3.2.1. OLT (Optical Line Terminal)
OLT được kết nối tới mạng chuyển mạch thông qua các giao diện được chuẩn hóa. OLT bao gồm ba phần chính: Chức năng giao diện port dịch vụ, chức năng kết nối chéo và chức năng giao diện mạng phân tán quang.
Hình 3.3 Các khối chức năng trong OLT [6]
Pon core shell (chức năng giao diện mạng phân tán quang): khối này gồm hai phần, phần giao diện ODN và chức năng PON TC. Chức năng PON TC bao gồm tạo khung, điều khiển truy cập phương tiện, OAM, DBA, và quản lý ONU. Mỗi PON TC có thể lựa chọn hoạt động theo một chế độ ATM, GEM hoặc cả hai.
Cross-connect shell(chức năng kết nối chéo): cung cấp đường truyền giữa PON core shell và service shell. OLT cung cấp chức năng kết nối chéo tương ứng với các chế độ được lựa chọn (ATM, GEM hoặc cả hai).
Service shell (chức năng giao diện port dịch vụ): phần này hỗ trợ chuyển đổi giữa các giao diện dịch vụ và giao diện khung TC của phần PON.
Các tính năng thông dụng của OLT: Tính năng hệ thống Tốc độ dữ liễu 1.25Gbps Địa chỉ MAC 16k Khoảng cách truyền 20km Tỷ lệ chia 1:64
79 Số cổng PON Lớn hơn 4 Số ONU hỗ trợ Lớn hơn 256 Dung lượng chuyển mạch 16Gbps Băng thông bus Back- plane 32Gbps VLAN Hỗ trợ IEEE 802.1Q(VLAN) Hỗ trợ 4k VLAN Hỗ trợ IEEE 802.1ad (QinQ/ flexible QinQ) Hỗ trợ VLAN transparent Hỗ trợ phân loại VLAN dựa trên giao tiếp
Hỗ trợ VLAN multicast
Tính năng Layer-2
Hỗ trợ chế độ store-and-forward và chuyển tiếp wire-speed layer- 2
Khung lớn nhất: 9728 byte Tốc độ truyền gói tin: 35.7Mpps Hỗ trợ IEEE 802.1d (STP)/802.1w,
(RSTP)/802.1s(MSTP)
Hỗ trợ điều khiển bão quảng bá Hỗ trợ mirror cổng
Điều khiển luồng
Hỗ trợ IEEE 802.3x(điều khiển luồng song công) và điều khiển luồng đơn công
Tích hợp liên kết
Hỗ trợ IEEE 802.3ad (tích hợp liên kết)
Hỗ trợ cân bằng tải dựa trên MAC và IP
Multicast Hỗ trợ SCB (Single Copy Broadcast)
Hỗ trợ IGMP V1/V2
Hỗ trợ IGMP Snooping và IGMP Proxy
Hỗ trợ 1000 nhóm multicast Hỗ trợ điều khiển port nguồn multicast
Hỗ trợ điều khiển phân quyền multicast
Hỗ trợ các tính năng tham gia và rời kênh nhanh của thành viên IGMP
Hỗ trợ multicast tĩnh
QoS Hỗ trợ IEEE 802.1P(COS PRI) và DSCP
Hỗ trợ phân loại dịch vụ dựa trên cổng, địa chỉ MAC, địa chỉ IP, cổng TCP/UDP, ToS (Type of Service)/Diffserv
Hỗ trợ các thuật toán lập lịch hàng đợi như SP (Strict Priority), WRR (Weighted Round Robin), SP+WRR
Hỗ trợ hàng đợi 8 mức ưu tiên cho mỗi cổng
Hỗ trợ CAR Ingress/Egress, bước nhảy 64kbps
Hỗ trợ định kiểu lưu lượng (Traffic Shaping)
Hỗ trợ thuật toán Tail-Drop DBA Bước nhảy băng thông là
64kbit/s
Hỗ trợ kiểu băng thông cố định, băng thông đảm bảo
ACL Dựa trên cổng, MAC, IP, port TCP/UPD, ToS/ Diffserv
80 và băng thông tối đa, ưu tiên trễ, tham số SLA v.v… Bảo mật Hỗ trợ phân cách cổng
Hỗ trợ mã hóa dữ liệu, AES- 128 cho cả chiều lên và chiều xuống
Hỗ trợ cập nhật khóa động
Khả năng tin cậy
Mô-đun chuyển mạch hỗ trợ chuyển mạch giữa mô-đun chính và dự trữ
Hỗ trợ bảo vệ 1＋1 trunk Nguồn cấp hỗ trợ tính năng dự phòng Quản lý Hỗ trợ nền tảng UniView DA NM dựa trên SNMP V1/V2 Hỗ trợ Telnet và CONSOLE Hỗ trợ quản lý mạng in- band và out-of-band, và cấu hình quản lý Vlan, mức độ ưu tiên
Bảo trì Hỗ trợ cảnh báo và thống kê khả năng, kiểm tra luồng, kiểm tra loop-back, kiểm tra lỗi nguồn từ xa.
Hỗ trợ nâng cấp theo cơ chế tự động định thời và hàng loạt. Hỗ trợ kiểm tra tuyến từ xa, như ngắn mạch, mạch chưa hoàn thành, và vị trí lỗi.
Bảng 3.2 Các tính năng cơ bản của OLT
3.2.2. Thiết bị đầu cuối mạng ONU/ONT
Hầu hết các khối chức năng của ONU/ONT tương tự như các khối chức năng của OLT. Do ONU hoạt động với một giao diện PON (hoặc tối đa 2 giao diện khi hoạt động ở chế độ bảo vệ), chức năng đấu nối chéo (cross-connect function) có thể được bỏ qua. Thay vào đó là chức năng ghép và tách kênh dịch vụ (MUX và DMUX) để xử lý lưu lượng. Cấu hình tiêu biểu của ONU được thể hiện trong Hình 3.4. Mỗi PON TC sẽ lựa chọn một chế độ truyền dẫn ATM, GEM hoặc cả hai.
Hình 3.4 Sơ đồ khối chức năng ONU [6]
81
Tính năng hệ thống
Tốc độ dữ liệu Chiều xuống/Chiều lên 1.25Gbps Địa chỉ MAC 8k Khoảng cách truyền 20km Tỷ lệ chia 1:64 Thoại Chế độ VoIP, nó hỗ trợ giao thức MGCP，SIP Hỗ trợ tính năng tự động chuyển mạch của chuyển mạch mềm giữa master và spare
Giao tiếp RJ11 cho điện thoại thông thường
Hỗ trợ các kỹ thuật mã hóa/nén thoại như G.711
A-Law/ u-Law,
G.729A/B, G.723.1- 5.3/6.3 và G.726. Các phương thức mã hóa có thể chuyển động tùy theo yêu cầu.
Tính năng CATV
Tính năng CATV là tùy chọn 1 giao tiếp CATV để kết nối đến mạng truyền dẫn CATV 1 giao tiếp điện CATV (giao tiếp RF) để kết nối đến các màn hình Video. Hỗ trợ Triple Play VLAN Hỗ trợ IEEE 802.1Q (VLAN) Hỗ trợ 256 VLAN Hỗ trợ IEEE 802.1ad (QinQ) Hỗ trợ truyền dẫn VLAN transparent Hỗ trợ VLAN trunk Hỗ trợ dịch VLAN Tính năng Layer-2 Hỗ trợ chế độ store và forward và chuyển tiếp wire- speed layer-2 Khung lớn nhất: 1600 byte
Hỗ trợ điều khiển bão quảng bá
Hỗ trợ mirror luồng/cổng Hỗ trợ các giao tiếp giới hạn tốc độ cả 2 chiều
Điều khiển luồng
Hỗ trợ IEEE 802.3x (điều khiển luồng song công), điều khiển luồng bán công
DBA Bước nhảy băng thông 64kbit/s
Hỗ trợ kiểu băng thông cố định, băng thông đảm bảo và băng thông tối đa, ưu tiên trễ, tham số SLA v.v…
Multicast Dựa trên SCB (single copy broadcast)
Hỗ trợ IGMP V1/V2
QoS Hỗ trợ IEEE 802.1P(COS PRI) và DSCP
82 Hỗ trợ IGMP Snooping Hỗ trợ 256 nhóm
Hỗ trợ điều khiển phân quyền multicast
Hỗ trợ tính năng fast-leave của thành viên IGMP Hỗ trợ multicast tĩnh Dung lượng 8M byte có thể hỗ trợ luồng burst IPTV.
Hỗ trợ phân loại dịch vụ dựa trên cổng, địa chỉ MAC, địa chỉ IP, cổng TCP/UDP, ToS (Type of Service)/Diffserv Hỗ trợ các thuật toán lập lịch hàng đợi SP
Hỗ trợ hàng đợi 8 mức ưu tiên cho mỗi cổng
Bảo mật Hỗ trợ mã hóa dữ liệu, AES-128 cho cả luồng lên và luồng xuống
Hỗ trợ cập nhật khóa tự động.
Bảo trì Hỗ trợ quản lý tập trung OLT dựa trên OAM
Hỗ trợ cảnh báo và thống kê khả năng, kiểm tra luồng, kiểm tra loop-back, kiểm tra nguồn lỗi từ xa
Hỗ trợ cơ chế nâng cấp định thời và hàng loạt
Bảng 3.3 Các tính năng cơ bản của ONU
3.2.3. Mạng phân phối quang ODN
Mạng phân phối quang kết nối giữa một OLT với một hoặc nhiều ONU sử dụng thiết bị tách/ghép quang và mạng cáp thuê bao.
Bộ tách/ghép quang:
Là thiết bị thụ động để chia tín hiệu quang từ một sợi để truyền đi trên nhiều sợi và ngược lại, kết hợp các tín hiệu quang từ nhiều sợi thành tín hiệu trên một sợi.
Dạng đơn giản nhất là bộ ghép quang bao gồm hai sợi dính vào nhau. Tín hiệu nhận được ở bất kỳ đầu nào cũng chia làm hai. Các bộ tách/ghép NxN được chế tạo bằng cách ghép nhiều bộ 2x2 với nhau hoặc sử dụng công nghệ ống dẫn sóng.
83
Hình 3.5 Các bộ ghép 8x8 được tạo ra từ các bộ 2x2 [6]
Các bộ tách ghép được đặc trưng bởi các tham số:
Suy hao chia: là tỉ lệ giữa công suất đầu ra và công suất đầu vào của bộ ghép, tính theo dB. Với một bộ 2x2 lý tưởng, giá trị này là 3dB. Hình trên biểu diễn hai mô hình của bộ 8x8 dựa trên các bộ 2x2. Trong mô Hình 3.5a, chỉ có 1/16 công suất đầu được đưa tới từng đầu ra. Hình 3.5b biểu diễn mô hình thiết kế hiệu quả hơn, mỗi đầu ra nhận được 1/8 công suất đầu vào.
Suy hao ghép: đây là công suất bị tổn hao do quá trình sản xuất, giá trị này thông thường khoảng 0.1 dB đến 1dB.
Thông thường các bộ tách/ghép chỉ chế tạo có một đầu vào hoặc một đầu ra. Bộ có một đầu vào gọi là bộ chia (tách), bộ có một đầu ra gọi là bộ ghép. Tuy nhiên có những bộ 2x2 được chế tạo không đối xứng (với tỷ số chia 5/95 hoặc 10/90).
3.2.4. Cơ bản về bộ thu-phát trong PON
Bô ̣ thu phát quang chiếm vai trò quan tro ̣ng nhất trong hê ̣ thống thông tin quang hiê ̣n nay bởi chúng thực hiê ̣n nhiê ̣m vu ̣ cơ bản nhất trong ma ̣ng quang là biến đổi tín hiê ̣u quang thành tín hiê ̣u điê ̣n. Các bô ̣ thu phát quang sử du ̣ng laser bán dẫn và thiết bi ̣ thu-phát đươ ̣c kết hợp trong mô ̣t thiết bị tích hợp đã làm giảm giá thành, mang la ̣i ý nghĩa vô cùng quan tro ̣ng trong viê ̣c truyền nhâ ̣n tín hiê ̣u tương tự và số thông qua sợi quang. Transceiver (là thuâ ̣t ngữ kết hợp của transmitter và receiver) được xem là thành phần chính làm giá thành của viê ̣c lắp đă ̣t ma ̣ng quang tăng lên khá cao. Chính vì vâ ̣y, trên thế giới có rất nhiều nghiên cứu để thiết kế bô ̣ thu-phát có giá thành rẻ, hiê ̣u suất cao và go ̣n nhe ̣, dễ dàng sử du ̣ng trong thực tế.
Cáp quang đã được biết đến từ những năm 1990. Ban đầu, ma ̣ng sử du ̣ng cáp quang chỉ có tốc đô ̣ khoảng 100Mbps. Sau đó, ma ̣ng này được nâng cấp có thể đa ̣t tới
84
tốc đô ̣ từ 150-600 Mbps dựa vào kiến trúc SDH. Sau đó, kiến trúc ma ̣ng sử du ̣ng ATM đã được thay thế bởi ma ̣ng Ethernet nhằm nâng cao tốc đô ̣ của ma ̣ng. Từ đó, chuẩn đầu tiên cho ma ̣ng PON là G.893 được ITU-T đưa ra năm 1998. Đồng thời, hê ̣ thống ma ̣ng PON tốc đô ̣ 100Mbps đã được phát triển và đưa vào sử du ̣ng trong thương ma ̣i nhưng chỉ trong mô ̣t số vùng giới ha ̣n và giá thành khá cao. Trong khoảng thời gian 3-4 năm sau, tốc đô ̣ ma ̣ng PON được cải thiê ̣n lên tới hơn 1Gbps và tổ chức IEEE đã đưa ra chuẩn 802.3 ah (chuẩn EPON) vào tháng 6 năm 2004. Mô ̣t vài nhà cung cấp ta ̣i Nhâ ̣t Bản như NTT đã đề xuất mô ̣t hê ̣ thống với chuẩn GPON dành cho các ứng du ̣ng thực tế. Cùng trong thời gian này, ITU-T đưa ra chuẩn GPON với tốc đô ̣ luồng lên 1,244 Gbps và tốc đô ̣ luồng xuống lên tới 2,488 Gbps. Các bô ̣ thu phát quang tuân theo những chuẩn này được đưa ra thành các chip và các mô-đun cùng với sự phát triển của các thiết bi ̣ truyền tín hiê ̣u quang đã nâng cao tốc đô ̣ của các ứng du ̣ng trong ma ̣ng FTTH.
85
Bảng 3.4 Các thông số của Transceiver [3]
3.3. Tính toán trong PON
Để đưa ra được phương án đấu nối hợp lý ta cần quan tâm đến các yếu tố sau: - Suy hao toàn tuyến cho phép: giá trị này cho biết suy hao tổng của tín hiệu khi đi qua các phần tử mạng từ OLT đến ONU là bao nhiêu, từ đó dựa vào suy hao của từng phần tử mạng để tính toán số lượng phần tử mạng cho phép và cách đấu nối hợp lý (ví dụ đấu nối qua coupler hay hàn thẳng...). Giá trị này được xác định qua hiệu số của Công suất phát của OLT trừ đi Độ nhạy thu của ONU. Tuy nhiên công suất phát lại dao động trong một khoảng giá trị tùy thuộc vào loại transceiver, OLT tại thời điểm nào đó có thể phát đi ở công suất thấp nhất. Vì vậy để đảm bảo các dịch vụ luôn hoạt động ổn định trong mọi điều kiện ta sẽ phải lấy Công suất phát thấp nhất của OLT trừ đi Độ nhạy thu của ONU để ra giá gị suy hao toàn tuyến cho phép.
- Suy hao khi đi qua các phần tử truyền dẫn như coupler, dây nhảy quang, dây quang, bộ chia, connector, các mối hàn nối.
- Suy hao dự phòng: các phần tử, thiết bị ngoại vi sau một thời gian sử dụng có thể bị thay đổi suy hao do tác động của các yếu tố thời tiết như nắng nóng, mưa..., hay
86
thi công không đảm bảo nên ta cần dự phòng suy hao khi tính toán để đảm bảo chất lượng về sau.
3.3.1. Công thức tính toán trong EPON
EPON dùng chủ yếu loại transceiver chuẩn PX20 có dự trữ công suất là 26dB, trong đó: Công suất phát OLT: 2 dBm ÷ 7 dBm
Công suất thu ONU: -24 dBm ÷ -3 dBm độ nhạy thu: -24 dBm Như vậy:
Suy hao toàn tuyến cho phép = Công suất phát nhỏ nhất của OLT – Độ nhạy thu của ONU = 2 – (-24) = 26 (dB)
Trong cách triển khai EPON, thực hiện việc hàn thẳng ở bộ chia cấp 1 (bộ chia đầu tiên) và ở đầu vào bộ chia cấp 2 (bộ chia thứ 2) để giảm suy hao của việc dùng connector đấu nối. EPON có tỷ lệ chia lớn nhất là 1:64, như vậy ta có một vài cách sắp xếp các bộ chia để đạt được tỷ lệ này như 2x32, 4x16, 8x8, các giá trị này lần lượt là tỷ lệ chia tương ứng của Bộ chia cấp 1 và Bộ chia cấp 2. Tuy nhiên, để đảm bảo vùng phủ được lớn, lượng cáp vào ra các hộp tập điểm là hợp lý, dễ thao tác triển khai, vận hành, bảo trì, trong khi vẫn đảm bảo được mật độ thuê bao tại một tập điểm thì việc chia bộ chia ra làm 2 cấp: cấp 1 là 1:4, cấp 2 là 1:16 là hợp lý nhất. Từ đó có mô hình đấu nối EPON như Hình 3.7.
Hình 3.7 Mô hình đấu nối EPON
Từ mô hình đấu nối trên và dựa vào suy hao các phần tử mạng ta tính được suy hao như trong Bảng 3.5.
BẢNG SUY HAO CHUẨN CỦA CÁC THIẾT BỊ TRUYỀN DẪN
STT Thiết bị Suy hao (dB) Số lượng Suy hao tổng (dB)
1 Số mối hàn 0,1 6 0,6
87 3 Coupler 0,3 2 0,6 4 Fast Connector 0,4 2 0,8 5 Dây nhảy 0,3 1 0,3 6 Bộ chia 1:4 6,5 1 6,5 7 Bộ chia 1:16 13,3 1 13,3 8 Cáp quang 0,4 ? ? 9 Tổng 22,4
Bảng 3.5 Bảng suy hao trong mô hình EPON
Như vậy tổng suy hao truyền dẫn chưa tính phần cáp quang triển khai là 22,4 dB. Giờ ta sẽ xác định chiều dài cáp cho phép triển khai từ OLT đến ONU. Nếu:
Suy hao dự phòng là 1 dB:
Tổng suy hao = 22,4 + 1 = 23,4 (dB)
Suy hao cho phép còn lại = suy hao toàn tuyến cho phép – tổng suy hao = 26 – 23,4 = 2,6 (dB)
Chiều dài cáp cho phép = Suy hao cho phép còn lại / Suy hao cáp quang trên 1km = 2,6/0,4 = 6,5 (km) => phù hợp với triển khai thực tế
- Suy hao dự phòng là 2 dB:
• Tổng suy hao = 22,4 + 2 = 24,4 (dB)
• Suy hao cho phép còn lại = suy hao toàn tuyến cho phép – tổng suy hao = 26 – 24,4 = 1,6 (dB)
• Chiều dài cáp cho phép = Suy hao cho phép còn lại / Suy hao cáp quang trên 1km = 1,6/0,4 = 4 (Km)
- Suy hao dự phòng là 3 dB:
• Tổng suy hao = 22,4 + 3 = 25,4 (dB)
• Suy hao cho phép còn lại = suy hao toàn tuyến cho phép – tổng suy hao = 26 – 25,4 = 0,6 (dB)
• Chiều dài cáp cho phép = Suy hao cho phép còn lại / Suy hao cáp quang trên 1km = 0,6/0,4 = 1,5 (Km) => có thể triển khai nhưng vùng phủ nhỏ
Về chiều dài cáp có thể triển khai ta có công thức tính như sau: L = Suy hao cho phép – Tổng suy hao
Suy hao cáp quang trên 1 km = 30 – Tổng suy hao Suy hao cáp quang trên 1 km
88 Ta có kết quả tóm tắt như trong Bảng 3.6:
KHẢ NĂNG TRIỂN KHAI
Tổng suy hao (với dự phòng 3dB) 25,4 dB Khoảng cách từ OLT-ONU (km) 1,5 Tổng suy hao (với dự phòng 2dB) 24,4 dB Khoảng cách từ OLT-ONU (km) 4,0 Tổng suy hao (với dự phòng 1dB) 23,4 dB Khoảng cách từ OLT-ONU (km) 6,5
Bảng 3.6 Chiều dài cáp có thể triển khai cho mô hình EPON