mạng truy nhập quang thụ động ethernet - epon và phân phối băng thông trong epon

Chỉ các phần tử được sử dụng bên trong mạng PON là các linhkiện quang thụ động như là sợi quang, bộ nối và bộ chia quang... Công nghệ mạng quang thụ động PON còn được hiểu là mạng công n

Chương 1 HIỆN TRẠNG MẠNG VIỄN THÔNG VIỆT NAM VÀ XU HƯỚNG PHÁT

TRIỂN MẠNG TRUY NHẬP CỦA THẾ GIỚI

Với những ưu điểm vượt trội của thông tin quang thì việc ứng dụng thông tinquang trong mạng truy cập là điều cần thiết và tất yếu của xu hướng hiện nay Mụcđích của việc này là nhằm đáp ứng các nhu cầu ngày càng gia tăng của người dùngviễn thông trong nước và quốc tế với các loại hình dịch vụ ngày càng phong phú,đặc biệt giải quyết được vấn đề “nút cổ chai” giữa mạng truy nhập và mạng đườngtrục hiện nay Bên cạnh đó, chiến lược phát triển viễn thông phụ thuộc rất nhiều vàohiện trạng mạng viễn thông và định hướng phát triển viễn thông ở mỗi nước Ở ViệtNam thì đây cũng không phải là một ngoại lệ Chương này sẽ trình bày về hiệntrạng mạng truyền dẫn của Việt Nam, xu hướng phát triển viễn thông trên thế giới

và tổng quan về mạng truy nhập quang thụ động

1.1 Hiện trạng mạng viễn thông của Việt Nam

Mạng viễn thông Việt Nam hiện tại được chia thành ba thành phần chính bao

gồm : Cấp quốc tế, cấp quốc gia, cấp nội tỉnh như Hình 1.1

1.1.1Truyền dẫn Quốc Tế

Hệ thống TVH với dung lượng mỗi hướng 560Mbps được đưa vào khai tháctháng 11 năm 1995 kết nối 3 nước Thái Lan, Việt Nam và Hồng Công.Tại ViệtNam hệ thống cập bờ tại Đài cáp quang biển quốc tế Vũng Tàu

Hệ thống SMW-3 dung lượng 80Gbps được đưa vào khai thác tháng 9 năm

1999 kết nối Việt Nam với gần 40 nước Á – Âu Hệ thống cập bờ tại Đài cáp quangbiển quốc tế Đà Nẵng

Tuyến cáp quang biển AAG-Asia America Gateway có chiều dài 20.000 km

và dung lượng lên tới 500 Gbps, kết nối trực tiếp từ khu vực Đông Nam Á tới Mỹ,

đi qua các nước và vùng lãnh thổ Malaysia, Singapore, Thái Lan, Việt Nam, Brunei,Hồng Kông, Philippines và Hoa Kỳ Dự kiến AAG sẽ được nâng cấp lên 2 Tbps và

mở rộng phạm vi kết nối tới Australia, Ấn Độ, châu Âu và Châu Phi

Tuyến cáp quang đất liền là CSC, dung lượng 2,5Gbps kết nối Trung Quốc,Việt Nam, Lào, Thái Lan, Malaysia và Singapore, tuyến Việt Nam-Campuchia,dung lượng 155Mbps

Ngoài ra còn có các trạm thông tin vệ tinh mặt đất

TOLL quốc gia

TOLL quốc gia

Gateway Quốc Tế

Hình 1.1: Cấu trúc mạng viễn thông Việt Nam hiện tại

Nội hạt

Trạm chủ VSAT DAMA

Trạm cổng VSAT IP

1.1.2 Truyền dẫn Quốc Gia

Mạng đường trục quốc gia bao gồm mạng cáp quang Bắc - Nam dung lượng

360 Gbps, cáp quang dọc theo tuyến 500 KV, cáp quang ven biển, cáp quang dọcdãy Trường Sơn Mạng được kết nối vòng Ring để đảm bảo thông tin liên lạc thôngsuốt trong mọi tình huống

Cuối năm 2004, mạng NGN-Next Generation Network đã được đưa vào khaithác dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, cho phép triển khai đa dạng và nhanhchóng các dịch vụ, đáp ứng sự hội tụ giữa thoại và số liệu, giữa sự cố định và diđộng với Internet băng rộng

1.1.3 Truyền dẫn nội tỉnh

Các tuyến vi ba số PDH

Các tuyến cáp quang nội tỉnh

Mạng truy nhập thuê bao sử dụng cáp đồng

1.2 Sự phát triển của lưu lượng

Lưu lượng dữ liệu ngày càng tăng với một tốc độ chưa từng thấy Có thểchứng minh được tốc độ tăng lưu lượng dữ liệu trên 100% mỗi năm từ những năm

1990 Có một thời kỳ mà sự kết hợp giữa các nhà máy kỹ thuật và kinh tế đã làmcho tốc độ tăng lên rất cao, ví dụ năm 1995, 1996 mỗi năm tăng một nghìn phầntrăm Xu hướng online và họ sẽ sẵn sàng online để trải qua nhiều thời gian và sửdụng những ứng dụng đòi hỏi băng thông lớn Việc nghiên cứu thị trường cho thấy,sau khi nâng cấp lên băng rộng người dùng đã online nhiều hơn 35% so với trước.Lưu lượng thoại cũng tăng nhưng tốc độ chậm hơn 8% mỗi năm Theo như hầu hếtcác nhà phân tích thì lưu lượng dữ liệu đã vượt trội lưu lương thoại Nhiều dịch vụ

và ứng dụng sẽ trỡ thành hiện thực khi mà băng thông mỗi người dùng được tănglên Cả DSL-Digital Subscriber Line và cáp modem đều không thể theo kịp nhu

cầu Cả hai công nghệ này đều là những kiến trúc truyền thông được xây dựng hàngđầu hiện nay nhưng không tối ưu hoá cho lưu lượng dữ liệu Trong mạng cápModem, chỉ một vài kênh RF được chỉ định cho dữ liệu trong khi phần lớn băngthông dành cho video tương tự Mạng cáp đồng DSL không thể phù hợp với tốc độ

dữ liệu ở khoảng cách yêu cầu do méo và nhiễu xuyên tâm tín hiệu Hầu hết các nhàhoạt động mạng đều nhận thức rõ rằng sự cần thiết của một giải pháp tập trung dữliệu, các dịch vụ truyền thống như thoại, video sẽ hội tụ vào định dạng số với đầy

đủ các dịch vụ sẽ ra đời

1.3 Xu hướng phát triển hiện nay

Trong những năm gần đây, mạng đường trục đã có một sự phát triển vượtbậc, tuy nhiên mạng truy cập ít có sự thay đổi Sự phát triển kinh khủng của lưulượng Internet càng làm trầm trọng thêm sự chậm trễ của dung lượng mạng truycập Đó chính là vấn đề “nút cổ chai” giữa mạng truy nhập và mạng đường trục.Giải pháp băng rộng được triển khai phổ biến hiện nay là DSL và mạng cápModem Mặc dầu nó đã có sự cải thiện đáng kể so với đường dây dial-up 56Kbps,tuy nhiên nó không thể cung cấp đủ băng thông cho các dịch vụ như video, trò chơitương tác hay hội nghị truyền hình Một công nghệ mới đã được đưa ra, có chi phíđầu tư không cao, đơn giản, có thể nâng cấp, có khả năng hội tụ các dịch vụ thoại

dữ liệu và video đến người dùng trên một mạng đơn Đó là EPON-Ethernet PassiveOptical Network, là giải pháp truy nhập quang sử dụng mạng quang thụ động PON-Passive Optical Network kết hợp với giao thức Ethernet Giải pháp này mang ưuđiểm của cả hai công nghệ PON với băng rộng và Ethernet được thiết kế phù hợptải mang lưu lượng IP Đây là một công nghệ truy nhập được kỳ vọng trong nhữngnăm tới và cũng được xem như là một trong những công nghệ động lực để tiến đếnmạng toàn quang

1.4 Mạng truy nhập thế hệ sau

Nguồn: Ethernet Passive Optical Network Tutorial

Hình 1.2 : Các mô hình phân bổ sợi quang đến thuê bao

Sợi quang có khả năng phân phối băng thông cao, tích hợp dịch vụ thoại, dữliệu và video với khoảng cách trên 20 km trong mạng truy nhập Phương thức vật

lý để triển khai sợi quang trong mạng truy nhập nội hạt là sử dụng mô hình điểmđiểm Point to Point, với sợi quang chạy từ CO - Central Office đến mỗi đầu cuối

thuê bao như Hình 1.2a Kiến trúc này đơn giản tuy nhiên chi phí khá cao Chúng

ta xét N thuê bao với khoảng cách trung bình so với CO là L km thì mô hình Point

to Point yêu cầu 2N bộ thu phát và NxL tổng chiều dài sợi quang

Để giảm chiều dài sợi quang, chúng ta có thể sử dụng các chuyển mạch từ xa

như Hình 1.2b, phương thức này làm giảm chiều dài sợi quang chỉ còn L km với

khoảng cách giữa chuyển mạch và người dùng không đáng kể nhưng sẽ làm tăng sốlượng bộ thu phát lên 2N+2 Ngoài ra, kiến trúc mạng chuyển mạch cụm thuê baoyêu cầu năng lượng điện cũng như năng lượng sao lưu tại Curb-switch

Hiện tại, một trong những chi phí cao nhất của các nhà cung cấp dịch vụ nộihạt là cung cấp và bảo quản năng lượng điện trong vòng nội hạt Cho nên, thật hợp

lý khi thay các chuyển mạch cụm thuê bao bằng các bộ quang thụ động rẻ tiền như

ở Hình 1.2c.

PON là một kỹ thuật được xem xét với nhiều ưu điểm như số lượng các bộthu phát quang, thiết bị đầu cuối CO và sợi quang ít PON là mạng quang điểm đađiểm Point to MultiPoint với các phần tử không kích hoạt trong đường dẫn tín hiệu

từ nguồn đến đích Chỉ các phần tử được sử dụng bên trong mạng PON là các linhkiện quang thụ động như là sợi quang, bộ nối và bộ chia quang Một mạng truynhập dựa trên một sợi quang đơn chỉ yêu cầu N+1 bộ thu phát và L km sợi quang

1.5 So sánh giữa các giải pháp truy nhập và thị trường mạng quang thụ động toàn cầu

Bảng 1.1: Doanh thu từ mạng truy nhập quang thụ động toàn cầu 2003 - 2008

363,4triệuUSD

547,7triệuUSD

754,7triệuUSD

979,9triệuUSD

1161,5triệuUSDNguồn: Internet

Bảng 1.2: So sánh giữa các giải pháp truy nhập

Công nghệ

Tốcđộcựcđại

Khoảngcách cựcđại

Chỉ tiêu đánh giáTốc độ Khoản

g cách

Chia

sẻ môitrường

Chiphí

Độ tincậy

trục

bình

Trungbình

bình

Trungbình

* Nền kinh tế có ít nhất 200.000 hộ gia đình

Nguồn: Fiber-to-the-Home council, September 2010

Hình 1.3 : Thị trường băng rộng FTTx toàn cầu 1.6 Kết luận chương

Như nội dung đã trình bày ở trên, mạng đường trục là mạng với tốc độ dữliệu cao lên đến hàng Gbps và được áp dụng công nghệ chuyển mạch gói với sự hội

tụ của thoại, dữ liệu và video tốc độ cao Trong khi đó, mạng truy nhập hầu nhưkhông có một sự phát triển tương xứng Gần đây, với công nghệ DSL đã giảm bớtphần nào vấn đề “nút cổ chai” tuy nhiên vẫn chưa giải quyết triệt để vấn đề này Vìvậy việc nâng cấp mạng truy nhập là việc làm tất yếu Tuy nhiên, kỹ thuật nào đượclựa chọn Với nhưng ưu điểm vượt trội của mình mạng quang thụ động Ethernet-EPON là một giải pháp hữu hiệu cho mạng truy nhập Mạng quang thụ độngEthernet là sự kết hợp giữa mạng quang thụ động và công nghệ Ethernet Sự kếthợp này sẽ được trình bày cụ thể trong những chương tiếp theo

Chương 2 CÔNG NGHỆ ETHERNET

FASN theo ITU G.983 định nghĩa một mạng truy nhập quang dựa trên côngnghệ PON sử dụng ATM, như là giao thức lớp hai của nó Vào năm 1995, khi màviệc khởi xướng được bắt đầu, ATM có hy vọng cao để trở thành công nghệ thịnhhành trong mạng LAN, MAN và mạng đường trục Tuy nhiên, cũng từ thời gian đó,công nghệ Ethernet đã đẩy lùi ATM Ethernet đã trở thành một chuẩn được chấpnhận phổ biến với trên 320 triệu cổng triển khai trên toàn thế giới Việc triển khaiGigabit Ethernet tốc độ cao và họ sản phẩm 10 Gigabit Ethernet đã trở thành hiệnthực Ethernet dễ dàng triển khai và quản lý, đang chiến thắng vùng đất mới trongMAN và WAN Suy cho cùng thì 95% LAN sử dụng Ethernet nên ATM-PONkhông thể là lựa chọn tốt nhất cho việc kết nối mạng Ethernet

Một thiếu sót của ATM là việc hư hỏng và sai lệch của các cell ATM sẽ làmmất hiệu lực hoàn toàn khung IP Tuy nhiên các cell còn lại sẽ mang mức của cùngkhung IP sẽ được truyền xa hơn, vì vậy việc chi phối tài nguyên mạng là không cầnthiết Ngoài ra, có lẽ điều quan trọng nhất là ATM không thể đạt được một côngnghệ chi phí thấp như mong muốn Các chuyển mạch ATM và Card mạng là kháđắt so với chuyển mạch Ethernet và Card mạng Ethernet

Kỹ thuật QoS được chấp nhận mới P802.1p, đã làm cho mạng Ethernet cókhả năng cung cấp thoại, data và video Kỹ thuật này bao gồm mô hình truyền dẫnsong công và sự ưu tiên Ethernet là công nghệ với chi phí thấp, phổ biến và phùhợp với nhiều thiết bị cũ khác nhau Vì vậy, trong chương này sẽ trình bày tổngquan về kỹ thuật Ethernet, kiến trúc khung của Ethernet và quan hệ giữa Ethernetvới mô hình 7 lớp OSI

2.1 Tổng quan về Ethernet

Thuật ngữ Ethernet được quy vào họ sản phẩm của mạng LAN thuộc chuẩn802.3 và được định nghĩa như là một giao thức truy nhập đa sóng mang có phát hiện

va chạm CSMA/CD: Carrier Sence Multiple Access/Collision Detect Hiện tại có 4tốc độ dữ liệu được định nghĩa cho hoạt động trên cáp sợi quang:

 Dễ hiểu, dễ thực hiện, dễ quản lý và bảo dưỡng

 Cho phép triển khai mạng với chi phí thấp

 Cung cấp nhiều mô hình linh hoạt cho việc cài đặt mạng

 Bảo đảm kết nối thành công và hoạt động theo tiêu chuẩn của sản phẩm, bấtchấp nhà chế tạo…

 DCE - Data Communication Equipment: là các thiết bị mạng trung gian có nhiệm vụ nhận và chuyển tiếp các khung dữ liệu thông qua mạng DCE có thể làcác thiết bị Standalone như là bộ lặp, bộ chuyển mạch hay các thiết bị giao tiếptruyền thông như là Card giao tiếp

Các thiết bị mạng trung gian Standalone được xem như là một node trunggian hoặc DCE Card giao tiếp mạng được xem như là một NIC - Network InterfaceCard

2.3 Kiến trúc mô hình mạng Ethernet

Mạng LAN có nhiều mô hình kiến trúc khác nhau, nhưng bất chấp sự rắc rối

và kích cở của nó, tất cả đều kết hợp từ ba kiến trúc kết nối cơ bản:

Kiến trúc đơn giản nhất là kết nối điểm-điểm

Nguồn : Internetworking Technologies Handbook

Hình 2.1: Mô hình kết nối điểm-điểm

Chỉ 2 đơn vị mạng được kết nối với nhau và kết nối này có thể là DTE vớiDTE, DTE với DCE, DCE với DCE Dây cáp trong kết nối điểm điểm được gọi lànetwork link Chiều dài cho phép lớn nhất của cáp phụ thuộc vào kiểu cáp vàphương thức truyền được sử dụng

Mạng Ethernet cơ sở được thực hiện với kiến trúc bus cáp đồng trục

Nguồn : Internetworking Technologies Handbook

Hình 2.2: Mô hình kết nối bus đồng trục

Chiều dài của Segment được giới hạn ở 500m và có thể kết nối 100 trạm vàomột Segment Từng Segment có thể kết nối với các trạm lặp, miễn là nhiều đường

không tồn tại giữa hai trạm bất kỳ trên mạng và số lượng DTE không vượt quá giátrị qui định.

Mặc dầu những mạng mới không được kết nối trong cấu hình bus nhưng mộtvài mạng bus cũ vẫn tồn tại và vẫn được sử dụng hữu ích

Từ đầu thập niên 90, cấu hình mạng được lựa chọn là mô hình kết nối sao

Nguồn : Internetworking Technologies Handbook

Hình 2.3: Mô hình kết nối sao

Đơn vị mạng trung tâm là bộ lặp đa cổng hay còn gọi là Hub hoặc là mộtchuyển mạch mạng Tất cả kết nối trong mạng sao là kết nối điểm điểm được thựchiện với cáp sợi quang

2.4 Quan hệ vật lý giữa IEEE802.3 và mô hình tham chiếu OSI

Hình 2.4 mô tả các lớp vật lý của IEEE802.3 và quan hệ của nó với mô hình

tham chiếu OSI Với giao thức IEEE802, lớp liên kết dữ liệu trong OSI được chiathành hai lớp con IEEE802: lớp con MAC-Media Access Control và lớp con MAC-Client

Lớp vật lý IEEE802.3 tương đương với lớp vật lý OSI

Nguồn : Internetworking Technologies Handbook

Hình 2.4: Quan hệ vật lý của Ethernet với mô hình tham chiếu OSI

Lớp con MAC-Client có thể là một trong các lớp con sau:

 Là lớp con LLC-Logical Link Control, nếu đầu cuối là một DTE Lớp con này cung cấp giao tiếp giữa Ethernet MAC và lớp trên trong ngăn giao thức củatrạm đầu cuối Lớp con LLC được định nghĩa trong chuẩn IEEE802.2

 Là thực thể cầu nối Bridge Entity, nếu đầu cuối là DCE Thực tế cầu nối cung cấp giao tiếp LAN to LAN giữa các mạng LAN sử dụng cùng giao thức, ví dụEthernet to Ethernet và cũng cung cấp giữa các giao thức khác nhau, ví dụ Ethernetvới Token Ring Thực thể cầu nối được định trong chuẩn IEEE802.1

Bởi vì đặc điểm kỹ thuật của LLC và thực thể cầu nối là chung cho tất cả cácgiao thức LAN IEEE802, tính tương thích của mạng là cơ sở của các giao thức

mạng đặc biệt Hình 2.5 minh hoạ các yêu cầu tương thích khác nhau được lợi dụng

bởi lớp vật lý và lớp MAC trong truyền thông dữ liệu cơ sở trên kết nối Ethernet

Nguồn : Internetworking Technologies Handbook

Hình 2.5: Lớp vật lý và lớp MAC tương thích với các yêu cầu cho truyền thông

dữ liệu cơ sở

Lớp MAC điều khiển sự truy nhập của một node đến phương tiện truyềnthông của mạng và đặc biệt là đến các giao thức riêng biệt Tất cả lớp MAC phải cóthiết lập cơ bản về các yêu cầu vật lý, bất chấp liệu có phải chúng bao gồm một haynhiều giao thức mở rộng được lựa chọn định nghĩa Chỉ những nhu cầu cho truyềnthông cơ sở hay còn gọi là truyền thông không có nhu cầu lựa chọn giao thức mởrộng giữa hai node mạng thì cả hai lớp MAC phải hổ trợ cùng tốc độ truyền

Lớp vật lý 802.3 qui định rõ tốc độ truyền dữ liệu, mã hoá tín hiệu, và kiểukết nối phương tiện giữa hai node Ví dụ, Gigabit Ethernet định nghĩa hoạt độngtrên cáp xoắn đôi hoặc cáp sợi quang, nhưng tuỳ theo mỗi thủ tục mã hoá tín hiệuhoặc từng kiểu cáp riêng biệt mà yêu cầu một sợi thi hành lớp vật lý khác nhau

2.5 Lớp con MAC Ethernet

Lớp con MAC có hai chức năng chính:

 Đóng gói dữ liệu kể cả đóng khung trước khi truyền, phân tích và dò lỗi trong suốt và sau khi nhận khung

 Điều khiển truy nhập phương tiện bao gồm khởi tạo một sự truyền khung

và phục hồi lại sự truyền bị hỏng.

2.5.1 Dạng khung cơ bản của Ethernet

Chuẩn 802.3 định nghĩa dạng khung dữ liệu cơ bản được yêu cầu cho tất cả

sự thi hành của MAC, cộng thêm một vài khuôn dạng để chọn bổ sung mà được sửdụng để mở rộng giao thức Dạng khung dữ liệu cơ sở gồm có 7 trường:

Nguồn : Internetworking Technologies Handbook

Hình 2.6: Dạng khung dữ liệu MAC Ethernet cơ bản

 PRE-Preamble: gồm có 7 byte PRE là các mức logic 0 và 1 xen kẻ nhau

để báo cho trạm nhận khung dữ liệu đang đến và cung cấp phương tiện để đồng bộmức thu nhận khung của lớp vật lý bên nhận với luồng bit đến

 DA-Destination Address: trường DA xác định trạm sẽ nhận khung Một bit ngoài cùng bên trái chỉ định có phải là địa chỉ của một địa chỉ cá nhân được chỉđịnh bởi 0 hoặc của một nhóm địa chỉ được chỉ định bởi 1 Bit thứ hai kể từ bên tráichỉ định có phải DA là điều hành toàn bộ được chỉ định mức 0 hoặc điều hành nội

bộ được chỉ định mứt 1, 46 bit còn lại là một nhóm các trạm hoặc tất cả các trạmtrên mạng

 SA-Source Address: 6 byte: trường SA xác định trạm nguồn

Trường SA luôn là địa chỉ duy nhất và bit đầu tiên bên trái luôn ở mức 0

 Length/Type -4byte: Trường này chỉ định số byte dữ liệu của lớp con

MAC-Client mà được chứa trong trường dữ liệu của khung hoặc kiểu ID khung nếukhung được tập hợp sử dụng một dạng khung lựa chọn Nếu giá trị của trườngLength/Type ít hơn hoặc bằng 1500, số byte của LLC trong trường dữ liệu bằng giátrị của trường Length/Type Nếu lớn hơn 1536, khung này là một kiểu khung lựachọn và giá trị của trường Length/Type chỉ định kiểu của khung sẽ được gởi vànhận.

 Data: Là sự nối tiếp của n byte giá trị bất kỳ với n  1500 Nếu chiều dài của trường dữ liệu nhỏ hơn 46, trường dữ liệu phải được mở rộng bằng cách thêmmột filler thích hợp để mang trường dữ liệu dài 46 byte

 FCS-Frame Check Sequence: 4 byte: trường này chứa một giá trị 32 bit kiểm tra độ dư vòng được tạo bởi lớp MAC bên gởi và được tính toán lại ở lớpMAC bên thu để kiểm tra độ hư hại của khung FCS được phát trên các trườngDA,SA, Length/Type và Data

2.5.2 Sự truyền khung dữ liệu

Bất cứ lúc nào, một trạm MAC đầu cuối nhận một yêu cầu truyền khung kèmtheo địa chỉ và thông tin dữ liệu từ lớp con LLC, lớp MAC bắt đầu truyền một cáchtuần tự bằng cách truyền thông tin LLC vào bộ đệm khung lớp MAC

 Định ranh giới mào đầu khung được chèn vào trường PRE và SOF

 Địa chỉ nguồn và đích được chèn vào trường địa chỉ

 Số byte dữ liệu LLC được tính và chèn vào trường Length/Type

 Số byte dữ liệu LLC được chèn vào trường dữ liệu Nếu lượng byte dữ liệu LLC nhỏ hơn 46 thì phải đệm thêm để trường dữ liệu dài 46byte

 Một giá trị FCS được phát trên trường DA, SA, Length/Type, data và được gán vào phần sau của trường dữ liệu

Sau khi khung được tập hợp, quá trình phát khung phụ thuộc vào lớp MAChoạt động ở chế độ đơn công hay song công

Chuẩn IEEE 802.3 hiện tại yêu cầu tất cả các lớp MAC Etherhet hỗ trợ hoạtđộng ở chế độ đơn công, trong chế độ này lớp MAC có thể truyền và nhận khungnhưng không thể thực hiện cả hai Ở chế độ hoạt động song công cho phép lớpMAC có thể đồng thời truyền và nhận khung.

2.5.2.1 Truyền đơn công phương thức truy nhập đa sóng mạng có phát hiện

xung đột

Giao thức truy nhập đa sóng mang có phát hiện xung đột CSMA/CD đượcbắt đầu phát triển như là một phương thức để hai hoặc nhiều trạm có thể chia sẽchung một phương tiện trong một môi trường không chuyển mạch khi giao thứckhông yêu cầu xử lý tập trung, truy nhập Token hoặc ấn định khe thời gian để chobiết khi nào một trạm sẽ được phép truyền Mỗi Ethernet MAC tự quyết định khi nó

sẽ được phép gởi khung dữ liệu

 Carrier sense: mỗi trạm liên tục lắng nghe lưu lượng trên cáp để xác định khi nào khoảng trống giữa các khung truyền xãy ra

 Multiple Access: các trạm có thể bắt đầu truyền bất cứ lúc nào nó dò thấy mạng rỗi

 Collision detect: nếu hai hoặc nhiều trạm trong cùng mạng CSMA/CD bắt đầu truyền cùng một lúc, thì các luồng bit này sẽ bị xung đột xãy ra trước khi nóhoàn thành việc gởi dữ liệu Nó phải ngưng truyền ngay khi phát hiện xung đột vàphải đợi đến một khoảng thời gian ngẫu nhiên rồi sẽ thử truyền lại

Bảng 2.1: Các giới hạn cho hoạt động truyền đơn công

những bộ chuyển tiếp

Số lượng tối đa những bộ chuyển

tiếp trong đường dẫn mạng

*1 : 520 bytes áp dụng cho triển khai thực hiện 1000Base-T Kích thước khung tối thiểu với trường

mở rộng cho 1000Base-X được nén lại 416 bytes bởi vì 1000Base-X mã hóa và truyền 10 bits đối với từng byte

2.5.2.2 Truyền song công-một phương pháp bắt buộc để nâng cao hiệu quả mạng

Sự hoạt động song công là một khả năng lựa chọn MAC cho phép truyềnđồng thời theo hai hướng thông qua kết nối điểm điểm Truyền song công về mặtchức năng thì đơn giản hơn truyền đơn công bởi vì nó không tranh chấp phươngtiện truyền thông, không xung đột, không phải truyền lại và không cần bit mở rộngtrong các khung ngắn Kết quả là không những chỉ có nhiều thời gian cho việctruyền tải dữ liệu mà còn gấp đôi hiệu quả băng thông vì mỗi đường có thể hổ trợtốc độ cao nhất và truyền đồng thời theo hai hướng

Quá trình truyền thường bắt đầu ngay khi khung sẵn sàng để gởi Chỉ có mộtgiới hạn là phải có một khoảng trống IFG-InterFrame Gap giữa các khung liên tiếp

và mỗi khung phải phù hợp với dạng khung Ethernet chuẩn

Nguồn : Internetworking Technologies Handbook

Hình 2.7 Mô hình dạng truyền dữ liệu song công

2.6 Lớp vật lý Ethernet

Các thiết bị Ethernet chỉ được sử dụng ở dưới của lớp 2 trong ngăn giao thứcOSI, thiết bị điển hình được sử dụng như Card giao tiếp mạng gọi tắt là NIC CácNIC khác nhau được xác định dựa trên thuộc tính lớp vật lý.

Việc đặt tên qui ước là một sự sâu chuỗi của ba thuật ngữ xác định tốc độtruyền, phương pháp truyền và phương tiện mã hoá tín hiệu Ví dụ:

 10 BaseT = 10 Mbps, băng thông cơ sở, trên 2 cáp xoắn đôi

 100 BaseT2 = 100 Mbps, băng thông cơ sở, trên 2 cáp xoắn đôi

 100 BaseT4 = 100 Mbps, băng thông cơ sở, trên 4 cáp xoắn đôi

 1000 BaseLX = 1000 Mbps, bước sóng dài trên cáp sợi quang

2.7 Quan hệ giữa lớp vật lý Ethernet và mô hình tham chiếu OSI

Cho dù mô hình vật lý cụ thể của lớp vật lý có thể thay đổi từ phiên bản nàysang phiên bản khác nhưng tất cả Ethernet NIC nói chung đều tương thích với môhình được minh hoạ trong hình 2.8

Lớp vật lý đối với từng tốc độ truyền được phân thành các lớp con độc lậpvới kiểu phương tiện truyền thông riêng biệt và lớp con theo kiểu phương tiệntruyền thông hay mã hoá tín hiệu

 Lớp con Reconciliation còn gọi là lớp con hoà giải và MII-Media

Independent Interface cung cấp kết nối logic giữa lớp con MAC và tập hợp khácnhau của lớp phụ thuộc phương tiện MII và GMII được định nghĩa với các đườngdẫn dữ liệu thu và phát riêng biệt ở tốc độ dữ liệu là 10 Mbps thì độ rộng là 1 bit,với tốc độ 100Mbps thì độ rộng là 4 bit, với tốc độ là 1000 Mbps thì độ rộng là 8bit Giao tiếp độc lập phương tiện MII và lớp con Reconciliation có chung từng tốc

độ truyền của nó và được cấu hình cho hoạt động song công

 Lớp con mã hoá vật lý phụ thuộc phương tiện PCS : cung cấp logic cho

mã hoá, ghép kênh và đồng bộ của luồng dữ liệu đi cũng như sự liên kết mã táchkênh và giải mã cho dữ liệu đến

 Lớp con PMA-Physical Medium Attachment : chứa tín hiệu thu và phát cũngnhư phục hồi đồng hồ cho luồng dữ liệu thu

 MDI-Medium Dependent Interface : là bộ kết nối cáp giữa tín hiệu thu nhận

và đường truyền

 Auto-negotiation Sublayer : cho phép các NIC ở mỗi đầu cuối đường truyền trao đổi thông tin về khả năng riêng có của nó, sau đó thương lượng và chọn lựa môhình hoạt động thuận lợi nhất mà cả hai mô hình đều có thể hổ trợ Auto-negotiation

là một tuỳ chọn trong Ethernet trước đây và được uỷ thác phiên bản sau

Phụ thuộc vào kiểu mã hoá tín hiệu được sử dụng và cấu hình đường truyền nhưthế nào mà PCS và PMA có thể hoặc không thể hổ trợ hoạt động song công

Nguồn : Internetworking Technologies Handbook

Hình 2.8 Mô hình tham chiếu lớp vậy lý Ethernet 2.8 Kết luận chương

Với mô hình linh hoạt, kiến trúc đơn giản đặc biệt là chi phí thấp, Ethernet

đã vượt qua ATM và trở thành công nghệ phổ biến hiện nay Ethernet được chuẩnhoá theo chuẩn IEEE 802.3 với các tốc độ hoạt động đa dạng và tương tích với môhình 7 lớp OSI là điều kiện thuận lợi để ứng dụng vào mạng truy nhập Ngoài ra,

Ethernet còn tương thích với nhiều loại thiết bị khác nhau nên trở thành một sự lựachọn lý tưởng cho mạng truy nhập để truyền tải lưu lượng IP và hỗ trợ hiệu quả lưulượng đa phương tiện Ethernet đã chứng tỏ là lựa chọn thích hợp nhất cho mạngquang thụ động để ứng dụng cho mạng truy nhập

Chương 3

MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG-PON

PON là từ viết tắt của Passive Optical Network hay còn gọi là mạng quangthụ động Công nghệ mạng quang thụ động PON còn được hiểu là mạng công nghệquang truy nhập giúp tăng cường kết nối giữa các nốt mạng truy nhập của nhà cungcấp 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, mạngBPON-Broadband PON được chuẩn hóa dựa trên nền ATM Hai năm 2003 và 2004đánh 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 đầucuối Thành viên mới nhất trong gia đình PON đó là WDM PON Trong công nghệPON, 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 hướngcác lưu lượng trên mạng dựa trên việc phân chia năng lượng tới các điểm đầu cuốitrên đường truyền Vì vậy mà người ta gọi là công nghệ mạng quang thụ động

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 đếnkhách 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 vàPON là một trong những dạng đó So với mạng truy nhập cáp đồng truyền thống,sợi quang hầu như không giới hạn băng thông Việc triển khai sợi quang đến tậnnhà thuê bao sẽ là mục đích phát triển trong tương lai

Với những ưu điểm vượt trội, mạng quang thụ động PON-Passive OpticalNetwork là một sự lựa chọn thích hợp nhất cho mạng truy nhập

3.1 Tổng quan về công nghệ PON

Mạng quang thụ động PON được trình bày như Hình 3.1, sử dụng phần tử

chia quang thụ động trong phần mạng phân bố nằm giữa thiết bị đường truyềnquang OLT-Otical Line Terminal và thiết bị kết cuối mạng quang ONU-Opticalnetwork Unit

Nguồn: Công nghệ và chuẩn hóa PON

Hình 3.1 : Mô hình mạng quang thụ động

Trong đó các thuật ngữ trong hình được chú thích như sau:

o Passive slitter: Bộ chia thụ quang thụ động

o Feeder Fiber: Cáp Feeder

o Central office: Văn phòng trung tâm

o Distribution fiber: Phân phối quang

o Management system: Hệ thống quản lý

o Passive splitter: Bộ chia thụ động

Các phần tử thụ động của PON đều nằm trong mạng phân bố quang hay còngọi là mạng quang ngoại vi bao gồm các phần tử như sợi quang, các bộ tách /ghépquang 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 mạng PON Tín hiệu trong PON có thể đượcphân ra và truyền đi theo nhiều sợi quang hoặc được kết hợp lại và truyền đi trênmột sợi quang thông qua bộ ghép quang, phụ thuộc tín hiệu đó đi theo hướng lênhay xuống của mạng quang thụ động PON

3.2 Đặc điểm của mạng PON

Đặc trưng của hệ thống PON là thiết bị thụ động phân phối sợi quang đếntừng 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 điềunày sẽ làm giảm chi phí cho khách hàng sử dụng Cũng như khả năng tận dụng côngnghệ WDM, ghép kênh phân chia theo dải tần, TDMA và cung cấp băng thôngđộng để giảm thiểu số lượng cáp quang cần thiết để kết nối giữa OLT và bộ chia

PON thực hiện truyền dẫn 2 chiều trên 2 sợi quang hay 2 chiều trên cùng 1sợi quang PON có thể hỗ trợ mô hình: hình cây, sao, bus và ring

3.3 Thành phần cơ bản của mạng quang thụ động PON

3.3.1 Sợi quang và cáp quang

Sợi quang là một thành phần quan trọng trong mạng, nó tạo sự kết nối giữacác thiết bị Hai thông số cơ bản của sợi quang là suy hao và tán sắc, tuy nhiên sợiquang ứng dụng trong mạng PON thì chỉ cần quan tâm đến suy hao không quan tâmđến tán sắc bởi khoảng cách truyền tối đa chỉ là 20 km và tán sắc thì ảnh hưởngkhông đáng kể Do đó, người ta sử dụng sợi quang có suy hao nhỏ, chủ yếu là sửdụng sợi quang theo chuẩn G.652

Trên thực tế, để khắc phục nhược điểm trong truyền dẫn thông tin của cápđồng, đã từ lâu người ta đã cho ra đời cáp quang cùng với những tính năng ưu việthơn Không giống như cáp đồng truyền tín hiệu bằng điện, cáp quang dùng ánhsáng để truyền tín hiệu đi Chính vì sự khác biệt đó, mà cáp quang ít bị nhiễu, tốc độcao và có khả năng truyền xa hơn Tuy vậy, phải đến giai đoạn hiện nay thì cápquang mới được phát triển bùng nổ, nhất là trong lĩnh vực kết nối liên lục địa, kếtnối xuyên quốc gia Và việc sử dụng công nghệ truyền dẫn hiện đại này cũng đangbắt 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 đườngkính 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 dâydẫn 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 chiếutốt các tín hiệu

Hình 3.2: Cấu trúc của cáp quang

Cáp quang gồm các thành phần được thể hiện như Hình 3.2.

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

Độ suy hao của cáp quang thấp hơn các loại cáp đồng do tín hiệu bị mấttrong 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, nhiềusợi quang có thể được bó vào với đường kính đã cho hơn cáp đồng Điều này chophép nhiều kênh đi qua một sợi cáp

Cáp quang cũng sử dụng điện nguồn ít hơn, bởi vì tín hiệu trong cáp quanggiảm ít, máy phát có thể sử dụng nguồn thấp hơn thay vì máy phát với điện thế caođược 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

3.3.2 Bộ tách - ghép quang

Một mạng quang thụ động sử dụng một thiết bị thụ động để tách một tín hiệuquang từ một sợi quang sang một vài sợi quang và ngược lại Thiết bị này làCoupler quang Để đơn giản, một Coupler quang gồm hai sợi nối với nhau Tỷ sốtách của bộ tách có thể được điều khiển bằng chiều dài của tầng nối và vì vậy nó làhằng số

Hình 3.3 : Cấu hình cơ bản của các loại Coupler Hình 3.3a: có chức năng tách 1 tia vào thành 2 tia ở đầu ra, đây là Coupler

Y Hình 3.3b là Coupler ghép các tín hiệu quang tại hai đầu vào thành một tín hiệu tại đầu ra Hình 3.3c 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 làCoupler hình sao Coupler NxN được tạo ra từ nhiều Couper 2x2 Coupler được đặctrưng bởi các thông số sau:

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

vào Đối với Coupler 2x2 lý tưởng, giá trị này là 3dB Hình 3.4 minh hoạ hai mô hình 8x8 Coupler dựa trên 2x2 Coupler Trong mô hình 4 ngăn như Hình 3.4a, chỉ 1/6 năng lượng đầu vào được chia ở mỗi đầu ra Hình 3.4b đưa ra mô hình hiệu quả

hơn gọi là mạng liên kết mạng đa ngăn Trong mô hình này, mỗi đầu ra nhận được1/8 năng lượng đầu vào

 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 hướngtrong khoảng 40-50dB.

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

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

Hình 3.4: Coupler 8x8 tạo ra từ nhiều coupler 3.3.3 Đầu cuối đường quang OLT-Optical Line Terminal

OLT cung cấp giao tiếp giữa hệ thống mạng truy nhập quang thụ động PON

và mạng quang đường trục của các nhà cung cấp dịch vụ thoại, dữ liệu và video.OLT có thể được đặt bên trong tổng đài hoặc tại một trạm từ xa OLT cũng kết nốiđến mạng lõi của nhà cung cấp dịch vụ thông qua hệ thống quản lý EMS Sơ đồ

khối chức năng OLT được mô tả như ở Hình 3.5

3.3.3.1 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 lõivới phần mạng phối quang ODN

Chức năng ghép kênh truyền dẫn cung cấp kết nối VP giữa chức năng cổngdịch 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 nhờcác VC trong VP.

Nguồn: Công nghệ truy nhập trong mạng NGN

Hình 3.5: Các khối chức năng trong OLT

Chức năng ghép kênh truyền dẫn cung cấp việc truyền và ghép các kênh trênmạng phối quang ODN Ví dụ như dữ liệu đi từ mạng lõi đến mạng phối quangODN thì nó có nhiệm vụ là truyền, còn dữ liệu đi từ mạng phối quang ODN đếnmạng lõi/metro thì nó phải được ghép kênh trước khi truyền đến mạng lõi

Chức năng giao diện ODN cung cấp môi trường truyền dẫn quang kết nốiOLT với một hoặc nhiều ONU bằng việc sử dụng thiết bị thụ động Nó điều khiểnquá trình chuyển đổi quang điện và điện quang Để có thể thực hiện cơ chế chuyểnmạch bảo vệ và làm dễ dàng cho việc xử lí thiết bị thụ động bộ chia thì ở OLT sẽ cócác chức năng giao diện ODN giống như phần mạng phối quang ODN

Giao diện ODN

Đầu cuối đường dây PON xử lý chuyển đổi quang điện Giao diện ODNchèn các tế bào ATM vào

3.3.3.2 Phần dịch vụ OLT

Phần dịch vụ OLT thì có chức năng cổng dịch vụ Các cổng dịch vụ sẽ truyền ítnhất tốc độ ISDN và sẽ có thể cấu hình một số dịch vụ hay có thể hỗ trợ đồng thờihai hay nhiều dịch vụ khác nhau ví dụ như dịch vụ truyền hình độ phân giải caoHDTV, game online, truyền dữ liệu Bất kì khối TU-Ttributary Unit cũng đềucung cấp hai hay nhiều port có tốc độ 2 Mbps phụ thuộc vào cách cấu hình trên mỗiport 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 năngcổng dịch vụ thực hiện chèn tế bào ATM vào tải trọng SDH đường lên, và tách tếbào ATM từ tải trọng SDH đường xuống Chức năng này phải được dự phòng, do

đó chuyển mạch bảo vệ là cần thiết

3.3.3.3 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 Chứcnăng cấp nguồn chuyển đổi nguồn ngoài thành nguồn mong muốn Chức năngOAM cung cấp các phương tiện để điều khiển hoạt động, quản lí và bảo dưỡng chotất cả khối OLT Trong điều khiển nội bộ, một giao diện có thể được cung cấp chomục đích chạy thử và giao diện Q3 cho mạng truy nhập đến hệ thống đang hoạtđộng thông qua chức năng sắp xếp

3.3.4 Đơn vị mạng quang ONU-Optical Network Unit

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

Giao diện ODN xử lý các quá trình chuyển đổi quang điện Giao diện ODNtrích các tế bào ATM từ tải trọng PON đường xuống và chèn các tế bào ATM vàotải trọng đường lên trên cơ sở đồng bộ từ sự định thời khung đường xuống.

Nguồn: Công nghệ truy nhập trong mạng NGN

Hình 3.6: Các khối chức năng trong ONU b.Ghép kênh

Chỉ các tế bào ATM có hiệu lực mới có thể đi qua bộ phận ghép kênh do đónhiều 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 kháchhàng thì dữ liệu sẽ đựơc ghép trước khi truyền đến ODN còn nếu về phía ODN thìcác 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 hiệugiữa ODN và khách hàng

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

3.3.4.2 Phần dịch vụ ONU

Phần dịch vụ ONU cung cấp các chức năng cổng của người dùng Chức năngcổng của người dùng cung cấp cho các giao diện dịch vụ của khách hàng và bộthích nghi của chúng là 64 kbps hay n×64 kbps Chức năng này có thể được cấp bởimột khách hàng hay một nhóm khách hàng Nó cũng cung cấp các chức năngchuyển đổi tín hiệu tùy thuộc giao diện vật lý Ví dụ như rung chuông, báo hiệu… 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

3.3.4.3 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 nhưchuyển đổi xoay chiều thành một chiều hay ngược lại Nguồn có thể được cấp tạichỗ 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 nănghoạt động, quản lí và bảo dưỡng cho tất cả khối của ONU

3.3.5 ODN

ODN cung cấp phương tiện truyền dẫn quang cho kết nối vật lý giữa OLT vàONU Các ODN riêng lẻ có thể được kết hợp và mở rộng nhờ các bộ khuếch đạiquang.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 vàmối hàn

Giao diện quang

ODN cung cấp đường quang giữa OLT và ONU, mỗi đường quang đượcđịnh nghĩa là khoảng ở giữa các điểm tham chiếu tại một cửa sổ bước sóng nhấtđịnh

Oru, Ord Giao diện quang tại điểm tham chiếu S/R giữa ONU và ODN chođường lên và đường xuống tương ứng.

Olu, Old Giao diện quang tại điểm tham chiếu R/S giữa OLT và ODN chođường lên và đường xuống tương ứng

Hình 3.7: Các giao diện quang 3.3.6 Bộ chia: Splitter

Thành phần được nhắc chủ yếu trong mạng PON là bộ chia Bộ chia là thiết bịthụ động, công dụng của nó là để chia công suất quang từ một sợi ra nhiều sợi khácnhau Từ OLT đến ONU có thể sử dụng nhiều dạng bộ chia có tỉ lệ 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 1:64hay có thể sử dụng bộ chia nhiều lớp với lớp thứ nhất sử dụng bộ chia 1:2 và lớpthứ 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 ảnh hưởng quỹ suy hao của hệ thống và suy hao truyềndẫn Tỉ lệ của bộ chia càng cao cũng có nghĩa là công suất truyền đến mỗi ONU sẽgiảm 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 gắnbên trong giá phân phối quang ODF, hay măng xông

Bảng 3.1: Liệt kê suy hao của các bộ spliter tương ứng

Số cổng Suy hao Splitter

Ngoài những mô hình trên, PON có thể triển khai trong cấu hình Redundantnhư là vòng đôi hoặc cây đôi hay cũng có thể là một phần của mạng PON được gọi

là trung kế cây

Mô hình cây

Mô hình bus

Mô hình vòng

Mô hình trung kế cây

Hình 3.8 : Các mô hình mạng quang thụ động PON

Tất cả sự truyền dẫn trong mạng PON đều được thực hiện giữa OLT và cácONU OLT ở tại tổng đài hay còn gọi là Central Office, kết nối truy nhập quang đếnmạng khu vực đô thị MAN hoặc mạng diện rộng WAN còn được gọi là mạngxương sống, mạng đường dài chẳng hạn như mạng IP, ATM hay SONET ONU ởtại đầu cuối người sử dụng trong giải pháp FTTH-Fiber To The Home, FTTB-Fiber

To The Building hoặc ở tại lề đường 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 mạngtruy nhập thuê bao quang có tên gọi khác nhau như sợi quang đến tận nhà FTTH,sợi quang đến khu dân cư FTTC, sợi quang đến tòa nhà FTTB

3.5 WDM PON và TDM PON

Ở hướng xuống tức là từ OLT đến ONU, mạng PON là mạng điểm-đa điểm.OLT chiếm toàn bộ băng thông hướng xuống Trong hướng lên, mạng PON làmạng đa điểm-điểm: nhiều ONU truyền tất cả dữ liệu của nó đến một OLT Đặctính hướng của các bộ tách ghép thụ động là việc truyền thông của một ONU sẽkhông được nhận biết bởi các ONU khác Tuy nhiên các luồng dữ liệu từ các ONUkhác nhau được truyền cùng một lúc cũng có thể bị xung đột Vì vậy trong hướnglên, PON sẽ sử dụng một vài cơ chế riêng biệt trong kênh để tránh xung đột dữ liệu

và chia sẽ công bằng tài nguyên và dung lượng trung kế

3.5.1 TDM PON

Trong TDM PON, việc truyền đồng thời từ vài ONU sẽ gây ra xung đột khiđến bộ kết hợp Để ngăn chặn xung đột dữ liệu, mỗi ONU phải truyền trong cửa sổhay còn gọi là 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 thuđơn Bộ thu phát ONU hoạt động ở tốc độ đường truyền, thậm chí băng thông cóthể dùng của ONU thấp hơn Tuy nhiên, đặc tính này cũng cho phép TDM PON đạthiệu 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 dụnghết băng thông được dùng của mạng PON.

Trong mạng truy nhập thuê bao, hầu hết các luồng lưu lượng lên và xuốngkhông phải là Peer to Peer Vì vậy điều này dường như là hợp lý để tách kênh lên vàxuống Một phương pháp tách kênh đơn giản có thể dựa trên ghép kênh phân chiakhông gian SDM mà nó tách PON được cung cấp theo hướng truyền lên xuống Đểtiết kiệm sợi quang và giảm chi phí sửa chữa và bảo quản, một sợi quang có thểđược sử dụng cho truyền theo hai hướng Trong trường hợp này, hai bước sóngđược dùng là: hướng lên λ1=1310nm, hướng xuống λ2=1550nm Dung lượng kênh

ở mỗi bước sóng có thể phân phối linh động giữa các ONU

Nguồn: Công nghệ và chuẩn hóa PON

Hình 3.9 : Mạng PON sử dụng một sợi quang

Các thuật ngữ trong hình được chú thích như sau:

o ONU: Offtical Network Unit-Đơn vị mạng quang

o Data transmitsion: Dữ liệu vào

o Data Receiver: Dữ liệu ra

o WDM: Ghép kênh phân chia theo bước sóng

Ghép kênh phân chia theo thời gian là phương pháp được ưu tiên hiện naycho việc chia sẻ kênh quang trong mạng truy nhập khi mà nó cho phép một bướcsóng đơn ở hướng lên và bộ thu phát đơn ở OLT đã làm cho giải pháp này có ưu thếhơn về chi phí đầu tư.

3.5.2 WDM PON

WDM-PON là mạng quang thụ động sử dụng phương thức đa ghép kênhphân 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 ONU theo dạng điểmđiểm 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 tìmhiểu 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 tớicác ONU Sử dụng tín hiệu hướng xuống để điều chỉnh bước sóng đầu ra của laserONU

Cấu trúc của PON được mô tả như trong Hình 3.6 Trong đó, PON có thể được sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau như là FTTx, các ứngdụng cho đường dây thuê bao số tốc độ rất cao VDSL và các điểm truy nhập vôtuyến từ xa Các bộ thu WDM-PON sử dụng kỹ thuật lọc quang mảng ống dẫnsóng Một bộ lọc quang ống dẫn sóng có thể được đặt ở môi trường trong nhà hoặcngoài trời

WDM-Giải pháp WDM yêu cầu một bộ thu điều khiển được hoặc là một mảng bộthu ở OLT để nhận các kênh khác nhau Thậm chí nhiều vấn đề khó khăn cho cácnhà khai thác mạng là kiểm kê từng bước sóng của ONU: thay vì chỉ có một loạiONU, thì có nhiều loại ONU dựa trên các bước sóng Laser của nó Mỗi ONU sẽ sửdụng một laser hẹp và độ rộng phổ điều khiển được cho nên rất đắt tiền Mặc khác,nếu một bước sóng bị sai lệch sẽ gây ra nhiễu cho các ONU khác trong mạng PON

Việc sử dụng Laser điều khiển được có thể khắc phục được vấn đề này nhưng quáđắt cho công nghệ hiện tại Với những khó khăn như vậy thì WDM không phải làgiải pháp tốt cho môi trường hiện nay.

Ưu điểm chính của WDM-PON là nó khả năng cung cấp các dịch vụ dữ liệutheo các cấu trúc khác nhau như DS1/E1/DS3, 10/100/1000Base Ethernet, tùy theoyêu cầu về băng thông của khách hàng Tuy nhiên, nhược điểm chính của WDM-PON là chi phí khá lớn cho các linh kiện quang để sản xuất bộ lọc ở những bướcsóng khác nhau WDM-PON cũng được triển khai kết hợp với các giao thức TDMAPON để cải thiện băng thông truyền tin WDM-PON được phát triển mạnh ở HànQuốc

Nguồn: Công nghệ và chuẩn hóa PON

Hình 3.10 : Cấu trúc của WDM PON

Các thuật ngữ được chú thích trong hình:

o CO :Center office : Văn phòng trung tâm

o FTTH: Fiber to the home-Cáp quang thuê bao

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

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

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

o Wireless Access point : Điểm truy cập mạng không dây

3.6 So sánh PON với công nghệ mạng quang chủ 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 mạch, routerhoặc multiplexer Dữ liệu từ phía nhà cung cấp của khách hàng nào sẽ chỉ đượcchuyển đến khách hàng đó Dữ liệu từ phía khách hàng sẽ tránh xung đột khi truyềntrên 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 làethernet chủ động Ethernet chủ động sử dụng các chuyển mạch ethernet quang đểphân phối tín hiệu, do đó sẽ kết nối các căn hộ khách hàng với nhà cung cấp thànhmột hệ thống mạng Ethernet khổng lồ giống như một mạng máy tính ethernet thôngthường ngoại trừ mục đích của chúng là kết nối các căn hộ và các tòa nhà với nhàcung cấp dịch vụ Mỗi tủ chuyển mạch có thể quản lý tới 1000 khách hàng, thôngthường là 400-500 khách hàng Các thiết bị chuyển mạch này thực hiện chuyểnmạch và định tuyến dựa vào lớp 2 và lớp 3 Một nhược điểm rất lớn của mạngquang chủ động chính là ở thiết bị chuyển mạch

Với công nghệ hiện tại, thiết bị chuyển mạch bắt buộc phải chuyển tín hiệuquang thành tín hiệu điện để phân tích thông tin rồi tiếp tục chuyển ngược lại đểtruyền đi Điều này sẽ làm giảm tốc độ truyền dẫn tối đa có thể trong hệ thốngFTTX Ngoài ra, do đây là những chuyển mạch có tốc độ cao nên các thiết bị nàyrất 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 truynhập FTTx khác nhau và không tương thích với nhau Vì thế có sự linh hoạt về lựachọn công nghệ, tuy nhiên nó cũng mang lại rất nhiều rủi ro khi quyết định đầu tưvào FTTx Vì đây là một dịch vụ mạng tính chất kỹ thuật cao nên yếu tố công nghệmang tính chất quyết định sống còn Việc lựa chọn công nghệ nào sẽ phụ thuộc vàorất nhiều yếu tố: giá thành, độ phức tạp, khả năng và quy mô triển khai, sự chuẩn