Triển khai và đo kiểm mạng truy nhập cáp quang thụ động PON tại Trung tâm Viễn thông Từ Sơn, Viễn Thông Bắc Ninh

Khái niệm mạng truy nhập

“Mạng truy nhập ở vị trí cuối của mạng viễn thông, trực tiếp đấu nối tới thuê bao, bao gồm tất cả các thiết bị và đường dây được lắp đặt giữa trạm chuyển mạch nội hạt với các thiết bị đầu cuối của thuê bao”[4, Tr 2]. Ưu điểm của mạng cáp quang là dễ triển khai, tốc độ cao có thể đạt được đến hàng Gigabit thậm chí hàng trăm Gigabit tùy thuộc vào công nghệ sử dụng, khoảng cách truyền dẫn lớn đến hàng chục kilômét, giá thành cáp quang rẻ.

Mạng truy nhập cáp quang PON

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. 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.

Khái niệm GPON

Các tiêu chuẩn ITU – T của GPON

- ITU-T G.984.3 (02/2004) “G-PON: TC layer specification”: Mô tả lớp hội tụ truyền dẫn (Transmission convergence - TC) cho các mạng G-PON bao gồm định dạng khung, phương thức điều khiển truy nhập môi trường, phương thức ranging, chức năng OAM và bảo mật.

Kiến trúc chung của hệ thống GPON

- Mạng phân phối quang ODN (Optical Distribution Network) gồm có 2 thành phần chính là bộ chia quang (Splitter) và các sợi quang, ngoài ra còn có các phụ kiện khác như tủ phân phối quang (ODF), măng xông, tủ ngoài trời. Bộ chia/ghép quang sẽ có 2 loại, một loại đặt tại các nhà trạm viễn thông sử dụng các tủ kiểu indoor, loại thứ 2 sẽ là loại thiết bị được bọc kín có thể mở ra được khi cần thiết và đặt tại các điểm măng xông hay tủ phối quang đặt ngoài trời.

Các mô hình mạng truy nhập cáp quang GPON

Số liệu đường xuống cũng được gửi trong những khe thời gian xác địnhcó ưu điểm rât lớn đó là các ONU có thể hoạt động trên cùng một bước sóng, và OLT hoàn toàn có khả năng phân biệt được lưu lượng của từng ONU. Phía đầu xa không thể nhận dạng được chính xác tín hiệu tới, kết quả là sinh ra một loạt lỗi bit và suy giảm thông tin đường lên, ảnh hưởng đến chất lượng của mạng. GPON sử dụng lớp con truyền dẫn hội tụ GTC (GPON Transmission Convergence).Khung GTC có thể đóng gói trực tiếp các gói dữ liệu thông qua phương pháp đóng gói GEM (GPON Encapsulation Method).

OLT gửi các con trỏ trong khối điều khiển vật lí PCBd, các con trỏ này chỉ thị thời gian bắt đầu và kết thúc mà mỗi container truyền dẫn (T-CONT) có thể dùng để truyền dữ liệu hướng lên. Trừ phi trễ khứ hồi RTD được xác định chính xác nếu khôngđịnh thời truyền dẫn sẽ không thể thực hiện.Vì vậy nếu có một ONU mới kết nối với mạng thì trước hết cần đo RTD. Một biện pháp giảm xung đột trong quá trình ranging là truyền tín hiệu cho quá trình đo trễ với một khoảng thời gian chờ ngẫu nhiên, gần giống như phương pháp được sử dụng trong Ethernet (CSMA/CD).

Thậm chí nếu có xảy ra xung đột ngay bước đầu thì vẫn có thể tiến hành đo trễ bằng cách lặp lại quá trình truyền dẫn hai hay ba lần vì dữ liệu thuê bao không được truyền trước khi quá trình ranging kết thúc nên sẽ không làm tăng trễ truyền dẫn dữ liệu. Sau khi nhận được yêu cầu truyền số sêri, ONU không có ONU-ID sẽ truyền số sêri (quá trình truyền số sêri - (3) SN transmission) sau khi chờ một khoảng thời gian ngẫu nhiên (tối đa 50ms). ONU có số sêri trùng với số sêri OLT đã xác định sẽ truyền tín hiệu cho quá trình đo trễ (quá trình truyền ranging - (7) ranging transmission), bao gồm cả ONU-ID đã chỉ định trong pha 1.

Hơn nữa, sau khi xác nhận sự kết hợp giữa số sêri và ONU-ID là đúng, OLT thông báo trễ cân bằng (Equalization Delay = Teqd - RTD) tới ONU (bản tin thời gian ranging - (8) Ranging_time message). Với p hương pháp đầu tiên, ONU đóng vai trò là bị động, OLT giám sát băng thông của mỗi ONU được sử dụng dựa trên số cell ATM nhàn rỗi và khung GEM nhàn rỗi mà nó nhận trong khung GTC hướng lên.

Các ứng dụng cơ bản và khả năng cung cấp dịch vụ của GPON

FEC mang lại kết quả tăng quỹ đường truyền lên 3- 4dB (độ lợi mã hóa) vì vậy cho phép tăng tốc độ bit và khoảng cách giữa OLT và các ONU cũng như hỗ trợ tỉ số chia lớn hơn trong mạng. Giải trí - CATV, HDTV, PPV, PDVR, IPTV - Hệ thống đường lên Video hoàn thiện cho modem DOCSIS và dịch vụ Video tương tác, truyền hình vệ tinh; tât cả các dịch vụ trên cáp quang GPON. Thông tin liên lạc - Các đường thoại, thông tin liên lạc, Truy cập internet, intranet tốc độ cao, Truy cập internet không dây tại những địa điểm công cộng, Đường băng thông lớn (BPLL) và làm backhaul cho mạng không dây.

GPON được phát triển để mang đến các dịch vụ thế hệ mới như IPTV, truyền hình theo yêu cầu, game trực tuyến, Internet tốc độ cực cao và VoIP với chi phí hiệu quả, băng thông lớn và chât lượng đảm bảo cho các thuê bao hộ gia đình. Băng thông lớn và dịch vụ linh hoạt của GPON giúp cho GPON trở thành một sự lựa chọn hoàn hảo cho việc cung cấp dịch vụ tới nhiều hộ thuê bao MDU (Multiple Dwelling Units) như các tòa nhà, khách sạn, chung cư. Với các doanh nghiệp vừa và nhỏ: GPON là sự lựa chọn hoàn hảo cho các doanh nghiệp vừa và nhỏ có yêu cầu về thoại, truy nhập Internet, VPN và các dịch vụ T1/E1 với chi phí hợp lý.

GPON có băng thông đủ lớn và có tính năng QoS cho phép các dịch vụ lớp doanh nghiệp có thể được cung cấp trên cùng cơ sở hạ tầng như các dịch vụ hộ gia đình nhằm loại trừ yêu cầu xây dựng cơ sở hạ tầng mới. Khả năng của GPON cho phép phục vụ hiệu quả một số lượng lớn thuê bao ở các khu vực trung tâm văn phòng chính phủ, các trường học, bệnh viện cũng như các khu vui chơi giải trí, khu công nghiệp. Chính quyền một số quốc gia đã thiết lập mạng GPON để cung cấp các dịch vụ thoại và dữ liệu tốc độ cao cho lực lượng cảnh sát, văn phòng chính phủ, tòa án và các lực lượng cứu hỏa, đặc nhiệm để nâng.

Công nghệ PON thế hệ kế tiếp

Dịch vụ kinh doanh và backhaul di động được dự kiến sẽ yêu cầu duy trì, đối xứng tốc độ dữ liệu cỡ1 Gbps và xa hơn nữa, trong khi khách hàng có thể đòi hỏi ít hơn vì đòi hỏi băng thông đỉnh cho thời lượng ngắn hơn. Tuy nhiên, do thiếu các nguồn tài nguyên băng thông và thiết kế bất đối xứng của công nghệ PON, do vậy mạng PON thế hệ kế tiếp sẽ giải quyết vấn đề này, trong khi cũng cung cấp băng thông cao hơn và chất lượng của các mức dịch vụ mà các dịch vụ yêu cầu. Các tiêu chuẩn hỗ trợ hai cấu hình: không đối xứng, hoạt động ở tốc độ 10 Gbps ở đường xuống (cung cấp dịch vụ cho khách hàng) và 1 Gbps đường lên(người tiêu dùng tải dịch vụ lên mạng); và đối xứng hoạt động ở tốc độ 10 Gbps trong cả hai hướng.

Trong khi đó, nhóm FSAN (Full Service Access Network) đã dẫn đầu phát triển công nghệ GPON, vượt qua tiêu chuẩn ITU (ITU-T) khi nó đạt được các yêu cầu kỹ thuật ổn định và sẵn sàng cho việc chuẩn hóa. Tuy nhiên, các tiêu chuẩn NG-PON2 đề xuất đã cung cấp một con đường rừ ràng để đạt được dung lượng cao hơn, và do đú dự kiến sẽ giải quyết tốt hơn các nhu cầu của các nhà khai thác trong tương lai. NG-PON1 thừa hưởng những khung và quản lý từ GPON, hoạt động đầy đủ dịch vụ được cung cấp thông qua tốc độ dữ liệu cao hơn và phân chia lớn hơn trong khi vẫn giữ một cấu trúc mạng - bổ sung thêm nhiều tính năng và khả năng mà không cần làm phức tạp cho các mạng lưới phân phối quang.

(Nguồn: [21, Pauline Rigby - New FTTH-based Technologies and Applications]) Những thách thức chính của việc thực hiện NG-PON2 là việc phân bổ phổ tần và nhu cầu ONTs "không màu", mà phải có khả năng gửi và nhận tín hiệu trên bất kỳ của các bước sóng xác định. Nó cũng được dự kiến rằng các thiết bị NG-PON2 sẽ hỗ trợ kỹ thuật cho mạng backhaul di động (như IEEE 1588v2 Boundary Clock and Transparent Clock) để hỗ trợ các yêu cầu tần số và pha thời gian chính xác trong các mạng di động. Điều này đòi hỏi các nhà điều hành để đặt một yếu tố hoạt động chung trong các tổng đài trung tâm (CO), và để đảm bảo các ONT/ONU GPON hiện tại được trang bị các bộ lọc WDM như mô tả trong ITU-T G.984.5.