Chương 1 cũng trình bày các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ để từ đó có những giải pháp cải tiến, nâng cao chất lượng dịch vụ trong các chương sau.2 Khái niệm về mạng quang thụ động 1.1 Khái niệm Mạng quang thụ động có thể được định nghĩa ngắn gọn như sau: “Mạng quang thụ động (PON) là mạng quang không có các phần tử điện hay các thiết bị điện tử”. Như vậy với khái niệm này, mạng PON không chứa bất kỳ một phần tử tích cực nào mà cần phải có sự chuyển đổi điện – quang. Thay vào đó PON sẽ chỉ 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 bị suy hao nhiều như các phần tử tích cực. Mạng PON dễ dàng thực hiện việc ghép thêm các ONU (Optical Network Unit – Thiết bị mạng quang) theo yêu cầu của các dịch vụ, trong khi đó việc thiết lập thêm các nút mạng tích cực khá phức tạp do việc phải cấp nguồn tại mỗi nút mạng.
Mạng PON còn có khả năng chống lỗi cao (cao hơn SONET/SDH) là do các nút của mạng PON nằm ở bên ngoài mạng, nên tổn hao năng lượng trên các nút này không gây ra ảnh hưởng gì đến các nút khác. Khả năng một nút nào đó mất năng lượng mà không làm mất các nút khác là rất quan trọng đối với mạng truy nhập, do 3 các nhà cung cấp không thể đảm bảo năng lượng dự phòng cho cho tất cả các đầu cuối ở xa. Với những ưu điểm trên, công nghệ PON là giải pháp hàng đầu của mạng truy nhập và được sử dụng phổ biến và rộng rãi hiện nay.2 Chuẩn hoá GPON GPON được ITU-T chuẩn hóa theo chuẩn G.984 bắt đầu từ năm 2003, được mở rộng từ chuẩn BPON G.1 (03/2003) “G-PON: General characteristics”: được cung cấp các giao diện mạng người dùng (UNI), giao diện nút dịch vụ (SNI) và một số dịch vụ. Chuẩn này kế thừa hệ thống G.x (BPON) bằng việc xem xét lại dịch vụ hỗ trợ, chính sách bảo mật, tốc độ bit danh tính.2 (03/2003) “G-PON: PMD layer specification”: đã chỉ ra các yêu cầu cho lớp vật lý, các chi tiết kĩ thuật cho lớp PMD.
Nó bao gồm các hệ thống có tốc độ hướng xuống 1244.320 Mbit/s, hướng lên 155. Mô tả cả hệ thống GPON đối xứng và bất đối xứng.3 (02/2004) “G-PON: TC layer specification”: mô tả lớp hội tụ truyền dẫn (TC - Transmission convergence) cho các mạng G-PON bao gồm định dạng khung, phương thức điều khiển truy nhập môi trường, phương thức ranging, chức năng OAM và bảo mật. Cải tiến chỉ tiêu kĩ thuật lớp TC.4 (06/2004) “G-PON: ONT - management and control interface specification”: cung cấp chỉ tiêu kĩ thuật giao diện điều khiển (OMCI) và quản lý ONT cho các hệ thống GPON 1.3 Kiến trúc mạng PON Một mạng PON bao gồm một kết cuối đường quang (OLT - Optical Line Terminal), một hay nhiều mạng phân phối cáp quang (ODN - Optical Distribution Network) và một hay nhiều các đơn vị mạng quang ONU, hoặc các kết nối mạng ONT. Quan hệ giữa các thành phần mạng PON trên với mạng trục và mạng thuê bao được mô tả như hình 1.1 Quan hệ mạng GPON với mạng trục và mạng thuê bao OLT cung cấp giao diện nút dịch vụ (SNI - Service Node Interface) hướng về mạng trục và mạng điều khiển GPON.
Thường giao diện SNI gồm các giao diện Ethenet 1Gbps hay 10 Gbps. Mạng PON được triển khai trên sợi quang đơn mode, với cấu hình cây là phổ biến. PON cũng có thể triển khai theo cấu hình Ring trong các khu thương mại hoặc cấu hình Bus trong các khu trường sở, mô hình mạng quang thụ động với các phần tử được mô tả như hình 1.2 Mô hình mạng quang thụ động 5 Về mặt logic, mạng PON được sử dụng như mạng truy nhập kết nối điểm – đa điểm, với một CO 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, cấu hình cây và nhánh, cấu hình vòng ring hoặc bus như mô tả trong hình 1.3 Các kiểu kiến trúc của PON Tất cả các tuyến truyền dẫn trong cây đều được thực hiện giữa các OLT và ONU.
OLT và CO kết nối mạng truy nhập quang với mạng đô thị (MAN - Metro Area Network) hay mạng diện rộng (WAN - Wide Area Network), được biết đến như những đường mạng trục. ONU nằm ở vị trí đầu cuối người sử dụng Mạng PON có các kiểu kiến trúc như hình 1.3, tuy nhiên thực tế của Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam nói chung và VNPT nói riêng chỉ sử dụng kiến trúc dạng hình cây (sử dụng bộ chia 1:N). Hệ thống OLT đặt ở các phòng máy, các ONU, một bộ chia quang và các sợi quang. Sợi quang được kết nối từ OLT được chia ra 64 sợi khác nhau mỗi sợi kết nối tới một ONU đặt tại nhà khách hàng.4 Kiến trúc mạng GPON *Kết cuối đường quang OLT OLT (Optical Line Terminal) bao gồm ba phần chính: Chức năng giao diện cổng dịch vụ Chức năng kết nối chéo Giao diện mạng phân tán quang Sơ đồ khối của OLT: Hình 1.5 Các khối chức năng của OLT 7 + Khối PON core shell Khối này gồm phần giao diện ODN và phần chức năng PON TC.
Chức năng của PON TC là tạo khung, điều khiển truy cập phương tiện và quản lý ONU. + Khối Cross-connect shell Khối này cung cấp đường truyền thông giữa PON core shell và Service shell. Đường này phụ thuộc vào các dịch vụ, kiến trúc bên trong OLT và các yếu tố khác. + Khối Service shell Khối này chuyển đổi các giao diện dịch vụ và giao diện khung TC *Khối mạng quang ONU Các khối chức năng của GPON ONU hầu hết giống như của OLT.
Vì ONU hoạt động chỉ với một giao diện PON nên chức năng kết nối chéo bị bỏ đi. Thay cho chức năng này, chức năng MUX và DMUX được hỗ trợ để xử lý lưu lượng. Cấu hình của một ONU được mô tả như hình 1. Mỗi một PON TC lựa chọn một chế độ ATM, GEM và Dual để hoạt động Hình 1.6 Các khối chức năng của ONU 8 *Mạng phân phối quang ODN Mạng phân phối quang ODN kết nối giữa OLT với ONU gồm bộ tách/ghép quang và mạng cáp quang thuê bao +Bộ tách ghép quang GPON sử dụng thiết bị thụ động để chia tách tín hiệu quang từ một sợi để truyền đi trên nhiều sợi khác và ngược lại kết hợp tín hiệu quang từ nhiều sợi khác nhau thành tín hiệu vào một sợi được gọi là bộ tách/ghép quang.
Dạng đơn giản nhất là một bộ ghép quang gồm hai sợi quang được hàn dính với nhau. Bộ ghép cơ bản là bộ ghép 2x2, các bộ ghép khác NxN được ghép lại từ nhiều bộ ghép này lại với nhau như hình 1.7 Các bộ ghép 8x8 được tạo ra từ các bộ ghép 2x2 Các bộ tách/ghép được đặc trưng bởi các tham số sau đây: Suy hao chia: Là tỉ lệ công suất đầu ra và công suất đầu vào. Với bộ 2x2 lý tưởng, suy hao chia là 3dB.7 biểu diễn hai mô hình của bộ chia 8x8 dựa trên các bộ 2x2.7a chỉ có 1/16 công suất đầu vào được đưa tới từng đầu ra.7b biểu diễn mô hình thiết kế hiệu quả hơn, ở đây mỗi đầu ra nhận được 1/8 công suất đầu vào. Suy hao ghép: Đây là công suất tổn hao trong quá trình sản xuất, khoảng 0.1dB đến 1dB.
9 Điều hướng: Là công suất đầu vào bị dò từ đầu vào khác. Với những bộ tách/ghép là những thiết bị có khả năng định hướng cao thì tham số điều hướng vào khoảng 40dB đến 50dB. Thông thường, các bộ tách/ghép được chế tạo với một đầu vào hoặc một đầu ra. +Mạng cáp thuê bao Mạng cáp thuê bao được xác định từ giao tiếp sợi quang giữa OLT đến ONU/ONT.8 Cấu trúc cơ bản mạng cáp quang thuê bao Mạng cáp quang thuê bao được cấu trúc gồm hai thành phần: + Cáp quang gốc (Feeder Cable): Xuất phát từ nhà cung cấp dịch vụ (còn gọi là Central Office) tới điểm phân phối sợi quang DP (Distribution Point) + Điểm phân phối sợi quang: Là điểm kết thúc cáp gốc.
Trên thực tế, điểm phân phối sợi quang thường là các măng xông quang, hoặc tủ cáp phân phối, ưu tiên dùng măng xông quang. + Cáp quang phối (Distribution Optical Cable): Xuất phát DP tới AP (Access Point – Điểm truy nhập mạng) + Cáp quang thuê bao (Drop Cabe): Xuất phát từ các AP đến thuê bao. + Hệ thống quản lý mạng quang (Fiber Management System - FMS): Được sử dụng để bảo đường và xử lý các sự cố. 10 + Điểm quản lý quang (Fiber Management Point - FMP): Dễ dàng cho việc xử lý các sự cố và phát hiện đứt đường.
*Thông số kĩ thuật Tốc độ truyền dẫn: 0,15552 Gbps đối với đường lên, 1,24416 Gbps đối với đường xuống. 0,62208 Gbps đối với đường lên, 1,24416 Gbps đối với đường xuống. 1,24416 Gbps đối với đường lên, 1,24416 Gbps đối với đường xuống. 0,15552 Gbps đối với đường lên, 2,48832 Gbps đối với đường xuống.
0,62208 Gbps đối với đường lên, 2,48832 Gbps đối với đường xuống. 1,24416 Gbps đối với đường lên, 2,48832 Gbps đối với đường xuống. 2,48832 Gbps đối với đường lên, 2,48832 Gbps đối với đường xuống. Các thông số kĩ thuật khác: Bước sóng: 1260-1360nm đối với đường lên; 1480-1500nm đối với đường xuống Đa truy nhập hướng lên: TDMA Khung truyền dẫn: GEM Loại lưu lượng: Dữ liệu số Dịch vụ: Đầy đủ các dịch vụ (Ethernet, TDM, POTS) Tỉ lệ chia của bộ chia có băng thông tối đa 1:128 Giá trị BER lớn nhất: 10-12 Công suất luồng xuống: từ -3 dBm đến +2 dBm (10km ODN) hoặc từ +2 đến +7 (20Km ODN) Công suất luồng lên: từ -1 dBm đến +4 dBm (10Km và 20Km ODN) Loại cáp: theo tiêu chuẩn ITU-T Rec.652 Suy hao giữa các ONU: Tối đa 15dB Cự ly cáp tối đa: 20Km đối với DFB laser luồng lên, 10Km đối với Fabry-Perot *Kĩ thuật truy nhập Kĩ thuật truy nhập được sử trong GPON hiện nay là TDMA (đa truy nhập phân chia theo thời gian).
11 TDMA là kĩ thuật phân chia băng tần truyền dẫn thành các khe thời gian kế tiếp nhau. Những khe thời gian này có thể được ấn định trước cho mỗi khách hàng hoặc có thể được phân theo yêu cầu tuỳ thuộc vào phương thức chuyển giao đang sử dụng Hình 1-9 dưới đây là một ví dụ cụ thể về việc sử dụng TDMA trên GPON hình cây. Mỗi thuê bao được phép và gửi số liệu đường lên trong các khe thời gian riêng biệt.