo bên ngoài bảo vệ sợi không bị hỏng

và ẩm ướt

 Jacket: Hàng trăm hay hàng ngàn sợi quang được đặt trong bó gọi

là cáp quang Những bó này được bảo vệ bởi lớp phủ bên ngoài của cáp được gọi là jacket

Khi phát tín hiệu thì một điốt phát sáng (LED) hoặc laser sẽ truyền dữ liệu xung ánh sáng vào cáp quang Còn khi nhận thì sẽ sử dụng cảm ứng quang chuyển xung ánh sáng ngược thành dữ liệu So với cáp đồng, cáp quang chỉ truyền sóng ánh sáng (không truyền tín hiệu điện) nên nhanh, không bị nhiễu

và bị nghe trộm (tín hiệu ánh sáng từ sợi quang không bị nhiễu với những sợi khác trong cùng cáp, điều này làm cho chất lượng tín hiệu tốt hơn) Độ suy dần thấp hơn các loại cáp đồng (tín hiệu bị mất trong cáp quang ít hơn trong cáp đồng) nên có thể tải các tín hiệu đi xa hàng ngàn km Dung lượng tải của cáp quang cao hơn, vì sợi quang mỏng hơn cáp đồng, nhiều sợi quang có thể được

bó vào với đường kính đã cho hơn cáp đồng Điều này cho phép nhiều kênh đi qua một sợi cáp

Cáp quang cũng sử dụng điện nguồn ít hơn, bởi vì tín hiệu trong cáp quang giảm ít, máy phát có thể sử dụng nguồn thấp hơn thay vì máy phát với điện thế cao được dùng trong cáp đồng

Còn tín hiệu số thì cáp quang rất lý tưởng thích hợp để tải thông tin dạng

số mà đặc biệt hữu dụng trong mạng máy tính Cáp quang cũng không cháy, vì

không có điện xuyên qua cáp quang, do đó không có nguy cơ hỏa hạn xảy ra Tuy vậy, cáp quang và các thiết bị đi kèm lại rất đắt tiền so với các loại cáp đồng.

2.2 Một số tiêu chí về chất lượng dịch vụ giữa ADSL và FTTx

Hiện nay, công nghệ FTTH (Fiber-To-The-Home là mạng viễn thông băng thông rộng bằng cáp quang được nối đến tận nhà để cung cấp các dịch vụ tốc độ cao như điện thoại, Internet tốc độ cao và TV) đang được triển khai khá mạnh mẽ trên thế giới Khi dùng công nghệ FTTH, đường truyền dẫn hoàn toàn bằng cáp quang tới tận phòng máy của người sử dụng Chất lượng truyền dẫn tín hiệu bền bỉ ổn định không bị suy hao tín hiệu bởi nhiễu điện từ, thời tiết hay chiều dài cáp như đối với ADSL Độ bảo mật rất cao Với ADSL, khả năng bảo mật thấp hơn vì có thể bị đánh cắp tín hiệu trên đường dây, còn với FTTH thì hầu như không thể bị đánh cắp tín hiệu trên đường dây Với công nghệ FTTH, nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp tốc độ download lên đến 10 Gigabit/giây, nhanh gấp 200 lần so với ADSL 2+ (hiện chỉ có thể đáp ứng 20 Megabit/giây) Tốc độ truyền dẫn với ADSL là không cân bằng, có tốc độ tải lên luôn nhỏ hơn tốc độ tải xuống (Bất đối xứng, Download > Upload) và tối đa 20 Mbps Còn FTTH cho phép cân bằng, tốc độ tải lên và tải xuống như nhau (Đối xứng, Download = Upload) và cho phép tối đa là 10 Gbps, có thể phục vụ cùng một lúc cho hàng trăm máy tính FTTH đặc biệt hiệu quả với các dịch vụ: Hosting Server riêng, VPN (mạng riêng ảo), Truyền dữ liệu, Game Online, IPTV (truyền hình tương tác), VoD (xem phim theo yêu cầu), Video Conferrence (hội nghị truyền hình), IP Camera…với ưu thế băng thông truyền tải dữ liệu cao, có thể nâng cấp lên băng thông lên tới 1Gbps, An toàn dữ liệu, Độ ổn định cao, không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện, từ trường

Bảng 1: So sánh ADSL và FTTx dựa trên một số tiêu chí

Môi trường truyền tín

hiệu

Độ ổn định Dễ bị suy hao do tín hiệu

điện từ, thời tiết, chiều dài cáp…

dây đường truyềnTốc độ truyền dẫn

(Upload và download )

Bất đối xứng : Download > UploadTốc độ tối đa là 20 Mbps

Cho phép cân bằng :Upload = download Tốc độ cho phép là 10Gbps

Chiều dài cáp Tối đa là 2,5 km để đạt

Rất phù hợp vì tốc độ rất cao và có thể tùy biến tốc độ

II KỸ THUẬT TRIỂN KHAI MẠNG FTTx

Các hướng chính triển khai FTTx (cụ thể với FTTH ) :

 Home Run (Point-to-Point)

 AON - Active optical network: Mạng quang chủ động hay mạng quang tích cực

 PON - Passive optical network: Mạng quang thụ động

Hình 3: Các hướng triển khai mạng FTTx

Hình 5: Mạng quang chủ động

Để phân phối tín hiệu, mạch quang chủ động sử dụng các thiết bị sử dụng điện để phân tích dữ liệu như một chuyển mạch, router hoặc multiplexer Dữ liệu từ phía nhà cung cấp của khách hàng nào sẽ chỉ được chuyển đến khách hàng đó Dữ liệu từ phía khách hàng sẽ tránh xung đột khi truyền trên đường vật lý chung bằng việc sử dụng các bộ đệm của các thiết bị chủ động

Từ năm 2007, hầu hết các các hệ thống mạng quang chủ động được gọi là Ethernet chủ động Ethernet chủ động sử dụng các chuyển mạch ethernet quang

để phân phối tín hiệu, do đó sẽ kết nối các căn hộ khách hàng với nhà cung cấp thành một hệ thống mạng Ethernet khổng lồ giống như một mạng máy tính ethernet thông thường ngoại trừ mục đích của chúng là kết nối các căn hộ và các tòa nhà với nhà cung cấp dịch vụ Mỗi tủ chuyển mạch có thể quản lý tới

1000 khách hàng, thông thường là 400-500 khách hàng Các thiết bị chuyển mạch này thực hiện chuyển mạch và định tuyến dựa vào lớp 2 và lớp 3

Active Ethernet: Thuật ngữ này đuợc hiểu như thực hiện một kết nối điểm điểm giữa nguời sử dụng và Ethernet Switch của nhà cung cấp dịch vụ, các Ethernet Switches có thể đuợc đặt tại nhà cung cấp dịch vụ hoặc đôi khi đuợc đặt như một tủ cung cấp mạng gần phía khách hàng Thiết bị chuyển đổi (Media Converter) được đặt ở phía khách hàng có nhiệm vụ chuyển quang điện (quang đơn mode thành CAT 5 có thể sử dụng 100 Base – T hoặc 1000 Base-T (GigabitEthernet).

Một nhược điểm rất lớn của mạng quang chủ động chính là ở thiết bị chuyển mạch Với công nghệ hiện tại, thiết bị chuyển mạch bắt buộc phải chuyển tín hiệu quang thành 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 FTTX Ngoài ra do đây là những chuyển mạch có tốc độ cao nên các thiết bị này rất đắt, không phù hợp với việc triển khai đại trà cho mạng truy cập

thiết bị điện chủ động trong mạng phân chia và băng thông được chia sẻ từ nhánh (feeder) đến người dùng (drop) Tín hiệu download được broadcast tới các hộ gia đình, tín hiệu này được mã hóa để tránh việc xem trộm Tín hiệu upload được kết hợp bằng việc sử dụng giao thức đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) OLT sẽ điều khiển các ONU sử dụng các khe thời gian cho việc truyền dữ liệu đường uplink.

Hình 7: Cấu trúc mạng quang thụ động

3.2 Thành phần mạng PON

Thiết bị đường truyền quang (OLT: Optical Line Terminal): OLT cung cấp giao tiếp giữa hệ thống mạng truy cập quang thụ động EPON và mạng quang đường trục của các nhà cung cấp dịch vụ thoại, dữ liệu và video OLT cũng kết nối đến mạng lõi của nhà cung cấp dịch vụ thông qua hệ thống quản

lý EMS (Element Management System)

Thiết bị kết cuối mạng quang (ONU: Optical Network Unit): ONU cung cấp giao tiếp giữa mạng thoại, video và dữ liệu người dùng với mạng PON Chức năng cơ bản của ONU là nhận dữ liệu ở dạng quang và chuyển sang dạng phù hợp với người dùng như Ethernet, POST, T1

Hệ thống quản lý (EMS: Element Management System): EMS quản lý các phần tử khác nhau của mạng PON và cung cấp giao diện đến mạng lõi của các

nhà cung cấp dịch vụ EMS có chức năng quản lý về cấu hình, đặc tính và bảo mật.

Trong công nghệ PON, thiết bị OLT (Optical Line Terminal, thiết bị kết cuối kênh quang) được đặt ở phía nhà cung cấp dịch vụ, còn các thiết bị ONT (Optical Network Terminal, thiết bị kết cuối mạng quang) được đặt phía nguời

sử dụng Thiết bị OLT cung cấp nhiều kênh quang, mỗi kênh quang đuợc truyền trên một tuyến cáp quang trên đó có bộ lọc (splitter) Nhiệm vụ của bộ lọc là thu và nhận các tín hiệu quang đuợc nhận và phát bởi OLT Các đôi dây quang truyền từ OLT sẽ trải dài và kết nỗi tới mỗi ONT Các bước sóng truyền

1490 nanometers (buớc chọn lựa, 1550 nm) đuợc dùng cho băng thông chiều xuống từ OLT, trong đó các bước sóng 1310 nm sẽ đuợc truyền theo huớng lên bởi mỗi thiết bị ONT Hệ thống cung cấp địa chỉ, cung cấp băng thông một cách tự động tự động cũng như việc mã hóa được sử dung để truy trì và phân tách lưu lựợng giữa OLT và ONT

 Lợi điểm loại bỏ hoàn toàn sự cần thiết của nguồn ngoài.Ưu điểm của PON là nó sử dụng các thiết bị splitter không cần cấp nguồn,

có giá thành rẻ và có thể đặt ở bất kì đâu, không phụ thuộc và các điều kiện môi trường, không cần phải cung cấp năng lượng cho các thiết bị giữa phòng máy trung tâm và phía người dùng Ngoài ra,

ưu điểm này còn giúp các nhà khai thác giảm được chi phí bảo dưỡng, vận hành Kiến trúc PON cho phép giảm chi phí cáp sợi quang và giảm chi phí cho thiết bị tại CO do nó cho phép nhiều người dùng (thường là 32) chia sẻ chung một sợi quang

3.5 Các chuẩn mạng quang bị động PON

 BPON (Broadband PON): là một chuẩn dựa trên APON Nó hỗ trợ thêm công nghệ WDM, băng thông giành cho đường uplink là động và cao hơn Nó cũng cung cấp một giao diện quản lý chuẩn OMCI giữa OLT và ONU/ONT cho phép nhiều nhà cung cấp dịch

vụ cùng hoạt động

 ITU-T G.984

 GPON (Gigabit PON): là sự nâng cấp của chuẩn BPON Nó hỗ trợ tốc độ cao hơn, bảo mật được tăng cường và sự đa dạng trong việc lựa chọn giao thức lớp 2 :ATM, GEM, Ethernet

 IEEE 802.3ah

 EPON (Ethernet PON) là một chuẩn của IEEE/EFM cho việc sử dụng Ethernet trong việc truyền dữ liệu

3.5 WDM PON

Hình 9: Cấu trúc TDMA-PON và WDM-PON

Ở hướng xuống (từ OLT đến ONU), mạng PON là mạng điểm-đa điểm OLT chiếm toàn bộ băng thông hướng xuống Trong hướng lên, mạng PON là mạng đa điểm-điểm: nhiều ONU truyền tất cả dữ liệu của nó đến một OLT Đặc tính hướng của các bộ tách ghép thụ động là việc truyền thông của một ONU sẽ không được nhận biết bởi các ONU khác Tuy nhiên các luồng dữ liệu

từ các ONU khác nhau được truyền cùng một lúc cũng có thể bị xung đột Vì vậy trong hướng lên, PON sẽ sử dụng một vài cơ chế riêng biệt trong kênh để tránh xung đột dữ liệu và chia sẽ công bằng tài nguyên và dung lượng trung kế.Một phương pháp chia sẽ kênh ở hướng lên của ONU là sử dụng ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM, với phương pháp này thì mỗi ONU sẽ hoạt động ở một bước sóng khác nhau Giải pháp WDM yêu cầu một bộ thu điều khiển được hoặc là một mảng bộ thu ở OLT để nhận các kênh khác nhau Thậm chí nhiều vấn đề khó khăn cho các nhà khai thác mạng là kiểm kê từng bước sóng của ONU: thay vì chỉ có một loại ONU, thì có nhiều loại ONU dựa

trên các bước sóng Laser của nó Mỗi ONU sẽ sử dụng một laser hẹp và độ rộng phổ điều khiển được cho nên rất đắt tiền Mặc khác, nếu một bước sóng bị sai lệch sẽ gây ra nhiễu cho các ONU khác trong mạng PON Việc sử dụng Laser điều khiển được có thể khắc phục được vấn đề này nhưng quá đắt cho công nghệ hiện tại Với những khó khăn như vậy thì WDM không phải là giải pháp tốt cho môi trường hiện nay.

Một số giải pháp khác dựa trên WDM cũng được đề xuất nhưng giá cả khá cao Do vậy, TDM PON đã ra đời Trong TDM PON, việc truyền đồng thời từ vài ONU sẽ gây ra xung đột khi đến bộ kết hợp Để ngăn chặn xung đột

dữ liệu, mỗi ONU phải truyền trong cửa sổ (khe thời gian) truyền của nó Một thuận lợi lớn của TDM PON là tất cả các ONU có thể hoạt động cùng một bước sóng, OLT cũng chỉ cần một bộ thu đơn Bộ thu phát ONU hoạt động ở tốc độ đường truyền, thậm chí băng thông có thể dùng của ONU thấp hơn Tuy nhiên, đặc tính này cũng cho phép TDM PON đạt hiệu quả thay đổi băng thông được dùng cho từng ONU bằng cách thay đổi kích cở khe thời gian được ấn định hoặc thậm chí sử dụng ghép kênh thống kê để tận dụng hết băng thông được dùng của mạng PON

Trong mạng truy cập thuê bao, hầu hết các luồng lưu lượng lên và xuống không phải là Peer to Peer (user to user) Vì vậy điều này dường như là hợp lý

để tách kênh lên và xuống Một phương pháp tách kênh đơn giản có thể dựa trên ghép kênh phân chia không gian(SDM) mà nó tách PON được cung cấp theo hướng truyền lên xuống Để tiết kiệm cho sợi quang và giảm chi phí sửa chữa và bảo quảng, một sợi quang có thể được sử dụng cho truyền theo hai hướng Trong trường hợp này, hai bước sóng được dùng là: hướng lên

λ1=1310nm, hướng xuống λ2=1550nm Dung lượng kênh ở mỗi bước sóng có thể phân phối linh động giữa các ONU

Ghép kênh phân chia theo thời gian là phương pháp được ưu tiên hiện nay cho việc chia sẽ kênh quang trong mạng truy cập khi mà nó cho phép một bước sóng đơn ở hướng lên và bộ thu pháp đơn ở OLT đã làm cho giải pháp này có

ưu thế hơn về chi phí đầu tư

4 So sánh giữa 2 kỹ thuật AON và PON :