CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP QUANG 1. Giới Thiệu Chung Mạng truy nhập quang được chia làm hai loại cơ bản là mạng truy nhập quang tích cực AON và mạng truy nhập quang thụ động PON. Mạng AON sử dụng các thiết bị tích cực như các bộ chia tích cực hoặc các bộ ghép kênh ở đoạn phân bố của mạng truy nhập.
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 đối với các phần tử tích cực. 1 Mạng truy nhập quang 1.
Giao diện cơ bản của mạng truy nhập quang GVHD TS: Đoàn Hữu Chức SVTH: Vũ Hải Đăng Lớp DTL2502 24 Hình 1. 2 Cấu hình của mạng truy nhập quang Có 3 phương thức cơ bản: FTTC Với phương thức FTTC, sợi được kéo tới ONU đặt ở vỉa hè. Một hoặc nhiều tòa nhà kết nối đến ONU bằng cáp đồng, khoảng cách từ ONU tới thuê bao khoảng 100m. 3 Cấu hình truy nhập FTTC Phương thức FTTC được khuyến nghị sử dụng cho các vùng dân cư có mật độ dân tương đối cao, đặc biệt là ở những nơi có thể sử dụng lại mạng cáp đồng, hoặc những nơi khó lắp đặt cáp quang.
Đây cũng là một phương thức truy nhập phù hợp cho các khách hàng có nhu cầu đối với các dịch vụ VoIP, truy nhập internet tốc độ cao. FTTB Trong phương án này, sợi được kéo tới một ONU đặt trong tòa nhà. Các khách GVHD TS: Đoàn Hữu Chức SVTH: Vũ Hải Đăng Lớp DTL2502 25 hàng có thể truy nhập internet theo các kết nối đến ONU thông qua LAN nhờ các cáp UTP-5. Chiều dài của phần cáp đồng thường không lớn hơn 10m.
Để tận dụng hiệu quả các nguồn tài nguyên cũ thì phương thức FTTB+LAN được xem là có thể tiết kiệm tối đa chi phí xây dựng mạng. Hơn nữa, khoảng cách ngắn giữa ONU và thiết bị đầu cuối thuê bao cũng cho phép phát triển từng bước từ FTTB+LAN sang FTTH/FTTO. Mô hình FTTB phù hợp với các tòa nhà có mật độ lớn các khách hàng là doanh nghiệp vì họ có nhu cầu đặc biệt lớn về băng tần, đặc biệt các tòa nhà này đều có LAN xây dựng trên mạng cáp UTP-5. Cấu hình hệ thống truy nhập FTTB Hình 1.
4 Cấu hình truy nhập FTTB Kiến trúc FTTx có thể sử dụng mạng quang tích cực (AON) hoặc mạng quang thụ động (PON). Việc triển khai theo AON hay PON tùy thuộc vào vị trí, đặc thù của mạng truy nhập khu vực đó. Hiện nay trên mạng truy nhập quang tới nhà thuê bao đang triển khai theo mạng quang chủ động, vì tận dụng sợi cáp quang hiện có, số thuê bao sử dụng truy nhập băng rộng chưa nhiều, hơn nữa đầu tư cơ sở hạ tầng cho triển khai PON trước mắt rất tốn kém. Tuy nhiên do những ưu điểm nổi bật của PON thì xu hướng trong tương lai sẽ triển khai mạng FTTx theo PON là một điều tất yếu.
FTTO/H Trong kiến trúc FTTO/H, sợi quang được kéo tới cơ quan hoặc hộ gia đình, trong đó một ONT được đặt tại thuê bao. ONT là điểm phân phát dịch vụ cho phép các nhà khai thác cung cấp các dịch vụ số liệu, thoại và hình ảnh trên cùng GVHD TS: Đoàn Hữu Chức SVTH: Vũ Hải Đăng Lớp DTL2502 26 một sợi. Cấu hình hệ thống truy nhập FTTO/H Hình 1. 5 Cấu hình truy nhập FTTO/H FTTO/H có khả năng cung cấp băng tần rất lớn, tuy nhiên chi phí cho việc xây dựng mạng lại rất cao, cần phải xem xét cụ thể khi thiết kế.
Nhìn chung, để tiến tới phương án FTTO/H cần có chiến lược phát triển mạng và kế hoạch triển khai cụ thể để có được các bước thực hiện và đầu tư hợp lí. Phương thức này đặc biệt phù hợp khi cần phải lắp đặt các mạng cáp mới hoặc phải thay thế mạng cáp cũ. FTTH là công nghệ băng thông rộng bằng cáp quang cung cấp các dịch vụ tốc độ cao đang được triển khai khá mạnh mẽ trên thế giới. Với công nghệ FTTH, nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp tốc độ download lên đến 10 Gigabit/giây, nhanh gấp 200 lần so với ADSL 2+.
Đường truyền dẫn hoàn toàn bằng cáp quang tới tận phòng máy của người sử dụng. Chất lượng truyền dẫn tín hiệu bền bỉ ổn định không bị suy hao tín hiệu bởi nhiễu điện từ, thời tiết hay chiều dài cápFTTH còn cung cấp 1 IP tĩnh thích hợp với các doanh nghiệp, tổ chức triển khai dễ dàng các dịch vụ trực tuyến như IP Camera, lưu trữ mail, truyền dữ liệu tốc độ cao. FTTH đặc biệt hiệu quả với các dịch vụ: Hosting Server riêng, VPN (mạng riêng ảo), Truyền dữ liệu, Game Online, IPTV (truyền hình tương tác), VoD (xem phim theo yêu cầu), Video Conferrence (hội nghị truyền hình), IP Camera…với ưu thế băng thông truyền tải dữ liệu cao, có thể nâng cấp lên băng thông lên tới 1Gbps, An toàn dữ liệu, Độ ổn định cao, không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện, từ trường. GVHD TS: Đoàn Hữu Chức SVTH: Vũ Hải Đăng Lớp DTL2502 27 1.
Mô hình tổ chức của mạng truy nhập quang Hình 1. 6 Mô hình tham chiếu của mạng truy nhập quang Cấu trúc trên bao gồm 4 khối cơ bản: + Đầu cuối đường quang (OLT) + Mạng phối dây quang (ODN) + Khối mạng quang (ONU) + Khối chức năng phối hợp (AF). Điểm tham chiếu chủ yếu gồm có: điểm tham chiếu phát quang S, điểm tham chiếu thu quang R, điểm tham chiếu giữa các nút dịch vụ V, điểm tham chiếu đầu cuối thuê bao T và điểm tham chiếu a ở giữa các ONU. Giao diện bao gồm: giao diện quản lý mạng Q3 và giao diện giữa thuê bao với mạng UNI.
Khối kết cuối đường quang OLT Các khối OLT chính được mô tả trong hình dưới: GVHD TS: Đoàn Hữu Chức SVTH: Vũ Hải Đăng Lớp DTL2502 28 Hình 1. 7 Các khối chức năng của OLT Thiết bị đầu cuối là phần tử mạng tương đối đơn giản xét về mặt cấu trúc. Chúng được dùng ở đầu cuối của một liên kết điểm-điểm để ghép và phân kênh các bước sóng. Ba phần tử chức năng bên trong một OLT gồm: bộ tiếp sóng (transponder), bộ ghép kênh bước sóng (Wavelength Multiplexer) và một bộ khuếch đại quang không được vẽ ra trên hình.
Bộ tiếp sóng có chức năng biến đổi tín hiệu đi vào từ người sử dụng sang một tín hiệu phù hợp sử dụng trong mạng và tương tự theo chiều ngược lại. Giao diện giữa người sử dụng và bộ tiếp sóng có thể thay đổi phụ thuộc vào người sử dụng, tôc độ bit và khoảng cách hoặc suy hao giữa người dùng và bộ chuyển tiếp. Giao diện phổ biến nhất là SONET/SDH. Thiết bị đầu cuối đường dây OLT (optical line terminal) được kết nối tới mạng chuyển mạch qua các giao diện chuẩn.
Về phía mạng phân phối, OLT bao gồm các giao diện truy nhập quang theo tiêu chuẩn GPON về tốc độ bit, quỹ đường truyền, jitter,. OLT gồm ba phần chính sau đây: Chức năng giao diện cổng dịch vụ (service port Interface Function); Chức năng đấu nối chéo (cross-connect function); Giao diện mạng phân phối quang (ODN interface) Khối mạng quang ONU Cấu hình điển hình của một ONU được mô tả trong hình dưới. GVHD TS: Đoàn Hữu Chức SVTH: Vũ Hải Đăng Lớp DTL2502 29 Hình 1. 8 Các khối chức năng của ONU Hầu hết các khối chức năng của ONU tương tự như các khối chức năng của OLT.
Do ONU hoạt động với một giao diện PON (hoặc tối đa 2 giao diện khi hoạt động ở chếđộ bảo vệ), chức năng đấu nối chéo (cross-connect function) có thể được bỏ qua. Tuynhiên, thay cho chức năng này thì có thêm chức năng ghép và tách kênh dịch vụ (MUX và DMUX) để xử lý lưu lượng. Cấu hình tiêu biểu của ONU được thể hiện trong Hình 6 Sơ đồ các khối chức năng ONU. Mỗi PON TC sẽ lựa chọn một chế độ truyền dẫn ATM, GEM hoặc cả hai.
Mạng phân phối quang ODN. + Bộ tách/ghép quang thụ động: Một mạng quang thụ động sử dụng một thiết bị thụ động để tách một tín hiệu quang từ sợi quang sang một vài sợi quang và ngược lại. Thiết bị này là coupler quang. Để đơn giản, một coupler quang gồm hai sợi nối với nhau.
Tỷ số tách của bộ tách có thể được điều khiển bằng chiều dài của tầng nối và vì thế nó là hằng số. Tổn hao tách: mức năng lượng ở đầu ra của coupler so với năng lượng đầu vào(dB). Đối với coupler lý tưởng 2x2 giá trị này là 3dB. Tổn hao chèn: giá trị tổn hao do sự chưa hoàn hảo của quá trình sử lý.
Gía trị này nằm trong khoảng 0.1db đến 1db. Các bộ tách/ghép NxN được chế tạo bằng cách ghép nhiều tầng bộ 2x2 với nhau hoặc sử dụng công nghệ ống dẫn sóng phẳng. GVHD TS: Đoàn Hữu Chức SVTH: Vũ Hải Đăng Lớp DTL2502 30 Hình 1. 9 Các bộ ghép 8x8 được tạo ra từ các bộ ghép 2x2 Coupler được đặc trưng bởi các thông số sau: Splitting loss (tổn hao tách): Mức năng lượng ở đầu ra của Coupler so với năng lượng đầu vào (db).
Đối với Coupler 2x2 lý tưởng, giá trị này là 3dB. Hình trên minh hoạ hai mô hình 8x8 Coupler dựa trên 2x2 Coupler. Trong mô hình 4 ngăn (hình a), chỉ 1/6 năng lượng đầu vào được chia ở mỗi đầu ra. Hình (b) đưa ra mô hình hiệu quả hơn gọi là mạng liên kết mạng đa ngăn.
Trong mô hình này mỗi đầu ra nhận được 1/8 năng lượng đầu vào. Insertion loss (tổn hao chèn): Năng lượng tổn hao do sự chưa hoàn hảo của quá trình xử lý. Giá trị này nằm trong khoảng 0,1dB đến 1dB. Directivity (định hướng): Lượng năng lượng đầu vào bị rò rỉ từ một cổng đầu vào đến các cổng đầu vào khác.
Coupler là thiết bị định hướng cao với thông số định hướng trong khoảng 40-50dB. Thông thường, các Coupler được chế tạo chỉ có một cổng vào hoặc một Combiner (bộ kết hợp). Đôi khi các Coupler 2x2 được chế tạo có tính không đối xứng cao (với tỷ số tách là 5/95 hoặc 10/90). Các Coupler loại này được sử dụng để tách một phần năng lượng tín hiệu, ví dụ với mục đích định lượng.
Các thiết bị như thế này được gọi là “tap coupler”. + Mạng cáp quang thuê bao: Mạng cáp thuê bao quang được xác định trong phạm vi ranh giới từ giao tiếp sợi quang giữa thiết bị OLT đến thiết ONU/ONT.