Mở đầu Mạng viễn thông thường được cấu thành bởi ba mạng chính: mạng đường trục, mạng phía khách hàng và mạng truy nhập. Trong những năm gần đây, mạng đường trục có những bước phát triển nhảy vọt do đó sự xuất hiện các công nghệ mới, như công nghệ ghép kênh theo bước sống (WDM). Cũng trong khoảng thời gian này, mạng nội hạt (LAN) cũng đã được cải tiến và nâng cấp từ tốc độ 10Mb/s lên 100Mb/s và đến 1Gb/s. thậm chí, các sản phẩm Ethernet 10Gb/s cũng đã bắt đầu xuất hiện trên thị trường.
Điều nay đã dẫn đến một sự chênh lệch rất lớn về băng thông giữa một bên là mạng LAN tốc độ cao và mạng đường trục và một bên là mạng truy nhập tốc độ thấp, mà chúng ta vẫn thường gọi là “nút cổ chai” trong mạng viễn thông. Việc bùng nổ lưu lượng internet trong thời gian vừa qua càng làm trầm trọng thêm các vấn đề của mạng truy nhập tốc độ thấp. các báo cáo thống kê cho thấy lưu lượng dữ liệu đã tăng 100% mỗi năm kể từ năm 1990. Thậm chí, sự kết hợp giữa các yếu tố kinh tế và công nghệ đã tạo ra những thời điểm mà tốc độ phát triển đạt tới 1000% trong một năm.
Xu hướng vẫn sẽ còn tiếp tục trong tương lai, tức là càng ngày sẽ càng có nhiều người sử dụng trực tuyến và những người sử dụng đã trực tuyến rồi thì thời gian trực tuyến sẽ càng nhiều hơn, do vậy nhu cầu về băng thông lại càng tăng lên. Các nghiên cứu thị trường cho thấy, sau khi nâng cấp lên công nghệ băng rộng, thời gian trực tuyến của người sử dụng đã tăng lên 35% so với trước khi nâng cấp. Theo hầu hết các báo cáo phân tích, lưu lượng của dữ liệu hiện nay đã vượt trội hơn rất nhiều so với lưu lượng thoại. Càng ngày sẽ càng có nhiều dịch vụ và các ứng dụng mới được triển khai khi băng thông dành cho người sử dụng tăng lên.
Đứng trước tình hình đó, một số công nghệ mới đã được đưa ra nhằm đáp ứng đòi hỏi về băng tần. Hiện tại các nhà cung cấp dịch vụ đã triển khai cung cấp dịch vụ internet bằng công nghệ đường dây thuê bao số DSL. DSL sử dụng đôi dây cáp đồng (có thể tận dụng đôi cáp đồng có sẵn điện thoại sử dụng cho cã hai dịch vụ) và yêu cầu phải có Modem DSL đặt tại nhà thuê bao và DSLAM đặt tại tổng đài. Tốc độ dữ liệu của DSL nằm trong khoảng từ 128Kb/s đến 1,5Mb/s.
Mặc dù tốc độ của nó tăng lên đáng kể so với modem tương tự, nhưng nó có thể được coi là băng rộng không cung cấp được các dịch vụ video, dữ liệu cho các thuê bao ở xa (khoảng cách từ tổng đài đến thuê bao chi trong phạm vi 5,5km), ta có thể tăng khoảng cách này bằng giải pháp triển khai thêm nhiều DSLAM đến gần thuê bao, nhưng đây là giải pháp tạm thời và không hiệu quả do chi phí cao. Một giải pháp khác đưa ra là sử dụng cáp đồng trục, các công ty truyền hình cáp cung cấp dịch vụ internet bằng cách triển khai các dịch vụ tích hợp dữ liệu trên mạng cáp đồng trục, mà ban đầu được thiết kế để truyền dẫn tín hiệu video tương tự. Tuy nhiên mô hình kiến trúc này có nhiều nhược điểm là thông lượng hiệu dụng của các nút quang không quá 36Mb/s, vì vậy tốc độ thường rất thấp vào giờ cao điểm. -15- Như vậy chúng ta thấy rằng cả công nghệ DSL và cáp đồng trục đều không đáp ứng được những yêu cầu về băng thông cho mạng truy nhập.
Hầu hết các nhà công nghệ mạng hiện nay đều đang tiến tới một công nghệ mới, tập trung chủ yếu vào truyền dữ liệu, đặc biệt là dữ liệu IP. Trong bối cảnh đó, công nghệ PON sẽ là một giải pháp tối ưu cho mạng truy nhập băng rộng. người ta trong đợi mạng PON sẽ giải được các vấn đề tắc nghẽn băng thông của mạng truy nhập trong kiến trúc mạng viễn thông, giữa một bên là các nhà cung cấp dịch vụ CO, các điểm kết cuôi, các điểm truy nhập và một bên là các công ty đang cung cấp dịch vụ, hay một khu vực tập trung nhiều thuê bao. Mạng quang thụ động (PON) là một mạng quang không có các phần tử điện hay các thiết bị quang điện, như vậy mạng PON sẽ không chứa bất kỳ một phần tử tích cực nào cần phải có sự chuyển đổi điện – quang.
Thay vào đó, PON sẽ chi bao gồm: sợi quang, các bộ chia, bộ kết hợp, bộ ghép định hướng, thấu kính, bộ lọc,…Điều này giúp cho PON có một số ưu điểm như: không cần nguồn điện cung cấp nên không bị ảnh hưởng bởi lỗi nguồn, có độ tin cậy cao và không cần phải bảo dưỡng do tín hiệu không suy hao nhiều như đối với các phần tử tích cực. Mạng PON ngoài việc giải quyết các vấn đề về băng thông, nó còn có ưu điểm là chi phí lắp đặt thấp do nó tận dụng được những sợi quang trong mạng đã có từ trước đồng thời ít chiếm lỗ pi trong hạ tần ngầm. PON dễ dàng và thuận tiện trong việc ghép thêm các ONU theo yêu cầu của các dịch vụ, trong khi đó việc lắp thêm các nút mạng tích cực khá phức tạp do việc cấp nguồn tại mỗi nút mạng và trong mỗi nút mạng đều cần có các bộ phát lại. PON có thể hoạt động với chế độ không đối xứng, ví dụ: một mạng PON có thể truyền dẫn theo luồng OC-12 (622Mb/s) ở đường xuống và truy nhập theo luồng OC-3 (155Mb/s) ở đường lên.
Một mạng không đối xứng như vậy sẽ giúp cho chi phí của các ONU giảm đi rất nhiều, do chỉ phải sử dụng bộ thu phát giá thành thấp hơn. PON còn có khả năng chống lỗi cao. Do các nút của mạng PON nằm ở bên ngoài mạng nên tổ hao năng lượng trên các nút này không gây ảnh hưởng gì đến các nút khác. Khả năng một nút mất năng lượng mà không làm ngắt mạng là rất quan trọng đối với mạng truy nhập, do các nhà cung cấp không thể đảm bảo được năng lượng dự phòng cho tất cả các đầu cuối ở xa.
Với những lý do trên công nghệ PON có thể được coi là một giải pháp hàng đầu cho mạng truy nhập. PON cũng cho phép tương thích với các giao diện SONET/SDH và có thể được sử dụng như một vòng thu quang thay thế cho các tuyến truyền dẫn ngắn trong mạng đô thị hay mạch vòng SONET/SDH đường trục. Khái niệm và ưu điểm FTTH Trước đây các hệ thống mạng truy nhập được sử dụng chủ yếu là cáp đồng, ứng dụng cho các dịch vụ có lưu lượng thấp. Việc sử dụng cáp đồng có những lợi ích như chi phí thấp, khả năng lắp đặt và triển khai đơn giản.
Tuy nhiên, cáp đồng có nhiều hạn chế như băng thông nhỏ, khả năng chống nhiễu -16- kém, suy hao lớn, phạm vi truyền nhỏ. Công nghệ truyền dẫn bằng cáp quang đã khắc phục hoàn toàn các nhược điểm này. Truyền dẫn bằng cáp quang không bị nhiều do tín hiệu được truyền bằng ánh sáng, suy hao nhỏ, phậm vị truyền dẫn gấp hàng chục lần so với cáp đồng và đặc biệt là băng thông của cáp quang có thể lên tới hàng trăm GHz đáp ứng được hoàn toàn nhu cầu truyền dẫn. Những năm gần đây do sự phát triển của công nghệ làm cho việc sản xuất cáp quang dễ dàng và giá thành của cáp quang cũng như các thiết bị đấu nối cáp hạ, do vậy cáp quang được sử dụng rộng rãi.
Thực tế tại Việt nam cũng như trên thế giới là các mạng lõi hầu hết là mạng quang nhưng mạng truy nhập vẫn chủ yếu sử dụng cáp đồng. Mạng cáp quang truy nhập vẫn còn nhỏ lẻ và mới chỉ được triển khai chủ yếu ở các nước có nền công nghệ thông tin phát triển như Mỹ, Hàn Quốc, Nhật Bản. Tuy nhiên với sự bùng nổ về nhu cầu băng thông hiện nay, việc triển khai một hệ thống mạng truy nhập quang đến từng hộ gia định là một xu thế tất yếu. Đó chính là mạng FTTH – Fiber to the home.
Kiến trúc và thành phần của mạng PON Mạng FTTH bao gồm các đường quang đi từ nhà cung cấp dịch vụ được dùng 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. Mạng truy nhập quang thụ động PON là kiểu mạng điểm-đa điểm.
Mỗi khách hàng được kết nối tới mạng quang thông qua một bộ chia quang thụ động, vì vậy không có các thiết bị điện chủ động trong mạng phân chia và băng thông được chia sẻ từ nhánh đến người dùng. Tín hiệu đường xuống được phát quảng bá tới các thuê bao, tín hiệu này được mã hóa để tránh việc xem trộm. Tín hiệu đường lên được kết hợp bằng việc sử dụng giao thức đa truy nhập phân chia theo thời gian. OLT sẽ điều khiển các ONU sử dụng các khe thời gian cho việc truyền dữ liệu đường lên.
Trong mạng PON, OLT là thành phần chức năng chính của hệ thống đặt ở tổng đài. ONU là thiết bị đặt ở phía người dùng. ONU kết nối tới OLT bằng các sợi quang và không có các thành phần chủ động ở giữa. Bộ chia tín hiệu (splitter) là thành phần rất quan trọng cua hệ thống, theo tiêu chuẩn ITU G.1 một bộ chia sủ dụng tối đa cho 32 khách hàng.
Pon thường được triển khai trên sợi quang đơn mode, với cấu hình cây là phổ biến. PON cũng có thể được triển khai theo cấu hình vòng ring cho các khu thương mại hoặc theo cấu trúc bus. Mô hình mạng quang thụ động với các phần tử của nó được biểu diễn như hình 1-1. -17- Hình 1-1: Mô hình mạng PON Về mặc logic, PON được sử dụng như mạng truy nhập kết nối điểm – đa điểm, với một OC phục vụ cho nhiều thuê bao.
Có một số cấu hình kết nối điểm – đa điểm phù hợp cho mạng truy nhập như cấu hình cây, cây và nhánh, vòng ring, hoặc bus như trong hình 2. Bằng cách sử dụng các bộ ghép 1:2 và bộ chia quang 1:N, PON có thể triển khai theo bất cứ cấu hình nào trong các cầu hình trên. Ngoài ra, PON còn có thể thu gọn lại thành các vòng rinh kép hay hình cây hay một nhánh của cây. Tất cả các tuyến truyền dẫn trong PON đều được thực hiện giữa OLT và ONU.