2.1.1. AON
Mạng quang tắch cực sử dụng một số thiết bị quang tắch cực ựể phân chia tắn hiệu là switch, router và multiplexer. Mỗi tắn hiệu ựi ra từ phắa nhà cung cấp chỉ ựược ựưa trực tiếp tới khách hàng yêu cầu nó. Do ựó, ựể tránh xung ựột tắn hiệu ởựoạn phân chia từ nhà cung cấp tới người dùng, cần phải sử dụng một thiết bịựiện có tắnh chất ỘựệmỢ cho quá trình này.
Từ năm 2007, một loại mạng cáp quang phổ biến ựã nảy sinh là Ethernet tắch cực (Active Ethernet). đó chắnh là bước ựi ựầu tiên cho sự phát triển của chuẩn 802.3ah nằm trong hệ
thống chuẩn 802.3 ựược gọi là Ethernet in First Mile (EFM). Mạng Ethernet tắch cực này sử
dụng chuyển mạch Ethernet quang ựể phân phối tắn hiệu cho người sử dụng; nhờ ựó, cả phắa nhà cung cấp và khách hàng ựã tham gia vào một kiến trúc mạng chuyển mạch Ethernet tương tự như mạng máy tắnh Ethernet sử dụng trong các trường học.
Tuy nhiên, 2 mạng này cũng có sự khác biệt ựó là Ethernet trong trường học mục ựắch chủ
yếu là liên kết giữa máy tắnh và máy in còn mạng chuyển mạch Ethernet tắch cực này ựể dùng cho kết nối từ phắa nhà cung cấp tới khách hàng. Mỗi một khối chuyển mạch trong mạng Ethernet tắch cực có thểựiều khiển lên tới 1000 khách hàng nhưng thông thường trong thực tế, 1 chuyển mạch chỉ sử dụng cho từ 400 ựến 500 khách hàng. Các thiết bị chuyển mạch này thực hiện chuyển mạch và ựịnh tuyến dựa vào lớp 2 và lớp 3. Chuẩn 802.3ah cũng cho phép nhà cung cấp dịch vụ cung cấp ựường truyền 100Mbps song công tới khách hàng và tiến tới cung cấp ựường truyền 1Gbps song công.
Hình 2.1. Mạng Active Ethernet
Một nhược ựiểm rất lớn của mạng quang tắch cực chắnh là ở thiết bị chuyển mạch. Với công nghệ hiện tại, thiết bị chuyển mạch bắt buộc phải chuyển tắn hiệu quang thành tắn hiệu
ựiện ựể phân tắch thông tin rồi tiếp tục chuyển ngược lại ựể truyền ựi. điều này sẽ làm giảm tốc
ựộ truyền dẫn tối ựa có thể trong hệ thống FTTH. Ngoài ra do ựây là những chuyển mạch có tốc ựộ cao nên các thiết bị này rất ựắt, không phù hợp với việc triển khai ựại trà cho mạng truy cập.
Hình 2.2. Mạng AON
2.1.2. Mạng PON
Các mạng viễn thông ngày nay ựều dựa trên các thiết bị chủựộng, tại thiết bị tổng ựài của nhà cung cấp dịch vụ lẫn thiết bị ựầu cuối của khách hàng cũng như các trạm lặp, các thiết bị
chuyển tiếp và một số các thiết bị khác trên ựường truyền. Các thiết bị chủựộng là các thiết bị
Với mạng PON, tất cả các thành phần chủ ựộng giữa tổng ựài CO và người sử dụng sẽ
không còn tồn tại mà thay vào ựó là các thiết bị quang thụ ựộng, ựiều khiển lưu lượng trên mạng dựa trên việc phân tách năng lượng của các bước sóng quang học tới các ựiểm ựầu cuối trên ựường truyền. Việc thay thế các thiết bị chủựộng sẽ tiết kiệm chi phắ cho các nhà cung cấp dịch vụ vì họ không còn cần ựến năng lượng và các thiết bị chủ ựộng trên ựường truyền nữa. Các bộ ghép / tách thụ ựộng chỉ làm các công việc ựơn thuần như cho ựi qua hoặc ngăn chặn ánh sángẦ
Vì thế, không cần năng lượng hay các ựộng tác xử lý tắn hiệu nào và từ ựó, gần như kéo dài vô hạn khoảng thời gian trung bình giữa các lần lỗi truy cập MTBF (Mean Time Between Failure), giảm chi phắ bảo trì tổng thể cho các nhà cung cấp dịch vụ.
Mạng quang thụ ựộng (PON) ựược xây dựng nhằm giảm số lượng các thiết bị thu, phát và sợi quang trong mạng thông tin quang FTTH. PON là một mạng ựiểm tới ựa ựiểm, một kiến trúc PON bao gồm một thiết bị ựầu cuối kênh quang ựược ựặt tại trạm trung tâm của nhà khai thác dịch vụ và các bộ kết cuối mạng cáp quang ONU/ONT (Optical Network Unit/Optical Network Terminal) ựặt tại gần hoặc tại nhà thuê bao. Giữa chúng là hệ
thống phân phối mạng quan ODN (Optical Distribution Network) bao gồm cáp quang, các thiết bị tách ghép thụựộng. Kiến trúc của PON ựược mô tả như trong Hình 2.3.
Hình 2.3. Mạng PON
Trong hệ thống PON, kết nối mạng quang ONT có khả năng hỗ trợ kết nối dịch vụ ựiện thoại truyền thống qua giao diện POTS (Plain Old Telephone Service) và các giao tiếp truyền dữ liệu tốc ựộ cao như Ethernet và DSL. đầu cuối ựường dây quang OLT bao gồm các khối giao tiếp PON, một kết cấu chuyển mạch dữ liệu và các phần tử ựiều khiển NE (Network Element). Thiết bị OLT (thiết bị kết cuối kênh quang) ựược ựặt ở phắa nhà cung cấp dịch vụ, còn các thiết bị ONT (thiết bị kết cuối mạng quang) ựược ựặt phắa nguời sử dụng. Thiết bị OLT cung cấp nhiều kênh quang, mỗi kênh quang ựuợc truyền trên một tuyến cáp quang trên ựó có bộ chia. Nhiệm vụ của bộ chia là thu và nhận các tắn hiệu quang ựuợc nhận và phát bởi OLT.
Cáp sợi quang truyền từ OLT sẽ trải dài và kết nỗi tới mỗi ONT. Các bước sóng truyền 1490 nm (hoặc 1550 nm tùy theo lựa chọn) ựuợc dùng cho băng thông chiều xuống từ OLT, trong ựó các bước sóng 1310 nm sẽ ựuợc truyền theo huớng lên bởi mỗi thiết bị ONT. Hệ
thống cung cấp ựịa chỉ, cung cấp băng thông một cách tự ựộng tựựộng cũng như việc mã hóa
ựược sử dung ựể truy trì và phân tách lưu lựợng giữa OLT và ONT.
Tại hướng xuống, OLT phát quảng bá dữ liệu tới tất cả các ONU. Tắn hiệu hướng xuống bao gồm dữ liệu cho các ONT, từ ựầu Khai thác Quản lý và Bảo dưỡng OAM
(Operation Administration and Maintenance) và các tắn hiệu ựồng bộ cho các ONT gửi dữ liệu hướng lên. Dựa vào các thông tin về khe thời gian (kênh), ựịa chỉ gói/tế bào, bước sóng, mã CDMA mà các ONT tách dữ liệu tương ứng với thuê bao của khách hàng.
Trong hướng lên, mỗi một ONU cần có giao thức ựiều khiển truy nhập môi trường MAC (Medium Access Control) ựể chia sẻ PON. Giao thức MAC thường ựược sử
dụng trong PON là ựa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA, khi ựó mỗi ONT ựược cấp một khe thời gian (kênh) ựể gửi dữ liệu của mình tới OLT. Ngoài ra trong hướng lên cần phải có khoảng thời gian bảo vệ giữa các nhóm gói dữ liệu của các ONT, khoảng thời gian này phải
ựảm bảo sao cho tại bộ thu OLT dữ liệu không bị trùm phủ lên nhau.
Thông thường các hệ thống TDMA-PON gán trước một tỷ lệ phân chia cố ựịnh băng thông hướng lên cho các ONT mà không quan tâm có bao nhiêu dữ liệu ựược gửi ựi. Một giải pháp ựể phân bổ băng thông cho các ONT là sử dụng giao thức phân bổ băng thông ựộng DBA (Dynamic Bandwidth Allocation). DBA là giao thức cho phép các ONT gửi yêu cầu về
băng thông tới OLT nhằm sử dụng hiệu quả băng thông hướng lên. Các thông tin yêu cầu có thể là các mức ựầy hàng ựợi ựầu vào cho các lớp dịch vụ khác nhau. OLT ựánh giá các yêu cầu từ các ONT và gán băng thông cho gửi dữ liệu hướng lên ở lần kế tiếp theo. OLT cũng có thể
tắch hợp chức năng thỏa thuận mức dịch vụ SLA (Service Level Agreement) ựể kết hợp với DBA trong việc phân bổ băng thông.
Các hệ thống PON thường truyền dữ liệu cả hướng xuống và hướng lên trong cùng một sợi quang. Trên mỗi sợi mặc dù các bộ nối ựịnh hướng cho phép sử dụng cùng một bước sóng cho cả 2 hướng, tuy nhiên ựối với các hệ thống truyền tải tốc ựộ cao ựể ựảm bảo chất lượng thì thông thường mỗi hướng sử dụng một bước sóng riêng. Trong các mạng PON các bước sóng
ựược sử dụng là 1490nm hoặc 1550nm cho hướng xuống và 1310nm cho tắn hiệu ựường lên.
Ưu ựiểm của PON là nó sử dụng các bộ tách/ghép quang thụ ựộng, có giá thành rẻ và có thể ựặt ở bất kì ựâu, không phụ thuộc vào các ựiều kiện môi trường, không cần phải cung cấp năng lượng cho các thiết bị giữa phòng máy trung tâm và phắa người dùng. Ngoài ra, ưu ựiểm này còn giúp các nhà khai thác giảm ựược chi phắ bảo dưỡng, vận hành. Nhờ ựó mà kiến trúc
PON cho phép giảm chi phắ cáp sợi quang và giảm chi phắ cho thiết bị tại nhà cung cấp do nó cho phép nhiều người dùng (thường là 32) chia sẻ chung một sợi quang.
2.1.3. Các chuẩn trong mạng PON
Các chuẩn mạng PON có thể chia thành 2 nhóm: nhóm 1 bao gồm các chuẩn theo phương thức truy nhập TDMA-PON như là B-PON (Broadband PON), E-PON (Ethernet PON), G- PON (Gigabit PON) (ựặc tắnh các của chuẩn TDMA-PON ựược so sánh trong Bảng 1.1); nhóm 2 bao gồm chuẩn theo các phương thức truy nhập khác như WDM-PON (Wavelength Division Multiplexing PON) và CDMA-PON (Code Division Multiple Access PON)
2.1.3.1. B-PON
Mạng quang thụ ựộng băng rộng B-PON ựược chuẩn hóa trong chuỗi các khuyến nghị
G.938 của ITU-T. Các khuyến nghị này ựưa ra các tiêu chuẩn về các khối chức năng ONT và OLT, khuôn dạng và tốc ựộ khung của luồng dữ liệu hướng lên và hướng xuống, giao thức truy nhập hướng lên TDMA, các giao tiếp vật lý, các giao tiếp quản lý và ựiều khiển ONT và DBA.
Trong mạng B-PON, dữ liệu ựược ựóng khung theo cấu trúc của các tế bào ATM. Một khung hướng xuống có tốc ựộ 155Mbit/s (56 tế bào ATM có khắch thước 53byte), hoặc 622 Mbit/s (4*56 tế bào ATM) và một tế bào quản lý vận hành bảo dưỡng lớp vật lý OAM (PLOAM Ờ Physical Layer OAM) ựược chèn vào cứ mỗi 28 tế bào trong kênh. PLOAM có một bắt ựể nhận dạng các tế bào PLOAM. Ngoài ra các tế bào PLOAM có khả
năng lập trình ựược và chứa thông tin như là băng thông hướng lên và các bản tin OAM.
Căn cứ vào các thông tin về mã số nhận dạng kênh ảo và nhận dạng ựường ảo (VPI/VCI) trong cấu trúc ATM, các ONT nhận biết và tách dữ liệu ựường xuống của mình. Cấu trúc khung hướng lên bao gồm 56 tế bào ATM (53 byte). Mỗi một kênh (time slot) gồm có một tế
bào ATM/PLOAM và 24 bắt từ mào ựầu. Từ mào ựầu mang thông tin về khoảng thời gian bảo vệ (guard time), mào ựầu cho phép ựồng bộ và khôi phục tắn hiệu tại OLT, và thông tin nhận dạng ựiểm kết thúc của từ mào ựầu. Chiều dài của từ mào ựầu và các thông tin chứa trong ựó
ựược lập trình bởi OLT. Các ONT thực hiện gửi các tế bào PLOAM khi chúng nhận
B-PON sử dụng giao thức DBA ựể cho phép OLT nhận biết lượng băng thông cần thiết cấp cho các ONT. OLT có thể giảm hoặc tăng băng thông cho các ONT dựa vào gửi các tế báo ATM rỗi hoặc làm ựầy tất cả hướng lên bởi dữ liệu của ONT. OLT dừng ựịnh kỳ việc truyền hướng lên do vậy nó có khả năng mời bất kỳ ONT mới nào tham gia vào hoạt ựộng hệ thống. Các ONT mới phát một bản tin phúc hồi trong cửa sổ này với thời gian trễ ngẫu nhiên ựể tránh xung ựột khi mà có nhiều ONT mới muốn tham gia. OLT xác ựịnh khoảng cách tới mỗi ONT mới bằng việc gửi tới ONT một bản tin ựo cự ly và xác ựịnh thời gian bao lâu ựể thu ựược bản tin phúc hồi. Sau ựó OLT gửi tới ONT một giá trị trễ, giá trị này ựược sử dụng ựể xác ựịnh thời gian bảo vệứng với các ONT.
2.1.3.2. BPON và Gigabit PON
E-PON là giao thức mạng truy nhập ựầy ựủ dịch vụ FSAN (Full Service Access Network) TDMA PON thứ nhất ựược phát triển dựa trên khai thác các ưu ựiểm của công nghệ Ethernet ứng dụng trong thông tin quang. E-PON ựược chuẩn hóa bởi IEEE 802.3.
Trong E-PON dữ liệu hướng xuống ựược ựóng khung theo khuôn dạng Ethernet. Các khung E- PON có cấu trúc tương tự như các liên kết Gigabit Ethernet ựiểm tới ựiểm ngoại trừ
từ mào ựầu và thông tin xác ựịnh ựiểm bắt ựầu của khung ựược thay ựổi ựể mang trường nhận dạng kênh logic LLID (Link logic ID) nhằm xác ựịnh duy nhất một ONU MAC. Trong hướng lên, các ONU phát các khung Ethernet trong các khe thời gian ựã ựược phân bổ.
ONU sử dụng giao thức ựiều khiển ựa ựiểm MPCPDU (Multipoint Control Protocol Data Unit) ựể gửi các bản tin ỘReportỢ yêu cầu băng thông, trong khi ựó OLT gửi bản tin ỘGateỢ cấp phát băng thông cho các ONU. Các bản tin ỘGateỢ bao gồm thông tin về thời gian bắt ựầu và khoảng thời gian cho phép truyền dữ liệu ựối với ONU. OLT cũng ựịnh kỳ gửi các bản tin ỘGateỢ tới các ONU hỏi xem chúng có yêu cầu băng thông hay không. Các ONU cũng có thể gửi ỘReportỢ cùng với dữ liệu ựược phát trong hướng lên. Ngoài ra, giao thức DBA cũng có thểựược sử dụng trong E-PON ựể thực hiện cơ chếựiều khiển phân bổ băng thông.
Do không có cấu trúc khung thống nhất ựối với hướng xuống và hướng lên, do vậy trong cấu trúc của E-PON, các khe thời gian và giao thức xác ựịnh cự ly là khác so với B-PON và G-
PON. OLT và các ONU duy trì các bộ ựếm cục bộ riêng và tăng thêm 1 sau mỗi 16ns. Mỗi một MPCPDU mang theo một thời gian mẫu, mẫu này là giá trị của bộựệm cục bộ
của ONU tương ứng. Tốc ựộ truyền dữ liệu E-PON có thểựạt tới 1Gbit/s.
Một chuẩn khác cũng cùng họ với E-PON là chuẩn Gbit/s Ethernet PON (IEEE 802.3av Ờ Gbit/s PON). Chuẩn này là phát triển của E-PON tại tốc ựộ 10Gbit/s và ựược ứng dụng chủ yếu trong các mạng quảng bá video số. Gbit/s PON cho phép phân phối nhiều dịch vụựòi hỏi băng thông lớn, ựộ phân giải cao, ựóng gói IP các luồng dữ liệu video ngay cả khi hệ số chia OLT/ONT là 1:64 hoặc cao hơn. Tại thời ựiểm hiện tại, tốc ựộ chiều xuống của GPON khoảng 2.5 Gbps, và chiều lên là 1.25 Gbps. Nếu 1 OLT phục vụ duy nhất một thuê bao thì thuê bao ựó có thểựuợc khai thác toàn bộ băng thông như trên, tuy nhiên thông thường trong các mạng ựã triển khai tại một số nuớc trên thế giới, nhà cung cấp thường thiết kế tốc ựộ cho một thuê bao sử dụng PON vào khoảng 100 Mbps cho chiều xuống và 40 Mbps cho chiều lên. Với tốc ựộ
truy nhập như vậy, băng thông ựã thỏa mãn cho hầu hết các ứng dụng cao cấp như HDTV (khoảng 10 Mbps, chiều lên chiều xuống, chiều lên cho peer-to-peer HDTV). Tuy nhiên, GPON cũng có nhược ựiểm chắnh là : thiếu tắnh hội tụ IP; có một kết nối duy nhất giữa OLT và bộ chia, nếu kết nối này mất toàn bộ ONT không ựược cung cấp dịch vụ.
G-PON là giao thức FSAN TDMA PON thứ 2 ựược ựịnh nghĩa trong chuỗi khuyến nghị
G.984 của ITU-T. G-PON ựược xây dựng trên trải nghiệm của B-PON và E-PON. Mặc dù G- PON hỗ trợ truyền tải tin ATM, nhưng nó cũng ựưa vào một cơ chế thắch nghi tải tin mới mà
ựược tối ưu hóa cho truyền tải các khung Ethernet ựược gọi là phương thức ựóng gói G-PON (GEM Ờ GPON Encapsulation Method).
GEM là phương thức dựa trên thủ tục ựóng khung chung trong khuyến nghị G.701 ngoại trừ việc GEM tối ưu hóa từ mào ựầu ựể phục vụ cho ứng dụng của PON, cho phép sắp xếp các