32 0 1008KB
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG CƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VIỄN THÔNG II ----------
BÁO CÁO TIỂU LUẬN MÔN HỌC: CÔNG NGHỆ TRUYỀN TẢI QUANG CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ-TRUYỀN THÔNG HỆ:
ĐẠI HỌC CHÍNH QUY
NIÊN KHÓA:
2017-2022
ĐỀ TÀI: MẠNG TRUY NHẬP QUANG Giảng viên hướng dẫn : ThS. Phạm Quốc Hợp Sinh viên thực hiện :
Vũ Thiện Tâm Trần Trung Tính – N17DCVT086 Nguyễn Anh Tuấn Nguyễn Trần Quốc TuấnN17DCVT094 Nguyễn Công Trung -
Lớp:
D17CQVT02-N
1.
TỔNG QUANG MẠNG TRUY NHẬP QUANG 1.1 Khái niệm: mạng truy nhập hay công trình ngoại vi là toàn bộ hệ thống thiết bị và đường truyền dẫn nằm giữa tổng đài và thiết bị đầu cuối của khách hàng, thực hiện chức năng truyền dẫn thiết bị và có kết nối trực tiếp đến thuê bao.
2.1 Cấu trúc cơ bản:
Central office (CO): Gồm OLT và OLU OLT (Optical Line Terminal): tập trung dung lượng các mạng thoại, data, video sau đó chuyển sang miền quang. Giá phối quang ODF (Optical Distribution Frame): kết nối OLT với cáp quang gốc (feeder cable) Cáp gốc (feeder cable): số lượng sợi quang lớn (100-1000 FO), sử dụng lọai sợi quang G.652D
Điểm phối quang (Distribution point): kết nối hoặc phân chia cáp gốc thành nhiều nhánh để tạo kết nối điểm đa điểm Cáp phối (Distribution cable): cáp ngoài trời, có thể là cáp treo, chôn trực tiếp hoặc luồn ống. Sợi quang chuẩn G.652D Điểm truy nhập quang (Access point): Thường là các hộp tập điểm cáp quang, đầu vào là cáp phối đầu ra là cáp thuê bao. Dung lượng 24-64 FO Cáp thuê bao (Drop cable): Kết nối user với mạng, dung lượng thấp 224 FO. ONT/ONU (Optical Network Terminal/ Optical Network Unit): Thiết bị đầu cuối thuê bao, cung cấp giao diện kết nối giữa user và mạng. Biến đổi O/E và giải ghép kênh luồng dữ liệu. 3.1 Các cách truy nhập quang: Truy nhập băng hẹp: Truy nhập bằng quay số (Dial-up Aceess): Đây là một loại truy nhập băng hẹp dựa trên phương thức quay số thông qua modem. Truy nhập băng rộng:
Đường dây thuê bao số (DSL) Cable model Cáp quang (FTTx) Vô tuyến: Hệ thống vệ tinh quỹ đạo thấp Teledesic và Bridge Truy nhập qua đường dây điện thoại
4.1 Đặc điểm: - Thực hiện chức năng ghép kênh, nối chéo, và truyền dẫn. Mạng truy nhập không thực hiện chức năng chuyển mạch. - Cung cấp đa dịch vụ: chuyển mạch, số liệu, hình ảnh, thuê kênh, ... - Đường kính mạng tương đối nhỏ: trong nội thành khoảng vài km, ngoại thành khoảng từ vài km đến hơn 10 km. - Giá thành đầu tư mạng phụ thuộc vào thuê bao: bởi vì thuê bao ở gần nút dịch vụ cần ít cáp truyền dẫn hơn so với thuê bao ở xa nút dịch vụ. Sự chênh lệch giá thành đầu tư có thể lên đến 10 lần. - Khả năng tiếp cận cáp quang của thuê bao: ONU đặt càng gần nhà thuê bao thì đoạn cáp đồng nối đến nhà thuê bao càng ngắn. - Khả năng thích ứng đối với môi trường: ONU của mạng truy nhập có thể thích ứng cho hoàn cảnh môi trường khắc nghiệt, có thể đặt ngoài trời.
Tuy nhiên môi trường càng khắc nghiệt thì yêu cầu đối với thiết bị càng cao. Sự biến thiên tính năng của các linh kiện điện tử và linh kiện quang theo nhiệt độ tuân theo hàm mũ, do đó tính năng các linh kiện trong thiết bị mạng truy nhập xấu đi nhanh gấp 10 lần thiết bị thông thường.
5.1 Phân loại: Mạng truy nhập quang được chia làm hai loại cơ bản: Mạng quang chủ động (AON) Mạng quang thụ động (PON) 2.
MẠNG QUANG TÍCH CỰC AON VÀ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG PON
2.1 Mạng Quang Tích Cực (Active Optical Network) 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 được đưa trực tiếp tới khách hàng yêu cầu nó. Do đó, để tránh xung đột tín hiệu ở đoạn phân chia từ nhà cung cấp tới người dùng, cần phải sử dụng một thiết bị điện có tính chất “đệm” cho quá trình này. Từ năm 2007, một loại mạng cáp quang phổ biến đã nảy sinh là Ethernet tích cực (Active Ethernet). Đó chính là bước đi đầu tiên cho sự phát triển của chuẩn 802.3ah nằm trong hệ thống chuẩn 802.3 được gọi là Ethernet 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 cung cấp và khách hàng đã tham gia vào một kiến trúc mạng chuyển mạch Ethernet tương tự như mạng máy tính Ethernet sử dụng trong các trường học. Tuy nhiên, 2 mạng này cũng có sự khác biệt đó là Ethernet trong trường học mục đích chủ yếu là liên kết giữa máy tính và máy in còn mạng chuyển mạch Ethernet tích cực này để dùng cho kết nối từ phía nhà cung cấp tới khách hàng. Mỗi một khối chuyển mạch trong mạng Ethernet tích cực có thể điều khiển lên tới 1000 khách hàng nhưng thông thường trong thực tế, 1 chuyển mạch chỉ sử dụng cho từ 400 đến 500 khách hàng.Các thiết bị chuyển mạch này thực hiện chuyển mạch và định tuyến dựa vào lớp 2 và lớp 3. Chuẩn 802.3ah cũng cho phép nhà cung cấp dịch vụ cung cấp đường truyền 100Mbps song công tới khách hàng và tiến tới cung cấp đường truyền 1Gbps song công
Hình a. Mạng quang tích cực AON 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 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 FTTH. 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. Mạng Quang Thụ Động PON Mạng truy nhập quang thụ động-Passive Optical Network (PON), là mạng truy nhập quang mà hệ thống mạng phân phối quang không chứa bất kỳ một phần tử tích cực nào. Thay vào đó, PON sẽ chỉ bao gồm: sợi quang, các bộ chia, bộ kết hợp, bộ ghép định hướng, thấu kính, bộ lọc... Các phần tử thụ động của PON đều nằm trong mạng phân phối quang, là hệ thống truyền dẫn từ OLT đến ONU. Các phần tử tích cực như OLT và các ONU đều nằm ở đầu cuối của PON. Tín hiệu trong PON có thể được phân ra và truyền đi theo nhiều sợi quang thông qua bộ chia splitter hoặc được kết hợp lại và truyền trên một sợi quang thông qua bộ ghép quang, phụ thuộc vào tín hiệu đó là đi theo hướng lên hay hướng xuống của PON. PON thường được triển khai trên sợi quang đơn mode. Mạng phân phối quang của PON có thể có một hay nhiều tầng splitter để có thể cung cấp các gói cước băng thông khác nhau. Nhưng nếu sử dụng nhiều tầng splitter sẽ làm cho suy hao công suất rất lớn. Điều này sẽ giới hạn khoảng cách truyền dẫn giữa OLT và ONU.
Hình b. Mạng Quang Thụ Động PON. Về mặt logic, PON được sử dụng như mạng truy nhập kết nối điểm - đa điểm, với một CO phục vụ cho nhiều thuê bao. Có một số cấu hình kết nối điểm - đa điểm phù hợp cho mạng truy nhập, như: cấu hình cây, cây và nhánh, vòng ring, hoặc bus... Kiểu mạng PON thường gặp hiện nay là: Ethernet-PON(EPON), GigaEthernetPON(GEPON), Gigabit-PON(GPON)…Các công nghệ này đều dựa trên chuẩn IEEE 802.3 Ethernet. + Công nghệ APON/BPON: Hệ thống APON/BPON có khả năng cung cấp nhiều dịch vụ băng rộng như Ethernet, video, đường riêng ảo (VPL), kênh thuê riêng, hỗ trợ tốc độ không đối xứng 155 Mbps hướng lên và 622 Mbps hướng xuống hoặc tốc độ đối xứng 622 Mbps. Các hệ thống
BPON đã được sử dụng ở nhiều nơi, tập trung ở Bắc Mỹ, Nhật Bản và một phần Châu Âu + Công nghệ EPON: là mạng trên cơ 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. + Công nghệ GEPON: được khuyến nghị và chuẩn hoá bởi tổ chức Hội Điện Tử - Viễn Thông Quốc Tế (IEEE). IEEE đã phát triển từ EPON qui định trong chuẩn IEEE 802.3ah (công bố 06/2004) thành GEPON được ban hành dưới dạng chuẩn IEEE 802.3av. Hiện nay, GEPON có thể đạt đến tốc độ 10Gb/s cho mỗi sợi quang, và có thể lên đến 100Gb/s trong tương lai gần. Trong GEPON, bước sóng quang cho data/voice được chuẩn hóa là 1310/1490nm, và bước sóng 1550nm dành cho tín hiệu truyền hình (video). Khi triển khai GEPON Triple Play với cả Voice/data/video (catv) trên cùng một sợi quang thì các bộ chia quang phải sử dụng loại hỗ trợ 3 bước sóng (3 windows 1310/1490/1550nm) và giao diện xx/APC cho tín hiệu truyền hình. + Công nghệ GPON: hỗ trợ tốc độ bít cao nhất từ trước tới nay với tốc độ hướng xuống/hướng lên tương ứng lên tới 2,5/2,5 Gbit/s. GPON cung cấp độ rộng băng lớn chưa từng có từ trước tới nay và là công nghệ tối ưu cho các ứng dụng của FTTH và FTTB. Giới hạn cự ly của công nghệ GPON hiện tại được quy định trong khoảng 20 km và cung cấp tỉ lệ chia lên tới 1:128 (hiện tại thường sử dụng tỉ lệ 1:64, tối đa qua hai cấp chia). So sánh AON và PON băng thông
Thời gian xác định lỗi
AON Băng thông trên mỗi thuê bao sử dụng công nghệ AON đạt từ 100Mbps đến 1Gpbs. Đây là tốc độ băng thông trung bình mà công nghệ có thể đem đến cho người sử dụng.
Thời gian xác định lỗi
PON Băng thông trên mỗi thuê bao của công nghệ PON có sự vượt trội hơn so với AON. Cụ thể, băng thông của PON đạt đến 2.5Gbps/1.25Gbps. Đây là tốc độ đạt được khi thiết bị không sử dụng splitter và mạng được triển khai theo mô hình điểm - điểm. Tăng băng thông tạm thời cho thuê bao sử dụng công nghệ PON thường phức tạp hơn so với công nghệ AON. Thời gian xác định lỗi
thường rất nhanh và người dùng không cần chờ đợi quá lâu để biết được lỗi mạng là gì. Số thuê bao bị ảnh hưởng khi có lỗi phát sinh trong hệ thống mạng AON thường rất ít. Điều này giúp người dùng giảm thiểu các thiệt hại.
của PON thường chậm hơn so với AON. Số thuê bao bị ảnh hưởng khi mạng PON bị lỗi cũng nhiều hơn so với AON. Bên cạnh đó, thay vì mỗi thuê bao là đường cáp riêng nên mô hình mạng PON còn giúp cho nhà cung cấp có thể tiết kiệm tối đa không gian chưa cáp. Độ tin cậy của đường cáp đến thuê bao sử dụng PON khá thấp.
Độ tin cậy
Độ tin cậy của công nghệ AON được xác định dựa trên đường truyền cáp đến thuê bao. Theo đánh giá của nhiều người dùng, độ tin cậy dành cho công nghệ là rất cao. Nhưng yếu tố này có sự thay đổi tùy thuộc vào mô hình mà khách hàng lựa chọn kết nối là dual-homing, vòng tròn hay 2 kết nối.
Chi phí
Triển khai: Thấp vì sợi Triển khai: Cao do mỗi quang từ OLT sẽ được thuê bao là một sợi chia sẻ cho nhiều thuê quang riêng bao qua bộ chia thụ động (passive splitter) Vận hành: Cao các Vận hành: Thấp do OLT thiết bị như Access kích thước nhỏ và Node cần cấp nguồn và passive splitter không kích thước cũng lớn, cần nguồn. Phục vụ yêu cầu không gian. khoảng 8000 thuê bao Không gian cho cáp chỉ cần không gian của cũng cần nhiều. một tủ rack Nâng cấp: Cao do một Nâng cấp: Thấp, do đặc tính điểm đến điểm toàn bộ thuê bao trong nên việc nâng cấp băng một dây PON (từ OLT thông đơn giản, chẳng qua splitter đến người
hạn chỉ cần thay thiết bị đầu cuối (CPE)
dùng) phải được nâng cấp.
2.2 Giới thiệu công nghệ GPON GPON là viết tắt của Gigabit Passive Optical Networks. GPON là cơ chế truy cập điểm-tới-đa điểm(Điểm tới Đa Điểm dùng để chỉ kết nối từ 1 điểm đến nhiều điểm đầu cuối cùng một lúc có vị trí địa lý cách xa nhau bằng sóng vô tuyến ). Đặc điểm chính của nó là
sử dụng các bộ tách thụ động trong mạng lưới phân phối , cho phép một sợi đơn kết nối từ trung tâm cung cấp dịch vụ đến các cá nhân và doanh nghiệp nhỏ .
GPON định nghĩa theo chuẩn ITU-T G.984. GPON được mở rộng từ chuẩn BPON G.983 bằng cách tăng băng thông, nâng hiệu suất băng thông nhờ sử dụng gói lớn, có độ dài thay đổi và tiêu chuẩn hóa quản lý. Thêm nữa, chuẩn cho phép lựa chọn tốc độ bit của đường lên và đường xuống. Phương thức đóng gói GPON - GEM cho phép đóng gói lưu lượng người dùng rất hiệu quả, với sự phân đoạn khung cho phép chất lượng dịch vụ QoS cao hơn phục vụ lưu lượng nhạy cảm như truyền thoại và video. GPON hỗ trợ tốc độ cao hơn, tăng cường bảo mật và chọn giao thức lớp 2 (ATM, GEM, Ethernet). Điều đó cho phép GPON phân phối thêm các dịch vụ tới nhiều thuê bao hơn với chi phí thấp hơn cũng như cho phép khả năng tương thích lớn hơn giữa các nhà cung cấp thiết bị. Hệ thống GPON thông thường gồm một thiết bị kết cuối đường dây OLT và thiết bị kết cuối mạng ONU hay ONT được nối với nhau qua mạng phân phối quang ODN. Quan hệ giữa OLT và ONU là quan hệ một - nhiều, một OLT sẽ kết nối với nhiều ONU.
2.3 Kiến trúc mạng GPON.
Cấu trúc hệ thống GPON bao gồm OLT, các ONU, bộ chia quang Splitter và các sợi quang. Sợi quang được kết nối với các OLT đi tới bộ chia quang Splitter, tại bộ chia quang chia ra các sợi khác và các sợi phân nhánh này được kết nối với ONU. Hệ thống GPON bao gồm các thành phần sau đây: OLT: Thiết bị kết nối cáp quang tích cực lắp đặt tại phía nhà cung cấp dịch vụ, thường được đặt tại các trạm đài. ONT: Thiết bị kết nối OLT thông qua mạng phân phối quang (ODN) dùng cho trường hợp kết nối quang tới nhà thuê bao (FTTH). ONU: Thiết bị kến nối OLT thông qua mạng phân phối quang (ODN) dùng cho trường hợp kết nối quang tới các tòa nhà, tới các vỉa hè hoặc các node (FTTB, FTTC, FTTN). Bộ chia/ ghép quang thụ động (Splitter): Dùng để chia/ghép tín hiệu quang từ nhà cung cấp dịch vụ đến khách hàng và ngược lại giúp tận dụng hiệu quả sợi quang vật lý. Splitter thường được đặt tại các điểm phân phối quang (DP) và các điểm truy nhập quang (AP). Bộ chia/ghép quang có hai loại, một đặt tại nhà trạm viễn thông, sử dụng các tủ kiểu indoor, loại kia sẽ là loại thiết bị được bọc kín có thể mở ra khi cần thiết và đặt tại các điểm măng xông. FDC: Tủ phối quang. FDB: Hộp phân phối quang loại nhỏ. 2.3.1 Kết cuối đường quang OLT Kết cuối đường quang OLT được kết nối tới mạng chuyển mạch thông qua các giao diện được chuẩn hoá. OLT đưa ra giao diện truy nhập quang tương ứng với các chuẩn GPON như tốc độ bit, quỹ công suất, jitter,… OLT bao gồm ba phần chính: Chức năng giao diện cổng dịch vụ; chức năng kết nối chéo và giao diện mạng phân tán quang. Các khối OLT chính được mô tả trong hình 2.5. Khối lõi PON Chức năng giao diện ODN
Khối kết nối chéo
Khối dịch vụ Dịch vụ thích nghi
Chức năng PON TC Chức năng kết nối chéo
Chức năng giao diện ODN
Chức năng PON TC
Hình 2.5: Các khối chức năng trong OLT
Dịch vụ thích nghi
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, điều khiển truy nhập phương tiện, OAM, DBA và quản lý ONU. Mỗi PON TC có thể lựa chọn 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 thuộc vào các dịch vụ, kiến trúc bên trong của OLT và các yếu tố khác. OLT cung cấp chức năng kết nối chéo tương ứng với các chế độ được lựa chọn (ATM, GEM hoặc Dual). 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. 2.3.2 Thiết bị đầu cuối mạng ONU/ONT Hầu hết các khối chức năng của ONU/ONT tương tự như các khối chức năng của OLT. Do ONU hoạt động với một giao diện PON (hoặc tối đa 2 giao diện khi hoạt động ở chế độ bảo vệ), chức năng đấu nối chéo có thể được bỏ qua. Thay vào đó là chức năng ghép và tách kênh dịch vụ (MUX và DMUX) để xử lý lưu lượng. Cấu hình tiêu biểu của ONU được thể hiện trong hình 2.6. Sơ đồ các khối chức năng ONU. Mỗi PON TC sẽ lựa chọn một chế độ truyền dẫn ATM, GEM hoặc cả hai.
Khối lõi PON
Lựa chọn
Khối dịch vụ
Chức năng giao diện ODN
Chức năng PON TC
Dịch vụ thích nghi
Chức năng giao diện ODN
Chức năng PON TC
Dịch vụ thích nghi Ghép và giải ghép dịch vụ
Hình 2.6: Các khối chức năng của ONU
2.3.3 Mạng phân phối quang ODN Mạng phân phối quang kết nối giữa một OLT với một hoặc nhiều ONU sử dụng thiết bị tách/ghép quang và mạng cáp quang thuê bao.
Hình 2.7: Cấu trúc cơ bản mạng cáp quang thuê bao Bộ tách/ghép quang: Mạng GPON sử dụng thiết bị thụ động để chia tín hiệu quang từ một sợi để truyền đi trên nhiều sợi và ngược lại kết hợp các tín hiệu quang từ nhiều sợi thành tín hiệu trên một sợi. Thiết bị này được gọi là bộ tách/ghép quang. Các bộ tách/ghép được đặc trưng bằng các tham số sau đây: - Suy hao chia: Là tỷ lệ giữa công suất đầu ra và công suất đầu vào của bộ ghép tính theo dB. - Suy hao xen: Đây là công suất bị tổn hao do quá trình sản xuất, giá trị này thông thường khoảng 0.1dB đến 1dB. - Suyên âm: Đây là mức công suất đo được ở đầu vào bị rò từ một đầu vào khác. Với những bộ tách/ghép là thiết bị có khả năng định hướng cao thì tham số điều hướng khoảng từ 40 đến 50 dB. Mạng cáp quang thuê bao: Được xác định trong phạm vi ranh giới từ giao tiếp sợi quang giữa thiết bị OLT đến thiết ONU/ONT. 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 (hay còn gọi chung là CO) tới điểm phân phối được gọi là DP (Distribution Point).
- Điểm phân phối sợi quang (DP): Là điểm kết thúc của đoạn cáp gốc. Trên thực tế triển khai, điểm phân phối sợi quang thường là măng xông quang, hoặc các tủ cáp quang phối. - Cáp phối quang (Distribution Optical Cable): Xuất phát từ điểm phối quang (DP) tới các điểm truy nhập mạng AP (Access Point) hay từ các tủ phối quang tới các tập điểm quang. - Cáp quang thuê bao (Drop Cable): Xuất phát từ các điểm truy nhập mạng (AP) hay là từ các tập điểm quang đến thuê bao. - Điểm quản lý quang FMP (Fiber Management Point): Được sử dụng cho xử lý sự cố và phát hiện đứt đường. 2.4Các tiêu chuẩn kỹ thuật 2.4.1 Tốc độ bit Tốc độ truyền dẫn: - 1244,16 Mbps đường xuống / 155,52 Mbps đường lên. - 1244,16 Mbps đường xuống / 622,08 Mbps đường lên. - 1244,16 Mbps đường xuống / 1244,16 Mbps đường lên. - 2488,32 Mbps đường xuống / 155,52 Mbps đường lên. - 2488,32 Mbps đường xuống / 622,08 Mbps đường lên. - 2488,32 Mbps đường xuống / 1244,16 Mbps đường lên. - 2488,32 Mbps đường xuống / 2488,32 Mbps đường lên. Các thông số kỹ thuật khác: - Bước sóng: 1480 - 1500nm đường xuống và 1260 - 1360nm đường lên. - Đa truy nhập đường lên: TDMA. - Cấp phát băng thông động DBA (Dynamic Bandwith Allocation). - Loại lưu lượng: Dữ liệu số. - Khung truyền dẫn: GEM. - Dịch vụ: Dịch vụ đầy đủ (Ethernet, TDM, POTS). - Tỉ lệ chia của bộ chia thụ động: Tối đa 1:128 - Giá trị BER lớn nhất: 10-12
- Phạm vi công suất sử dụng luồng xuống: -3 đến +2 dBm (10km ODN) hoặc +2 đến +7dBm (20km ODN). - Phạm vi công suất sử dụng luồng lên: -1 đến +4 dBm (10km và 20km ODN). - Loại cáp: tiêu chuẩn ITU-T Rec. G.652. - Suy hao tối đa giữa các ONU:15dB. - Cự ly cáp tối đa: 20Km với DFB laser luồng lên, 10Km với Fabry-Perot. 2.4.2 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 60 km. 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. 2.4.3 Tỉ lệ chia 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 lý lớn hơn. Tỉ lệ chia 1:64 là tỉ lệ lý tưởng cho lớp vật lý với công nghệ hiện nay. Tuy nhiên trong các bước phát triển tiếp theo thì tỉ lệ 1:128 có thể được sử dụng. 2.5Kỹ thuật truy nhập và phương thức ghép kênh trong mạng GPON 2.5.1 Kỹ thuật truy nhập
Hình 2.8: Sử dụng TDMA trên GPON hình cây Kỹ thuật truy nhập được sử dụng phổ biến trong các hệ thống GPON hiện nay là đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA). TDMA là kỹ thuật phân chia băng tần truyền dẫn thành những khe thời gian kế tiếp nhau. Những khe thời gian này có thể được ấn định trước cho mỗi khách hàng hoặc có thể phân theo yêu cầu tuỳ thuộc vào phương
thức chuyển giao đang sử dụng. Hình 2.8 là một ví dụ về việc sử dụng TDMA trên GPON hình cây. Mỗi thuê bao được phép gửi số liệu 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. Số liệu đường xuống cũng được gửi trong những khe thời gian xác định. Mạng GPON sử dụng kỹ thuật TDMA có ưu điểm rất lớn đó là các ONU có thể hoạt động trên cùng một bước sóng và OLT hoàn toàn có khả năng phân biệt được lưu lượng của từng ONU. OLT cũng chỉ cần một bộ thu, điều này sẽ dễ dàng cho việc triển khai thiết bị, giảm được chi phí cho các quá trình thiết kế, sản xuất, hoạt động và bảo dưỡng. Ngoài ra, việc sử dụng kỹ thuật này còn có một ưu điểm là có thể 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 về đồng bộ của lưu lượng đường lên để tránh xung đột số liệu. Xung đột này sẽ xảy ra nếu hai hay nhiều gói dữ liệu từ những thuê bao khác nhau đến bộ ghép cùng một thời điểm. Tín hiệu này đè lên tín hiệu kia và tạo thành tín hiệu ghép. Phía đầu xa không thể nhận dạng được chính xác tín hiệu tới, kết quả là sinh ra một loạt lỗi bit và suy giảm thông tin đường lên, ảnh hưởng đến chất lượng của mạng. Tuy nhiên các vấn đề trên đều được khắc phục với cơ chế định cỡ và phân định băng thông động của GPON. 2.5.2 Phương thức ghép kênh Phương thức ghép kênh trong GPON là ghép kênh song hướng. Các hệ thống GPON hiện nay sử dụng phương thức ghép kênh phân chia không gian. Đây là giải pháp đơn giản nhất đối với truyền dẫn song hướng. Nó được thực hiện nhờ sử dụng những sợi riêng biệt cho truyền dẫn đường lên và xuống. Sự phân cách vật lí của các hướng truyền dẫn tránh được ảnh hưởng phản xạ quang trong mạng và cũng loại bỏ vấn đề kết hợp và phân tách hai hướng truyền dẫn. Điều này cho phép tăng được quỹ công suất trong mạng. Việc sử dụng hai sợi quang làm cho việc thiết kế mạng mềm dẻo hơn và làm tăng độ khả dụng bởi vì chúng ta có thể mở rộng mạng bằng cách 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. Hệ thống này sẽ sử dụng cùng bước sóng, cùng bộ phát và bộ thu như nhau cho hai hướng 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 và connector và trong GPON hình cây thì số lượng bộ ghép quang cũng cần gấp đôi. Tuy nhiên chi phí về sợi quang, phần tử thụ động và kỹ thuật hàn nối vẫn đang giảm và trong tương lai nó chỉ chiếm tỷ lệ nhỏ trong toàn bộ chi phí hệ thống.
2.6 Cấu trúc phân lớp của mạng quang GPON Lớp hội tụ truyền dẫn
Phân lớp tương thích hội tụ truyền dẫn (TC adaption sub- layer)
(Transmission convergence)
Phân lớp đóng khung GTC (GTC framing sub- layer) Lớp phụ thuộc phương tiện vật lý (Physical Media Dependence) Hình 2.9:Cấu trúc phân lớp mạng GPON. 2.6.1 Lớp phụ thuộc phương tiện vật lý PMD. Lớp phụ thuộc phương tiện vật lý quản lý các thông tin về tốc độ, phương tiện vật lý và phương thức truyền cũng như mã hóa đường dây và bước sóng hoạt động. Tốc độ tín hiệu: Tốc độ đường truyền là các tốc độ bội số của 8 kHz. Hệ thống được chuẩn hóa sẽ có các tốc độ (đường xuống/đường lên) như sau: - 1244,16 Mbps / 155,52 Mbps. - 1244,16 Mbps / 622,08 Mbps. - 1244,16 Mbps / 1244,16 Mbps. - 2488,32 Mbps / 155,52 Mbps. - 2488,32 Mbps / 622,08 Mbps. - 2488,32 Mbps / 1244,16 Mbps. - 2488,32 Mbps / 2488,32 Mbps. Các thông số này tương đương với với các thông số trong mạng quang để đạt được tỉ lệ lỗi bit BER ≥ 10-10 trong trường hợp điều kiện suy hao và tán sắc đường truyền lớn nhất do ảnh hưởng bởi môi trường và yếu tố thời gian. Phương tiện vật lý và phương thức truyền.
Tín hiệu được truyền ở cả đường lên và đường xuống bằng phương tiện truyền dẫn. Việc truyền dẫn song hướng được thực hiện bằng cách ghép kênh theo bước sóng WDM để truyền trên một sợi quang hoặc truyền đơn hướng trên hai sợi quang. Tốc độ bit. Tốc độ đường xuống: Tốc độ bit tín hiệu từ OLT tới ONU là 1244,16 Mbps hoặc 2488.32 Mbps. Khi OLT và đầu xa đang hoạt động ở tốc độ danh định (đường lên/ đường xuống) của nó thì tốc độ này được theo dõi bởi một đồng hồ lớp 1 với độ chính xác 1 × 1011. Khi đầu xa hoạt động ở chế độ tự do, tốc độ của tín hiệu đường xuống được theo dõi bởi đồng hồ lớp 3 với độ chính xác 4.6 × 10 6. Khi OLT hoạt động ở chế độ tự do, tốc độ của tín hiệu đường xuống được theo dõi bởi đồng hồ lớp 3 với độ chính xác 3.2 × 105. Tốc độ đường lên: Tốc độ bit tín hiệu từ ONU tới OLT là 155,52 Mbps, 622,08 Mbps, 1244,16 Mbps hoặc 2488,32 Mbps. Khi đang ở trạng thái hoạt động và được cấp quyền, ONU sẽ phát tín hiệu với độ chính xác bằng độ chính xác của tín hiệu thu được ở đường xuống. ONU sẽ không phát tín hiệu khi không đang ở trạng thái hoạt động hoặc không được cấp quyền. Mã hóa đường dây. Mã hóa đường lên và đường xuống sử dụng mã NRZ. Phương thức ngẫu nhiên hóa không được định nghĩa trong lớp phụ thuộc vật lý. Quy định sử dụng mức logic quang là: Phát mức cao cho bit 1, phát mức thấp cho bit 0. Bước sóng hoạt động. - Đường xuống: Dải bước sóng hoạt động cho đường xuống trong hệ thống sử dụng một sợi quang là 1480-1500 nm. Dải bước sóng hoạt động cho đường xuống trong hệ thống sử dụng hai sợi quang là 1260nm - 1360 nm. - Đường lên: Dải bước sóng hoạt động cho đường lên là 1260nm -1360 nm. 2.6.2 Lớp hội tụ truyền dẫn GTC Lớp GTC bao gồm hai phân lớp: Phân lớp đóng khung GTC và phân lớp tương tích hội tụ truyền dẫn. Trong Hình 2.10, phần ATM, GEM, OAM và PLOAM trong phân lớp đóng khung GTC được phân biệt theo vị trí trong một khung tín hiệu GTC. Chỉ có phần OAM mang thông tin vận hành, quản lý và bảo dưỡng được kết cuối tại phân lớp đóng khung GTC để lấy các thông tin điều khiển cho phân lớp này vì thông tin trong phần OAM được gắn trực tiếp vào tiêu đề của khung GTC. Thông tin vận hành, quản lý và bảo dưỡng lớp vật lý PLOAM được xử lý tại khối PLOAM trong phân lớp này. Các
gói tin dịch vụ SDU trong phần ATM và GEM được chuyển thành từ gói tin giao thức PDU của phần ATM và GEM tại mỗi phân lớp thích ứng hội tụ tương ứng. Ngoài ra các PDU còn bao gồm dữ liệu kênh OMCI, được xem xét ở phân lớp hội tụ này và được trao đổi với thực thể giao diện điều khiển và quản lý ONU. Khối điều khiển cấp phát băng tần động (DBA control) là khối chức năng chung, có trách nhiệm cấp phát băng tần động cho toàn bộ các ONU.
Hình 2.10: Ngăn xếp giao thức hệ thống GTC Trong lớp hội tụ GTC, OLT và ONU không cần thiết phải có cả 2 chế độ hỗ trợ giao thức ATM hay GEM. Việc nhận dạng chế độ nào đang được yêu cầu ngay khi cài đặt hệ thống. ONU thông báo chế độ làm việc ATM hay GEM thông qua bản tin Serial_Number. Nếu OLT có thể giao tiếp với một trong số các chế độ mà ONU đưa ra thì nó sẽ tiến hành thiết lập kênh giao diện điều khiển và quản lý ONU (OMCI) và thiết bị ONU sẽ xuất hiện trong mạng. Nếu OLT không hỗ trợ chế độ hoạt động mà ONU đưa ra thì ONU sẽ được xếp vào hàng đợi nhưng sẽ được thông báo không tương thích với hệ thống đang hoạt động. OAM và PLOAM: quản lý các chức năng phụ thuộc phương tiện vật lý PMD và các lớp GTC. OMCI: cung cấp hệ thống quản lý đồng bộ các lớp cao hơn (lớp dịch vụ)
Kênh PLOAM bao gồm các thông tin được dành riêng chỗ trong khung GTC. Kênh này được dùng cho tất cả các thông tin quản lý GTC và PMD khác không được gửi qua kênh OAM. Kênh OMCI được dùng để quản lý các lớp dịch vụ nằm trên lớp GTC. GTC cung cấp 2 lựa chọn về giao diện truyền tải cho lưu lượng quản lý này là ATM và GEM. Chức năng GTC cung cấp phương tiện để cấu hình các kênh tùy chọn này sao cho đáp ứng được khả năng của thiết bị bao gồm nhận dạng luồng giao thức truyền tải (VPI/VCI hoặc Port-ID). 2.6.2.1 Các chức năng chính hệ thống GTC Hai chức năng chính của lớp hội tụ truyền dẫn mạng GPON (GTC) chính là điều khiển truy nhập phương tiện và đăng kí ONU. Điều khiển truy nhập phương tiện. Lớp GTC thực hiện điều khiển truy nhập cho lưu lượng đường lên. Về cơ bản các khung dữ liệu đường lên sẽ chỉ ra vị trí lưu lượng đường lên sẽ được phép truyền trong các khung đường lên đã được đồng bộ với các khung đường xuống.
Hình 2.11: Điều khiển phương tiện trong hệ thống GTC Khái niệm điều khiển truy nhập phương tiện trong hệ thống GTC được minh họa trong hình 2.11, OLT gắn các con trỏ (pointer) vào khối điều khiển vật lý đường xuống
PCBd, con trỏ này cho biết thời gian ONU bắt đầu và kết thúc việc truyền dữ liệu. Với cách này, chỉ một ONU có thể truy nhập phương tiện tại thời điểm bất kì, không có xung đột trong quá trình truyền. Các con trỏ trong các byte thông tin cho phép OLT điều khiển phương tiện hiệu quả tại băng tần cố định 64 kbit/s. Tuy nhiên một số OLT có thể chọn cách thiết lập các giá trị cho con trỏ tại các tốc độ lớn hơn và thực hiện điều khiển băng tần bằng cơ chế động. Đăng ký ONU. Việc đăng kí ONU được thực hiện trong thủ tục discovery tự động. Có hai phương thức đăng kí ONU. Trong phương thức A, số serial của ONU được đăng ký tại OLT qua hệ thống quản lý (NMS hoặc EMS). Trong phương thức B, số serial của ONU không được đăng kí tại OLT qua hệ thống quản lý. 2.6.2.2 Các chức năng của các phân lớp trong hệ thống GTC Phân lớp đóng khung GTC thực hiện ba chức năng sau: Ghép kênh và phân kênh: Các thành phần PLOAM, ATM và GEM được ghép kênh vào khung TC đường xuống tùy theo thông tin về ranh giới trong tiêu đề của khung. Mỗi thành phần được trích ra từ một đường lên tùy theo chỉ thị trong tiêu đề. Tạo tiêu đề và giải mã: Tiêu đề khung TC được tạo và định dạng trong khung đường xuống. Tiêu đề trong khung đường lên được giải mã. Chức năng định tuyến nội bộ dựa trên Alloc-ID: Định tuyến dựa trên Alloc-ID được thực hiện đối với dữ liệu đến từ bộ thích ứng hội tụ truyền dẫn ATM và GEM. 2.6.2.3 Phân lớp thích ứng GTC và giao diện với các thực thể lớp trên Phân lớp thích ứng bao gồm 3 bộ thích ứng phân lớp hội tụ: Bộ thích ứng hội tụ truyền dẫn ATM (ATM TC adapter), bộ thích ứng hội tụ truyền dẫn GEM (GEM TC adapter) và bộ thích ứng giao diện điều khiển quản lý ONU (OMCI adapter). Các bộ thích ứng hội tụ ATM và GEM xem xét các PDU của phần ATM và GEM trong phân lớp đóng khung GTC và ánh xạ các PDU vào từng phần. Các bộ thích ứng cung cấp giao diện sau đây cho các thực thể lớp trên: Giao diện ATM.
Phân lớp đóng khung GTC và bộ thích ứng hội tụ truyền dẫn ATM liên kết với nó cung cấp các giao diện ATM chuẩn theo tiêu chuẩn ITU-T Rec. I.432.1 cho các dịch vụ ATM. Các thực thể lớp ATM thường có thể được sử dụng như là các ATM client. Giao diện GEM. Bộ thích ứng hội tụ truyền dẫn GEM có thể được cấu hình để tương thích các khung vào nhiều loại giao diện truyền khung khác nhau. Các bộ thích ứng còn nhận dạng các kênh OMCI theo tên kênh ảo/tên đường ảo (VPI/VCI) đối với ATM và theo Port-ID đối với GEM. Bộ thích ứng OMCI có thể trao đổi dữ liệu kênh OMCI cho các bộ thích ứng ATM TC và GEM TC. Bộ thích ứng OMCI nhận dữ liệu từ các bộ thích ứng TC này và truyền nó tới thực thể OMCI và chuyển dữ liệu từ thực thể OMCI tới các bộ thích ứng TC này. 2.6.3 Cấu trúc khung GTC Cấu trúc khung đường xuống.
Hình 2.12: Cấu trúc khung đường xuống hội tụ truyền dẫn lớp GTC. Khung có chiều dài 125s cho cả tốc độ dữ liệu 1244,16 Mbps và 2488,32 Mbps do đó khung dài 19440 byte trong hệ thống tốc độ 1244,16 Mbps và dài 38880 byte trong hệ thống tốc độ. Chiều dài của PCB đường xuống là như nhau cho cả hai tốc độ và phụ thuộc vào số lượng cấu trúc cấp phát đối với mỗi khung. Cấu trúc khung đường lên.
Hình 2.13: Cấu trúc khung đường lên GTC Độ dài khung bằng độ dài của khung đường xuống đối với các loại tốc độ. Mỗi khung bao gồm các truyền dẫn cho một hoặc nhiều ONU. BWmap (ánh xạ băng tần) thực hiện sắp xếp các truyền dẫn này. Trong quá trình cấp phát băng tần theo sự điều khiển của OLT, ONU có thể phát từ 1 tới 4 loại tiêu đề PON và dữ liệu người dùng. Các loại tiêu đề đó như sau: - Tiêu đề lớp vật lý đường lên (PLOu). - Quản lý vận hành và bảo dưỡng lớp vật lý đường lên (PLOAMu). - Chuỗi định mức công suất đường lên (PLSu). - Báo cáo băng tần động đường lên (DBRu). - Tiêu đề khung đường lên GTC chỉ ra chi tiết nội dung của các tiêu đề này.
2.7 Phương thức đóng gói dữ liệu GPON định nghĩa hai phương thức đóng gói ATM và GEM. Các ONU và OLT có thể hỗ trợ cả T-CONT nền ATM hoặc GEM. Phương thức đóng gói dữ liệu GPON sử dụng để đóng gói dữ liệu qua mạng GPON. GEM cung cấp khả năng thông tin kết nối định hướng tương tự ATM. GPON cho phép hỗ trợ nhiều loại hình dịch vụ khách hàng khác nhau. Khách hàng ATM được sắp xếp trong suốt vào khung GEM trên cả hai đường lên và xuống. Khách hàng TDM được sắp xếp vào khung GEM sử dụng thủ tục đóng gói GEM. Các gói dữ liệu bao gồm cả các khung Ethernet cũng được sắp xếp sử dụng thủ tục đóng gói GEM. GEM cũng hỗ trợ việc phân mảnh hoặc chia nhỏ các khung lớn thành các phân mảnh nhỏ và ghép lại ở đầu thu nhằm giảm trễ cho các lưu lượng. Lưu lượng dữ liệu bao gồm các khung Ethernet, các gói tin IP, IPTV, VoIP và các loại khác giúp cho truyền dẫn khung GEM hiệu quả và đơn giản. GPON sử dụng GEM mang lại hiệu quả cao trong truyền dẫn tải tin IP nhờ sử dụng tới 95% băng thông cho phép trên kênh truyền dẫn. 2.7.1 Cấu trúc tế bào ATM Theo khuyến nghị của I.113 chuẩn ITU-T thì tế bào được hiểu như sau: “Tế bào là một khối thông tin có chiều dài cố định. Mỗi tế bào được xác định bởi một nhãn ứng với lớp ATM”.
Hình 2.14: Cấu trúc tế bào ATM Tế bào ATM có phần mào đầu dài 5 byte còn lại phần tải tin dài 48 byte. Tổng cộng chiều dài của tế bào ATM là 53byte. Tùy theo vai trò chức năng cũng như dữ liệu lưu trữ trong phần tải tin của tế bào ATM mà nó được chia ra thành nhiều loại khác nhau. - Tế bào rỗng (idle cell): Tế bào này dùng để chèn/tách bởi lớp vật lý và chỉ xuất hiện trong lớp vật lý. Nó xuất hiện tại miền biên giữa lớp ATM và lớp vật lý, nó có nhiệm vụ đảm bảo tương thích giữa luồng tốc độ tế bào với tốc độ truyền dẫn vật lý. - Tế bào hợp lệ (valid cell): Là các tế bào có phần mào đầu hợp lệ, không bị lỗi hoặc đã được khắc phục lỗi do đã thông qua cơ chế kiểm soát lỗi mào đầu HEC. - Tế bào lỗi (invalid cell): Là các tế bào có phần mào đầu bị lỗi hoặc không thể khắc phục lỗi bởi cơ chế HEC. Nó sẽ bị hủy tại lớp vậy lý. - Tế bào dịch vụ (assigned cell): Là tế bào được sử dụng để cung cấp dịch vụ cho các ứng dụng của lớp ATM. - Tế bào vô định (unassigned cell): Là các tế bào không phải là tế bào dịch vụ. Tế bào dịch vụ và tế bào chưa gán được truyền từ lớp vật lý lên trên lớp ATM. Ở đây, tế bào được đề cập là tế bào được sử dụng trong lớp ATM. Cấu trúc tế bào tại giao tiếp UNI khác với cấu trúc tế bào tại giao tiếp NNI trong việc sử dụng 4 bit từ bit 5 đến bit 8 của octet thứ nhất phần mào đầu. Tại giao tiếp NNI, các bit này là một phần của trường VPI, trong khi đó tại giao tiếp UNI nhóm bit này tạo nên một trường mới độc lập gọi là trường GFC. Hình 2.15 dưới đây mô tả cấu trúc tế bào tương ứng với hai giao tiếp UNI và NNI.
Hình 2.15: Cấu trúc tế bào ATM tại giao diện UNI (a) và NNI (b) GFC (điều khiển luồng chung). Gồm 4 bit thực hiện chức năng điều khiển cách truy nhập vật lý do tồn tại các thiết bị truyền dẫn khác nhau của môi trường truyền dẫn như cáp quang, cáp đồng trục, cáp đồng… mỗi loại môi trường truyền dẫn phải có các thủ tục truy nhập khác nhau thích hợp. Đối với mạng ATM, giá trị GFC không áp dụng cho giao tiếp NNI nên nó chỉ có ý nghĩa logic đối với điểm cuối ATM, nghĩa là thực hiện việc kiểm soát đầu cuối kết nối vào mạng. Giá trị nhận dạng đường ảo kênh ảo VPI và VCI. Hai giá trị này quan trọng và có ý nghĩa nhất trong phần mào đầu của tế bào. Cả hai giá trị này giúp xác định đường truyền cho chặng kế tiếp của tế bào. Các giá trị này có thể bị thay đổi. Có sự khác biệt về giá trị nhận dạng đường ảo VPI của tế bào tại 2 giao tiếp NNI và UNI. Tại giao tiếp NNI, giá trị VPI có chiều dài tổng cộng là 12 bit còn tại giao tiếp UNI, giá trị VPI có chiều dài 8bit (4bit trước đó dành cho GFC). - VCI: Là kênh ảo vì kênh chỉ tồn tại vậy lý trong thời gian thực sự truyền các tế bào ATM. - VPI: Mô phỏng chùm kênh ảo. - PT: Loại tải tin, gồm 3 bit dùng để phân biệt các tế bào ATM cùng truyền trên một kênh ảo, phân biệt các loại thông tin khác nhau. - CLP: Độ ưu tiên tổn thất tế bào (CLP =1 độ ưu tiên thấp, CLP =0 độ ưu tiên cao). - HEC: Điều khiển lỗi mào đầu. Sửa sai cho phần mào đầu của tế bào ATM theo phương pháp CRC.
2.7.2 Cấu trúc khung GEM. Ở đường xuống, các khung được truyền từ OLT tới ONU sử dụng các phân vùng GEM. Ở đường lên, các khung được truyền từ ONU tới OLT sử dụng thời gian phân bổ GEM đã được cấu hình. Giao thức GEM có hai chức năng: Hỗ trợ tạo các khung dữ liệu người dùng và cung cấp số hiệu cổng để ghép kênh. Chú ý rằng thuật ngữ “khung dữ liệu người dùng” biểu thị các khung đến từ và đi tới các người dùng. Các chức năng này được hỗ trợ bởi phần tiêu đề GEM như trên. Hình 2.16 cấu trúc khung và mào đầu của GEM. Tiêu đề GEM chứa các trường chỉ thị độ dài tải tin, Port ID, trường chỉ thị loại tải tin và 13bit trường điều khiển lỗi tiêu đề.
Hình 2.16: Cấu trúc khung và mào đầu GEM PLI chỉ thị độ dài L, tính theo byte của phần tải tin theo sau tiêu đề. PLI được sử dụng để tìm tiêu đề kế tiếp trong dòng dữ liệu. Kích thước 12 bit của trường này cho phép các phân mảnh có độ dài tới 4095 byte. Nếu các khung dữ liệu người sử dụng lớn hơn giá trị này, các khung sẽ được phân mảnh nhỏ hơn 4095 byte. Giá trị Port ID cung cấp 4096 giá trị chỉ số lưu lượng duy nhất trong GPON để thực hiện ghép kênh. Trường PTI chỉ thị nội dung của tải tin được phân mảnh và cách thức xử lý thích hợp. Mã hoá của 3 bit này giống với tiêu đề ATM. Chú ý rằng vì truyền tải GEM chỉ diễn ra trên các phân đoạn GPON, chứ không sử dụng cho mục đích OAM từ đầu cuối đến đầu cuối. Đặc điểm này có thể thay đổi trong tương lai. 2.8 Bảo vệ đối với phần mạng quang thụ động 2.8.1 Chuyển mạch bảo vệ Đối với người quản trị mạng truy nhập, kiến trúc bảo vệ của mạng GPON cần thiết trong việc tăng cường độ tin cậy cho mạng truy nhập. Tuy nhiên, việc triển khai mạng bảo vệ cần được xem xét như một cơ chế tùy chọn vì việc này phụ thuộc vào điều kiện kinh tế của từng nhà khai thác mạng. Mục này đưa ra một số cấu hình mạng bảo vệ kép có thể sử dụng cho hệ thống GPON.
Các dạng chuyển mạch bảo vệ. Có hai loại chuyển mạch bảo vệ tương tự với chuyển mạch bảo vệ trong hệ thống SDH: - Chuyển mạch tự động được kích thích khi phát hiện ra các lỗi như mất tín hiệu, mất khung, giảm tín hiệu (tỉ lệ lỗi bit BER thấp hơn mức ngưỡng quy định) ... - Chuyển mạch bắt buộc được kích hoạt trong quá trình quản trị mạng như định tuyến lại tuyến quang, thay thế sợi quang... Cả hai loại chuyển mạch này đều có thể thực hiện trong mạng GPON nếu được yêu cầu, tuy đây là các chức năng tùy chọn. Cơ chế chuyển mạch thường được thực hiện bởi chức năng OAM, do đó trường thông tin OAM cần được đặt chỗ trong khung OAM. Các yêu cầu đối với chuyển mạch bảo vệ: - Chức năng chuyển mạch bảo vệ nên là chức năng tùy chọn. - Cả chuyển mạch tự động và chuyển mạch bắt buộc có thể trong hệ thống GPON nếu cầu thiết mặc dù đây là các chức năng tùy chọn. - Mọi cấu hình đã nêu ở trên đều có thể triển khai mặc dù đây là các chức năng tùy chọn. - Cơ chế chuyển mạch thường được thực hiện bởi chức năng OAM, vì vậy trường thông tin OAM phải được dự trữ trong khung OAM. - Mọi kết nối giữa nốt dịch vụ và thiết bị đầu cuối phải được giữ sau khi chuyển mạch. Tùy theo yêu cầu cuối cùng việc triển khai nốt dịch vụ POTS yêu cầu quá trình mất khung phải nhỏ hơn 120ms. Nếu thời gian mất khung dài hơn khoảng thời gian này, nốt dịch vụ sẽ cắt kết nối và yêu cầu thiết lập lại sau khi chuyển mạch bảo vệ. Do GPON hỗ trợ phát triển các dịch vụ hiện tại như POTS và ISDN, cần phải xem xét thời gian ngắt kết nối này. 2.8.2 Bảo mật trong GPON Trong hệ thống PON thì đường xuống, dữ liệu được truyền broadcast đến tất cả ONU. Mỗi ONU chỉ có thể truy nhập dữ liệu của mình, nhưng nếu người dùng nào có ý định phá hoại thì có thể giả ONU của người dùng khác để truy nhập dữ liệu, hệ thống bảo mật PON sẽ ngăn chặn việc này. Giống như các mạng khác, GPON sử dụng thủ tục mật
mã để ngăn ngừa việc lấy trộm các tín hiệu không mong muốn. Không giống như truy nhập wireless hay modem, trong mạng PON, bất kì ONU nào cũng không thể thấy được lưu lượng đường lên của ONU khác. Điều này cho phép làm đơn giản hóa thủ tục mật mã. Đầu tiên là chỉ cần mật mã ở đường truyền xuống của dữ liệu. Thứ 2 là dữ liệu đường lên có thể truyền khóa mật mã. Mạng GPON là loại mạng điểm - đa điểm nên dữ liệu đường xuống có thể được đưa đến tất cả các ONU (tùy thuộc vào bộ Splitter: Là loại Splitter chia công suất hay là loại chia bước sóng). Công nghệ GPON sử dụng chuẩn mật mã tiên tiến AES. Đó là một khối mật mã mà nó hoạt động trên một khối dữ liệu 16 byte (128 bit). Đặc biệt chế độ đếm được sử dụng. Khối mật mã giả ngẫu nhiên 16 byte được phát ra và XOR với dữ liệu ngõ vào để tạo ra dữ liệu mật mã ở OLT. Ở ONU, dữ liệu được mật mã này thì XOR với chuỗi giả ngẫu nhiên 16 byte tương tự như ở OLT để tạo lại dữ liệu ban đầu. Với ATM chỉ có 48 byte được mật mã, với GEM chỉ có phần tải GEM được mật mã. OLT khởi tạo việc trao đổi khóa bằng việc gửi bản tin đến ONU thông qua kênh PLOAM. Sau đó ONU sẽ chịu trách nhiệm tạo ra khóa và phát ngược trở về OLT. Kết luận: Một hệ thống thiết bị GPON bao gồm một thiết bị đầu cuối đường quang (OLT) kết nối một số thiết bị đầu cuối mạng quang (ONT) với nhau bằng cách sử dụng mạng phân phối quang thụ động (ODN). Với yêu cầu băng thông cao hơn từ người dùng internet, hiện nay nhiều ISP đang nâng cấp mạng truy cập của họ. So sánh với công nghệ xDSL, FTTx có băng thông cao hơn nhiều, trong số các công nghệ FTTx khác nhau, Công nghệ GPON ngày càng trở nên phổ biến hơn vì chi phí hợp lý và băng thông cao. Là một nhà cung cấp FTTx hàng đầu, Netsystem được biết đến nhà cung cấp GPON với giá cả cạnh tranh, giao hàng nhanh và khả năng hỗ trợ kỹ thuật.
3 Giới thiệu công nghệ GPON GPON là viết tắt của Gigabit Passive Optical Networks. GPON là cơ chế truy cập điểm-tới-đa điểm(Điểm tới Đa Điểm dùng để chỉ kết nối từ 1 điểm đến nhiều điểm đầu cuối cùng một lúc có vị trí địa lý cách xa nhau bằng sóng vô tuyến ). Đặc điểm chính của nó là
sử dụng các bộ tách thụ động trong mạng lưới phân phối , cho phép một sợi đơn kết nối từ trung tâm cung cấp dịch vụ đến các cá nhân và doanh nghiệp nhỏ .
GPON định nghĩa theo chuẩn ITU-T G.984. GPON được mở rộng từ chuẩn BPON G.983 bằng cách tăng băng thông, nâng hiệu suất băng thông nhờ sử dụng gói lớn, có độ dài thay đổi và tiêu chuẩn hóa quản lý. Thêm nữa, chuẩn cho phép lựa chọn tốc độ bit của đường lên và đường xuống. Phương thức đóng gói GPON - GEM cho phép đóng gói lưu lượng người dùng rất hiệu quả, với sự phân đoạn khung cho phép chất lượng dịch vụ QoS cao hơn phục vụ lưu lượng nhạy cảm như truyền thoại và video. GPON hỗ trợ tốc độ cao hơn, tăng cường bảo mật và chọn giao thức lớp 2 (ATM, GEM, Ethernet). Điều đó cho phép GPON phân phối thêm các dịch vụ tới nhiều thuê bao hơn với chi phí thấp hơn cũng như cho phép khả năng tương thích lớn hơn giữa các nhà cung cấp thiết bị. Hệ thống GPON thông thường gồm một thiết bị kết cuối đường dây OLT và thiết bị kết cuối mạng ONU hay ONT được nối với nhau qua mạng phân phối quang ODN. Quan hệ giữa OLT và ONU là quan hệ một - nhiều, một OLT sẽ kết nối với nhiều ONU.
3.1 Kiến trúc mạng GPON. Cấu trúc hệ thống GPON bao gồm OLT, các ONU, bộ chia quang Splitter và các sợi quang. Sợi quang được kết nối với các OLT đi tới bộ chia quang Splitter, tại bộ chia quang chia ra các sợi khác và các sợi phân nhánh này được kết nối với ONU. Hệ thống GPON bao gồm các thành phần sau đây: OLT: Thiết bị kết nối cáp quang tích cực lắp đặt tại phía nhà cung cấp dịch vụ, thường được đặt tại các trạm đài. ONT: Thiết bị kết nối OLT thông qua mạng phân phối quang (ODN) dùng cho trường hợp kết nối quang tới nhà thuê bao (FTTH).
ONU: Thiết bị kến nối OLT thông qua mạng phân phối quang (ODN) dùng cho trường hợp kết nối quang tới các tòa nhà, tới các vỉa hè hoặc các node (FTTB, FTTC, FTTN). Bộ chia/ ghép quang thụ động (Splitter): Dùng để chia/ghép tín hiệu quang từ nhà cung cấp dịch vụ đến khách hàng và ngược lại giúp tận dụng hiệu quả sợi quang vật lý. Splitter thường được đặt tại các điểm phân phối quang (DP) và các điểm truy nhập quang (AP). Bộ chia/ghép quang có hai loại, một đặt tại nhà trạm viễn thông, sử dụng các tủ kiểu indoor, loại kia sẽ là loại thiết bị được bọc kín có thể mở ra khi cần thiết và đặt tại các điểm măng xông. FDC: Tủ phối quang. FDB: Hộp phân phối quang loại nhỏ. 3.1.1 Kết cuối đường quang OLT Kết cuối đường quang OLT được kết nối tới mạng chuyển mạch thông qua các giao diện được chuẩn hoá. OLT đưa ra giao diện truy nhập quang tương ứng với các chuẩn GPON như tốc độ bit, quỹ công suất, jitter,… OLT bao gồm ba phần chính: Chức năng giao diện cổng dịch vụ; chức năng kết nối chéo và giao diện mạng phân tán quang. Các khối OLT chính được mô tả trong hình 2.5. Khối lõi PON Chức năng giao diện ODN
Khối kết nối chéo
Khối dịch vụ Dịch vụ thích nghi
Chức năng PON TC Chức năng kết nối chéo
Chức năng giao diện ODN
Chức năng PON TC
Dịch vụ thích nghi
Hình 2.5: Các khối chức năng trong 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, điều khiển truy nhập phương tiện, OAM, DBA và quản lý ONU. Mỗi PON TC có thể lựa chọn 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 thuộc vào các dịch vụ, kiến trúc bên trong của OLT và các yếu tố khác. OLT cung cấp chức
năng kết nối chéo tương ứng với các chế độ được lựa chọn (ATM, GEM hoặc Dual). 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. 3.1.2 Thiết bị đầu cuối mạng ONU/ONT Hầu hết các khối chức năng của ONU/ONT tương tự như các khối chức năng của OLT. Do ONU hoạt động với một giao diện PON (hoặc tối đa 2 giao diện khi hoạt động ở chế độ bảo vệ), chức năng đấu nối chéo có thể được bỏ qua. Thay vào đó là chức năng ghép và tách kênh dịch vụ (MUX và DMUX) để xử lý lưu lượng. Cấu hình tiêu biểu của ONU được thể hiện trong hình 2.6. Sơ đồ các khối chức năng ONU. Mỗi PON TC sẽ lựa chọn một chế độ truyền dẫn ATM, GEM hoặc cả hai.
Khối lõi PON
Lựa chọn
Khối dịch vụ
Chức năng giao diện ODN
Chức năng PON TC
Dịch vụ thích nghi
Chức năng giao diện ODN
Chức năng PON TC
Dịch vụ thích nghi Ghép và giải ghép dịch vụ
Hình 2.6: Các khối chức năng của ONU
3.1.3 Mạng phân phối quang ODN Mạng phân phối quang kết nối giữa một OLT với một hoặc nhiều ONU sử dụng thiết bị tách/ghép quang và mạng cáp quang thuê bao.
Hình 2.7: Cấu trúc cơ bản mạng cáp quang thuê bao Bộ tách/ghép quang: Mạng GPON sử dụng thiết bị thụ động để chia tín hiệu quang từ một sợi để truyền đi trên nhiều sợi và ngược lại kết hợp các tín hiệu quang từ nhiều sợi thành tín hiệu trên một sợi. Thiết bị này được gọi là bộ tách/ghép quang. Các bộ tách/ghép được đặc trưng bằng các tham số sau đây: - Suy hao chia: Là tỷ lệ giữa công suất đầu ra và công suất đầu vào của bộ ghép tính theo dB. - Suy hao xen: Đây là công suất bị tổn hao do quá trình sản xuất, giá trị này thông thường khoảng 0.1dB đến 1dB. - Suyên âm: Đây là mức công suất đo được ở đầu vào bị rò từ một đầu vào khác. Với những bộ tách/ghép là thiết bị có khả năng định hướng cao thì tham số điều hướng khoảng từ 40 đến 50 dB. Mạng cáp quang thuê bao: Được xác định trong phạm vi ranh giới từ giao tiếp sợi quang giữa thiết bị OLT đến thiết ONU/ONT. 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 (hay còn gọi chung là CO) tới điểm phân phối được gọi là DP (Distribution Point).
- Điểm phân phối sợi quang (DP): Là điểm kết thúc của đoạn cáp gốc. Trên thực tế triển khai, điểm phân phối sợi quang thường là măng xông quang, hoặc các tủ cáp quang phối. - Cáp phối quang (Distribution Optical Cable): Xuất phát từ điểm phối quang (DP) tới các điểm truy nhập mạng AP (Access Point) hay từ các tủ phối quang tới các tập điểm quang. - Cáp quang thuê bao (Drop Cable): Xuất phát từ các điểm truy nhập mạng (AP) hay là từ các tập điểm quang đến thuê bao. - Điểm quản lý quang FMP (Fiber Management Point): Được sử dụng cho xử lý sự cố và phát hiện đứt đường. 3.2 Các tiêu chuẩn kỹ thuật 3.2.1 Tốc độ bit Tốc độ truyền dẫn: - 1244,16 Mbps đường xuống / 155,52 Mbps đường lên. - 1244,16 Mbps đường xuống / 622,08 Mbps đường lên. - 1244,16 Mbps đường xuống / 1244,16 Mbps đường lên. - 2488,32 Mbps đường xuống / 155,52 Mbps đường lên. - 2488,32 Mbps đường xuống / 622,08 Mbps đường lên. - 2488,32 Mbps đường xuống / 1244,16 Mbps đường lên. - 2488,32 Mbps đường xuống / 2488,32 Mbps đường lên. Các thông số kỹ thuật khác: - Bước sóng: 1480 - 1500nm đường xuống và 1260 - 1360nm đường lên. - Đa truy nhập đường lên: TDMA. - Cấp phát băng thông động DBA (Dynamic Bandwith Allocation). - Loại lưu lượng: Dữ liệu số. - Khung truyền dẫn: GEM. - Dịch vụ: Dịch vụ đầy đủ (Ethernet, TDM, POTS). - Tỉ lệ chia của bộ chia thụ động: Tối đa 1:128 - Giá trị BER lớn nhất: 10-12
- Phạm vi công suất sử dụng luồng xuống: -3 đến +2 dBm (10km ODN) hoặc +2 đến +7dBm (20km ODN). - Phạm vi công suất sử dụng luồng lên: -1 đến +4 dBm (10km và 20km ODN). - Loại cáp: tiêu chuẩn ITU-T Rec. G.652. - Suy hao tối đa giữa các ONU:15dB. - Cự ly cáp tối đa: 20Km với DFB laser luồng lên, 10Km với Fabry-Perot. 3.2.2 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 60 km. 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. 3.2.3 Tỉ lệ chia 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 lý lớn hơn. Tỉ lệ chia 1:64 là tỉ lệ lý tưởng cho lớp vật lý với công nghệ hiện nay. Tuy nhiên trong các bước phát triển tiếp theo thì tỉ lệ 1:128 có thể được sử dụng. 3.3 Kỹ thuật truy nhập và phương thức ghép kênh trong mạng GPON 3.3.1 Kỹ thuật truy nhập
Hình 2.8: Sử dụng TDMA trên GPON hình cây Kỹ thuật truy nhập được sử dụng phổ biến trong các hệ thống GPON hiện nay là đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA). TDMA là kỹ thuật phân chia băng tần truyền dẫn thành những khe thời gian kế tiếp nhau. Những khe thời gian này có thể được ấn định trước cho mỗi khách hàng hoặc có thể phân theo yêu cầu tuỳ thuộc vào phương
thức chuyển giao đang sử dụng. Hình 2.8 là một ví dụ về việc sử dụng TDMA trên GPON hình cây. Mỗi thuê bao được phép gửi số liệu 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. Số liệu đường xuống cũng được gửi trong những khe thời gian xác định. Mạng GPON sử dụng kỹ thuật TDMA có ưu điểm rất lớn đó là các ONU có thể hoạt động trên cùng một bước sóng và OLT hoàn toàn có khả năng phân biệt được lưu lượng của từng ONU. OLT cũng chỉ cần một bộ thu, điều này sẽ dễ dàng cho việc triển khai thiết bị, giảm được chi phí cho các quá trình thiết kế, sản xuất, hoạt động và bảo dưỡng. Ngoài ra, việc sử dụng kỹ thuật này còn có một ưu điểm là có thể 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 về đồng bộ của lưu lượng đường lên để tránh xung đột số liệu. Xung đột này sẽ xảy ra nếu hai hay nhiều gói dữ liệu từ những thuê bao khác nhau đến bộ ghép cùng một thời điểm. Tín hiệu này đè lên tín hiệu kia và tạo thành tín hiệu ghép. Phía đầu xa không thể nhận dạng được chính xác tín hiệu tới, kết quả là sinh ra một loạt lỗi bit và suy giảm thông tin đường lên, ảnh hưởng đến chất lượng của mạng. Tuy nhiên các vấn đề trên đều được khắc phục với cơ chế định cỡ và phân định băng thông động của GPON. 3.3.2 Phương thức ghép kênh Phương thức ghép kênh trong GPON là ghép kênh song hướng. Các hệ thống GPON hiện nay sử dụng phương thức ghép kênh phân chia không gian. Đây là giải pháp đơn giản nhất đối với truyền dẫn song hướng. Nó được thực hiện nhờ sử dụng những sợi riêng biệt cho truyền dẫn đường lên và xuống. Sự phân cách vật lí của các hướng truyền dẫn tránh được ảnh hưởng phản xạ quang trong mạng và cũng loại bỏ vấn đề kết hợp và phân tách hai hướng truyền dẫn. Điều này cho phép tăng được quỹ công suất trong mạng. Việc sử dụng hai sợi quang làm cho việc thiết kế mạng mềm dẻo hơn và làm tăng độ khả dụng bởi vì chúng ta có thể mở rộng mạng bằng cách 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. Hệ thống này sẽ sử dụng cùng bước sóng, cùng bộ phát và bộ thu như nhau cho hai hướng 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 và connector và trong GPON hình cây thì số lượng bộ ghép quang cũng cần gấp đôi. Tuy nhiên chi phí về sợi quang, phần tử thụ động và kỹ thuật hàn nối vẫn đang giảm và trong tương lai nó chỉ chiếm tỷ lệ nhỏ trong toàn bộ chi phí hệ thống.
3.4 Cấu trúc phân lớp của mạng quang GPON Lớp hội tụ truyền dẫn
Phân lớp tương thích hội tụ truyền dẫn (TC adaption sub- layer)
(Transmission convergence)
Phân lớp đóng khung GTC (GTC framing sub- layer) Lớp phụ thuộc phương tiện vật lý (Physical Media Dependence) Hình 2.9:Cấu trúc phân lớp mạng GPON. 3.4.1 Lớp phụ thuộc phương tiện vật lý PMD. Lớp phụ thuộc phương tiện vật lý quản lý các thông tin về tốc độ, phương tiện vật lý và phương thức truyền cũng như mã hóa đường dây và bước sóng hoạt động. Tốc độ tín hiệu: Tốc độ đường truyền là các tốc độ bội số của 8 kHz. Hệ thống được chuẩn hóa sẽ có các tốc độ (đường xuống/đường lên) như sau: - 1244,16 Mbps / 155,52 Mbps. - 1244,16 Mbps / 622,08 Mbps. - 1244,16 Mbps / 1244,16 Mbps. - 2488,32 Mbps / 155,52 Mbps. - 2488,32 Mbps / 622,08 Mbps. - 2488,32 Mbps / 1244,16 Mbps. - 2488,32 Mbps / 2488,32 Mbps. Các thông số này tương đương với với các thông số trong mạng quang để đạt được tỉ lệ lỗi bit BER ≥ 10-10 trong trường hợp điều kiện suy hao và tán sắc đường truyền lớn nhất do ảnh hưởng bởi môi trường và yếu tố thời gian. Phương tiện vật lý và phương thức truyền.
Tín hiệu được truyền ở cả đường lên và đường xuống bằng phương tiện truyền dẫn. Việc truyền dẫn song hướng được thực hiện bằng cách ghép kênh theo bước sóng WDM để truyền trên một sợi quang hoặc truyền đơn hướng trên hai sợi quang. Tốc độ bit. Tốc độ đường xuống: Tốc độ bit tín hiệu từ OLT tới ONU là 1244,16 Mbps hoặc 2488.32 Mbps. Khi OLT và đầu xa đang hoạt động ở tốc độ danh định (đường lên/ đường xuống) của nó thì tốc độ này được theo dõi bởi một đồng hồ lớp 1 với độ chính xác 1 × 1011. Khi đầu xa hoạt động ở chế độ tự do, tốc độ của tín hiệu đường xuống được theo dõi bởi đồng hồ lớp 3 với độ chính xác 4.6 × 10 6. Khi OLT hoạt động ở chế độ tự do, tốc độ của tín hiệu đường xuống được theo dõi bởi đồng hồ lớp 3 với độ chính xác 3.2 × 105. Tốc độ đường lên: Tốc độ bit tín hiệu từ ONU tới OLT là 155,52 Mbps, 622,08 Mbps, 1244,16 Mbps hoặc 2488,32 Mbps. Khi đang ở trạng thái hoạt động và được cấp quyền, ONU sẽ phát tín hiệu với độ chính xác bằng độ chính xác của tín hiệu thu được ở đường xuống. ONU sẽ không phát tín hiệu khi không đang ở trạng thái hoạt động hoặc không được cấp quyền. Mã hóa đường dây. Mã hóa đường lên và đường xuống sử dụng mã NRZ. Phương thức ngẫu nhiên hóa không được định nghĩa trong lớp phụ thuộc vật lý. Quy định sử dụng mức logic quang là: Phát mức cao cho bit 1, phát mức thấp cho bit 0. Bước sóng hoạt động. - Đường xuống: Dải bước sóng hoạt động cho đường xuống trong hệ thống sử dụng một sợi quang là 1480-1500 nm. Dải bước sóng hoạt động cho đường xuống trong hệ thống sử dụng hai sợi quang là 1260nm - 1360 nm. - Đường lên: Dải bước sóng hoạt động cho đường lên là 1260nm -1360 nm. 3.4.2 Lớp hội tụ truyền dẫn GTC Lớp GTC bao gồm hai phân lớp: Phân lớp đóng khung GTC và phân lớp tương tích hội tụ truyền dẫn. Trong Hình 2.10, phần ATM, GEM, OAM và PLOAM trong phân lớp đóng khung GTC được phân biệt theo vị trí trong một khung tín hiệu GTC. Chỉ có phần OAM mang thông tin vận hành, quản lý và bảo dưỡng được kết cuối tại phân lớp đóng khung GTC để lấy các thông tin điều khiển cho phân lớp này vì thông tin trong phần OAM được gắn trực tiếp vào tiêu đề của khung GTC. Thông tin vận hành, quản lý và bảo dưỡng lớp vật lý PLOAM được xử lý tại khối PLOAM trong phân lớp này. Các
gói tin dịch vụ SDU trong phần ATM và GEM được chuyển thành từ gói tin giao thức PDU của phần ATM và GEM tại mỗi phân lớp thích ứng hội tụ tương ứng. Ngoài ra các PDU còn bao gồm dữ liệu kênh OMCI, được xem xét ở phân lớp hội tụ này và được trao đổi với thực thể giao diện điều khiển và quản lý ONU. Khối điều khiển cấp phát băng tần động (DBA control) là khối chức năng chung, có trách nhiệm cấp phát băng tần động cho toàn bộ các ONU.
Hình 2.10: Ngăn xếp giao thức hệ thống GTC Trong lớp hội tụ GTC, OLT và ONU không cần thiết phải có cả 2 chế độ hỗ trợ giao thức ATM hay GEM. Việc nhận dạng chế độ nào đang được yêu cầu ngay khi cài đặt hệ thống. ONU thông báo chế độ làm việc ATM hay GEM thông qua bản tin Serial_Number. Nếu OLT có thể giao tiếp với một trong số các chế độ mà ONU đưa ra thì nó sẽ tiến hành thiết lập kênh giao diện điều khiển và quản lý ONU (OMCI) và thiết bị ONU sẽ xuất hiện trong mạng. Nếu OLT không hỗ trợ chế độ hoạt động mà ONU đưa ra thì ONU sẽ được xếp vào hàng đợi nhưng sẽ được thông báo không tương thích với hệ thống đang hoạt động. OAM và PLOAM: quản lý các chức năng phụ thuộc phương tiện vật lý PMD và các lớp GTC. OMCI: cung cấp hệ thống quản lý đồng bộ các lớp cao hơn (lớp dịch vụ)
Kênh PLOAM bao gồm các thông tin được dành riêng chỗ trong khung GTC. Kênh này được dùng cho tất cả các thông tin quản lý GTC và PMD khác không được gửi qua kênh OAM. Kênh OMCI được dùng để quản lý các lớp dịch vụ nằm trên lớp GTC. GTC cung cấp 2 lựa chọn về giao diện truyền tải cho lưu lượng quản lý này là ATM và GEM. Chức năng GTC cung cấp phương tiện để cấu hình các kênh tùy chọn này sao cho đáp ứng được khả năng của thiết bị bao gồm nhận dạng luồng giao thức truyền tải (VPI/VCI hoặc Port-ID). 3.4.2.1 Các chức năng chính hệ thống GTC Hai chức năng chính của lớp hội tụ truyền dẫn mạng GPON (GTC) chính là điều khiển truy nhập phương tiện và đăng kí ONU. Điều khiển truy nhập phương tiện. Lớp GTC thực hiện điều khiển truy nhập cho lưu lượng đường lên. Về cơ bản các khung dữ liệu đường lên sẽ chỉ ra vị trí lưu lượng đường lên sẽ được phép truyền trong các khung đường lên đã được đồng bộ với các khung đường xuống.
Hình 2.11: Điều khiển phương tiện trong hệ thống GTC Khái niệm điều khiển truy nhập phương tiện trong hệ thống GTC được minh họa trong hình 2.11, OLT gắn các con trỏ (pointer) vào khối điều khiển vật lý đường xuống
PCBd, con trỏ này cho biết thời gian ONU bắt đầu và kết thúc việc truyền dữ liệu. Với cách này, chỉ một ONU có thể truy nhập phương tiện tại thời điểm bất kì, không có xung đột trong quá trình truyền. Các con trỏ trong các byte thông tin cho phép OLT điều khiển phương tiện hiệu quả tại băng tần cố định 64 kbit/s. Tuy nhiên một số OLT có thể chọn cách thiết lập các giá trị cho con trỏ tại các tốc độ lớn hơn và thực hiện điều khiển băng tần bằng cơ chế động. Đăng ký ONU. Việc đăng kí ONU được thực hiện trong thủ tục discovery tự động. Có hai phương thức đăng kí ONU. Trong phương thức A, số serial của ONU được đăng ký tại OLT qua hệ thống quản lý (NMS hoặc EMS). Trong phương thức B, số serial của ONU không được đăng kí tại OLT qua hệ thống quản lý. 3.4.2.2 Các chức năng của các phân lớp trong hệ thống GTC Phân lớp đóng khung GTC thực hiện ba chức năng sau: Ghép kênh và phân kênh: Các thành phần PLOAM, ATM và GEM được ghép kênh vào khung TC đường xuống tùy theo thông tin về ranh giới trong tiêu đề của khung. Mỗi thành phần được trích ra từ một đường lên tùy theo chỉ thị trong tiêu đề. Tạo tiêu đề và giải mã: Tiêu đề khung TC được tạo và định dạng trong khung đường xuống. Tiêu đề trong khung đường lên được giải mã. Chức năng định tuyến nội bộ dựa trên Alloc-ID: Định tuyến dựa trên Alloc-ID được thực hiện đối với dữ liệu đến từ bộ thích ứng hội tụ truyền dẫn ATM và GEM. 3.4.2.3 Phân lớp thích ứng GTC và giao diện với các thực thể lớp trên Phân lớp thích ứng bao gồm 3 bộ thích ứng phân lớp hội tụ: Bộ thích ứng hội tụ truyền dẫn ATM (ATM TC adapter), bộ thích ứng hội tụ truyền dẫn GEM (GEM TC adapter) và bộ thích ứng giao diện điều khiển quản lý ONU (OMCI adapter). Các bộ thích ứng hội tụ ATM và GEM xem xét các PDU của phần ATM và GEM trong phân lớp đóng khung GTC và ánh xạ các PDU vào từng phần. Các bộ thích ứng cung cấp giao diện sau đây cho các thực thể lớp trên: Giao diện ATM.
Phân lớp đóng khung GTC và bộ thích ứng hội tụ truyền dẫn ATM liên kết với nó cung cấp các giao diện ATM chuẩn theo tiêu chuẩn ITU-T Rec. I.432.1 cho các dịch vụ ATM. Các thực thể lớp ATM thường có thể được sử dụng như là các ATM client. Giao diện GEM. Bộ thích ứng hội tụ truyền dẫn GEM có thể được cấu hình để tương thích các khung vào nhiều loại giao diện truyền khung khác nhau. Các bộ thích ứng còn nhận dạng các kênh OMCI theo tên kênh ảo/tên đường ảo (VPI/VCI) đối với ATM và theo Port-ID đối với GEM. Bộ thích ứng OMCI có thể trao đổi dữ liệu kênh OMCI cho các bộ thích ứng ATM TC và GEM TC. Bộ thích ứng OMCI nhận dữ liệu từ các bộ thích ứng TC này và truyền nó tới thực thể OMCI và chuyển dữ liệu từ thực thể OMCI tới các bộ thích ứng TC này. 3.4.3 Cấu trúc khung GTC Cấu trúc khung đường xuống.
Hình 2.12: Cấu trúc khung đường xuống hội tụ truyền dẫn lớp GTC. Khung có chiều dài 125s cho cả tốc độ dữ liệu 1244,16 Mbps và 2488,32 Mbps do đó khung dài 19440 byte trong hệ thống tốc độ 1244,16 Mbps và dài 38880 byte trong hệ thống tốc độ. Chiều dài của PCB đường xuống là như nhau cho cả hai tốc độ và phụ thuộc vào số lượng cấu trúc cấp phát đối với mỗi khung. Cấu trúc khung đường lên.
Hình 2.13: Cấu trúc khung đường lên GTC Độ dài khung bằng độ dài của khung đường xuống đối với các loại tốc độ. Mỗi khung bao gồm các truyền dẫn cho một hoặc nhiều ONU. BWmap (ánh xạ băng tần) thực hiện sắp xếp các truyền dẫn này. Trong quá trình cấp phát băng tần theo sự điều khiển của OLT, ONU có thể phát từ 1 tới 4 loại tiêu đề PON và dữ liệu người dùng. Các loại tiêu đề đó như sau: - Tiêu đề lớp vật lý đường lên (PLOu). - Quản lý vận hành và bảo dưỡng lớp vật lý đường lên (PLOAMu). - Chuỗi định mức công suất đường lên (PLSu). - Báo cáo băng tần động đường lên (DBRu). - Tiêu đề khung đường lên GTC chỉ ra chi tiết nội dung của các tiêu đề này.
3.5 Phương thức đóng gói dữ liệu GPON định nghĩa hai phương thức đóng gói ATM và GEM. Các ONU và OLT có thể hỗ trợ cả T-CONT nền ATM hoặc GEM. Phương thức đóng gói dữ liệu GPON sử dụng để đóng gói dữ liệu qua mạng GPON. GEM cung cấp khả năng thông tin kết nối định hướng tương tự ATM. GPON cho phép hỗ trợ nhiều loại hình dịch vụ khách hàng khác nhau. Khách hàng ATM được sắp xếp trong suốt vào khung GEM trên cả hai đường lên và xuống. Khách hàng TDM được sắp xếp vào khung GEM sử dụng thủ tục đóng gói GEM. Các gói dữ liệu bao gồm cả các khung Ethernet cũng được sắp xếp sử dụng thủ tục đóng gói GEM. GEM cũng hỗ trợ việc phân mảnh hoặc chia nhỏ các khung lớn thành các phân mảnh nhỏ và ghép lại ở đầu thu nhằm giảm trễ cho các lưu lượng. Lưu lượng dữ liệu bao gồm các khung Ethernet, các gói tin IP, IPTV, VoIP và các loại khác giúp cho truyền dẫn khung GEM hiệu quả và đơn giản. GPON sử dụng GEM mang lại hiệu quả cao trong truyền dẫn tải tin IP nhờ sử dụng tới 95% băng thông cho phép trên kênh truyền dẫn. 3.5.1 Cấu trúc tế bào ATM Theo khuyến nghị của I.113 chuẩn ITU-T thì tế bào được hiểu như sau: “Tế bào là một khối thông tin có chiều dài cố định. Mỗi tế bào được xác định bởi một nhãn ứng với lớp ATM”.
Hình 2.14: Cấu trúc tế bào ATM Tế bào ATM có phần mào đầu dài 5 byte còn lại phần tải tin dài 48 byte. Tổng cộng chiều dài của tế bào ATM là 53byte. Tùy theo vai trò chức năng cũng như dữ liệu lưu trữ trong phần tải tin của tế bào ATM mà nó được chia ra thành nhiều loại khác nhau. - Tế bào rỗng (idle cell): Tế bào này dùng để chèn/tách bởi lớp vật lý và chỉ xuất hiện trong lớp vật lý. Nó xuất hiện tại miền biên giữa lớp ATM và lớp vật lý, nó có nhiệm vụ đảm bảo tương thích giữa luồng tốc độ tế bào với tốc độ truyền dẫn vật lý. - Tế bào hợp lệ (valid cell): Là các tế bào có phần mào đầu hợp lệ, không bị lỗi hoặc đã được khắc phục lỗi do đã thông qua cơ chế kiểm soát lỗi mào đầu HEC. - Tế bào lỗi (invalid cell): Là các tế bào có phần mào đầu bị lỗi hoặc không thể khắc phục lỗi bởi cơ chế HEC. Nó sẽ bị hủy tại lớp vậy lý. - Tế bào dịch vụ (assigned cell): Là tế bào được sử dụng để cung cấp dịch vụ cho các ứng dụng của lớp ATM. - Tế bào vô định (unassigned cell): Là các tế bào không phải là tế bào dịch vụ. Tế bào dịch vụ và tế bào chưa gán được truyền từ lớp vật lý lên trên lớp ATM. Ở đây, tế bào được đề cập là tế bào được sử dụng trong lớp ATM. Cấu trúc tế bào tại giao tiếp UNI khác với cấu trúc tế bào tại giao tiếp NNI trong việc sử dụng 4 bit từ bit 5 đến bit 8 của octet thứ nhất phần mào đầu. Tại giao tiếp NNI, các bit này là một phần của trường VPI, trong khi đó tại giao tiếp UNI nhóm bit này tạo nên một trường mới độc lập gọi là trường GFC. Hình 2.15 dưới đây mô tả cấu trúc tế bào tương ứng với hai giao tiếp UNI và NNI.
Hình 2.15: Cấu trúc tế bào ATM tại giao diện UNI (a) và NNI (b) GFC (điều khiển luồng chung). Gồm 4 bit thực hiện chức năng điều khiển cách truy nhập vật lý do tồn tại các thiết bị truyền dẫn khác nhau của môi trường truyền dẫn như cáp quang, cáp đồng trục, cáp đồng… mỗi loại môi trường truyền dẫn phải có các thủ tục truy nhập khác nhau thích hợp. Đối với mạng ATM, giá trị GFC không áp dụng cho giao tiếp NNI nên nó chỉ có ý nghĩa logic đối với điểm cuối ATM, nghĩa là thực hiện việc kiểm soát đầu cuối kết nối vào mạng. Giá trị nhận dạng đường ảo kênh ảo VPI và VCI. Hai giá trị này quan trọng và có ý nghĩa nhất trong phần mào đầu của tế bào. Cả hai giá trị này giúp xác định đường truyền cho chặng kế tiếp của tế bào. Các giá trị này có thể bị thay đổi. Có sự khác biệt về giá trị nhận dạng đường ảo VPI của tế bào tại 2 giao tiếp NNI và UNI. Tại giao tiếp NNI, giá trị VPI có chiều dài tổng cộng là 12 bit còn tại giao tiếp UNI, giá trị VPI có chiều dài 8bit (4bit trước đó dành cho GFC). - VCI: Là kênh ảo vì kênh chỉ tồn tại vậy lý trong thời gian thực sự truyền các tế bào ATM. - VPI: Mô phỏng chùm kênh ảo. - PT: Loại tải tin, gồm 3 bit dùng để phân biệt các tế bào ATM cùng truyền trên một kênh ảo, phân biệt các loại thông tin khác nhau. - CLP: Độ ưu tiên tổn thất tế bào (CLP =1 độ ưu tiên thấp, CLP =0 độ ưu tiên cao). - HEC: Điều khiển lỗi mào đầu. Sửa sai cho phần mào đầu của tế bào ATM theo phương pháp CRC.
3.5.2 Cấu trúc khung GEM. Ở đường xuống, các khung được truyền từ OLT tới ONU sử dụng các phân vùng GEM. Ở đường lên, các khung được truyền từ ONU tới OLT sử dụng thời gian phân bổ GEM đã được cấu hình. Giao thức GEM có hai chức năng: Hỗ trợ tạo các khung dữ liệu người dùng và cung cấp số hiệu cổng để ghép kênh. Chú ý rằng thuật ngữ “khung dữ liệu người dùng” biểu thị các khung đến từ và đi tới các người dùng. Các chức năng này được hỗ trợ bởi phần tiêu đề GEM như trên. Hình 2.16 cấu trúc khung và mào đầu của GEM. Tiêu đề GEM chứa các trường chỉ thị độ dài tải tin, Port ID, trường chỉ thị loại tải tin và 13bit trường điều khiển lỗi tiêu đề.
Hình 2.16: Cấu trúc khung và mào đầu GEM PLI chỉ thị độ dài L, tính theo byte của phần tải tin theo sau tiêu đề. PLI được sử dụng để tìm tiêu đề kế tiếp trong dòng dữ liệu. Kích thước 12 bit của trường này cho phép các phân mảnh có độ dài tới 4095 byte. Nếu các khung dữ liệu người sử dụng lớn hơn giá trị này, các khung sẽ được phân mảnh nhỏ hơn 4095 byte. Giá trị Port ID cung cấp 4096 giá trị chỉ số lưu lượng duy nhất trong GPON để thực hiện ghép kênh. Trường PTI chỉ thị nội dung của tải tin được phân mảnh và cách thức xử lý thích hợp. Mã hoá của 3 bit này giống với tiêu đề ATM. Chú ý rằng vì truyền tải GEM chỉ diễn ra trên các phân đoạn GPON, chứ không sử dụng cho mục đích OAM từ đầu cuối đến đầu cuối. Đặc điểm này có thể thay đổi trong tương lai. 3.6 Bảo vệ đối với phần mạng quang thụ động 3.6.1 Chuyển mạch bảo vệ Đối với người quản trị mạng truy nhập, kiến trúc bảo vệ của mạng GPON cần thiết trong việc tăng cường độ tin cậy cho mạng truy nhập. Tuy nhiên, việc triển khai mạng bảo vệ cần được xem xét như một cơ chế tùy chọn vì việc này phụ thuộc vào điều kiện kinh tế của từng nhà khai thác mạng. Mục này đưa ra một số cấu hình mạng bảo vệ kép có thể sử dụng cho hệ thống GPON.
Các dạng chuyển mạch bảo vệ. Có hai loại chuyển mạch bảo vệ tương tự với chuyển mạch bảo vệ trong hệ thống SDH: - Chuyển mạch tự động được kích thích khi phát hiện ra các lỗi như mất tín hiệu, mất khung, giảm tín hiệu (tỉ lệ lỗi bit BER thấp hơn mức ngưỡng quy định) ... - Chuyển mạch bắt buộc được kích hoạt trong quá trình quản trị mạng như định tuyến lại tuyến quang, thay thế sợi quang... Cả hai loại chuyển mạch này đều có thể thực hiện trong mạng GPON nếu được yêu cầu, tuy đây là các chức năng tùy chọn. Cơ chế chuyển mạch thường được thực hiện bởi chức năng OAM, do đó trường thông tin OAM cần được đặt chỗ trong khung OAM. Các yêu cầu đối với chuyển mạch bảo vệ: - Chức năng chuyển mạch bảo vệ nên là chức năng tùy chọn. - Cả chuyển mạch tự động và chuyển mạch bắt buộc có thể trong hệ thống GPON nếu cầu thiết mặc dù đây là các chức năng tùy chọn. - Mọi cấu hình đã nêu ở trên đều có thể triển khai mặc dù đây là các chức năng tùy chọn. - Cơ chế chuyển mạch thường được thực hiện bởi chức năng OAM, vì vậy trường thông tin OAM phải được dự trữ trong khung OAM. - Mọi kết nối giữa nốt dịch vụ và thiết bị đầu cuối phải được giữ sau khi chuyển mạch. Tùy theo yêu cầu cuối cùng việc triển khai nốt dịch vụ POTS yêu cầu quá trình mất khung phải nhỏ hơn 120ms. Nếu thời gian mất khung dài hơn khoảng thời gian này, nốt dịch vụ sẽ cắt kết nối và yêu cầu thiết lập lại sau khi chuyển mạch bảo vệ. Do GPON hỗ trợ phát triển các dịch vụ hiện tại như POTS và ISDN, cần phải xem xét thời gian ngắt kết nối này. 3.6.2 Bảo mật trong GPON Trong hệ thống PON thì đường xuống, dữ liệu được truyền broadcast đến tất cả ONU. Mỗi ONU chỉ có thể truy nhập dữ liệu của mình, nhưng nếu người dùng nào có ý định phá hoại thì có thể giả ONU của người dùng khác để truy nhập dữ liệu, hệ thống bảo mật PON sẽ ngăn chặn việc này. Giống như các mạng khác, GPON sử dụng thủ tục mật
mã để ngăn ngừa việc lấy trộm các tín hiệu không mong muốn. Không giống như truy nhập wireless hay modem, trong mạng PON, bất kì ONU nào cũng không thể thấy được lưu lượng đường lên của ONU khác. Điều này cho phép làm đơn giản hóa thủ tục mật mã. Đầu tiên là chỉ cần mật mã ở đường truyền xuống của dữ liệu. Thứ 2 là dữ liệu đường lên có thể truyền khóa mật mã. Mạng GPON là loại mạng điểm - đa điểm nên dữ liệu đường xuống có thể được đưa đến tất cả các ONU (tùy thuộc vào bộ Splitter: Là loại Splitter chia công suất hay là loại chia bước sóng). Công nghệ GPON sử dụng chuẩn mật mã tiên tiến AES. Đó là một khối mật mã mà nó hoạt động trên một khối dữ liệu 16 byte (128 bit). Đặc biệt chế độ đếm được sử dụng. Khối mật mã giả ngẫu nhiên 16 byte được phát ra và XOR với dữ liệu ngõ vào để tạo ra dữ liệu mật mã ở OLT. Ở ONU, dữ liệu được mật mã này thì XOR với chuỗi giả ngẫu nhiên 16 byte tương tự như ở OLT để tạo lại dữ liệu ban đầu. Với ATM chỉ có 48 byte được mật mã, với GEM chỉ có phần tải GEM được mật mã. OLT khởi tạo việc trao đổi khóa bằng việc gửi bản tin đến ONU thông qua kênh PLOAM. Sau đó ONU sẽ chịu trách nhiệm tạo ra khóa và phát ngược trở về OLT. Kết luận: Một hệ thống thiết bị GPON bao gồm một thiết bị đầu cuối đường quang (OLT) kết nối một số thiết bị đầu cuối mạng quang (ONT) với nhau bằng cách sử dụng mạng phân phối quang thụ động (ODN). Với yêu cầu băng thông cao hơn từ người dùng internet, hiện nay nhiều ISP đang nâng cấp mạng truy cập của họ. So sánh với công nghệ xDSL, FTTx có băng thông cao hơn nhiều, trong số các công nghệ FTTx khác nhau, Công nghệ GPON ngày càng trở nên phổ biến hơn vì chi phí hợp lý và băng thông cao. Là một nhà cung cấp FTTx hàng đầu, Netsystem được biết đến nhà cung cấp GPON với giá cả cạnh tranh, giao hàng nhanh và khả năng hỗ trợ kỹ thuật. 4 Ứng dụng mạng truy nhập quang FTTx 4.1. Giới thiệu mạng truy nhập quang FTTx - FTTx (Fiber To The x) là một kiến trúc mạng trong đó sợi quang được kéo từ các thiết bị chuyển mạch của nhà cung cấp dịch vụ đến các thuê bao. Trong đó, sợi quang có hoặc không được sử dụng trong tất cả các kết nối từ nhà cung cấp đến khách hàng. Ở đây, “x” được hiểu là ký hiệu đại diện cho các loại hình mạng khác nhau như FTTH, FTTC, FTTB, FTTN. - Điểm khác nhau các loại hình này là do chiều dài cáp quang kéo từ thiết bị đầu cuối ISP (Internet Service Provider) đến các User. Sự phân loại hệ thống mạng FTTx.
+ FTTH (Fiber To The Home): kéo cáp quang trực tiếp đến nhà thuê bao. + FTTB (Fiber To The Building): kéo cáp quang đến chân tòa nhà, trong tòa nhà có thể dùng cáp đồng, cáp đồng trục hoặc bằng cáp quang. + FTTC (Fiber To The Curb): cáp quang đến vỉa hè, một khu vực dân cư. Kết nối từ điểm này tới khách hàng bằng cáp đồng hoặc cáp quang trong trường hợp chất lượng cáp đồng không đáp ứng theo yêu cầu của khách hàng. + FTTN (Fiber To The Node): cáp quang kéo đến một Node, tương tự như FTTC. Khoảng cách kết nối từ Node tới khách hàng xa hơn.
Hình 4.1: Mạng truy nhập quang FTTx 4.2 Giải pháp triển khai mạng FTTx - Giải pháp truy nhập cáp quang FTTx cho phép thực hiện tốc độ truyền dữ liệu Internet Download/Upload ngang bằng nhau, điều này mà dịch vụ tốc độ cao sử dụng ADSL (kết nối bằng cáp đồng) chưa thực hiện được. - Với nhiều ưu điểm vượt trội: tốc độ truy nhập Internet cao, chất lượng tín hiệu ổn định, độ bảo mật cao… Sau đây, trình bày 3 phương án triển khai mạng FTTx. + Phương án 1: Triển khai mô hình P2P (AON) dựa trên nền tảng có sẵn IPDSLAM tại nhà cung cấp dịch vụ: Switch L3 đặt tại nhà cung cấp dịch vụ thông qua các cổng quang FE/GE tới thiết bị IP-DSLAM, thiết bị này là tích cực cần cung cấp nguồn, kết nối tới khách hàng hiện có các kết nối ADSL2+/VDSL2 bằng cáp đồng. Tại đầu cuối khách hàng sử dụng Modem/Router để kết nối mạng trong trường hợp sử ADSL2+ hoặc VDSL2.
Hình 4.2: Triển khai mạng quang FTTx dựa trên IP-DSLAM + Phương án 2: Dùng các sản phẩm Switch L2. Phương án này tương tự như phương án 1. Switch L3 đặt tại nhà đài, thông qua các cổng quang GE cung cấp mạng đến thiết bị Switch L2. Ngoài hỗ trợ các kết nối ADSL2+/VDSL2 còn hỗ trợ các kết nối FE bằng cáp quang. Thiết bị ở đầu cuối khách hàng: modem kết nối Internet, Switch có cổng quang nếu sử dụng kết nối FE.
+ Phương án 3: Giải pháp mạng quang GPON. Sử dụng các thiết bị OLT cung cấp giao diện GPON và kết nối tới khách hàng thông qua mạng ODN (Optical Distribution Network)
Hình 4.3: Triển khai mạng quang FTTx-GPON 4.3 Thiết kế mạng quang FTTB cho tòa nhà cao tầng 4.3.1 Mô hình triển khai:
Hình 4.4: Mô hình triển khai mạng FTTB cho tòa nhà - Sử dụng sợi quang kết nối điểm – điểm từ thiết bị Switch đặt tại nhà cung cấp dịch vụ tới thiết bạn Switch/IP-DSLAM đặt tại phòng kỹ thuật tòa nhà, thiết bị có chức năng biến đổi quang điện, cần được cung cấp nguồn. - Từ thiết bị cung cấp dịch vụ tại phòng kỹ thuật, dây đấu nối mạng theo cáp nội bộ có sẵn trong tòa nhà. Tại tầng hầm, tầng 1 hoặc phòng kỹ thuật tòa nhà đặt một tủ phối quang ( MDF – Main Distribution Frame), mõi tầng đặt 1 tủ phối trung gian (IDF– Intermediate Distribution Frame), từ IDF mõi tầng kéo dây đến Modem đặt tại nhà khách hàng. 4.3.2 Lý thuyết tính toán Quy trình ước một số thông số cần thiết kế: - Số tầng tòa nhà: N (tầng) - Số căn hộ mõi tầng: M (Căn hộ) - Băng thông cung cấp cho mõi thuê bao: B (Mbps) - Tổng số port Uplink thiết bị: T (Port) - Băng thông cung cấp trên 1 Port Uplink: b ( Gbps) Thực hiện tính toán: - Số thuê bao có trong tòa nhà: MxN (Thuê bao) - Tổng băng thông cần cung cấp cho tòa nhà: BxMxN (Mbps) - Tổng băng thông thiết bị có thể cung cấp: Txb (Gbps) - Tổng băng thông thiết bị lớn hơn tổng băng thông cung cấp cho tòa nhà: không cần thêm thiết bị, nếu nhỏ hơn cần lắp đặt thêm thiết bị có thể cung cấp băng thông cho tòa nhà.
- Triển khai mạng quang FTTB sử dụng kết nối diểm – điểm: sử dụng đôi sợ quang để truyền tín hiệu, số lượng sợi quang kéo đến tòa nhà: Tx2 + số sợ quang sự phòng. 4.3.3 Mô hình thiết kế mạng quang FTTB cho tòa nhà:
Hình 4.5: Mô hình thiết kế mạng quang FTTB cho tòa nhà (đặt phòng kỹ thuật DSLAM).