Một cách tổng quan ta có thể nhìn thấy rõ sự phân loại hệ thống mạng FTTx thông qua Hình 5.1. Như trong định nghĩa ta có các loại FTTH, FTTB, FTTC, FTTN… Điểm khác nhau của các loại hình này là do chiều dài cáp quang từ thiết bị đầu cuối của ISP (OLT) đến các user. Nếu từ OLT đến ONU (thiết bị đầu cuối phía user) hoàn toàn là cáp quang thì người ta gọi là FTTH/FTTB.
- FTTH (Fiber To The Home): cáp quang chạy đến tận nhà thuê bao.
- FTTB (Fiber To The Building): giống như FTTH nhưng ở đây là kéo đến các tòa nhà cao tầng.
- FTTC (Fiber To The Curb): cáp quang đến một khu vực dân cư. Lúc đó từ ONUđến thuê bao có thể sửdụng cáp đồng. Trong mô hình này, thiết bị đầu cuối phía người sử dụng được bố trí trong các cabin trên đường phố, dây nối tới các thuê bao vẫn là cáp đồng. FTTC cho phép san sẻ giá thành của một ONUcho một số thuê bao do đó nó có thể hạ thấp được giá thành lắp đặt ban đầu.
Ngoài ra còn có một số loại hình khác như là FTTE (Fiber To The Exchange), FTTN (Fiber To The Node)…
➢ Phân loại theo cấu hình
- Cấu hình Point to Point:
Kết nối điểm – điểm, có một kết nối thẳng từ nhà cung cấp dịch vụ đến khách hàng, mỗi sợi quang sẽ kết nối tới chỉ một khách hàng, nên cấu hình mạng tương đối đơn giản đồng thời do băng thông không bị chia sẻ, tốc độ đường truyền có thể lên rất cao. Quá trình truyền dẫntrên cấu trúc P-P cũng rất an toàn do toàn bộ quá trình được thực hiệnchỉ trên một đường truyền vật lý, chỉ có các đầu cuối là phát và thu dữ liệu, không bị lẫn với các khách hàng khác. Tuy nhiên, cấu trúc này khó có thể phát triển cho quy mô rộng bởi giá thành đầu tư cho một kháchhàng rất cao, hệ thống sẽ trở lên rất cồng kềnh, khó khăn trong vận hành và bảo dưỡng khi số lượng khách hàng tăng lên.
- Cấu hình Point to Multipoints:
Kết nối điểm – đa điểm, một kết nối từ nhà cung cấp dịch vụ đến nhiều khách hàng thông qua bộ chia splitter. Trong hệ thống này mỗi đường quang đi từ nhà cung cấp dịch vụ được chia sẻ sử dụng chung cho một số khách hàng. Sẽ có một đường quang đi đến một nhóm khách hàng ở gần nhau về mặt địa lý, tại đây đường quang dùng chung này sẽ được chia tách thành các đường quang riêng biệt đi đến từng khách
hàng. Điều này làm giảm chi phí lắp đặt đường cáp quang và tránh cho hệ thống khi phát triển khỏi cồng kềnh.
5.1.3. Ưu nhược điểm mạng FTTX
➢ Ưu điểm
Công nghệ FTTx sử dụng cáp quang nên nó có rất nhiều ưu điểm của hệ thống quang nói chung.
- Dung lượnglớn
Các sợi quang có khả năng truyền những lượng lớn thông tin. Với công nghệ hiện nay trên hai sợi quang có thể truyền được đồng thời 60.000 cuộc đàm thoại. Một cáp sợi quang (có đường kính > 2cm) có thể chứa được khoảng 200 sợi quang, dung lượng đường truyền lên tới 6.000.000 cuộcđàm thoại.
- Tính cách điện
Cáp sợi quang làm bằngchất điện môi thích hợp không chứa vật dẫn điện và có thể cho phép cách điện hoàn toàn cho nhiều ứng dụng. Nó có thể loại bỏ được nhiễu gây bởi các dòngđiện chạy vòngdưới đất hay những trường hợp nguy hiểm gây bởi sự phóng điện trên các đường dây thông tin như sét hay những trục trặc về điện.
- Tính bảo mật
Sợi quang cung cấp độ bảomật thông tin cao. Một sợi quang không thể bị trích để lấy trộm thông tin bằng các phương tiệnđiện thông thường như sự dẫnđiện trên bề mặt hay cảm ứng điện từ, và rất khó trích để lấy thông tin ở dạng tín hiệu quang. Độ tin cậy cao và dễ bảo dưỡng: Do không chịu ảnh hưởngcủa hiện tượng fading và do có tuổi thọ cao nên yêu cầu về bảo dưỡng đối với hệ thống quang là ít hơn so với các hệ thống khác.
- Tính linh hoạt
Các hệ thống thông tin quang đều khả dụng cho hầu hết các dạng thông tin số liệu, thoại và video. Các hệ thống này đều có thể tương thích với các chuẩn RS.232, RS422, V.35, Ethernet, E1/T1, E2/T2, E3/T3, SONET/SDH, thoại 2/4 dây.
- Tính mở rộng
Các hệ thống sợi quang được thiết kế thích hợp có thể dễ dàng được mở rộng khi cần thiết. Một hệ thống dùng cho tốc độ số liệu thấp, ví dụ E1/T1 (2,048 Mbps/1,544 Mbps) có thể được nâng cấptrở thành một hệ thống tốc độ số liệu cao hơn
bằng cách thay đổi các thiết bị điện tử. Hệ thống cáp sợi quang có thế vẫn được giữ nguyên như cũ.
- Sự tái tạo tín hiệu :
Công nghệ ngày nay cho phép thực hiện những đường truyền thông bằng cáp quang dài trên 70 km trước khi cần tái tạo tín hiệu, khoảng cách này còn có thể tăng lên tới 150 km nhờ sử dụng các bộ khuếch đại laser.
Ngoài những ưu điểm trên của sợi quang nói chung, công nghệ FTTx còn có một số ưu điểm khác. Với côngnghệ FTTH, nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp tốc độ download lên đến 10 Gbps, nhanh gấp200 lần so với ADSL 2+. Tốcđộ truyền dẫn với ADSL là không cân bằng, có tốc độ tải lên luôn nhỏ hơn tốc độ tải xuống. Còn FTTH cho phép cân bằng, tốc độ tải lên vàtải xuống như nhau và cho phép tối đa là 10 Gbps, có thể phụcvụ cùng một lúc cho hàng trăm máy tính. Tốc độ đi Internet cam kết tối thiểu của FTTx ≥ 256 Kbps.
Bảng 5.2. So sánh giữa FTTx và ADSL
Yếu tố so sánh ADSL FTTx
Môi trường truyền tín hiệu Cáp đồng Cáp quang Độ ổn định Dễ bị suy hao do điện từ,
thời tiết, chiều dài cáp…
Không bị ảnh hưởng Bảo mật Độ bảo mật thấp, dễ bị
đánh cắp tín hiệu đường dây
Độ bảo mật cao không thể đánh cắp tín hiệu trên đường truyền
Tốc độ truyền dẫn(Upload và download) Bất đối xứng: Download>Upload Tốc độ tối đa là 20Mbps Cho phép cân bằng: Upload=Download Tốc độ tối đa là 10Gbps Khả năng đáp ứng dịch vụ
băng rộng: Hosting sever riêng, VPN, hội nghi truyền hình
Không phù hợp vì tốc độ thấp
Rất phù hợp vì tốc độ rất cao và có thể tùy biến tốc độ
Mạng quang nói chung và công nghệ FTTx nói riêng có rất nhiều ưu điểm nhưng không tránh khỏi những nhược điểm. Mặc dù sợi quang rất rẻ nhưng chi phí lắp đặt, bảo dưỡng, thiết bị đầu cuối lại lớn. Hơnthế nữa, do thiết bị đầu cuối còn khá đắt cho nên không phải lúc nào hệ thống mạng FTTx cũng phù hợp. Đối với những ứng dụng thông thường, không đòi hỏi băng thông lớn nhưlướt Web, mail… thì cáp đồng vẫn đượctin dùng. Do đó càng ngày người ta càng cần phải đầu tư nghiên cứu để giảm các chi phí đó.
5.1.4. Ứng dụng của FTTX
Những tính năng vượt trội của FTTx cho phép sử dụng các dịch vụ thoại, truyền hình, internet từ một nhà cung cấp duy nhất với một đường dây thuê bao duy nhất. Điều đó tạo nênsự thuận tiện không chỉ trong việc nhỏ gọn về thiết bị, đường dây, chi phí mà điều quan trọng là nó mang lại chất lượng đường truyền tốt nhất. Công nghệ đápứng điều đó được triển khai trên nền mạng FTTx chính là IPTV.
IPTV (Internet Protocol TV) là dịch vụ truyền hình qua kết nối băng rộng dựa trên giao thức Internet. Đây là một trong các dịchvụ Triple - play mà các nhà khai thác dịch vụ viễn thông đang giới thiệu trên phạm vi toànthế giới. Hiểu một cách đơn giản, Triple - play là một loại hình dịch vụ tích hợp 3 trong 1: dịch vụ thoại, dữ liệu và video được tích hợp trên nền IP (tiền thân là từ hạ tầng truyền hình cáp). IPTV đã và đang phát triển với tốc độ rất nhanh.
Tại Việt Nam, IPTV đã trở nên khá gần gũi đối với người sử dụng Internet tại Việt Nam. Các nhà cung cấp như FPT, VNPT, SPT, VTC đã đưa IPTV, VoD... ra thị trường nhưng ở phạm vi và quy mô nhỏ.
5.2. Nguyên lý ghép kênh theo bước sóng quang (WDM) 5.2.1. Sơ đồ khối tổng quát 5.2.1. Sơ đồ khối tổng quát
a) Định nghĩa:
Ghép kênh theo bước sóng (WDM) là công nghệ truyền dẫn đồng thời nhiều bước sóng tín hiệu quang trong một sợi quang. Ở đầuphát, các tín hiệu quang có bước sóng khác nhau được ghép kênh để truyền đi trên một sợi quang. Ở đầu thu, tín hiệu tổ hợp đó được tách kênh khôi phục lại thành các tín hiệu gốc và đưa đến các thiết bị đầu cuối khác nhau.
Hình 5.2. Cấu trúc hệ thống WDM
Khối phát tín hiệu: Trong hệ thống WDM, nguồn phát quang được dùng là Laser. Hiện đã có một số loại nguồn phát như: Laser điều chỉnh được bước sóng (Tunable Laser), Laser đa bước sóng (Multiwavelength Laser)... Yêu cầu đối với nguồn phát Laser là phải có độ rộng phổ hẹp, bước sóng phát ra ổn định; mức công suất phát đỉnh, bước sóng trungtâm, độrộng phổ nằm trong giới hạn cho phép.
Khối ghép/tách tín hiệu (MUX/DEMUX): Ghép tín hiệu WDM là sự kết hợp một số nguồn sáng khác nhau thành một luồng tín hiệu ánh sáng tổng hợp để truyền dẫn qua sợi quang. Tách tín hiệu WDM là sự phân chia luồng ánh sáng tổng hợp đó thành các tín hiệu ánh sáng riêng rẽ tại mỗi cổng đầu ra bộ tách. Hiện tại đã có các bộ tách/ghép tín hiệu WDM như: bộ lọc màng mỏng điện môi, cách tử Bragg sợi, cách tử nhiễu xạ, linh kiện quang tổ hợp AWG, bộ lọc Fabry-Perot... Khi xét đến các bộ tách/ghép WDM, ta phải xét các tham số như: khoảng cách giữa các kênh, độ rộng băng tần của các kênh bước sóng, bước sóng trung tâm của kênh, tính đồng đều của kênh, các loại suy hao…
Truyền dẫn tín hiệu: Quá trình truyền dẫn tín hiệu trong sợi quang chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố: suy hao, tán sắc, các hiệu ứngphi tuyến... Mỗi vấn đề kể trên đều phụ thuộcrất nhiều vào yếu tố sợi quang (loại sợi quang, chất lượng sợi...).
Khối khuếch đại tín hiệu: dùng để bù suy hao trong quá trình truyền. Hệ thống WDM hiện tại chủ yếu sử dụng bộ khuếch đại quang sợi EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier). Tuy nhiên bộ khuếch đại Raman hiện nay cũng đã được sử dụng trên thực tế. Bộkhuếch đại cần có độ lợi đồng đều vớicác kênh bước sóng.
Khối thu tín hiệu: cũng sử dụng các bộ tách sóng quang như trong hệ thống thông tin quang thông thường: PIN, APD.
c) Phân loại hệ thống WDM:
Hệ thống WDM vềcơ bản chia làm 2 loại: hệ thống đơn hướng và song hướng như minh hoạ trên hình 5.3. Hệ thống đơn hướng chỉ truyền theo một chiều trên sợi
quang. Do vậy, để truyền thông tin giữa 2 điểm cần 2 sợi quang. Hệ thống WDM song hướng, ngược lại, truyền hai chiều trên một sợiquang nên chỉ cần một sợi quang để có thể trao đổi thông tin giữa2 điểm.
Hình 5.3. Phân loại hệ thống WDM
Cả hai hệ thống đều có những ưu nhược điểm riêng. Giả sử rằng công nghệ hiện tại chỉ cho phép truyền N bước sóng trên một sợi quang, so sánh hai hệ thống ta thấy:
• Xét về dung lượng, hệ thống đơn hướng có khả năng cung cấp dunglượng cao gấp đôi so với hệ thống song hướng. Ngược lại, số sợi quang cần dùng gấp đôi so với hệ thống song hướng.
• Khi sự cố đứt cáp xảy ra, hệ thống song hướng không cần đến cơ chế chuyển mạch bảo vệ tự động APS (Automatic Protection Switching) vì cả hai đầu của liên kết đều có khả năng nhận biết sự cố ngaylập tức.
• Về khía cạnh thiết kế mạng, hệ thống song hướng khó thiết kế hơn vì còn phải xét thêm các yếu tố như: vấn đề xuyên nhiễu do có nhiều bước sóng hơn trên một sợi quang, đảm bảo định tuyến và phân bố bước sóng sao cho hai chiều trên sợi quang không dùng chung mộtbước sóng…
• Các bộ khuếch đại trong hệ thống song hướng thường có cấu trúc phức tạp hơn trong hệ thống đơn hướng. Tuy nhiên, do số bước sóng khuếch đại trong hệ thống song hướng giảm ½ theo mỗi chiều nên ở hệ thống song hướng, các bộ khuếch đại sẽ cho công suất quang ngõ ra lớn hơn so với ở hệ thống đơn hướng.
5.2.2. Đặc điểm của hệ thống
a) Ưuđiểm:
Dung lượng truyền dẫn lớn: Hệ thống WDM có thể mang nhiều kênh quang, mỗi kênh quang ứng với tốc độ bit nào đó (TDM). Do đó hệ thống WDM có dung lượng truyền dẫn lớn hơn nhiều so với các hệ thống TDM. Hiện nay hệ thống WDM 80 bước sóng với mỗi bước sóng mang tín hiệu TDM 2,5Gbit/s, tổng dung lượng hệ thống sẽ là 200Gbit/s đã được thử nghiệm thành công. Trong khi đó thử nghiệm hệ thống TDM, tốc độ bit mới chỉ đạt tới STM-256 (40Gbit/s).
Loại bỏ yêu cầu khắt khe cũng như những khó khăn gặp phải với hệ thống TDM đơn kênh tốc độ cao: Không giống như TDM phải tăng tốc độ số liệu khi lưu lượng truyền dẫn tăng, WDM chỉ cần mang vài tín hiệu, mỗi tín hiệu ứng với một bước sóng riêng (kênh quang), do đó tốc độ từng kênh quang thấp. Điều này làm giảm đáng kể tác động bất lợi của các tham số truyền dẫn như tán sắc… Do đó tránh được sự phức tạp của các thiết bị TDM tốc độ cao.
Đáp ứng linh hoạt việc nâng cấpdung lượng hệ thống, thậm chí ngay cả khi hệ thống vẫn đang hoạt động: Kỹ thuật WDM cho phép tăng dung lượng của các mạng hiện có mà không phải lắp đặt thêm sợi quang mới (hay cáp quang). Bên cạnh đó nó cũng mở ra một thị trường mới đó là thuê kênh quang (hay bước sóng quang) ngoài việc thuê sợi hoặc cáp. Việc nâng cấp chỉ đơn giản là gắn thêm các Card mới trong khi hệ thống vẫn hoạt động (plug-n-play).
Quản lý băng tần hiệu quả và thiết lập lại cấu hình một cách mềm dẻo và linh hoạt: Việc định tuyến và phân bổ bước sóng trong mạng WDM cho phép quản lý hiệu quả băng tần truyền dẫn và thiết lập lại cấu hình dịch vụ mạng trong chu kỳ sống của hệ thống mà không cần thi công lại cáp hoặc thiết kếlại mạng hiện tại.
Giảm chi phí đầu tư mới.
b) Nhược điểm:
Dung lượng hệ thống vẫn còn quá nhỏ bé so với băng tần sợi quang: Công nghệ WDM ngày nay rất hiệuquả trong việc nâng cao dung lượng nhưng nó cũng chưa khai thác triệt để băng tần rộng lớn của sợi quang. Cho dù công nghệ còn phát triển nhưng dung lượng WDM cũng sẽ đạt đến giá trị tới hạn.
Chi phí cho khai thác tăng do có nhiều hệ thống cùng hoạt động hơn. Tuy nhiên, chi phí cho bảo dưỡng hệ thống WDM vẫn nhỏ hơn rất nhiều nếu so sánh với hệ thống TDM có dung lượng tương đương.
5.3.Mạng WDM
5.3.1. Một số thành phần chính trong mạng WDM5.3.1.1. Thiết bị OADM 5.3.1.1. Thiết bị OADM
Trên thực tế, đôi khi người ta cần thực hiện việc tách hoặc ghép một số kênh xác định nào đó trong luồng tín hiệu. Để thực hiện nhiệm vụ này phải cần đến một loại thiết bị chuyên dụng, đó là thiết bị xen/rẽ kênh hay gọi ngắn gọn là thiết bịxen/rẽ.
Thiết bị xen/rẽ kênh quang (OADM) thựchiện chức năng thêm vào và tách ra một kênh tín hiệu từ tín hiệu WDM mà khônggây ra nhiễu với những kênh khác trong sợi. Theo thời gian chức năng xen/rẽ kênh quang của OADM đã dần hoàn thiện và linh hoạt hơn.
Hình 5.4. Bộ xen/rẽ kênh quang (OADM) 5.3.1.2. Thiết bị OXC
Dưới góc độ phần tử mạng, thiết bị đấu nối chéo quang (OXC) là một phần tử chuyển mạch quang linh hoạt cho phép chuyển mạch tín hiệu tới từ một cổng đầu vào đến một hoặc nhiều cổng đầu ra khác nhau. Dưới góc độ mạng, đấu nối chéo là một nút chuyển mạch mà trạng thái thay đổi theo hệ thống quản lý mạng chứ không theo báo hiệu trong mạng. Do đó những thay đổi nàythường kéo dài trong khoảngthời gian tính bằng giây.