pon

Trường Đại Học Phương Đông Khoa Công Nghệ Thông Tin

MỤC LỤC

MỤC LỤC............................................................................................................1

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ , BẢNG BIỂU...................................................2

CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT.........................................................................3

LỜI NÓI ĐẦU.....................................................................................................4

Chương 1: Mạng quang thụ động PON............................................................5

1.1. Giới thiệu chung về mạng quang thụ động PON......................................6

1.2. Kiến trúc của PON....................................................................................9

1.3. Đặc điểm của PON.................................................................................11

1.4. Thành phần cơ bản của mạng quang thụ động PON..............................12

1.4.1 Sợi quang và cáp quang....................................................................12

1.4.2 Bộ tách/Ghép quang.........................................................................14

1.4.3 Đầu cuối đường quang OLT ( Optical Line Terminal)....................15

1.4.4 Đơn vị mạng quang ONU ( Optical Network Unit).........................18

1.4.5 ODN.................................................................................................19

1.4.6 Bộ chia (Splitter)..............................................................................20

1.5 Phân loại PON.......................................................................................21

1.5.1 TDM PON........................................................................................21

1.5.2 WDM-PON.......................................................................................23

1.5.3 CDMA-PON.....................................................................................25

1.6 So sánh PON với công nghệ mạng quang thụ động AON.....................25

Chương 2: Các hệ thống PON đang được triển khai.....................................28

2.1 APON/BPON..........................................................................................28

2.2 GPON......................................................................................................28

2.3 EPON......................................................................................................30

2.4 WDM-PON.............................................................................................34

2.5 Nhận xét chung về các hệ thống PON....................................................34

KẾT LUẬN........................................................................................................37

TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................38

Lê Minh Liêm - 509102041 1


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ , BẢNG BIỂU

Hình 1.1 Mô hình mạng quang thụ động

Hình 1.2 Các kiểu kiến trúc của PON

Hình 1.3 Mô hình cây sử dụng bộ chia

Hình 1.4 Mô hình bus sử dụng tapcoupler

Hình 1.5 Mô hình vòng

Hình 1.6 Mô hình cây

Hình 1.7 Cấu tạo của sợi quang

Hình 1.8 Cấu hình cơ bản các loại Coupler

Hình 1.9 Coupler 8x8 được tạo ra từ nhiều coupler

Hình 1.10 Các khối chức năng trong OLT

Hình 1.11 Các khối chức năng trong ONU

Hình 1.12 Các giao diện quang

Hình 1.13 Liệt kê suy hao của các bộ chia (splitter) tương ứng

Hình 1.14 Mạng PON sử dụng một sợi quang

Hình 1.15 Cấu trúc của WDM-PON

Hình 1.16 So sánh mạng quang chủ động và mạng thụ động

Hình 2.1 Dòng dữ liệu đường lên trong EPON

Hình 2.2 Cấu trúc khung đường xuống trong EPON

Hình 2.3 Cấu trúc khung đường lên trong EPON

Bảng 2.1 So sánh EPON và GPON

Lê Minh Liêm - 509102041 2


CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt

PON Passive Optical Network Mạng quang thụ động

OLT Optical Line Terminal Thiết bị đầu cuối kênh

ONT Optical Network Terminal Thiết bị đầu cuối mạng

ONU Optical Network Unit Đơn vị mạng quang

GPON Gigabit Passive Optical

Network

Mạng quang thụ động tốc độ Gigabit

APON ATM Passive Optical

Network

PON trên nền ATM

BPON Broadband Passive Optical

Network

Mạng quang thụ động băng thong

rộng

EPON Ethernet Passive Optical

Network

Mạng quang thụ động dùng Ethernet

WDM Wavelength Division

Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo bước sóng

FTTH Fiber to the Home Cáp quang nối tận nhà

FTTB Fiber To The Building Cáp quang tới tòa nhà

FTTC Fiber To The Curt Cáp quang tới khu dân cư

CO Centre Office Văn phòng trung tâm

Lê Minh Liêm - 509102041 3


LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm qua, hạ tầng mạng Viễn thông đã phát triển

nhanh cả về công nghệ và chất lượng cung cấp dịch vụ. Viễn thông đã

trải qua một quá trình phát triển lâu dài với nhiều bước ngoặt trong

phát triển công nghệ và phát triển mạng lưới. Việt Nam cũng như các

nước trên thế giới, hiện nay có rất nhiều nhà khai thác Viễn thông

khác nhau với sự đa dạng của công nghệ và cấu hình mạng cũng như

cung cấp dịch vụ.

Ngày nay, cùng với sự phát triển chóng mặt của khoa học kỹ thuật

đã và đang gặt hái được rất nhiều những thành công rực rỡ thì những

nhu cầu về giải trí, học tập và nắm bắt thông tin của con người cũng

ngày một tăng lên. Do vậy để đáp ứng được hầu hết các nhu cầu ấy

đòi hỏi các nhà khai thác Viễn thông ở Việt Nam cần phải nâng cao cả

về chất lượng và công nghệ. Trong đó, công nghệ PON có thể được

coi là một giải pháp hàng đầu cho mạng truy nhập với tốc độ cao.

Bằng kiến thức trên lớp và kiến thức tích lũy được, em đã nghiên

cứu về đề tài “Mạng quang thụ động PON”, với các nội dung chính

sau:

Chương 1: Giới thiệu chung về mạng quang thụ động PON

Chương 2: Các hệ thống PON đang được triển khai

Do khả năng và thời gian chuẩn bị còn hạn chế nên bài tiểu luận

chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được

những lời góp ý chân thành của giáo viên bộ môn.

Em chân thành cảm ơn!

Lê Minh Liêm - 509102041 4


Chương 1

Mạng quang thụ động PON

PON là từ viết tắt của Passive Optical Network hay còn gọi là mạng quang

thụ động. Công nghệ mạng quang thụ động PON còn được hiểu là mạng công

nghệ quang truy nhập giúp tăng cường kết nối giữa các nốt mạng truy nhập của

nhà cung cấp dịch vụ và người sử dụng. Công nghệ PON được biết tới đầu tiên

đó là TPON (Telephony PON) được triển khai vào những năm 90, tiếp đó năm

1998, mạng BPON (Broadband PON) được chuẩn hóa dựa trên nền ATM. Hai

năm 2003 và 2004 đánh dấu sự ra đời của hai dòng công nghệ Ethernet PON

(EPON) và Gigabit PON (GPON), có thể nói hai công nghệ này mở ra cơ hội

mới cho các nhà cung cấp dịch vụ giải quyết hàng loạt vấn đề truy nhập băng

thông rộng tới người sử dụng đầu cuối. Thành viên mới nhất trong gia đình

PON đó là WDM PON (Wavelength Division Multiplexer PON). Trong công

nghệ PON, tất cả thành phần chủ động giữa tổng đài CO (Central Office) và

người sử dụng sẽ không còn tồn tại mà thay vào đó là các thiết bị quang thụ

động, để điều hướng các lưu lượng trên mạng dựa trên việc phân chia năng

lượng tới các điểm đầu cuối trên đường truyền. Vì vậy mà người ta gọi là công

nghệ mạng quang thụ động (PON).

Vị trí của hệ thống PON trong mạng truyền dẫn: Mạng quang thụ động

PON là một dạng của mạng truy nhập quang. Mạng truy nhập hỗ trợ các kết nối

đến khách hàng. Nó được đặt gần đầu cuối khách hàng và triển khai với số

lượng lớn.

Mạng truy nhập tồn tại ở nhiều dạng khác nhau do nhiều lí do khác nhau

và PON là một trong những dạng đó. So với mạng truy nhập cáp đồng truyền

thống, sợi quang hầu như không giới hạn băng thông (hàng THz). Việc triển

khai sợi quang đến tận nhà thuê bao sẽ là mục đích phát triển trong tương lai.

Lê Minh Liêm - 509102041 5


Với những ưu điểm vượt trội, mạng quang thụ động PON( Passive Optical

Network) là một sự lựa chọn thích hợp nhất cho mạng truy nhập.

1.1. Giới thiệu chung về mạng quang thụ động PON

Mạng viễn thông thường được cấu thành bởi ba mạng chính: mạng đường

trục, mạng phía khách hàng và mạng truy nhập. Trong những năm gần đây,

mạng đường trục có những bước phát triển nhảy vọt do sự xuất hiện của các

công nghệ mới, như công nghệ ghép kênh theo bước sóng (WDM). Cũng trong

khoảng thời gian này, mạng nội hạt (LAN) cũng đã được cải tiến và nâng cấp từ

tốc độ 10 Mb/s lên 100 Mb/s, và đến 1 Gb/s. Thậm chí, các sản phẩm Ethernet

10 Gb/s cũng đã bắt đầu xuất hiện trên thị trường. Điều này đã dẫn đến một sự

chênh lệch rất lớn về băng thông giữa một bên là mạng LAN tốc độ cao và mạng

đường trục và một bên là mạng truy nhập tốc độ thấp, mà chúng ta vẫn thường

gọi đó là nút cổ chai (bottleneck) trong mạng viễn thông. Việc bùng nổ lưu

lượng Internet trong thời gian vừa qua càng làm trầm trọng thêm các vấn đề của

mạng truy nhập tốc độ thấp. Các báo cáo thống kê cho thấy lưu lượng dữ liệu đã

tăng 100% mỗi năm kể từ năm 1990. Thậm chí, sự kết hợp giữa các yếu tố kinh

tế và công nghệ đã tạo ra những thời điểm mà tốc độ phát triển đạt tới 1000%

trong một năm (vào những năm 1995 và 1996). Xu hướng này vẫn sẽ còn tiếp

tục trong tương lai, tức là càng ngày sẽ càng có nhiều người sử dụng trực tuyến

và những người sử dụng đã trực tuyến thì thời gian trực tuyến sẽ càng nhiều

hơn, do vậy nhu cầu về băng thông lại càng tăng lên. Các nghiên cứu thị trường

cho thấy rằng, sau khi nâng cấp lên công nghệ băng rộng, thời gian trực tuyến

của người sử dụng đã tăng lên 35% so với trước khi nâng cấp. Lưu lượng thoại

cũng tăng lên, nhưng với tốc độ thấp hơn nhiều, khoảng 8% mỗi năm. Theo hầu

hết các báo cáo phân tích, lưu lượng của dữ liệu hiện nay đã vượt trội hơn rất

nhiều so với lưu lượng thoại. Càng ngày sẽ càng có nhiều dịch vụ và các ứng

dụng mới được triển khai khi băng thông dành cho người sử dụng tăng lên.

Lê Minh Liêm - 509102041 6


Đứng trước tình hình đó, một số công nghệ mới đã được đưa ra nhằm đáp ứng

những đòi hỏi về băng tần.

Hiện tại, các nhà cung cấp dịch vụ đã triển khai cung cấp dịch vụ Internet

bằng công nghệ đường dây thuê bao số DSL. DSL sử dụng đôi dây giống như

dây điện thoại, và yêu cầu phải có một modem DSL đặt tại thuê bao và DSLAM

đặt tại tổng đài. Tốc độ dữ liệu của DSL nằm trong khoảng từ 128 Kb/s đến 1,5

Mb/s. Mặc dù tốc độ của nó đã tăng đáng kể so với modem tương tự, nhưng khó

có thể được coi là băng rộng do không cung cấp được các dịch vụ video, thoại,

dữ liệu cho các thuê bao ở xa. Khoảng cách từ tổng đài đến theo bao chỉ trong

phạm vi 5,5 km. Ta có thể tăng khoảng cách này bằng giải pháp triển khai thêm

nhiều DSLAM đến gần thuê bao, nhưng đây là một giải pháp không hiệu quả do

chi phí quá cao.

Một giải pháp khác được đưa ra là sử dụng cáp modem. Các công ty cáp

TV cung cấp các dịch vụ Internet bằng cách triển khai các dịch vụ tích hợp dữ

liệu trên mạng cáp đồng trục, mà ban đầu được thiết kế để truyền dẫn tín hiệu

video tương tự. Ví dụ, mạng HFC sẽ có sợi quang nối từ các đầu dẫn hay các

hub đến các nút quang, và từ các nút quang sẽ phân chia đến các thuê bao thông

qua cáp đồng trục, bộ lặp và các bộ ghép/tách. Tuy nhiên, mô hình kiến trúc này

có nhược điểm là thông lượng hiệu dụng của các nút quang không quá 36 Mb/s,

vì vậy tốc độ thường rất thấp vào những giờ cao điểm.

Như vậy, chúng ta thấy rằng cả công nghệ DSL và cáp modem đều không

đáp ứng được những yêu cầu về băng thông cho mạng truy nhập. Hầu hết các

nhà công nghệ mạng hiện nay đều đang tiến tới một công nghệ mới, tập trung

chủ yếu vào truyền tải dữ liệu, đặc biệt là dữ liệu IP. Trong bối cảnh đó, công

nghệ PON sẽ là một giải pháp tối ưu cho mạng truy nhập băng rộng. Người ta

trông đợi mạng PON sẽ giải quyết được các vấn đề tắc nghẽn băng thông của

mạng truy nhập trong kiến trúc mạng viễn thông, giữa một bên là các nhà cung

Lê Minh Liêm - 509102041 7


cấp dịch vụ CO, các điểm kết cuối, các điểm truy nhập và một bên là các công ty

được cung cấp dịch vụ, hay một khu vực tập trung các thuê bao.

Mạng quang thụ động có thể định nghĩa một cách ngắn gọn như sau:

“Mạng quang thụ động (PON) là một mạng quang không có các phần tử điện

hay các thiết bị quang điện tử”.

Như vậy với khái niệm này, mạng PON sẽ không chứa bất kỳ một phần tử

tích cực nào mà cần phải có sự chuyển đổi điện - quang. Thay vào đó, PON sẽ

chỉ bao gồm: sợi quang, các bộ chia, bộ kết hợp, bộ ghép định hướng, thấu kính,

bộ lọc,... Điều này giúp cho PON có một số ưu điểm như: không cần nguồn điện

cung cấp nên không bị ảnh hưởng bởi lỗi nguồn, có độ tin cậy cao và không cần

phải bảo dưỡng do tín hiệu không bị suy hao nhiều như đối với các phần tử tích

cực.

Mạng PON ngoài việc giải quyết các vấn đề về băng thông, nó còn có ưu

điểm là chi phí lắp đặt thấp do nó tận dụng được những sợi quang trong mạng đã

có từ trước. PON cũng dễ dàng và thuận tiện trong việc ghép thêm các ONU

theo yêu cầu của các dịch vụ, trong khi đó việc thiết lập thêm các nút trong

mạng tích cực khá phức tạp do việc cấp nguồn tại mỗi nút mạng, và trong mỗi

nút mạng đều cần có các bộ phát lại.

PON có thể hoạt động vớ chế độ không đối xứng. Chẳng hạn, một mạng

PON có thể truyền dẫn theo luồng OC-12 (622 Mbits/s) ở đường xuống và truy

nhập theo luồng OC-3 (155 Mbits/s) ở đường lên. Một mạng không đối xứng

như vậy sẽ giúp cho chi phí của các ONU giảm đi rất nhiều, do chỉ phải sử dụng

các bộ thu phát giá thành thấp hơn..

PON còn có khả năng chống lỗi cao (cao hơn SONET/SDH). Do các nút

của mạng PON nằm ở bên ngoài mạng, nên tổn hao năng lượng trên các nút này

không gây ảnh hưởng gì đến các nút khác. Khả năng một nút mất năng lượng mà

không làm ngắt mạng là rất quan trọng đối với mạng truy nhập, do các nhà cung

cấp không thể đảm bảo được năng lượng dự phòng cho tất cả các đầu cuối ở xa.

Lê Minh Liêm - 509102041 8


Với những lý do như trên, công nghệ PON có thể được coi là một giải pháp

hàng đầu cho mạng truy nhập. PON cũng cho phép tương thích với các giao diện

SONET/SDH và có thể được sử dụng như một vòng thu quang thay thế cho các

tuyến truyền dẫn ngắn trong mạng đô thị hay mạch vòng SONET/SDH đường

trục.

1.2. Kiến trúc của PON

Các phần tử thụ động của PON đều nằm trong mạng phân bố quang (hay

còn gọi là mạng ngoại vi) bao gồm các phần tử như sợi quang, các bộ tách/ghép

quang thụ động, các đầu nối và các mối hàn quang. 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 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, với cấu hình cây là phổ biến. PON cũng có thể được triển khai

theo cấu hình vòng ring cho các khu thương mại hoặc theo cấu hình bus khi

triển khai trong các khu trường sở,... Mô hình mạng quang thụ động với các

phần tử của nó được biểu diễn như hình dưới đây

Hình 1.1 Mô hình mạng quang thụ động

Lê Minh Liêm - 509102041 9


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 như trong Hình 1.2: Các kiểu kiến trúc của PON.

Bằng cách sử dụng các bộ ghép 1:2 và bộ chia quang 1:N, PON có thể triển

khai theo bất cứ cấu hình nào trong các cấu hình trên. Ngoài ra, PON còn có thể

thu gọn lại thành các vòng ring kép, hay hình cây, hay một nhánh của cây. Tất

cả các tuyến truyền dẫn trong PON đều được thực hiện giữa OLT và ONU. OLT

nằm ở CO và kết nối mạng truy nhập quang với mạng đô thị (MAN) hay mạng

diện rộng (WAN), được biết đến như là những mạng đường trục. ONU nằm tại

vị trí đầu cuối người sử dụng (FTTH hay FTTB hoặc FTTC).

Hình 1.2 Các kiểu kiến trúc của PON

Trong các cấu hình trên, cấu hình cây 1:N như Error: Reference source not

found(a), hay cấu hình cây và phân nhánh Error: Reference source not found(b)

được sử dụng phổ biến nhất. Đây là những cấu hình rất mềm dẻo, phù hợp với

Lê Minh Liêm - 509102041 10


nhu cầu phát triển của thuê bao, cũng như những đòi hỏi ngày càng tăng về băng

thông.

Có một vài mô hình thích hợp cho mạng truy cập như mô hình cây, vòng

hoặc bus. Mạng quang thụ động PON có thể triển khai linh động trong bất kỳ

mô hình nào nhờ sử dụng một tapcoupler quang 1:2 và bộ tách quang 1:N

Ngoài những mô hình trên, PON có thể triển khai trong mô hình cây như là

vòng đôi hoặc cây đôi hay cũng có thể là một phần của mạng PON được gọi là

trung kế cây.

Tất cả sự truyền dẫn trong mạng PON đều được thực hiện giữa OLT và các

ONU. OLT ở tại tổng đài, kết nối truy nhập quang đến mạng đường trục (có thể

là mạng IP, ATM ). ONU ở tại đầu cuối người sử dụng (trong giải pháp

FTTH_Fiber To The Home, FTTB_Fiber To The Building) hoặc ở tại Curb

trong giải pháp FTTC_Fiber To The Curb và có khả năng cung cấp các dịch vụ

thoại, dữ liệu và video băng rộng.

Tuỳ theo điểm cuối của tuyến cáp quang xuất phát từ tổng đài mà các mạng

truy nhập thuê bao quang có tên gọi khác nhau như sợi quang đến tận nhà

FTTH, sợi quang đến khu dân cư FTTC, FTTB.

1.3. Đặc điểm của PON

Đặc trưng của hệ thống PON là thiết bị thụ động phân phối sợi quang đến

từng nhà thuê bao sử dụng bộ chia có thể lên tới 1:128.

PON hỗ trợ giao thức ATM, Ethernet. PON hỗ trợ các dịch vụ thoại, dữ

liệu và hình ảnh với tốc độ cao và khả năng cung cấp băng thông rộng.

Trong hệ thống PON, băng thông được chia sẻ cho nhiều khách hàng điều

này sẽ làm giảm chi phí cho khách hàng sử dụng. Cũng như khả năng tận dụng

công nghệ WDM, ghép kênh phân chia theo dải tần, TDMA và cung cấp băng

thông động để giảm thiểu số lượng cáp quang cần thiết để kết nối giữa OLT và

bộ chia.

Lê Minh Liêm - 509102041 11


PON thực hiện truyền dẫn 2 chiều trên 2 sợi quang hay 2 chiều trên cùng 1

sợi quang. PON có thể hỗ trợ mô hình: hình cây, sao, bus và ring.

PON là kiến trúc mạng điểm – nhiều điểm ( point to multipoint). Để giảm

chi phí trên mỗi thuê bao, đường truyền chính sẽ đi từ thiết bị trung tâm OLT

qua một thiết bị chia tín hiệu (Splitter) và từ thiết bị này kéo đến nhiều người

dùng (có thể chia từ 32-64 thuê bao). Splitter không cần nguồn cung cấp, có thể

đặt bất kỳ đâu. Do Splitter không cần nguồn nên hệ thống tiết kiệm điện hơn và

không gian chứa cáp cũng ít hơn.

Tuy nhiên, PON cũng có nhiều khuyết điểm như khó nâng cấp băng thông

khi thuê bao yêu cầu (do kiến trúc điểm đến nhiều điểm sẽ ảnh hưởng đến những

thuê bao khác trong trường hợp đã dùng hết băng thông) khó xác định lỗi hơn do

1 sợi quang chung cho nhiều người dùng, tính bảo mật cũng không cao.

1.4. Thành phần cơ bản của mạng quang thụ động PON

1.4.1 Sợi quang và cáp quang

Sợi quang là một thành phần quan trọng trong mạng, nó tạo sự kết nối giữa

các thiết bị. Hai thông số cơ bản của sợi quang là suy hao và tán sắc, tuy nhiên

sợi quang ứng dụng trong mạng PON thì chỉ cần quan tâm đến suy hao không

quan tâm đến tán sắc bởi khoảng cách truyền tối đa chỉ là 20 km và tán sắc thì

ảnh hưởng không đáng kể. Do đó, người ta sử dụng sợi quang có suy hao nhỏ,

chủ yếu là sử dụng sợi quang theo chuẩn G.652.

Trên thực tế, để khắc phục nhược điểm trong truyền dẫn thông tin của cáp

đồng, đã từ lâu người ta đã cho ra đời cáp quang cùng với những tính năng ưu

việt hơn. Không giống như cáp đồng truyền tín hiệu bằng điện, cáp quang dùng

ánh sáng để truyền tín hiệu đi. Chính vì sự khác biệt đó, mà cáp quang ít bị

nhiễu, tốc độ cao và có khả năng truyền xa hơn. Tuy vậy, phải đến giai đoạn

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

Lê Minh Liêm - 509102041 12


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 và 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 thành phần được thể hiện như hình 1.1.

Lõi: Trung tâm phản chiếu của sợi quang nơi ánh sáng đi qua .

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.

Hình 1.7 . Cấu tạo của sợi quang

Độ suy hao 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

Lê Minh Liêm - 509102041 13


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.

Cáp quang 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

1.4.2 Bộ tách/Ghép quang

Một mạng quang thụ động sử dụng một thiết bị thụ động để tách một tín

hiệu quang từ một sợi quang sang một vài sợi quang và ngược lại. Thiết bị này

là Coupler quang. Để đơn giản, một Coupler quang gồm hai sợi nối với nhau. Tỷ

số tách của bộ tách có thể được điều khiển bằng chiều dài của tầng nối và vì vậy

nó là hằng số.

Hình 1.4a: có chức năng tách 1 tia vào thành 2 tia ở đầu ra, đây là Coupler

Y. Hình 1.4b là Coupler ghép các tín hiệu quang tại hai đầu vào thành một tín

hiệu tại đầu ra. Hình 1.4c vừa ghép vừa tách quang và gọi là Coupler X hoặc

Coupler phân hướng 2x2. Coupler có nhiều hơn hai cổng vào và nhiều hơn hai

cổng ra gọi là Coupler hình sao. Coupler NxN được tạo ra từ nhiều Couper 2x2

Coupler được đặc trưng bởi các thông số sau:

- Tổn hao tách: Mức năng lượng ở đầu ra của Coupler so với năng lượng

đầu vào (db). Đối với Coupler 2x2 lý tưởng, giá trị này là 3dB. Hình 1.4 minh

hoạ hai mô hình 8x8 Coupler dựa trên 2x2 Coupler. Trong mô hình 4 ngăn (hình

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

hiệu quả hơn gọi là mạng liên kết mạng đa ngăn. Trong mô hình này, mỗi đầu ra

nhận được 1/8 năng lượng đầu vào.

Lê Minh Liêm - 509102041 14

Hình 1.8: Cấu hình cơ bản các loại Coupler

a)

c)

b)

I1

I1

I2

I1

I2

O2

O3

O2

O2

O3

a) Coupler 4 ngăn 8x8 b) Coupler 3 ngăn 8x8

Hình 1.9: Coupler 8x8 được tạo ra từ nhiều coupler cccocCoupler


- Tổn hao chèn: Năng lượng tổn hao do sự chưa hoàn hảo của quá trình xử

lý. Giá trị này nằm trong khoảng 0,1dB đến 1dB.

- Định hướng: Lượng năng lượng đầu vào bị rò rỉ từ một cổng đầu vào đến

các cổng đầu vào khác. Coupler là thiết bị định hướng cao với thông số định

hướng trong khoảng 40-50dB.

Thông thường, các Coupler được chế tạo chỉ có một cổng vào hoặc một bộ

kết hợp. Các Coupler loại này được sử dụng để tách một phần năng lượng tín

hiệu, ví dụ với mục đích định lượng. Các thiết bị như thế này được gọi là “tap

coupler”.

Lê Minh Liêm - 509102041 15


1.4.3 Đầu cuối đường quang OLT ( Optical Line Terminal)

OLT cung cấp giao diện quang về phía mạng phối quang ODN và cung cấp

ít nhất một giao diện quang trên mạng ở phía mạng truy nhập quang. OLT có thể

được đặt ở bên trong tổng đài hay tại một trạm từ xa. Sơ đồ khối chức năng của

OLT được mô tả ở Hình 1.5.

OLT có chức năng quản lý tất cả các hoạt động của PON. ONU và OLT

cung cấp các dịch vụ truyền dẫn một cách trong suốt giữa UNI và SNI thông qua

PON.

Phần lõi OLT

Phần lõi OLT bao gồm các chức năng sau đây:

- Chức năng kết nối chéo được số hóa cung cấp các kết nối giữa phần mạng

lõi/metro với phần mạng phối quang ODN.

- Chức năng ghép kênh truyền dẫn cung cấp kết nối VP giữa chức năng cổng

dịch vụ SPF và giao diện ODN. Các VP khác nhau được gán vào các dịch vụ

khác nhau tại giao diện PON. Các thông tin khác như báo hiệu, OAM được trao

đổi nhờ các VC trong VP.

- Chức năng ghép kênh truyền dẫn cung cấp việc truyền và ghép các kênh

trên mạng phối quang ODN. Ví dụ như: dữ liệu đi từ mạng lõi/metro đến mạng

phối quang ODN thì nó có nhiệm vụ là truyền, còn dữ liệu đi từ mạng phối

quang ODN đến mạng lõi/metro thì nó phải được ghép kênh trước khi truyền

đến mạng lõi/metro.

- Chức năng giao diện ODN cung cấp môi trường truyền dẫn quang kết nối

OLT với một hoặc nhiều ONU bằng việc sử dụng thiết bị thụ động. Nó điều

khiển quá trình chuyển đổi quang/điện và điện/quang. Để có thể thực hiện cơ

chế chuyển mạch bảo vệ và làm dễ dàng cho việc xử lí thiết bị thụ động bộ chia

thì ở OLT sẽ có các chức năng giao diện ODN giống như phần mạng phối

quang ODN.

Giao diện ODN

Lê Minh Liêm - 509102041 16


Đầu cuối đường dây PON xử lý chuyển đổi quang điện. Giao diện ODN chèn

các tế bào ATM vào

Phần dịch vụ OLT

Phần dịch vụ OLT thì có chức năng cổng dịch vụ. Các cổng dịch vụ sẽ

truyền ít nhất tốc độ ISDN và sẽ có thể cấu hình một số dịch vụ hay có thể hỗ

trợ đồng thời hai hay nhiều dịch vụ khác nhau ví dụ như dịch vụ truyền hình độ

phân giải cao (HDTV- high definition TV), game online, truyền dữ liệu... Bất kì

khối TU (tributary unit) cũng đều cung cấp hai hay nhiều port có tốc độ 2 Mbps

phụ thuộc vào cách cấu hình trên mỗi port. Khối TU có nhiều port có thể cấu

hình mỗi port một dịch vụ khác nhau.

Chức năng cổng dịch vụ SPF đóng vai trò giao tiếp với node dịch vụ. Chức

năng cổng dịch vụ thực hiện chèn tế bào ATM vào tải trọng SDH đường lên, và

tách tế bào ATM từ tải trọng SDH đường xuống. Chức năng này phải được dự

phòng, do đó chuyển mạch bảo vệ là cần thiết.

Hình1.10 Các khối chức năng trong OLT

Phần chung OLT

Phần chung OLT bao gồm chức năng cấp nguồn và chức năng hoạt động,

quản lí và bảo dưỡng (OAM-Operation, Administration and Maintenance). Chức

năng cấp nguồn chuyển đổi nguồn ngoài thành nguồn mong muốn. Chức năng

OAM cung cấp các phương tiện để điều khiển hoạt động, quản lí và bảo dưỡng

Lê Minh Liêm - 509102041 17

Mạng lõiMUX

Giao diện ODN

Giao diện ODN

Phần lõi Phần dịch vụ

SPF

SPF

.

.

.

...

.

.

Cấp nguồn OAM

.

.

.


cho tất cả khối OLT. Trong điều khiển nội bộ, một giao diện có thể được cung

cấp cho mục đích chạy thử và giao diện Q3 cho mạng truy nhập đến hệ thống

đang hoạt động thông qua chức năng sắp xếp.

1.4.4 Đơn vị mạng quang ONU ( Optical Network Unit)

ONU đặt tại phía khách hàng, ONU cung cấp các phương tiện cần thiết để

phân phối các dịch vụ khác nhau được điều khiển bởi OLT.

Một ONU có thể chia làm 3 phần: phần lõi, phần dịch vụ và phần chung.

Phần lõi ONU

ONU gồm giao diện ODN, cổng người dùng, chức năng ghép kênh/phân kênh

truyền dẫn, dịch vụ và khách hàng, và cấp nguồn.

Giao diện ODN

Giao diện ODN xử lý các quá trình chuyển đổi quang điện. Giao diện ODN

trích các tế bào ATM từ tải trọng PON đường xuống và chèn các tế bào ATM

vào tải trọng đường lên trên cơ sở đồng bộ từ sự định thời khung đường xuống.

Ghép kênh

Chỉ các tế bào ATM có hiệu lực mới có thể đi qua bộ phận ghép kênh do đó

nhiều VP có thể chia sẻ băng thông đường lên một cách hiệu quả.

Phần lõi ONU bao gồm:

Chức năng ghép khách hàng và dịch vụ có nhiệm vụ nếu ở về phía khách

hàng thì dữ liệu sẽ đựơc ghép trước khi truyền đến ODN còn nếu về phía ODN

thì các dịch vụ sẽ tách ra phù hợp cho từng user đã yêu cầu dịch vụ.

Chức năng ghép kênh truyền dẫn cung cấp các chức năng phân phối tín

hiệu giữa ODN và khách hàng.

Chức năng giao diện ODN cung cấp các chức năng chuyển đổi quang/điện

hay điện/quang

Phần dịch vụ ONU

Phần dịch vụ ONU cung cấp các chức năng cổng của người dùng. Chức

năng cổng của người dùng cung cấp cho các giao diện dịch vụ của khách hàng

Lê Minh Liêm - 509102041 18


và bộ thích nghi của chúng là 64 kbps hay n×64 kbps. Chức năng này có thể

được cấp bởi một khách hàng hay một nhóm khách hàng. Nó cũng cung cấp các

chức năng chuyển đổi tín hiệu tùy thuộc giao diện vật lí (ví dụ như rung chuông,

báo hiệu, chuyển đổi A/D và D/A).

Chức năng cổng người dùng UPF tương thích các yêu cầu UNI riêng biệt.

OAM có thể hỗ trợ một số các truy nhập và các UNI khác nhau. Các UNI này

yêu cầu các chức năng riêng biệt phụ thuộc vào các đặc tả giao diện có liên

quan. Tách các tế bào ATM đường xuống và chèn các tế bào ATM ở đường lên.

Hình 1.11 Các khối chức năng trong ONU

Phần chung ONU

Phần chung ONU bao gồm chức năng cấp nguồn và chức năng hoạt động,

quản lí và bảo dưỡng OAM. Chức năng cấp nguồn cung cấp nguồn cho ONU (ví

dụ như chuyển đổi xoay chiều thành một chiều hay ngược lại). Nguồn có thể

được cấp tại chỗ hay từ xa. Nhiều ONU có thể chia sẻ nguồn. ONU có thể hoạt

động bằng nguồn dự phòng. Chức năng OAM cung cấp các phương tiện để điều

khiển các chức năng hoạt động, quản lí và bảo dưỡng cho tất cả khối của ONU.

1.4.5 ODN

ODN cung cấp phương tiện truyền dẫn quang cho kết nối vật lý giữa OLT

và ONU. Các ODN riêng lẻ có thể được kết hợp và mở rộng nhờ các bộ khuếch

đại quang.ODN bao gồm các thành phần quang thụ động:

Cáp và sợi quang đơn mode, Connector quang, thiết bị rẽ nhánh quang thụ

động, bộ suy hao quang thụ động và mối hàn.

Lê Minh Liêm - 509102041 19

Giao diện ODNMUX

Phần lõi

Cấp nguồn OAM

ODN

Phần dịch vụ

UPF

UPF

.

.

.

.

.

.

.

.

Phần chung

Khách hàng


* Giao diện quang

ODN cung cấp đường quang giữa OLT và ONU, mỗi đường quang được

định nghĩa là khoảng ở giữa các điểm tham chiếu tại một cửa sổ bước sóng nhất

định.

Các giao diện quang ở trong Hình 1.8 là:

Oru, Ord Giao diện quang tại điểm tham chiếu S/R giữa ONU và ODN cho

đường lên và đường xuống tương ứng.

Olu, Old Giao diện quang tại điểm tham chiếu R/S giữa OLT và ODN cho

đường lên và đường xuống tương ứng.

Hình 1.12 Các giao diện quang

1.4.6 Bộ chia (Splitter)

Bộ chia/ghép quang thụ động (Splitter): Dùng để chia/ghép thụ động tín

hiệu quang từ nhà cung cấp dịch vụ đến khách hàng và ngược lại giúp tận dụng

hiệu quả sợi quang vật lý. Thành phần được nhắc chủ yếu trong mạng PON là

bộ chia. Bộ chia là thiết bị thụ động, công dụng của nó là để chia công suất

quang từ một sợi ra nhiều sợi khác nhau. Từ OLT đến ONU có thể sử dụng

nhiều dạng bộ chia có tỉ bộ chia là 1:2; 1:4; 1:8; 1:16;1:32; 1:64; 1:128. Sử dụng

một bộ chia có tỉ lệ chia lớn như 1:32 hay 1:64 hay có thể sử dụng bộ chia nhiều

lớp với lớp thứ nhất sử dụng bộ chia 1:2 và lớp thứ 2 sử dụng 2 bộ chia 1:4. Hầu

hết hệ thống PON sử dụng bộ chia bộ chia là 1:16 và 1:32. Tỉ lệ chia trực tiếp

Lê Minh Liêm - 509102041 20

OLTODN

ONU1

ONUn

.

.

.

R/S

Oru , Ord

R/S

Oru , Ord

Olu , Old

R/S


ảnh hưởng quỹ suy hao của hệ thống và suy hao truyền dẫn. Tỉ lệ của bộ chia

càng cao cũng có nghĩa là công suất truyền đến mỗi ONU sẽ giảm xuống do suy

hao của bộ chia splitter 1:N tính theo công thức 10×logN (dB), nên nếu tỉ lệ bộ

chia mà tăng lên gấp đôi thì suy hao sẽ tăng lên 3 dB. Cho phép gắn bên trong

giá phân phối quang ODF, hay măng xông.

Số cổng Suy hao splitter (db)

2 3

4 6

8 9

16 12

32 15

64 18

Hình 1.13 Liệt kê suy hao của các bộ chia (splitter) tương ứng.

1.5 Phân loại 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 sẻ công bằng tài nguyên và dung lượng trung kế.

1.5.1 TDM PON

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.

Lê Minh Liêm - 509102041 21


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 khách hàng đến khách hàng. 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 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

quản, 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 là 1310nm, hướng

xuống là 1550nm. Dung lượng kênh ở mỗi bước sóng có thể phân phối linh

động giữa các ONU.

Hình 1.14 Mạng PON sử dụng một sợi quang

Các thuật ngữ trong hình được chú thích như sau:

ONU: Offtical Network Unit-Đơn vị mạng quang

Data transmitsion: Dữ liệu vào

Data Receiver: Dữ liệu ra

WDM: Ghép kênh phân chia theo bước sóng

Lê Minh Liêm - 509102041 22


Ghép kênh phân chia theo thời gian là phương pháp được ưu tiên hiện nay

cho việc chia sẻ kênh quang trong mạng truy cập khi mà nó cho phép một bước

sóng đơn ở hướng lên và bộ thu phát đơn ở OLT đã làm cho giải pháp này có ưu

thế hơn về chi phí đầu tư.

1.5.2 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. Nhiều phương thức khác đã

được tìm hiểu để tạo ra các bước sóng ONU như là:

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

ONU, Dùng các laser điều chỉnh được, và cắt phổ tín hiệu.

Các phương thức thụ động mà theo đó OLT cung cấp tín hiệu sóng mang

tới các ONU. Sử dụng tín hiệu hướng xuống để điều chỉnh bước sóng đầu ra của

laser ONU.

Cấu trúc của WDM-PON được mô tả như trong Hình 2.9. Trong đó, WDM-

PON có thể được sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau như là FTTx, các ứng

dụngcho đường dây thuê bao số tốc độ rất cao 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. Một bộ lọc quang ống dẫn sóng có thể được đặt ở môi trường trong nhà

hoặc ngoài trời.

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

Lê Minh Liêm - 509102041 23


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.

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 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. WDM-PON được

phát triển mạnh ở Hàn Quốc.

Hình 1.15 Cấu trúc của WDM – PON

Các thuật ngữ được chú thích trong hình:

CO :Center office : Văn phòng trung tâm

FTTH: Fiber to the home-Cáp quang thuê bao

FTTB : Fiber to the building- Cáp quang tới tòa nhà

FTTC : Fiber to the curt- cáp quang tới khu dân cư

VDSL switch: Thiết bị định tuyến đường dây thuê bao số tốc độ cao

Wireless Access point : Điểm truy câp Wireless

Lê Minh Liêm - 509102041 24


1.5.3 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. Phần lớn công nghệ ứng dụng

trong TDMA PON tuân theo phương thức trải phổ chuổi trực tiếp. Trong

phương thức này mỗi ký hiệu 0, 1 (tương ứng với mỗi tín hiệu) được mã hóa

thành chuỗi ký tự dài hơn và có tốc độ cao hơn.

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

dữ liệu, OLT chia nhỏ tín hiệu quang thu được sau đó gửi tới các bộ lọc nhiễu xạ

để tách lấy tín hiệu của mỗi ONU.

Ưu điểm chính của CDMA PON là cho phép truyền tải lưu lượng cao và có

tính năng bảo mật nổi trội so các chuẩn PON khác. Tuy nhiên, một trở ngại lớn

trong CDMA-PON là các bộ khuếch đại quang đòi hỏi phải được thiết kế sao

cho đảm bảo tương ứng với tỷ số tín hiệu/tạp âm (S/N). Với hệ thống CDMA-

PON không có bộ khuếch đại quang thì tùy thuộc vào tổn hao bổ sung trong các

bộ chia, bộ xoay vòng, các bộ lọc mà hệ số chia OLT/ONU chỉ là 1:2 hoặc 1:8.

Trong khi đó, với bộ khuyếch đại quang hệ số này có thể đạt 1:32 hoặc cao hơn.

Bên cạnh đó, các bộ thu tín hiệu trong CDMA-PON là khá phức tạp và giá

thành tương đối cao. Chính vì những nhược điểm này nên hiện tại CDMA-PON

chưa được phát triển rộng rãi.

1.6 So sánh PON với công nghệ mạng quang thụ động AON

Mạng quang chủ động (AON): Để phân phối tín hiệu, mạng quang chủ

động sử dụng các thiết bị sử dụng điện để phân tích dữ liệu như một chuyển

Lê Minh Liêm - 509102041 25


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. 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.

Phân tích ưu nhược điểm và lựa chọn công nghệ: nhiều chuẩn mạng truy

nhập FTTx khác nhau và không tương thích với nhau. Vì thế có sự linh hoạt về

lựa chọn công nghệ, tuy nhiên nó cũng mang lại rất nhiều rủi ro khi quyết định

đầu tư vào FTTx. Vì đây là một dịch vụ mạng tính chất kỹ thuật cao nên yếu tố

công nghệ mang tính chất quyết định sống còn. Việc lựa chọn công nghệ nào sẽ

phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố: giá thành, độ phức tạp, khả năng và quy mô triển

khai, sự chuẩn hóa về thiết bị. Giữa hai công nghệ mạng quang trực tiếp và

mạng quang chia sẻ ta sẽ dùng mạng quang chia sẻ do mạng quang trực tiếp có

chi phí rất lớn. Hơn nữa việc triển khai mạng quang trực tiếp tại thời điểm này

còn gặp một số vấn đề cả về kỹ thuật và tài chính.Trong mạng quang chia sẻ ta

Lê Minh Liêm - 509102041 26

http://tudiencongnghe.com/Special:Search/ethernet


dùng công nghệ mạng thụ động (PON) do công nghệ mạng chủ động (AON) có

những hạn chế về thiết bị chuyển mạch dẫn đến hạn chế về tốc độ của toàn

mạng. Hiện tại những chuyển mạch quang tốc độ cao có giá thành rất cao chỉ

phù hợp cho thiết kế mạng lõi.

Hình 1.16 So sánh mạng quang chủ động và mạng quang thụ động

Lê Minh Liêm - 509102041 27

PON: Mạng quang chủ động

AON: Mạng quang bị động

OLT: Đầu cuối đường quang

ONT: Đầu cuối đường quang


Chương 2

Các hệ thống PON đang được triển khai

2.1 APON/BPON

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. Hiện nay các thành viễn của FSAN đã tăng lên

đến trên 40 trong đó có nhiều hãng sản xuất và cung cấp thiết bị viễn thông lớn

trên thế giới.

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 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. Hệ thống BPON có khả năng cung cấp

nhiều dịch vụ băng rộng như Ethernet, Video, đường riêng ảo (VPL), kênh thuê

riêng, v.v… Năm 1997 nhóm FSAN đưa các đề xuất chỉ tiêu BPON lên ITU-T

để thông qua chính thức. Từ đó, các tiêu chuẩn ITU G.983.x cho mạng BPON

lần lượt được thông qua

Hệ thống BPON 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 nhiều ở nhiều nơi, tập trung ở Bắc Mỹ, Nhật Bản và một phần

Châu Âu.

2.2 GPON

Do đặc tính cấu trúc của BPON khó có thể nâng cấp lên tốc độ cao hơn 622

Mbps và mạng PON trên cở sở nền ATM không tối ưu đối với lưu lượng IP,

nhóm FSAN phát triển một hệ thống mạng PON mới từ năm 2001 với tốc độ

1Gbps hỗ trợ cả lưu lượng ATM và IP. Dựa trên các khuyến nghị của FSAN, từ

năm 2003-2004, ITU-T đã chuẩn hóa một loạt các tiêu chuẩn cho mạng PON

Gigabit (GPON) bao gồm G.984.1,G.984.2 và G.984.3.

Lê Minh Liêm - 509102041 28


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 hơn 90%.

Các ưu điểm của GPON : Cung cấp dịch vụ bộ ba: hỗ trợ các dịch vụ âm

thanh, dữ liệu và video truyền theo định dạng gốc của nó. Rất nhiều các dịch vụ

Ethernet như QoS, VLAN, IGMP (Internet Group Management Protocol) và

RSTP (Rapid SpanningTree Protocol) cũng được hỗ trợ. Hiệu suất và tốc độ

đường truyền cao nhất: GPON hỗ trợ tốc độ bít cao nhất từ trước tới nay với tốc

độ hướng xuống/ hướng lên tương ứng 2,488/1,244 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.

Hiện nay cũng như trong tương lai GPON là công nghệ phù hợp cho việc

truyền thông Ethernet/IP với việc hỗ trợ truyền tiếng nói và video qua PON bằng

việc sử dụng giao thức SONET/SDH

Hệ thống GPON sử dụng truyền dẫn bất đối xứng với tốc độ đường truyền

cho hướng xuống là 2,5Gb/s và hướng lên là 1,25Gb/s. Hiệu suất đạt được trên

cả hai hướng là khoảng 92%. Do đó, GPON có thể cung cấp băng tần hướng

xuống cho mỗi ONT là khoảng 2300Mb/s, tức là tốc độ dữ liệu lớn nhất đồng

thời là khoảng 72Mb/s cho mỗi ONT. Ở hướng lên, một ONT có thể truyền gần

1150Mb/s, tức là khoảng 35Mb/s cho mỗi endpoint khi 32 ONT đồng thời gửi

dữ liệu. Hiện nay, phần lớn các hệ thống EPON đều bị giới hạn chỉ có thể hỗ trợ

32 ONT với khoảng cách lớn nhất là 20km, trong khi đó các hệ thống GPON

được chuẩn hoá có thể hỗ trợ 64 ONT với khoảng cách phục vụ là 35 km.

GPON có thể cung cấp băng tần lớn hơn khoảng 56% so với EPON. Hơn

nữa, GPON cải thiện được băng tần hướng xuống do tốc độ đường truyền cao

hơn (2,5Gb/s của GPON so với 1,25Gb/s của EPON)

Lê Minh Liêm - 509102041 29


EPON GPON

Dung lượng 1,244Gbps 622Mbps đến 2,488Gbps

Băng tần 600Mbps 2300Mbps

Truyền tải TDM Hạn chế và chưa được

chuẩn hoá

Có và đã chuẩn hoá

Số ONT 16 (IEEE 802.3ah) 32/64/128

Chiều dài PON lớn

nhất

20km 35km

Phân mức nguồn Không Được chuẩn hoá cho 3

mức

Bảo vệ Không Thời gian bảo vệ sợi

50ms

Bước sóng thứ 3 cho

dịch vụ video

Không Đã chuẩn hoá

Bảng 2.1 So sánh EPON và GPON

2.3 EPON

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 các mạng đến nhà thuê bao hoặc các doanh nghiệp

với yêu cầu vẫn giữ các tính chất của Ethernet truyền thống. Ethernet PON được

bắt đầu nghiên cứu trong thời gian gian này.

Sự phát triển của EPON là do các nhà khai thác cảm thấy rằng tiêu chuẩn

APON là một giải pháp không thích hợp với mạch vòng thuê bao vì nó thiếu khả

năng cung cấp dịch vụ video, không đủ độ rộng băng, phức tạp và đắt. EPON

cho phép băng thông cao hơn, chi phí thấp hơn, khả năng cung cấp dịch vụ rộng

hơn APON.

Điểm khác nhau chính giữa EPON và APON là ở EPON dữ liệu được

truyền trong các gói có độ dài thay đổi lên tới 1,518 byte theo giao thức IEEE

Lê Minh Liêm - 509102041 30


802.3 cho Ethernet, trong khi đó với APON, dữ liệu được truyền trong những tế

bào có độ dài cố định là 53 byte (với 48 byte tải trọng và 5 byte mào đầu). Định

dạng này gây khó khăn cho APON khi mang dữ liệu có định dạng theo IP. Dữ

liệu IP được phân đoạn thành những gói có độ dài khác nhau lên tới 65,535 byte.

Khi một APON mang dữ liệu IP, các gói phải được chia nhỏ thành những

đoạn 48 byte cùng với 5 byte mào đầu được thêm vào. Quá trình này tốn thời

gian, phức tạp và phát sinh thêm chi phí cho OLT và ONU. Hơn nữa phải tốn

băng thông 5 byte cho mỗi đoạn 48 byte, tạo ra phần mào đầu nặng nề (thường

gọi là “ thuế tế bào ATM”). Ngược lại, Ethernet được thiết kế để mang dữ liệu

IP và giảm mạnh phần mào đầu so với ATM.

Quản lý dữ liệu luồng lên/luồng xuống trong EPON

Trong EPON, quá trình truyền dữ liệu luồng xuống từ OLT tới các ONU

khác cơ bản với việc truyền dữ liệu đường lên từ các ONU tới OLT.

Trong dữ liệu được phát quảng bá từ OLT tới các ONU trong các gói có độ

dài thay đổi lên đến 1.518 byte. Mỗi gói mang một phần mào đầu (header), chỉ

ra duy nhất rằng nó dành cho ONU1, ONU2 hoặc ONU3. Hơn nữa, một số gói

có thể được dành cho tất cả các ONU (gói quảng bá) hoặc chỉ cho một nhóm

ONU (multicast). ở bộ chia, dữ liệu được chia thành 3 tín hiệu riêng, mỗi tín

hiệu mang tất cả các gói cho từng ONU. Khi dữ liệu tới ONU, nó nhận các gói

dành cho nó và loại bỏ những gói dành cho các ONU khác.

Lê Minh Liêm - 509102041 31


Hình 2.1. Dòng dữ liệu đường lên trong EPON

Cấu trúc khung EPON

Dữ liệu đường xuống được chia thành các khung có độ dài cố định, mỗi

khung mang nhiều gói có độ dài thay đổi. Thông tin đồng hồ, dưới dạng các con

trỏ đồng bộ được bao gồm trong phần bắt đầu của mỗi khung. Con trỏ đồng bộ

làm một mã 1byte được truyền mỗi 2 ms để đồng bộ các ONU với OLT.

Hình 2.2 Cấu trúc khung đường xuống trong EPON

Mỗi gói có độ dài thay đổi được đánh địa chỉ tới một ONU xác định như

được chỉ ra bằng số, từ 1 tới N. Các gói được định dạng theo tiêu chuẩn IEEE

802.3 và được truyền xuống với tốc độ lên tới 1 Gb/s. Chi tiết của một gói có độ

dài thay đổi cho thấy nó gồm có header, tải trọng có độ dài thay đổi và phần

phát hiện lỗi.

Hình 2.3 trình bày ví dụ của dữ liệu đường lên được ghép kênh theo thời

gian vào đường quang chung để tránh xung đột giữa dữ liệu đường lên từ mỗi

ONU. Dữ liệu đường lên được chia thành những khung, mỗi khung được chia

tiếp thành các ONU- các khe thời gian xác định. Các khung đường lên được

Lê Minh Liêm - 509102041 32


hình thành bởi các khoảng truyền 2 ms liên tiếp. Phần header của khung xác

định sự bắt đầu của mỗi khung đường lên.

Hình 2.3. Cấu trúc khung đường lên trong EPON

Các khe thời gian của ONU là các khoảng truyền trong mỗi khung đường

lên mà được dành để truyền các gói có độ dài thay đổi từ các ONU xác định.

Mỗi ONU có một khe thời gian dành riêng trong khung đường lên. Ví dụ, như

trong trong hình 1.9, mỗi khung đường lên được chia thành N khe thời gian, mỗi

khe thời gian tương ứng với một ONU của nó, từ 1 tới N.

Phần điều khiển TDM cho mỗi ONU, trong sự liên kết với thông tin đồng

bộ từ OLT, điều khiển việc định thời truyền dẫn đường lên của các gói có độ dài

biến đổi trong các khe thời gian rành riêng. Hình 1.9 cho thấy chi tiết một khe

thời gian của một ONU (ONU số 4), bao gồm hai gói có độ dài thay đổi và một

số mào đầu khe thời gian. Phần mào đầu khe thời gian gồm 1 băng bảo vệ, các

chỉ thị định thời và các chỉ thị công suất tín hiệu. Khi không có lưu lượng truyền

từ ONU, một khe thời gian có thể được điền bằng các tín hiệu giả ngẫu nhiên.

Ích lợi của EPON

EPON đơn giản, hiểu quả và ít đắt tiền hơn các giải pháp truy nhập đa dịch

vụ khác. Các ưu điểm chính của EPON như sau:

- Độ rộng băng cao hơn: lên tới độ rộng băng 1,25 Gb/s.

- Giá thành thấp hơn: giá thành của các thiết bị trong EPON có thể so sánh với

thiết bị DSL.

Lê Minh Liêm - 509102041 33


- Nhiều lợi nhuận: Việc có thể triển khai mềm dẻo nhiều loại dịch vụ tạo cơ có

lợi nhuận cao hơn.

2.4 WDM-PON

Công nghệ mạng quang thụ động sử dụng ghép kênh phân chia theo bước

sóng Wavelength Division Multiplexing Passive Optical Network (WDM PON)

là thế hệ kế tiếp của mạng truy nhập quang và cho băng thông lớn nhất.

TDMPON (bao gồm BPON, GPON và GEPON) sử dụng các bộ chia công suất

quang thụ động, hướng xuống là quảng bá và ONU nhận dữ liệu của mình thông

qua nhãn địa chỉ nhúng, hướng lên sử dụng ghép kênh trong miền thời gian.

WDMPON sử dụng các bộ ghép sóng WDM thụ động, hướng xuống mỗi ONU

nhận dữ liệu trên một bước sóng, hướng lên các bước sóng khác nhau được ghép

thông qua bộ ghép sóng WDM tới ONU. Do sử dụng một bước sóng cho mỗi

ONU nên WDMPON có tính bảo mật và tính mềm dẻo tốt hơn. Công nghệ

WDMPON sẽ là sự lựa chọn của tương lai và là bước phát triển kế tiếp cho các

công nghệ mạng truy nhập quang PON.

2.5 Nhận xét chung về các hệ thống PON

Vào giữa những năm 90 của thế kỷ này, công nghệ APON (ATM - PON)

đã được áp dụng để truyền tải dữ liệu và tiếng nói. Chậm hơn một chút là

BPON, nó sử dụng cấu trúc chuyển đổi ATM ở các đường biên mạng. Tuy nhiên

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.

Các nghiên cứu hiện nay đang tập trung vào GPON và EPON/GEPON vì

đây là các công nghệ mới hứa hẹn sẽ được triển khai rộng rãi trong mạng truy

nhập băng rộng do các đặc điểm vượt trội của chúng so với các công nghệ khác.

Trong khi GEPON chỉ cung cấp tốc độ truyền là 1,25 Gbit/s thì GPON lại

cho phép đạt tới tốc độ 2.448 Gbit/s. Và thậm chí, khi càng ngày các nhà cung

cấp dịch vụ càng cố tiết kiệm chi phí bằng việc tận dụng tối đa băng thông thì có

Lê Minh Liêm - 509102041 34


vẻ như GEPON đang dần trở thành một sự lựa chọn không được đánh giá cao.

Với hiệu suất từ 50% – 70%, băng thông của GEPON bị giới hạn trong khoảng

600Mbps đến 900Mbps, trong khi đó GPON với việc tận dụng băng thông tối đa

nó có thể cho phép các nhà cung cấp dịch vụ phân phối với băng thông lên đến

2300 Mbps.

Trong một nghiên cứu điển hình, hệ thống mạng GPON của Flexlight 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. Hiệu

suất lớn, độ rộng băng tần lớn, GPON hứa hẹn mang lại nhiều lợi nhuận cho các

nhà cung cấp dịch vụ. Trong khi đó APON, BPON, hay EPON lại tốn khá nhiều

băng thông cho việc quy định các thủ tục truyền thông. Chính vì thế mà hiệu

suất băng thông giảm đi đáng kể. Cụ thể là APON và BPON còn 70% và EPON

còn 50%.

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. Với những đặc tính hỗ trợ cao nhất và độ rộng

băng tiêu dùng được nâng từ 10 MHz lên 100 MHz cho truyền dữ liệu Internet,

đáp ứng được các yêu cầu cho nhiều dòng IPTV (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 GPM linh hoạt và biến đổi được

Lê Minh Liêm - 509102041 35


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 Fiber-To-The-Home và

Fiber-To-The Building/Curb với đặc trưng là tốc độ truy nhập không đối xứng

giữa hướng lên và hướng xuống. Thậm chí với sự phát triển của các ứng dụng

dữ liệu thì cũng không có nhu cầu đến 1,25 Gbps trong hướng lên. 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 thác quang

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.

Lê Minh Liêm - 509102041 36


KẾT LUẬN

Qua đó nhóm em đã phần nào nắm được tổng quan về mạng

quang thụ động PON và các hệ thống PON đang được triển khai.

PON là mạng truy nhập có nhiều ưu điểm để triển khai các dịch

vụ băng rộng (thoại, dữ liệu, video) giữa các khối kết cuối đường dây

ở xa (ONUs) và kết cuối mạng (OLT). Một mạng PON có thể tập

trung lưu lượng từ 64 ONU đến một OLT được đặt tổng đài nội hạt

(CO) theo kiến trúc hình cây, bus, hoặc vòng ring chống lỗi. Giống

như mạng SONET/SDH, PON là công nghệ truyền tải của lớp một,

hoạt động với chế độ không đối xứng và có khả năng chống lỗi cao

hơn SONET/SDH

Mạng PON ngoài việc giải quyết các vấn đề về băng thông, nó

còn có ưu điểm là chi phí lắp đặt thấp do nó tận dụng được những sợi

quang trong mạng đã có từ trước. PON cũng dễ dàng và thuận tiện

trong việc ghép thêm các ONU theo yêu cầu của các dịch vụ, trong

khi đó việc thiết lập thêm các nút trong mạng tích cực khá phức tạp do

việc cấp nguồn tại mỗi nút mạng, và trong mỗi nút mạng đều cần có

các bộ phát lại. Mạng PON cho phép triển khai các dịch vụ băng rộng

và có tính tương tác.

Lê Minh Liêm - 509102041 37


TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1].Báo cáo thực tập tốt nghiệp, Nguyễn Việt Thắng

[2].Cẩm nang hỗ trợ kỹ thuật FTTH, Viettel

Lê Minh Liêm - 509102041 38

pon

Documents