2.1.4.1. Bộ tách/ghép quang
Một mạng quang thụ ựộng sử dụng một thiết bị thụ ựộng ựể tách một tắn hiệu quang từ
một sợi quang sang một vài sợi quang và ngược lại. Thiết bị này là Coupler quang. để ựơn giản, một Coupler quang gồm hai sợi nối với nhau. Tỷ số tách của bộ tách có thể ựược ựiều khiển bằng chiều dài của tầng nối và vì thế nó là hằng số.
a) c) b) I I I I I O2 O3 O2 O2 O3 Hình 2.5. Cấu hình cơ bản bộ ghép/tách quang
Hình 2.5a có chức năng tách tia vào thành 2 tia ở ựầu ra, ựây là Coupler Y.Hình 2.5b là Coupler ghép các tắn hiệu quang tại hai ựầu vào thành một tắn hiệu tại ựầu 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 ựược tạo ra từ
Hình 2.6. Coupler hình sao và phương pháp tạo 1x8 coupler từ Y coupler
Coupler ựược ựặc trưng bởi các thông số sau:
Ớ Tổn hoa tách (split loss): Mức năng lượng ở ựầu ra của Coupler so với năng lượng
ựầu vào (db). đối với Coupler 2x2 lý tưởng, giá trị này là 3dB. Hình 1.10 minh hoạ hai mô hình 8x8 Coupler dựa trên 2x2 Coupler. Trong mô hình 4 ngăn (hình a), chỉ 1/6 năng lượng
ựầu vào ựược chia ở mỗi ựầu ra. Hình (b) ựưa ra mô hình hiệu quả hơn gọi là mạng liên kết mạng ựa ngăn. Trong mô hình này mỗi ựầu ra nhận ựược 1/8 năng lượng ựầu vào.
Ớ Tổn hao chèn (insert loss): Năng lượng tổn hao do sự chưa hoàn hảo của quá trình xử
lý. Giá trị này nằm trong khoảng 0,1dB ựến 1dB.
Ớ Hệ sốựịnh hướng (Directivity): Lượng năng lượng ựầu vào bị rò rỉ từ một cổng ựầu vào ựến các cổng ựầu vào khác. Coupler là thiết bị ựịnh hướng cao với thông số ựịnh hướng trong khoảng 40-50dB.
Thông thường, các Coupler ựược chế tạo chỉ có một cổng vào hoặc một bộ kết hợp (Combiner). đôi khi các Coupler 2x2 ựược chế tạo có tắnh không ựối xứng cao ( với tỷ số tách là 5/95 hoặc 10/90). Các Coupler loại này ựược sử dụng ựể tách một phần năng lượng tắn hiệu, vắ dụ với mục ựắch ựịnh lượng. Các thiết bị như thế này ựược gọi là Ộtap couplerỢ. Bộ
tách/ghép quang ựược sử dụng rộng rãi trong mạng PON ựể xây dựng thành 4 topo cơ bản nhất về mạng là : hình cây , vòng , bus và hình cây & ựường tải dự phòng.
2.1.4.2. Topo hình cây
Thông thường trong các mạng ựều ựược xây dựng theo topo hình cây trong ựó chỉ sử dụng 1 ựường cáp quang nối trực tiếp từ OLT tới bộ chia. Từ bộ chia, sẽ có một ựường cáp quang kết nối từ mỗi ONU tới mạng. Về nguyên tắc, các mạng ựều sử dụng topo hình cây với kiến trúc bộ chia ghép tầng và trong thực tế, trong một số mạng chỉ có 1 bộ chia thường ựược gọi là topo hình sao.
Ưu ựiểm ựầu tiên của kiến trúc mạng này là bộ chia ựược tập trung tại một ựiểm nên dễ
dàng xác ựịnh ựược những sự cố của mạng. Ưu ựiểm thứ hai chắnh là tất cả các ONU trong cùng mạng sẽ có chung dự trữ công suất hay nói cách khác là chất lượng tắn hiệu tại các ONU sẽ gần tương tự như nhau. Kiến trúc này cho phép các ONU ựược sử dụng chung OLT về cả
khả năng xử lý và truyền tải một cách công bằng ựồng thời giúp nhà sản xuất hạ giá thành các thiết bị mạng. Hơn nữa, kết nối ựiểm Ờ ựa ựiểm của mạng PON cũng giảm trạng thái tắc nghẽn
ở phắa OLT so với kết nối ựiểm - ựiểm thông thường. Tuy nhiên, số lượng ONU trong mạng theo topo này cũng bị giới hạn bởi suy hao của các bộ ghép hình sao và nhu cầu băng thông của người sử dụng. Bởi vì dung lượng của người sử dụng phải phù hợp với khả năng cung cấp của ựường truyền sau bộ chia nên ựó cũng là một lý do hạn chế số lượng người sử dụng.
Topo hình sao với 1 bộ chia là kiểu topo thường gặp trong thực tế bởi khả năng có thể
chuyển ựổi dễ dàng và hiệu quả từ công nghệ băng hẹp (2Mbps cho mỗi khách hàng) lên tới mạng quang băng rộng (1Gbps cho mỗi khách hàng). Khi số khách hàng yêu cầu dịch vụ tăng lên, mạng PON với topo hình sao sẽ ựược chia nhanh chóng thành các mạng nhỏ hơn bằng cách thêm bộ chia và OLT trong mạng. Vì vậy, topo dạng này rất dễ dàng triển khai mở rộng mạng cho nhà cung cấp. Thông thường, PON hình sao thường sử dụng các bộ ghép/chia quang thụ ựộng hình sao mở rộng ( passive optical broadcast star coupler) do khả năng cung cấp số
lượng cổng vào hoặc ra một cách linh hoạt của bộ chia này. Nhà cung cấp có thể dễ dàng phân phối một số lượng cổng phát hữu hạn cho số cổng ra thay ựổi (và ngược lại) hoặc có thể phân
phối một số lượng cổng phát và thu thay ựổi nếu sử dụng thêm kỹ thuật WDM (cách này thường có giá thành cao trong thực tế) với bộ chia này.
Nhược ựiểm của topo hình cây là chỉ có thể sử dụng cho kỹ thuật ựa truy nhập TDMA trong ựó các khe thời gian truyền nhận giữa OLT và các ONU ựược chỉ ựịnh cho mỗi ựường kết nối riêng biệt từ mỗi ONU tới mạng ựể tránh xảy ra xung ựột dữ liệu giữa các ONU khi phát lên OLT thông qua bộ chia. Thông thường, trong mạng kiểu này việc chỉ ựịnh khe thời gian sẽ ựược cấp phát ựộng cho mỗi ONU khi liên kết vào mạng. Một ựiểm yếu khác của topo hình sao là ựộ tin cậy của mạng không cao, mỗi khi tổng ựài phắa nhà cung cấp CO gặp sự cố
sẽ gây sự cố cho toàn mạng. Ngoài ra cần phải kểựến những sự cố khác trong mạng như lỗi tại bộ khuếch ựại, tại bộ truyền nhận, Ầ tại node trong mạng cũng ảnh hưởng tới chất lượng của toàn mạng. Một lý do dễ dàng nhận thấy nữa là do hạn chế tại các kết nối sau bộ chia làm cho khách hàng luôn luôn bị hạn chế tốc ựộ bởi 1 giá trị hằng ựịnh dẫn ựến làm giảm tắnh tận dụng của mạng trong việc phân phối băng thông cho người dùng.
Hình 2.7. Topo hình cây
2.1.4.3.Topo dạng bus
Topo dạng bus cũng sử dụng 1 cáp quang từ OLT tới khách hàng nên cũng gặp phải những vấn ựề tương tự như topo hình cây ở trên. Mỗi người sử dụng ựược kết nối vào mạng thông qua một bộ ghép dây nhánh (tap coupler) và bộ ghép này sẽ ựưa một phần công suất tắn hiệu phát từ OLT ựi tới người sử dụng. Ưu ựiểm của phương pháp này là khả năng tối thiểu hóa số cáp quang cần ựược sử dụng (nếu ONU ựược kết nối trực tiếp tới bộ ghép) và mở rộng mạng một cách linh hoạt, dễ dàng (khi có thêm ONU mới tham gia vào mạng thì chỉ cần dùng
thêm bộ ghép ựể kết nối trực tiếp vào mạng). Tuy nhiên, topo này cũng có nhược ựiểm là : tắn hiệu quang suy hao dần qua mỗi bộ ghép nên ONU ở xa OLT có thể không thu ựược tắn hiệu do chất lượng tắn hiệu quá tồi sau khi ựi qua một số lượng nhất ựịnh bộ ghép nhánh. đồng thời, với topo này sẽ yêu cầu một ựường cáp quang có ựộ dài rất lớn khi mở rộng trong mạng 2 chiều.
Hình 2.8. Topo dạng bus
2.1.4.4. Topo dạng vòng
Topo dạng vòng ựược sử dụng chắnh trong các mạng thành phố lớn bởi khả năng mềm dẻo trong việc tối ưu hóa các ựường truyền. Trong topo dạng vòng, tồn tại 2 ựường kết nối từ OLT tới mỗi ONU nên nó có khả năng rất linh hoạt trong việc thiết lập và bảo trì mạng cáp quang kể
cả trong trường hợp cáp quang bịựứt. Tuy nhiên, nó cũng yêu cầu sử dụng 2 sợi quang tại OLT và những thiết bị phức tạp khác có khả năng chuyển mạch và truyền nhận tắn hiệu theo 2 hướng trong vòng tại mỗi ONU. Do ựó, topo dạng vòng cũng có những nhược ựiểm tương tự
như topo dạng bus về dự trữ công suất trên ựường truyền. Khi tắn hiệu quang ựược truyền qua mỗi ONU, tắn hiệu bị suy hao ựáng kể; ựiều này ựã gây ra giới hạn cho khả năng truyền nhận và số lượng ONU trong topo dạng vòng. Dung lượng của mạng ựược chia sẻ một cách mềm dẻo cho các ONU trong mạng nên việc sử dụng 2 cáp quang trong mạng vòng cũng không cải thiện ựược dung lượng của mạng và tất nhiên, số lượng ONU trong mạng topo dạng vòng cũng không hề lớn hơn trong mạng có topo dạng bus và hình cây.
Hình 2.9. Topo dạng vòng
2.1.4.5. Topo hình cây kết hợp topo dạng vòng hoặc ựường tải phụ
Topo dạng này ựược sử dụng như 1 loại topo chuẩn cho mạng hình cây nhưng trong ựó sử
dụng 2 cáp quang cho OLT nhằm mục ựắch tăng sự mềm dẻo trong việc khai thác mạng. Trong trường hợp 1 cáp quang bị ựứt thì cáp còn lại vẫn có khả năng hoạt ựộng trong mạng. Tuy nhiên, trong quá trình thiết lập mạng này, 2 ựường cáp quang ựược sử dụng cho 2 ựường tải khác nhau nhằm mục ựắch tránh khả năng xảy ra 2 ựường cáp quang bị ựứt tại cùng một thời
ựiểm. Các bộ ghép quang hình sao cũng ựược sử dụng trong mạng ựể cung cấp khả năng chuyển mạch một cách chủ ựộng trong việc lựa chọn ựường tải tới OLT cho mỗi ONU tham gia vào mạng hoặc khả năng cung cấp dòng dữ liệu tăng lên gấp ựôi khi sử dụng chuyển mạch tại mỗi ONU. Như vậy, dung lượng cực ựại trên mỗi ựường tải trong mạng quang sẽựược giảm một nửa và do ựó, không còn giới hạn số ONU ựược sử dụng trong mạng mà vẫn ựảm bảo tốc
ựộ truyền nhận ở mỗi cổng tại mỗi ONU tham gia vào mạng.
Hình 2.10. Topo hình cây với ựường tải phụ
Trong thực tế, việc kết hợp cả 3 topo cơ bản cho phép nhà cung cấp có thể cung cấp một mạng có khả năng tập trung với mật ựộ cao nhưng vẫn ựảm bảo chất lượng dịch vụ trong các mạng 2 chiều. Sự kết hợp giữa topo dạng vòng cổ ựiển và topo hình cây mang lại khả năng
phân phối mềm dẻo và tối ưu trong việc thiết kế mạng quang trên từng ựoạn như trong hình vẽ
1.15. Một phương pháp tiếp cận khác là sự kết hợp của 2 topo dạng vòng trên mỗi ựoạn mạng cung cấp khả năng linh hoạt trong việc phân phối mạng (hình 1.16). Tuy nhiên, phương pháp này sử dụng những giao thức quản trị mạng phức tạp và nhiều cáp quang trong quá trình thiết lập mạng. Hiện nay, có rất nhiều nghiên cứu trong việc thiết lập và xây dựng mạng này.
Hình 2.11. Topo hình cây kết hợp topo dạng vòng