Hình 4-5 : Mơ hình cung cấp dịch vụ triple play
3.1.1.3. Khối dịch vụ (service shell)
Phần này hỗ trợ chuyển đổi giữa giao diện dịch vụ và giao diện khung bên trong phần mạng PON.
3.1.2. Khối mạng quang ONU (Optical Network Unit)
Hình 3-3: Sơ đồ khối ONU
Khối mạng quang ONU được đặt ở phía trường thuê bao cho kết cuối truyền dẫn, cung cấp giao diện phía người dùng và được kết nối với mạng ODN. Giao diện giữa ONU với thiết bị mạng được gọi là giao diện mạng-người dùng UNI (User Network Interface). Cấu hình điển hình của một ONU được mơ tả trên hình 3-3.
ONU gồm các chức năng sau:
Chuyển đổi định dạng bản tin từ giao diện mạng-người dùng sang giao diện khung bên trong phần mạng GPON (Khung GTC).
Đồ án tốt nghiệp 24 Sinh viên: Bùi Thị Phong
Điều khiển khung đường lên và xuống trong phần mạng GPON.
Các khối chức năng của GPON ONU hầu hết đều giống như của OLT. Vì ONU hoạt động chỉ với một giao diện PON đơn, nên chức năng kết nối chéo có thể bị bỏ đi. Tuy nhiên, thay cho chức năng này, chức năng dịch vụ MUX và DEMUX được hỗ trợ để chuyển đổi những chức năng PON core shell sang service shell.
3.1.3. Mạng phân phối quang ODN (Optical Distribution Network)
Mạng phân phối quang ODN cung cấp môi trường truyền dẫn quang cho các kết nối vật lý từ ONU đến OLT. ODN bao gồm: mạng cáp quang thuê bao và thiết bị tách/ghép quang thụ động, các connector và các mối nối.
3.1.3.1. Mạng cáp quang thuê bao
Hình 3-4: Cấu trúc cơ bản mạng cáp quang thuê bao
Mạng cáp thuê bao quang được xác định trong phạm vi ranh giới từ giao tiếp sợi quang giữa thiết bị OLT đến thiết ONU/ONT.
Mạng cáp quang thuê bao được cấu thành bởi các thành phần chính như sau: Cáp quang gốc (Feeder Cable): xuất phát từ phía nhà cung cấp dịch vụ (hay còn
gọi Chung là Central Office) tới điểm phân phối được gọi là DP (Distribution Point).
Điểm phân phối sợi quang (DP): là điểm kết thúc của đoạn cáp gốc. Trên thực tế triển khai, điểm phân phối sợi quang thường là măng xông quang, hoặc các tủ cáp quang phối, ưu tiên dùng măng xông quang.
Cáp quang phối (Distribution Optical Cable): xuất phát từ điểm phối quang (DP) tới các điểm truy nhập mạng (AP – Access Point) hay từ các tủ quang phối tới các tập điểm quang.
Đồ án tốt nghiệp 25 Sinh viên: Bùi Thị Phong
Cáp quang thuê bao (Drop Cable): xuất phát từ các điểm truy nhập mạng (AP) hay là từ các tập điểm quang đến thuê bao.
Hệ thống quản lý mạng quang (FMS – Fiber Management System) được sử dụng để bảo dưỡng và xử lý sự cố.
Điểm quản lý quang (FMP - Fiber Management Point): dễ dàng cho xử lý sự cố và phát hiện đứt đường.
3.1.3.2. Bộ tách/ghép quang
Hình 3-5: Cấu trúc cơ bản các loại coupler
Một mạng quang thụ động sử dụng một thiết bị thụ động để tách một tín hiệu quang từ một sợi quang sang một vài sợi quang và ngược lại. Thiết bị này là Coupler quang, thường được đặt tại các điểm phân phối quang (DP) và các điểm truy nhập quang (AP). Dạng đơn giản nhất là Coupler quang gồm hai sợi nối với nhau. Tỉ số tách của bộ tách có thể được điều khiển bằng chiều dài của tầng nối và vì thế nó là hằng số.
Hình 2-5a có chức năng tách tia vào thành 2 tia ở đầu ra, đây là Coupler Y. Hình 2-5b là Coupler ghép các tín hiệu quang tại hai đầu vào thành một tín hiệu tại đầu ra. Hình 2-5c 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 là Coupler hình sao. Coupler NxN được tạo ra từ nhiều Couper 2x2 (Hình 3-6).
Đồ án tốt nghiệp 26 Sinh viên: Bùi Thị Phong
a) Coupler 4 ngăn 8x8 b) Coupler 3 ngăn 8x8
Splitting loss (tổn hao tách): Mức năng lượng ở đầu ra của Coupler so với năng lượng đầu vào (dB). Đối với Coupler 2x2 lý tưởng, giá trị này là 3dB. Hình 2-6 minh họa hai mơ hình 8x8 Coupler dựa trên 2x2 Coupler. Trong mơ hình 4 ngăn (Hình 2-6a), chỉ 1/16 năng lượng đầu vào được chia ở mỗi đầu ra. Hình 2-6b đưa ra mơ hình hiệu quả hơn gọi là mạng liên kết mạng đa ngăn. Trong mơ hình này mỗi đầu ra nhận được 1/8 năng lượng đầu vào.
Insertion loss (tổn hao chèn): Năng lượng tổn hao do sự chưa hồn hảo của q trình xử lý. Giá trị này nằm trong khoảng 0,1dB đến 1dB.
Directivity (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 hướng trong khoảng 40-50dB.
Hình 3-6: Coupler 8x8 được tạo ra từ nhiều coupler 2x2
Thông thường, các Coupler được chế tạo chỉ có một cổng vào hoặc một Combiner (bộ kết hợp). Đôi khi các Coupler 2x2 được chế tạo có tính khơng đối xứng cao (với tỷ số tách là 5/95 hoặc 10/90). 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” hay bộ ghép rẽ.
3.2. Các thông số kĩ thuật cơ bản của GPON 3.2.1. Tốc độ bit 3.2.1. Tốc độ bit 3.2.1. Tốc độ bit
GPON định nghĩa 7 dạng tốc độ bit như sau: Đường lên 155 Mbit/s, đường xuống 1.2 Gbit/s. Đường lên 622 Mbit/s, đường xuống 1.2 Gbit/s. Đường lên 1.2 Gbit/s, đường xuống 1.2 Gbit/s. Đường lên 155 Mbit/s, đường xuống 2.4 Gbit/s. Đường lên 622 Mbit/s, đường xuống 2.4 Gbit/s.
Đồ án tốt nghiệp 27 Sinh viên: Bùi Thị Phong
Đường lên 1.2 Gbit/s, đường xuống 2.4 Gbit/s. Đường lên 2.4 Gbit/s, đường xuống 2.4 Gbit/s.
3.2.2. Khoảng cách logic
Khoảng cách logic là khoảng cách lớn nhất giữa ONU/ONT và OLT ngoại trừ khoảng vật lý. Trong mạng GPON, khoảng cách logic lớn nhất là 60 km.
3.2.3. Khoảng cách vật lý
Khoảng cách vật lý là khoảng cách vật lý lớn nhất giữa ONU/ONT và OLT. Trong mạng GPON, có hai tùy chọn cho khoảng cách vật lý là 10 km và 20 km. Ðối với vận tốc truyền lớn nhất là 1.25 Gbit/s thì khoảng cách vật lý là 10 km.
3.2.4. Khoảng cách sợi quang chênh lệch
Trong mạng GPON khoảng cách sợi quang chênh lệch là 20 km. Thơng số này có ảnh hưởng đến kích thước trường phủ mạng và cần tương thích với tiêu chuẩn ITU- T Rec. G.983.1.
3.2.5. Tỉ lệ chia
Ðối với nhà khai thác mạng thì tỉ lệ chia càng lớn càng tốt. Tuy nhiên tỉ lệ chia lớn thì địi hỏi công suất quang phát cao hơn để hỗ trợ khoảng cách vật lý lớn hơn. Tỉ lệ chia 1:64 là tỉ lệ lý tưởng cho lớp vật lý với công nghệ hiện nay. Tuy nhiên trong các bước phát triển tiếp theo thì tỉ lệ 1:128 có thể được sử dụng.
3.3. Kỹ thuật truy nhập và phương thức ghép kênh 3.3.1. Kỹ thuật truy nhập 3.3.1. Kỹ thuật truy nhập 3.3.1. Kỹ thuật truy nhập
Công nghệ truyền dẫn đa truy nhập là các kỹ thuật chia sẻ tài nguyên hữu hạn cho một lượng khách hàng. Trong hệ thống GPON, tài nguyên chia sẻ chính là băng thơng truyền dẫn. Tuy khơng cịn là một lĩnh vực mới mẻ trong ngành viễn thông trên thế giới nhưng các kỹ thuật truy nhập cũng là một trong những cơng nghệ địi hỏi những yêu cầu ngày càng cao để hệ thống thoả mãn được các yêu cầu về độ ổn định cao, thời gian xử lý thơng tin và trễ thấp, tính bảo mật và an tồn dữ liệu cao.
Kỹ thuật truy nhập được sử dụng phổ biến trong các hệ thống GPON hiện nay là đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA). TDMA là kỹ thuật phân chia băng thông truyền dẫn thành những khe thời gian kế tiếp nhau. Những khe thời gian này có thể được ấn định trước cho mỗi khách hàng hoặc có thể phân theo yêu cầu tuỳ thuộc vào phương thức chuyển giao đang sử dụng.
Đồ án tốt nghiệp 28 Sinh viên: Bùi Thị Phong
Hình 3-7 là một ví dụ về việc sử dụng TDMA trên GPON hình cây. Mỗi thuê bao được phép gửi số liệu đường lên trong khe thời gian riêng biệt. Bộ tách kênh sắp xếp số liệu đến theo vị trí khe thời gian của nó hoặc thơng tin được gửi trong bản thân khe thời gian. Số liệu đường xuống cũng được gửi trong những khe thời gian xác định.
Hình 3-7: TDMA GPON
GPON sử dụng kỹ thuật TDMA có ưu điểm rất lớn đó là các ONU có thể hoạt động trên cùng một bước sóng, và OLT hồn tồn có khả năng phân biệt được lưu lượng của từng ONU. OLT cũng chỉ cần một bộ thu, điều này sẽ dễ dàng cho việc triển khai thiết bị, giảm được chi phí cho các q trình thiết kế, sản xuất, hoạt động và bảo dưỡng và có thể lắp đặt dễ dàng thêm các ONU nếu có nhu cầu nâng cấp mạng.
Một đặc tính quan trọng của GPON sử dụng TDMA là yêu cầu bắt buộc về đồng bộ của lưu lượng đường lên để tránh xung đột số liệu. Xung đột này sẽ xảy ra nếu hai hay nhiều gói dữ liệu từ những thuê bao khác nhau đến bộ ghép cùng một thời điểm. Tín hiệu này đè lên tín hiệu kia và tạo thành tín hiệu ghép. 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. Tuy nhiên các vấn đề trên đều được khắc phục với cơ chế định cỡ (ranging) và cấp phát băng thông động của GPON mà chúng ta sẽ đề cập ở phần sau.
3.3.2. Phương thức ghép kênh
Phương thức ghép kênh được dùng trong PON là phương thức ghép kênh phân chia theo thời gian TDM. TDM là sự phân định dung lượng tổng cộng của kênh tổng theo khe thời gian cho các người sử dụng (ONT/ONU) khác nhau trên cơ sở từ đầu
Đồ án tốt nghiệp 29 Sinh viên: Bùi Thị Phong
cuối tới đầu cuối. Nghĩa là mỗi một người sử dụng sẽ được ấn định một TS (Time Slot) cố định để dữ liệu truyền đi từ OLT đến ONT/ONU riêng biệt, để bảo đảm an toàn và nguyên vẹn dữ liệu.