3.2.6 Công nghệ chuyên giao tín hiệu cho mạng PON
N h ữ n g y ê u c ầ u ch ủ y ếu v ề b ă n g t ầ n k h ô n g đ ố i x ứ n g v à b i ế n t h i ê n c ủ a m ạ n g
các hệ thống phải mềm dẻo hơn với khả năng tận dụng băng tần và năng lực tập trung (khả năng phân bổ và giải phóng băng tần cùng với các sự kiện cuộc gọi). Sự hiện hữu của lưu lượng đa phương tiện và tính đa dạng về tốc độ truyền dẫn riêng cho từng môi trường trong mạng truy nhập nảy sinh vấn đề tìm chế độ chuyển giao phù hợp, thích ứng được các đặc trưng lưu lượng và tốc độ tải tin khác nhau, ở góc độ khác, mạng truy nhập phải có khả năng hỗ trợ nhiều kiểu dịch vụ khác nhau trên một cơ sở hạ tầng chung, đày là yếu tố chính để quay vòng vốn đầu tư cho mạng truy nhập.
Ớ một phương diện nào đó, chúng ta có thể xem PDH, SDH, ATM và IP là những công nghệ truyền tải, chuyển giao tín hiệu chính hiện nay trên thế giới. Trong số các công nghệ này thì ATM là công nghệ mới nhất và hầu như chưa có được sự nhận thức của thị trường như PDH, SDH hay IP. PDH, SDH, ATM là những công nghệ đã hoàn thiện, chúng đã được chuẩn hoá trong các khuyến nghị của ITU-T, ETSI và ANSI. Công nghệ IP hiện đang chiếm được sự quan tâm đặc biệt của các nhà đầu tư vì tính hấp dẫn của nó. Công nghệ này vẫn đang trong quá trình hoàn thiện. Vậy công nghệ nào là phù hợp cho PON?
Giải pháp tốt nhất để giải quyết tất cả những vấn đề trên là sử dụng công nghệ chuyến giao không đổng bộ ATM. Mặc dù vẫn có những giải pháp sử dụng công nghệ khác nhau nhưng nhìn chung ATM không chí sử dụng cho hệ thống truy nhập băng cơ bản, mà còn cho dịch vụ băng rộng. Hiện nay, hệ thống truy nhập ATM nổi
%
lên như là một giải pháp truy nhập hoàn hảo, hỗ trợ sự phát triển trong tương lai và thậm chí đối với cả những dịch vụ chưa từng biết đến.
Tính mềm dẻo không chỉ bắt nguồn từ đặc tính bên trong của tế bào ATM mà còn từ khả năng ứng dụng các tiêu chuẩn B-ISDN. Những tiêu chuẩn này cung cấp cho lớp ATM tập hợp đầy đủ và thống nhất các chức năng hỗ trợ cho bất cứ kiểu dịch vụ theo yêu cầu nào.
So với công nghệ truyền tải tín hiệu phân khe thời gian (PDH và SDH), ATM nổi trội ở khả nãng phân bổ băng tần truyền dẫn linh hoạt cho người sử dụng. Trong PDH hay SDH, người sử dụng được phân khe thời gian vĩnh cửu hoặc bán vĩnh cửu (việc gán này được thực hiện ở phía nhà điều hành mạng), khe thời gian này tồn tại trong suốt thời gian cuộc gọi tạo thành một kênh thông tin. Người sử dụng khác khôns thể truy nhập vào kênh này ngay cả khi không có thông tin trên kênh. Ngược
lại, ATM dựa trên các gói tin ngắn (tế báo ATM ), chuyển giao thông tin theo địa chí ghi trong phần mào đầu đi kèm gói tin, băng tần chiếm dụng và giải phóng linh hoạt, do dó hiệu quả sử dụng băng tần tăng lên rõ rệt. Hiệu quả sử dụng băng tần của ATM đạt từ 70% - 80% tổng băng tần truyền trên tuyến. Hơn nữa, các tế bào ATM có thể được gán cố định, thay đổi hoặc bùng nổ theo yêu cầu tại giao diện người sử dụng mạng. Mặt khác, người sử dụng ATM có thể lựa chọn sự kết hợp nào đó giữa lưu lượng và chất lượng dịch vụ (QoS) theo yêu cầu riêng của mình. Vấn đề này là cứng nhắc trong các hệ thống PDH và SDH. Từ những dịch vụ mà ATM đem lại, khách hàng sẽ bị cuốn hút bởi tính truy nhập mềm dẻo vào tài nguyên mạng và hài lòng với sự thoả hiệp giữa chất lượng và chi phí; phía kia nhà khai thác có thể đáp ứng những đòi hỏi của khách hàng khác nhau bằng việc chia sẻ tài nguyên mạng mềm dẻo.
Công nghệ IP sử dụng giao thức lớp mạng và các bộ định tuyến (Router) đê chuyển giao các gói tin có độ dài thay đổi theo tuyến tốt nhất mà không có sự đảm bảo về chất lượng (thời gian trễ và băng tần). Chuyển giao thông tin là kiểu phi kết nối căn cứ vào địa chỉ lớp mạng (địa chỉ IP) và bảng định tuyến tại mỗi nút, bảng định tuyến được tạo hoàn toàn tự động bởi giao thức định tuyến. Do bản chất quảng bá của mạng quang thụ động PON nên tín hiệu từ OLT sẽ đến mọi ONU và như vậy chỉ có một địa chỉ duy nhất cho các ONU đó, điều này dường như không phải là điểm mạnh của giao thức IP. Mặt khác thì khách hàng luôn yêu cầu chất lượng cao cho các dịch vụ họ sử dụng, đặc biệt với các dịch vụ thời gian thực như điện thoại, video... vấn đề này hiện vẫn đang là thử thách với công nghệ IP. Bởi vậy việc sử dụng IP trên mạng PON sẽ rất ít hiệu quả chừng nào chưa khắc phục được nhữnc yếu điểm trên.
Dưới góc độ mạng truy nhập, sự phân lớp và tính mềm dẻo của công nghệ ATM thích hợp trong vai trò cơ sở hạ tầng chung cho các giải pháp truy nhập khác nhau (HFC, xDSL, FTTx).
Tuy vậy, truy nhập ATM vẫn chưa nhận được sự hỗ trợ đầy đủ từ các tiêu chuẩn B-ISDN. Một cách lý tưởng thì hệ thống truy nhập ATM và B-ISDN là đồng nghĩa, sự khác biệt là ở chỗ các tiêu chuẩn B-ISDN ớhưa có một tập hợp đầy đủ giao diện UNI phù hợp, bao gồm giao diện tốc độ thấp và đối xứng. Hiện nay, ITU-T đã
có giao diện chuẩn hoá cho sợi quang ở tốc độ 155 Mb/s hoặc 622Mb/s (1.432-1,2) nhưng không phù hợp cho triển khai rộng rãi trong mạng truy nhập và UNI tốc độ l,5Mb/s hoặc 2Mb/s (G.804) lại không đủ băng tần để truyền tải thông tin đường xuống.
3.2.7 Các thành phần niạng ATM PON
Truy nhập ATM qua PON (ATM PON) có thể hiểu một cách đơn giản đó là sự kết hợp của hai khái niệm “ATM” và “PON” trên cùng một hộ thống. Kiến trúc mạng truy nhập quang sử dụng công nghệ chuyển giao ATM cũng giống như kiến trúc của mạng truy nhập quang thụ động khác. Công nghệ ATM cung cấp sự mềm dẻo theo khái niệm về độ trong suốt dịch vụ và khả năng phân bổ bãng tần truyền dẫn, ngoài ra còn có những tính năng rất hữu ích cho hoạt động vận hành khai thác và bảo dưỡng các kết nối từ đầu đến cuối, nhờ đó mà giảm được chi phí hoạt động cùa mạng. Còn môi trường truyền dẫn của mạng là sợi quang với tài nguyên bãng tần gần như là vô hạn, tính bảo mật thông tin cao, chất lượng tín hiệu tốt... Khái niệm PON mang hàm ý biểu thị sự phân bố chi phí tối ưu gho các phần tử quang-điện. Hơn nữa, bản thân mạng quang thụ động không chứa các phần tử tích cực nên hệ thống có một độ tin cậy nhất định nào đó.
Điểm khác biệt cơ bản của ATM PON so với các hệ thống truy nhập khác được thể hiện ở phần lõi, đó là việc sử dụng hệ thống chuyển giao tế bào trên mối trường mạng quang thụ động. Điều này ứng với sự khác biệt về tốc độ trong hệ thống truy nhập, tốc độ chuyển giao của ATM PON cao hơn nhiều so với hệ thống truy nhập PON băng hẹp. Theo thiết kế thì tốc độ của ATM PON thường là 155Mbit/s, 622Mbit/s, thậm chí đạt đến 2,5Gbit/s còn với mạng PON băng hẹp thì tốc độ chí từ 20 -ỉ- 40Mbit/s. Một điểm khác biệt nữa giữa ATM PON với hệ thống khác nằm ở phần giao thức điều khiển truy nhập MAC, với tính mềm dẻo của mình ATM có thể hỗ trợ cho việc phân bổ bãng tần một cách linh hoạt, nghĩa là thông tin được chuyển tải dưới dạng các tế bào theo kiểu “nếu cần và khi cần”, điều này khác biệt hoàn toàn so với các hệ thống truy nhập băng hẹp, với hệ thống truy nhập bãng hẹp thì số lượng kênh luôn là cố định đồng thời thông tin được truyền đi trên hệ thống truyền tải bit.
Còn các mặt khác thì hệ thống truy nhập ATM PON cũng giống như những hệ thống truy nhập quang khác, nó cũng bao gồm kết cuối đường quang (OLT), khối
mạng quang (ONU) và hệ thống quản lí. Những thành phần này liên kết với nhau qua mạng quang phân bố (ODN). Do tính đặc thù của mạng quang thụ động, mà ODN có thể gồm nhiều sợi quang nối giữa OLT và các ONU, hoặc cũng có thể dùng chung dung lượng trên một sợi, điều đó còn tuỳ thuộc vào cấu trúc vật lý của mạng. Để tránh xung đột tế bào trong môi trường chia sẻ thì đã có nhiều giải pháp được đưa ra, trong đó có thể dùng giải pháp ghép kênh đường lên như TDMA, CDMA hoặc WDMA. Mặc dù CDMA và WDMA có nhiều ưu điểm về khả năng sử dụng băng tần và năng lực phục vụ, nhưng chúng vẫn còn đang trong giai đoạn hoàn thiện, hơn nữa vể mặt giá thành cho những thiết bị trong hệ thống này lại rất cao. Điều này trái với mục đích của mạng PON. Để cân bằng giữa năng lực và giá thành hệ thống thì một giải pháp đã được lựa chọn cho mạng ATM PON đó là việc sử dụng kỹ thuật đa truy nhập theo thời gian (TDMA) cho đường lên. Còn truyền dẫn cho đường xuống có thể sử dụng kỹ thuật TDM. SCM hoặc WDM. Kỹ thuật TDM thích hợp hơn cho việc truyền tải các tế bào ATM so với kỹ thuật SCM, đổng thời chi phí lại rẻ hơn rất nhiều so với WDM mà vẫn đạt được dung lượng tương đối cao vì íhực ra đối với các loại hình dịch vụ hiện tại và cho tương lai gần thì khả năng của TDM là khá lớn. Chính vì vậy mà hầu hết các hãng sản xuất thiết bị đều đưa ra thị trường những sản phẩm ATM PON dựa trên kỹ thuật TDMA cho đường lên và TDM cho đường xuống. Chi phí đầu tư lớn cho các phần tử quang được thay bằng những mạch điện tử giá thành hạ. Điều đó cũng không có nghĩa là chỉ chú trọng vào kỹ thuật TDM mà lãng quên đi các kỹ thuật khác. Ngược lại các kỹ thuật khác cho ATM PON vẫn đang tiếp tục nhận được sự quan tâm, tuy nhiên để triển khai được trên thực tế thì lại phụ thuộc rất nhiều vào công nghệ chế tạo các phần tử quang hiện nay về cả mặt công nghệ và giá thành sản phẩm. Do đó trong luận văn này chỉ tập chung giới thiệu hệ thống truy nhập ATM PON sử dụng kỹ thuật TDMA cho đường lên và TDM cho đường xuống. Sau đây ta sẽ xem xét cấu hình mạng truy nhập ATM PON [3]