CHƯƠNG 2. NGUYÊN NHÂN RA ĐỜI VÀ TỔNG QUAN VỀ MẠNG GPON
2.1. Tổng quan về mạng PON
2.1.3. Công nghệ của mạng PON
Từ năm 1995, 7 nhà khai thác mạng hàng đầu thế giới đã lập nên nhóm FSAN (Full Service Access Network) với mục tiêu là thống nhất các tiêu chí cho mạng truy nhập băng rộng. Các thành viên của FSAN đã phát triển một tiêu chí cho mạng truy nhập PON sử dụng công nghệ ATM và giao thức lớp 2 của nó. Hệ thống này
19
được gọi là APON (viết tắt của ATM PON). Cái tên APON sau đó được thay thế bằng BPON với ý diễn đạt PON băng rộng.
Mạng quang thụ động băng rộng B-PON được chuẩn hóa trong chuỗi các khuyến nghị G.938 của ITU-T. 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 dữ liệu hướng lên và hướng xuống, giao thức truy nhập hướng lên TDMA, các giao tiếp vật lý, các giao tiếp quản lý và điều khiển ONT và DBA
b. Công nghệ EPON/GEPON
Năm 2001, IEEE thành lập một nhóm nghiên cứu Ethernet in the First Mile (EFM) với mục tiêu mở rộng công nghệ Ethernet hiện tại sang mạng truy nhập vùng, hướng tới các mạng đến nhà thuê bao hoặc các doanh nghiệp với yêu cầu vẫn giữ các tính chất của Ethernet truyền thống. Ethernet PON (EPON) được bắt đầu nghiên cứu trong thời gian gian này. EPON là mạng trên cở sở PON mang lưu lượng dữ liệu gói trong các khung Ethernet được chuẩn hóa theo IEEE 802.3. Sử dụng mã đường truyền 8b/10B và hoạt động với tốc độ 1Gbps.
c. Công nghệ GPON
Từ năm 2003-2004, ITU-T đã chuẩn hóa một loạt các tiêu chuẩn cho mạng Gigabit PON (GPON) bao gồm G.984.1,G.984.2, G.984.3 và G.984.4.
Chuẩn GPON hiện nay được định nghĩa dựa trên các giao thức cơ bản của chuẩn SONET/SDH ITU. Các giao thức của nó khá đơn giản và đòi hỏi rất ít thủ tục. Chính vì thế mà hiệu suất băng thông của GPON đạt tới trên 90%. GPON có các ưu điểm như cung cấp dịch vụ bộ ba hỗ trc các dịch vụ âm thanh, dữ liệu và video truyền theo định dạng gốc của nó. Dưới đây là bảng so sánh các chuẩn công nghệ TDMA PON.
Bảng 1.3 So sánh các chuẩn công nghệ TDMA PON
Đặc tính B-PON G-PON E-PON
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 tới 2.488 1 Gbit/s cả
20
Đặc tính B-PON G-PON E-PON
lên. 155.52 hoặc 622.08 Mbit/s hướng
xuống
Gbit/s cả 2 hướng 2 hướng
Tỷ lệ chia
(ONUs/PON) 1:64 1:64 1:64 **
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
Khuân 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 hoặc ATM)
hoặc CES
CES
Hỗ trợ thoại Qua ATM Qua TDM hoặc
VoIP VoIP
QoS Có (DBA) Có (DBA) Có (ưu tiên
802.1Q)
21
Đặc tính B-PON G-PON E-PON
Sửa lỗi hướng tới trước FEC (Forward
Error Correction)
Không RS(255, 239) RS(255,
239)
Mã hóa bảo mật AES – 128 AES - 128, 192,
256 Không
OAM PLOAM và ATM GTC và
ATM/GEM OAM
802.3ah Ethernet OAM d. Công nghệ WDM PON
WDM-PON là mạng quang thụ động sử dụng phương thức đa ghép kênh phân chia 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. Mỗi một ONU có một bộ lọc quang để lựa chọn bước sóng tương thích với nó, OLT cũng có một bộ lọc cho mỗi ONU.
Cấu trúc của WDM-PON được mô tả như trong Hình 2.3 Trong đó WDM- PON có thể được sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau như là FTTx, các ứng dụng VDSL và các điểm truy nhập vô tuyến từ xa. Các bộ thu WDM-PON sử dụng kỹ thuật lọc quang mảng ống dẫn sóng (Arrayed Waveguide Grating - AWG). Một AWG có thể được đặt ở môi trường trong nhà hoặc ngoài trời
Hình 2.3 Cấu trúc của WDM PON [3]
Ưu điểm chính của WDM-PON là nó khả năng cung cấp các dịch vụ dữ liệu theo các cấu trúc khác nhau (DS1/E1/DS3, 10/100/1000Base Ethernet…) tùy theo
22
yêu 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 bước sóng khác nhau. WDM-PON cũng được triển khai kết hợp với các giao thức TDMA PON để cải thiện băng thông truyền tin.
e. CDMA-PON
Công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã CDMA cũng có thể triển khai trong các ứng dụng PON. Cũng giống như WDM-PON, CMDA-PON cho phép mỗi ONU sử dụng khuôn dạng và tốc độ dữ liệu khác nhau tương ứng với các nhu cầu của khách hàng. CDMA PON cũng có thể kết hợp với WDM để tăng dung lượng băng thông.
CDMA PON truyền tải các tín hiệu khách hàng với nhiều phổ tần truyền dẫn trải trên 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.
f. Nhận xét
Hiện nay mạng APON/BPON không được quan tâm phát triển do chỉ hỗ trợ dịch vụ ATM và tốc độ truy nhập thấp hơn nhiều so với các công nghệ hiện hữu khác như GPON hay EPON.
Trong khi, EPON chỉ cung cấp tốc độ truyền là 1,25 Gbit/s thì GPON lại cho phép đạt tới tốc độ 2,448 Gbit/s. Càng ngày các nhà cung cấp dịch vụ càng cố tiết kiệm chi phí bằng việc tận dụng tối đa băng thông vì vậy EPON đang dần không được lựa chọn. EPON lại tốn khá nhiều băng thông cho việc quy định các thủ tục truyền thông vì vậy nó chỉ đạt hiệu suất từ 50% ÷ 70%, băng thông của EPON bị giới hạn trong khoảng 600Mbps đến 900Mbps. Trong khi đó, GPON có thể đạt tới hiệu suất mạng 93%, điều đó có nghĩa là chỉ có 7% độ rộng băng tần được sử dụng cho việc quy định các thủ tục của giao thức truyền thông. GPON cho phép các nhà cung cấp dịch vụ phân phối với băng thông lên đến 2.300 Mbps, độ rộng băng tần lớn, GPON hứa hẹn mang lại nhiều lợi nhuận cho các nhà cung cấp dịch vụ. Đã được chuẩn hoá theo ITU–T G.984, GPON cho phép cung cấp đường truyền với các định dạng gốc như IP và TDM, đây thực sự là một giải pháp công nghệ PON đạt hiệu quả kinh tế có thể sử dụng cho cả các dịch vụ gia đình cũng như là cho các doanh nghiệp. Độ rộng băng GPON có thể đáp ứng cho cho truyền dữ liệu Internet,
23
yêu cầu nhiều dòng IPTV đồng thời (Internet Protocol Television) và có thể hỗ trợ truyền thông cả SDTV (Standard Definition Television) và HDTV (High Definition TeleVision), GPON đã thực sự được đánh giá là kinh tế hơn EPON.
Mặt khác trong khi tiêu chuẩn IEEE 803.2ah chỉ hỗ trợ 2 lớp ODN: lớp A và lớp B thì ITU-GT.984.2 GPON GPM hỗ trợ cả lớp C, lớp cấp cao hơn. Lớp C cho phép mạng PON mở rộng cự ly tới 20 Km, cung cấp cho số lượng lớn người dùng cuối, đạt tới 64 thậm chí 128 ONU/ONT.
Bên cạnh đó trong khi EPON chỉ hỗ trợ duy nhất một tốc độ truyền dẫn đối xứng 1,25/1,25 Gbps. ITU- T G.984.2 GPON GEM linh hoạt và biến đổi được hơn nhiều hơn, cho phép các tốc độ hướng xuống 1,25 và 2,5 Gbps, hướng lên cho phép 155 Mbps, 622 Mbps hay 1,25 và 2,5 Gbps. Cả hai công nghệ đều nhắm tới thị trường truy nhập, bao gồm các ứng dụng FTTH và FTTB/FTTC . Trong khi GPON cho phép các nhà cung cấp dịch vụ để thiết lập những tốc độ kết nối theo nhu cầu thực tế, EPON không thực hiện được điều này. Mặc dù đây không là một vấn đề lớn về chi phí đối với kết nối tốc độ cao, tuy nhiên để hỗ trợ 1,25 Gbps hướng lên, đòi hỏi phải cung cấp laser DFP ở đầu cuối và điôt quang thác APD đắt tại trung tâm mạng quang CO.
Từ những so sánh trên có thể thấy rằng GPON thích hợp hơn so với EPON trong việc lắp đặt các hệ thống mạng để cung cấp các khả năng dự phòng cần thiết hỗ trợ cho O&M, khả năng tương thích cũng như là bảo mật.Đây là những điều kiện cần thiết để điều hành một mạng kích cỡ lớn.