CHƯƠNG II : MẠNG TRUY NHẬP QUANG THẾ HỆ SAU
2.2. Xu hướng phát triển của mạng truy nhập quang giai đoạn sau
2.2.3. Mạng truy nhập quang
Việc sử dụng các kỹ thuật mới tiếp tục cải thiện hiệu năng của OTN. Như một kết quả, mạng truy nhập có rất nhiều vấn đề như băng thơng hẹp, tỷ lệ lỗi cao và giá thành vẫn hành cũng như duy trì cao. Cáp đồng vẫn được chọn làm phương tiện truyền dẫn chính và khơng có khả năng hỗ trợ các ứng dụng và dịch vụ mới, đặc biệt là đa phương tiện và các dịch vụ băng rộng. Vì vậy, như đã nói ở trên, mạng truy nhập trở thành một mạng truyền thông nút cổ chai.
Các kỹ thuật truy nhập băng rộng hiện tại, như ADSL dựa trên đường điện thoại và CM dựa trên CATV, có thể đáp ứng nhu cầu của một vài dịch vụ như lướt web, email.
SVTH: Nguyễn Tiến Hiệp Trang 18
Tuy nhiên, nó khơng có khả năng để thỏa mãn các yêu cầu về băng thông của các dịch vụ
đa phương tiện và các dịch vụ băng rộng như Internet tốc độ cao, truyền hình quảng bá,
VoIP,…
Với kỹ thuật ADSL, tốc độ dịng dữ liệu lên và xuống khơng đối xứng. Với việc triển khai ADSL kết hợp với ATM/Ethernet, các dịch vụ truy nhập Internet là hoàn toàn khả thi. Đầu cuối khách hàng được trang bị với các thiết bị điều khiển từ xa ADSL và được kết nối tới các DSLAM tại các CO bằng cách dùng chung đường điện thoại. Các thiết bị điều khiển từ xa ADSL cung cấp các giao diện Ethernet cho khách hàng, trong khi DSLAM kết nối tới các ISP bởi ATM hoặc fast Ethernet
Mặt khác, CM là một kỹ thuật băng rộng khác với sự bất đối xứng với tốc độ đường xuống và lên. Nó phù hợp để cung cấp hai loại dịch vụ là Internet và VOD. Trong trường hợp này, dịch vụ truy nhập Internet có thể được yêu cầu bời HFC, CM và Ethernet/ATM. Mạng HFC truyền tín hiệu dữ liệu đến các thuê bao trong khi CM mã hóa, giải mã và truyền nó đến từng người dùng thơng qua cổng Ethernet. Với đường lên, các thiết bị CM thu tín hiệu từ PC và gửi các tín hiệu đã được điều chế và mã hóa đến các thiết bị đầu cuối bởi HFC. Băng thông của CM lớn hơn so với ADSL. Tuy nhiên, khi một CM và một HFC được sử dụng để xây dựng mạng thì sẽ có nhiều vấn để liên quan đến độ tin cậy, nguồn nuôi, vận hành và bảo dưỡng
Trong cả hai trường hợp trên, băng thông của mạng được chia sẽ với tất cả các người sử dụng. Vì thế, đồ án không thể đáp ứng được các dịch vụ số băng rộng khi số
lượng người dùng tăng lên, do băng thông được ấn định cho mỗi người sử dụng là giới
hạn. Do đó, mạng truy nhập quang OAN đã đưa ra xu hướng cho mạng truy nhập trong tương lai; cụ thể là kỹ thuật ghép kênh phân chia theo mã quang OCDM sẽ là giải pháp để giải quyết vấn đề liên quan đến tài nguyên.
Mạng truy nhập quang được chia làm hai loại, mạng quang chủ động và mạng quang thụ động. Một mạng PON có kiến trúc đơn giản và khơng có các thành phần chủ động trong tồn bộ đường truyền từ nguồn tới đích. Nó giúp tối thiểu hóa sợi quang và số lượng các bộ thu phát bằng cách sử dụng các bộ chia/ghép thụ động. Do đó, PON là một cơng nghệ hứa hẹn nhiều tiềm năng, giúp giảm chi phí vận hành và duy trì, trong khi vẫn đảm bảo tính thơng suốt cao. Nó cũng giúp cải thiện độ tin cậy của hệ thống, do trên thực tế PON có thể tránh được nhiễu điện từ trường và ảnh hưởng bới thời tiết với các thiết bị ngoài trời. Kỹ thuật này cũng phù hợp với các tín hiệu với bất kỹ định dạng và tỷ lệ bit nào. Trong hình 2.1 chỉ ra các thành phần các nhau của kiến trúc mạng PON, được gọi là FTTx, ở đây “x” phụ thuộc vào khoảng cách của cáp quang. Với các kiến trúc FTTx, một mạng PON thiết lập được ba thành phần chính: một kết cuối đường quang OLT, cung cấp
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương II: Mạng truy nhập quang thế hệ sau
SVTH: Nguyễn Tiến Hiệp Trang 19
các dịch vụ và gửi các tín hiệu quảng bá đến khách hàng; một bộ chia thụ động, để chia cơng suất tín hiệu quang; và một khối đơn vị giao diện mạng NIU hoặc khối đơn vị mạng quang ONU, cung cấp giao diện giữa những người sử dụng và dịch vụ được cho bởi mạng.
PON có thể được chia thành hai loại chính: TDM-PON, sử dụng kỹ thuật TDM để xử lý lưu lượng, và WDM-PON, kết hợp cả kỹ thuật WDM và PON
Hình 2.1: Ví dụ về mạng FTTx
TDM-PON là kiến trúc điểm – đa điểm và dữ liệu được phát quảng bá đến mỗi ONU bằng cách chia sẻ đường truyền. Kỹ thuật TDM-PON hiện tại hỗ trợ tốc độ dữ liệu từ 155Mbps đến 1Gbps, được chia sẻ cho từ 8 đến 128 người dùng. Kỹ thuật TDM được dùng với lưu lượng đường lên. Tuy nhiên, việc chia sẻ thời gian truyền dẫn làm giảm băng thông của mỗi người sử dụng. TDM-PON có thể phân thành APON (ATM-PON) dựa trên ATM và EPON (Ethernet PON) dựa trên Ethernet. ATM-PON dựa trên kỹ thuật tập trung và ghép kênh thống kê; tuy nhiên, nó sử dụng cell có chiều dài cố định để mang các gói tin IP một cách khá phức tạp, tiêu tốn nhiều thời gian và tăng thêm giá thành của OLT và ONU. EPON sử dụng kỹ thuật truyền dẫn khác cho dữ liệu đường xuống từ OLT đến các ONU và cho dữ liệu đường lên từ các ONU đến OLT. Kỹ thuật quảng bá được chọn để truyền dữ liệu đường xuống từ OLT đến nhiều ONU với chiều dài các gói tin khác nhau, mỗi gói gồm có phần tiêu đề để xác định đích đến. Lưu lượng được chia thành các tín hiệu riêng rẽ bởi bộ chia. Mỗi tín hiệu mang tất cả các gói tin định hướng đến các
SVTH: Nguyễn Tiến Hiệp Trang 20
ONU. Khi một ONU nhận được tín hiệu dữ liệu, nó chỉ chấp nhận các gói tin là của nó và bỏ qua các gói tin của các ONU khác. Lưu lượng đường lên được quản lý bằng cách sử dụng kỹ thuật TDM và mỗi ONU được chỉ định một khe thời gian. Mỗi khi dữ liệu được ghép vào sợi quang, các gói tin đường lên từ các ONU sẽ không tương tác với nhau. Nếu so với ATM, Ethernet giảm được phần chi phí linh hoạt, vì nó có thể mang được các gói tin IP.
Tuy nhiên, với hệ thống PON sử dụng công nghệ TDMA thì thật là khó để đạt được tốc độ hàng Gbps đến tất cả khách hàng. Vì thế, TDM-PON khơng phải là một giải pháp hiệu quả cho việc triển khai FTTH.
Hệ thống WDM-PON với mỗi bước sóng được ấn định cho một người sử dụng sẽ tạo nên một kết nối ảo điểm – điểm giữa OLT và người dùng. Một bộ ghép/tách bước sóng tại điểm chia có thể định tuyến các kênh bước sóng từ OLT đến các ONU thích hợp và ngược lại
Kỹ thuật CWDM cũng có thể được sử dụng trong những mạng như vậy. Khoảng cách các bước sóng là 20nm và tổng các kênh có thể sử dụng được là 18. Khuyến nghị của ITU chỉ ra giao diện quang chuẩn của CWDM và vùng hoạt động của bước sóng là từ 1270nm đến 1611nm. Tuy nhiên, CWDM cũng có vài điểm thiếu sót: khoảng cách truyền dẫn có thể bị giới hạn khi tốc độ dữ liệu tăng lên. Điều này do việc tán sắc tăng khi bước sóng tăng; khoảng cách truyền dẫn và việc phân chia tỷ lệ ánh sáng bị hạn chế, do bước sóng càng ngắn thì tỷ lệ mất kênh càng cao. Một kỹ thuật khác được giới thiệu để cung cấp đủ băng thông cho nhiều người sử dụng: DWDM, trong đó khoảng cách giữa các bước sóng nhỏ hơn so với CWDM, đến khoảng 0.8nm. Tuy nhiên, do DWDM-PON cần bước sóng của các thiết bị có thể điều chỉnh được và điều khiển nhiệt độ, cho nên giá thành cao hơn CWDM-PON. Mặc dù các lợi ích của TDM-PON, như băng thơng lớn và giao thức thông suốt, một vài đặc điểm hạn chế của WDM-PON từ ứng dụng dung lượng lớn: nó thiếu sự linh hoạt để cấp phát động băng thông giữa nhiều dịch vụ và tăng giá thành hệ thống.
Trong mạng quang thế hệ mới, nhu cầu dịch vụ sẽ phát triển với tốc độ cao, các ứng dụng hai chiều trong y học và phẫu thuật, và đến các QoS. Vì thế, một băng thơng lớn hơn sẽ là điều vô cùng cần thiết cho đường lên, hoặc do nhu cầu hay về cơ bản. Do đó, một kịch bản nhằm nâng cấp FTTH nên được phát triển một hệ thống FTTH đối xứng với tốc độ gigabit từ FTTH hiện tại.
Một ứng viên khả thi cho FTTH Gbps đối xứng trong tương lai là kỹ thuật OCDMA. Khác với kỹ thuật ghép kênh TDMA và WDMA, nó cho phép người sử dụng
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương II: Mạng truy nhập quang thế hệ sau
SVTH: Nguyễn Tiến Hiệp Trang 21
có thể chia sẻ tồn bộ băng thơng hữu ích. Kỹ thuật này có thể thực hiện ghép kênh, chuyển mạch và thêm/bớt các kênh tín hiệu qua mạng backbone và MAN một cách riêng rẽ, hoặc kết hợp TDM và WDM thông qua việc mã hóa và giải mã tín hiệu quang một cách trực tiếp. Hơn thế nữa, OCDMA cịn có thể nhận ra nhiều mạng truy nhập giữa các người dùng thông qua LAN và mạng truy nhập khác.
Để đối phó với các nhu cầu về QoS khác nhau, một giải pháp khác đã được trình
bày là việc kết hợp giữa OFDM và PON. Các sóng mang con của OFDM có thê được ấn định một cách linh động cho các dịch vụ khác nhau trong các khe thời gian khác nhau, vì thế việc sử dụng OFDM trong PON cho phép hỗ trợ nhiều ứng dụng đảm bảo mạng thông suốt và có khả năng linh động băng thơng cấp phát cho các dịch vụ.