Tài liệu Nghiên cứu công nghệ truy nhập quang thụ động gpon

Contents Contents......................................................................................................................................................1 Danh mục hình vẽ........................................................................................................................................3 Thuật ngữ viết tắt........................................................................................................................................4 Lời mở đầu...................................................................................................................................................6 Chương 1: Tổng Quan về Mạng Quang Thụ Động PON...............................................................................7 1.1 Tổng Quan về Mạng Quang Thụ Động PON..................................................................................8 1.1.1 Mở đầu.................................................................................................................................8 1.1.2 Kiến trúc của PON................................................................................................................8 1.2 Các Phần Tử Trong Mạng Quang Thụ Động PON.........................................................................10 1.2.1 Các phần tử tích cực (CO, ONU, EMS)..................................................................................10 1.2.2 Các phần tử thụ động (sợi quang, bộ ghép tách quang, mối hàn, đầu nối)..............................12 1.3. WDM và TDM PON....................................................................................................................15 1.4. Kết Luận.....................................................................................................................................16 Chương 2: Công Nghệ Mạng Quang Thụ Động GPON................................................................................17 2.1 Kiến Trúc GPON..........................................................................................................................17 2.2 Thông Số Kỹ Thuật GPON.................................................................................................................20 2.3 Kỹ Thuật Truy Nhập và Phương Thức Ghép Kênh...........................................................................21 2.3.1 Kỹ thuật truy nhập....................................................................................................................21 2.3.2. Phương thức ghép kênh..........................................................................................................22 2.4. Lớp hội tụ truyền dẫn....................................................................................................................23 2.4.1. Một số khái niệm cơ bản.........................................................................................................23 2.4.2. Ngăn xếp giao thức..................................................................................................................23 2.4.3 Các chức năng chính của GPC...................................................................................................25 2.4.4 Chức năng các lớp con trong GTC.............................................................................................26 2.5 Cấu trúc khung.................................................................................................................................26 2.5.1 Cấu trúc khung đường xuống....................................................................................................27 2.5.2 Cấu trúc khung đường lên........................................................................................................29 2.6 Phương Thức Đóng Gói Dữ Liệu.......................................................................................................30 2.6.1. Cấu trúc khung GEM................................................................................................................31 1 2.6.2. Ánh xạ lưu lượng vào tải tin GTC.............................................................................................34 2.7. Định cỡ và phân định băng thông trong GPON...............................................................................37 2.7.1.Định cỡ......................................................................................................................................37 2.7.2.Phân định băng thông động.....................................................................................................41 2.8. Bảo mật và mã hóa.........................................................................................................................52 2.9. Khả năng cung cấp băng thông. ...................................................................................................52 2.10. Khả năng cung cấp dịch vụ...........................................................................................................54 2.11. Kết luận.........................................................................................................................................55 Tài liệu tham khảo.....................................................................................................................................56 2 Danh mục hình vẽ 3 Thuật ngữ viết tắt Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt AES Advanced Encryption Standar Chuẩn mã hóa tiên tiến Alen ATM(partition) length Chiều dài phần ATM Alloc- ID Allocation Identifier Bộ nhận dạng phân định APON ATM Passive Optical Network Mạng quang thụ động dùng ATM ATM Asynchronous Tranfer Mode Chế độ truyền tải không đồng bộ BCH Bose- Chaudhuri- Hocquengham Mã BCH BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bit BIP Bit Interleaved Parity Bit kiểm tra chẵn lẻ Blen Bwmaplenght Chiều dài bản đồ băng thông B-PON Broadband Passive Optical Network Mạng quang thụ động băng rộng BW Bandwith Băng thông BWmap Bandwith map Bản đồ băng thông CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra vòng dư DBA Dynamic BandwithAssigment Phân định băng thông động DBR Deterministic Bit Rate Tốc độ bit danh định DBRu Dynamic BandwithAssigment Báo cáobăng thông động luồng lên DSL Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số EPON Ethernet Passive Optical Network Mạng quang thụ động dùng Ethernet FCS Frame Check Sequence Dãy bít kiểm tra khung FEC Forward Error Correction Sửa lỗi trước 4 FTTB Fiber To The Building Cáp quang nối đến tòa nhà FTTC Fiber To The Curb Cáp quang nối đến cụm dân cư FTTH Fiber To The Home Cáp quang nối tới nhà GEM G-PON Encapsulation Method Phương thức đóng gói GPON GPM G-PON Physical Media Môit rường vậtl ý GPON GPON Gigabit Passive Optical Network Mạng quang thụ động Gigabit GTC G-PON Transmission Convergence Hội tụt ruyền dẫn GPON HEC Header Error Control Điều khiển lỗi mào đầu OAM Operations, Admintration and Maintenance Vận hành, quản lý và bảo dưỡng ODN Optical Distribution Network Mạng phân phối quang OLT Optical Line Terminal Thiết bị kết cuối đường quang OMCI ONU Management and Control Interface Giao diện quản lý và điều khiển ONU ONT Optical Network Termination Thiết bị kết cuối mạng quang ONU Optical Network Unit Thiết bị đầu cuối quang người dùng ONU-ID ONU Identifier Nhận dạng ONU PCBd Physical Control Block downstream Khối điều khiển vật lý hướng xuống PDU Protocol Data Unit Đơn vị số liệu giao thức Plend Payload Length downstream Chiều dài tải hướng xuống PLI Payload Length Indicator Chỉ thị chiều dài tải PLOAM Physical Layer OAM Lớp vật lý OAM PLOAMd PLOAM down stream PLOAM đường xuống PLOAMu PLOAM upstream PLOAM đường lên PLOu Physical Layer Overhead upstream Mào đầu lớp vật lý hướng lên PLSu Power Levelling Sequence upstream Điều khiển công suấ thướng lên 5 PMD Physical Medium Dependent Phụ thuộc môi trường vật lý PON Passive Optical Network Mạng quang thụ động Port-ID Port Identifier Nhận dạng cổng PTI Payload Type Indicator Chỉ thị loại tải RTD Round trip Delay Trễ khứ hồi SDU Service Data Unit Đơn vị dữ liệu dịch vụ TC Tranmission Convergence Hội tụ truyền dẫn T-CONT Tranmission Container Khối truyền dẫn TDMA Time Divison Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDM Time Divison Multiplexing Ghép kênh theo thời gian VC Virtual Channel Kênh ảo VCI Virtual Channel Identifier Nhận dạng kênh ảo VPI Virtual Path Identifier Nhận dạng đường ảo WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh theo bước sóng Lời mở đầu Trong những năm gần đây, nhu cầu về các loại dịch vụ gia tăng tích hợp thoại, hình ảnh và dữ liệu ngày càng tăng. Sự phát triển của các loại dịch vụ mới đòi hỏi hạ tầng mạng truy cập phải đáp ứng các yêu cầu về băng thông rộng, tốc độ truy nhập cao. Công nghệ truy nhập đồng điển hình như xDSL đã được triển khai rộng rãi, tuy nhiên lại hạn 6 chế về cự ly và tốc độ không đáp ứng được yêu cầu dịch vụ. Vì vậy, nghiên cứu và triển khai các giải pháp truy nhập quang là vấn đề cần thiết hiện nay. Mạng đường trục Bắc – Nam nước ta sử dụng mạng Ring cáp quang SDH 20 Gbit/s. Các mạng liên tỉnh sử dụng hệ thống cáp quang SDH với dung lượng 622 Mbit/s và 2,5 Mbit/s. Vào cuối năm 2004, mạng NGN đã chính thức đi vào khai thác với khả năng cung cấp dịch vụ đa dạng, hội tụ cả thoại, video và cả dữ liệu nhưng mạng truy cập gần như không có một sự phát triển đáng kể nào. Mạng truy cập chủ yếu sử dụng cáp đồng nên không thể khai thác hết các tính năng của mạng NGN. Công nhệ mạng truy nhập quang thụ động GPON đã được ITU chuẩn hóa. Hiện nay là một trong những công nghệ được ưu tiên lựa chọn cho triển khai mạng truy nhập tại nhiều nước trên thế giới. GPON là dịch vụ hướng tới cung cấp mạng đầy đủ, tích hợp thoại, hình ảnh, số liệu với băng thông lớn, tốc độ cao. Do vậy GPON sẽ là công nghệ truy cập được triển khai trong tương lai. Chuyên đề “Nghiên cứu công nghệ truy nhập quang thụ động GPON” nhằm mục đích nghiên cứu, tìm hiểu những đặc điểm cơ bản của công nghệ GPON. Chuyên đề thực hiện gồm 02 chương: CHƯƠNG 1: Trình bày tổng quan về mạng quang thụ động PON. Chương này cho ta biết một cách tổng quát về mạng PON, đưa ra mô hình cơ bản của mạng. Phân tích các thành phần chủ yếu của mạng là OLT, ONU, trình bày các phần tử trong mạng PON. CHƯƠNG 2:Trình bày các nghiên cứu về công nghệ GPON. Chương này trình bày các nhiên cứu về công nghệ GPON, trong đó có các vấn đề lớn về lớp hội tụ truyền dẫn, định cỡ và phân định băng thông động là các vấn đề trọng tâm. Chương 1: Tổng Quan về Mạng Quang Thụ Động PON 7 1.1 Tổng Quan về Mạng Quang Thụ Động PON 1.1.1 Mở đầu Trong những năm gần đây, trong khi mạng truy nhập chỉ có những bước tiến rất hạn chế, thì mạng đường trục lại có những bước phát triển nhảy vọt do sự xuất hiện của các công nghệ mới, như công nghệ ghép kênh theo bước sóng (WDM). Cũng trong khoảng thời gian này, nhu cầu sử dụng các dịch vụ bang rộng ngày càng tăng về cả số lượng và chất lượng dịch vụ. Điều này đã dẫn đến một sự chênh lệch rất lớn về băng thông giữa một bên là mạng nội bộ của khách hàng tốc độ cao và mạng đường trục và một bên là mạng truy nhập tốc độ thấp, mà chúng ta vẫn gọi là nút cổ chai (bottleneck) trong mạng viễn thông. Việc bùng nổ lưu lượng internet trong thời gian qua càng làm trầm trọng thêm các vấn đề của mạng truy nhập tốc độ thấp.Theo hầu hết các bảo cáo phân tích, lưu lượng của dữ liệu 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 do 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 những đòi hỏi về băng thông như DSL hay cáp modem. Tuy nhiên, cả DSL và cáp modem đều không đáp ứng được những yêu cầu về băng thông cho mạng truy nhập.Hầu hết các công nghệ mạng hiện nay đều đang tiến tới một công nghệ mới, tập trung chủ yếu vào truyền tải dữ liệu, đặc biệt là dữ liệu IP.Trong bối cảnh đó, công nghệ truy nhập quang thụ động PON (Passive Optical Network) được cho là một giải pháp tối ưu cho mạng truy nhập băng rộng. Người ta trông đợi PON sẽ giải quyết 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 cuối, các điểm truy nhập và một bên là các công ty được cung cấp dịch vụ, hay một khu vực tập trung các thuê bao. Trong các khuyến nghị về mạng và các hệ thống truyền dẫn, ITU-T đã đưa ra một tập hợp các định nghĩa và kiến trúc làm cơ sở cho việc xây dựng mạng quang thụ động. Một cách ngắn gọn, PON có thể được định nghĩa như sau: “PON là một mạng quang không có các phần tử điện hay các thiết bị quang điện tử”. Như vậy với khái niệm này, mạng PON sẽ không chứa bất kì 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. 1.1.2 Kiến trúc của PON Mô hình mạng quang thụ động với các phần tử của nó được biểu diễn như trong hình 1-1. 8 Hình 1-1: Mô hình mạng quang thụ động Các phần tử thụ động của PON đều nằm trong mạng phân bố quang (hay còn gọi là mạng ngoại vi) bao gồm các phần tử như sợi quang, các bộ tách/ghép quang thụ động, các đầu nối và các mối hàn quang. Các phần tử tích cực như OLT và ONU đều nằm ở đầu cuối của PON. Tín hiệu trong PON có thể được phân ra và truyền đi theo nhiều sợi quang hoặc được kết hợp lại và truyền trên một sợi quang thông qua bộ ghép quang, phụ thuộc vào tín hiệu đó là đi theo hướng lên hay hướng xuống của PON. 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 hình bus khi triển khai trong các trường sở,… Về mặt logic, PON được sử dụng như mạng truy nhập kết nối điểm - đa điểm, với một CO phục vụ cho nhiều thuê bao.Có nhu cầu 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 2.2. 9 Hình 1.2 Các kiểu kiến trúc của PON. 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 cấu hình trên. Ngoài ra PON có thể thu gọn lại thành các vòng ring 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. OLT nằm ở CO và kết nối mạng truy nhập quang với mạng đô thị (MAN) hay mạng diện rộng (WAN), được biết đến như là những mạng đường trục. ONU nằm tại vị trí đầu cuối người sử dụng (FTTH hay FTTB hoặc FTTC). Trong các cấu hình trên, cấu hình cây 1:N như hình 2.2 (a), hay cấu hình cây và phân nhánh hình 2.2 (b) được sử dụng phổ biến nhất. Đây là những cấu hình rất mềm dẻo, phù hợp với nhu cầu phát triển của thuê bao, cũng như đòi hỏi ngày càng tăng về băng thông. 1.2 Các Phần Tử Trong Mạng Quang Thụ Động PON 1.2.1 Các phần tử tích cực (CO, ONU, EMS) Các nhà cung cấp PON chủ yếu tập trung phát triển các thiết bị tích cực, như bảng mạch CO và các ONU để đặt tại các đầu cuối của PON. Bảng mạch CO được đặt tại các nhà cung cấp, chứa các đầu nối, các điểm truy nhập POP, và các OLT, các modul giao diện mạng (NIM) và modul card chuyển mạch (SCM). PON kết nối một card OLT tới nhiều ONU, được đặt tại nhà thuê bao. 10 1.2.1.1 Bảng mạch CO Bảng mạch CO cung cấp dao diện hệ thống PON và mạng lõi của các nhà cung cấp dịch vụ.Các bảng mạch cung cấp kết nối với hệ thống quản lý mạng thông qua phần tử quản lý hệ thống EMS. CO có các giao diện kết nối với các loại thiết bị như: ● Các bộ nối chéo DCS, được sử dụng để truyền tải các luồng lưu lượng TDM tới mạng điện thoại.Các giao diện phổ biến DCS bao gồm DS-1, DS-3, tín hiệu truyền tải đồng bộ STS1-1, OC-3. ● Các cổng thoại, được sử dụng để truyền tải các lưu lượng TDM thoại cục bộ tới các mạng điện thoại công cộng (PSTN). ● Các thiết bị mạng video được sử dụng để truyền tải lưu lượng video tới mạng video lõi. Các chức năng và đặc điểm chính của OLT bao gồm: ● Giao diện đa dịch vụ kết nối với mạng lõi WAN ● Các giao diện để kết nối với mạng PON ● Chuyển mạch và định tuyến lớp 2 và lớp 3 ● Tập trung lưu lượng ● Chứa các OLT và SCM 1.2.1.2 Kết cuối mạng ONU ONU cung cấp giao diện giữa thuê bao sử dụng dịch vụ số liệu, video, thoại với PON. Chức năng chủ yếu của ONU là tiếp nhận lưu lượng dưới dạng các gói tin quang và chuyển đổi chúng thành dạng tính hiệu phù hợp với từng thuê bao (gói tin Ethernet, gói tin IP quảng bá, tín hiệu thoại, T1,…) Ngoài ra, ONU còn có các chức năng chuyển mạch lớp 2 và lớp 3 cho phép định tuyến lưu lượng tại ONU. Các chức năng và đặc điểm chính của ONU bao gồm: ● Cung cấp giao diện với khách hàng đối với các dịch vụ điện thoại truyền thống, các luồng T1, DS-3, 10/100 BASE-T, các gói tin quảng bá,… ● Có khả năng chuyển mạch và định tuyến lớp 2 và lớp 3. ● Cung cấp các luồng dữ liệu với tốc độ từ 64 Kb/s đến 1Gb/s. ● Cung cấp các giao diện chuẩn Ethernet. Thông thường ở CO có thể có chứa nhiều OLT. 11 1.2.1.3 EMS EMS quản lý các phần tử của mạng PON và cung cấp các giao diện kết nối với hệ thống quản lý mạng cung cấp dịch vụ.Các chức năng quản lý của nó bao gồm kiểm soát lỗi, thiết lập cấu hình, tính cước và bảo mật. Các chức năng và đặc điểm chính của EMS bao gồm: ● Cung cấp các chức năng quản lý thông qua giao diện với người sử dụng. ● Có khả năng quản lý các thiết bị của mạng PON. ● Có khả năng hỗ trợ đồng thời hàng trăm giao diện người sử dụng. ● Cung cấp các giao diện chuẩn với hệ thống quản lý mạng. 1.2.2 Các phần tử thụ động (sợi quang, bộ ghép tách quang, mối hàn, đầu nối) Các phần tử thụ động của sợi quang bao gồm: ● Sợi quang ● Bộ tách/ghép quang ● Mối hàn. ● Đầu nối quang. 1.2.2.1 Sợi quang Sợi quang sử dụng trong PON được phân thành hai loại : đơn mode (SM) và đa mode (MM), trong đó sự khác biệt chủ yếu giữa hai loại sợi này là sự tán sắc. So với sợi đơn mode, sợi đa mode có hệ số tán sắc cao hơn do tín hiệu được truyền đi trong sợi theo nhiều mode khác nhau. Hệ số tán sắc lớn sẽ dẫn đến sự giãn tín hiệu trong miền thời gian. Một tham số khác nữa của sợi quang là băng tần điều chế cực đại. Đây là một đặc tính khác nữa trong miền tần số, có lien quan trực tiếp đến độ tán sắc. Sợi đa mode bị hạn chế về băng tần và không thích hợp với những hệ thống truyền dẫn tốc độ cao và khoảng cách truyền dẫn lớn như trong PON. Vì vậy trong PON, người ta chỉ sử dụng sợi đơn mode. Sợi đơn mode cho phép nâng cấp hệ thống trong tương lai bằng những công nghệ điều chế khác nhau để đạt được tốc độ truyền dẫn cao hơn. Trên thực tế, sợi đơn mode có thể phân tán làm ba loại: ● Sợi đơn mode chuẩn (SSM – Standard single – mode) ● Sợi tán sắc dịch chuyển (DSSM – Dispersion shifted single – mode) ● Sợi tán sắc phẳng (DSM – Dispersion flattened single – mode) 12 Trong ba loại sợi trên, sợi SSM có tán sắc gần như bằng không tại bước sóng 1300nm, nhưng tại bước sóng này sợi lại có suy hao tương đối cao so với suy hao tại bước sóng 1550nm.Sợi DSSM có tán sắc gần như bằng không tại bước sóng 1550nm, nhưng độ tán sắc lại tăng đáng kể tại bước sóng 1300nm. Chỉ có sợi DFSM là có suy hao thấp tại cả hai bước sóng 1300nm và 1550nm, và có độ tán sắc gần như bằng không tại bước sóng 1550nm, và có thể coi là sợi lý tưởng cho các hệ thống sửu dụng bước sóng đó. Tuy nhiên chi phí cho loại sợi này cao hơn nhiều sợi SSM.Hơn nữa việc hàn nối sợi DFSM vào bộ ghép trong mạng PON khó khăn hơn nhiều so với sợi SSM.Chính vì vậy, sợi SSM chính là sợi quang được sử dụng nhiều nhất trong mạng PON. 2.2.2.2 Bộ tách ghép quang PON sử dụng thiết bị thụ động để chia tín hiệu quang từ một sợi để truyền đi trên nhiều sợi và ngược lại, kết hợp các tín hiệu quang từ nhiều sợi thành tín hiệu trên một sợi.Thiết bị này được gọi là bộ tách/ghép quang. Dạng đơn giản nhất của nó là một bộ ghép quang bao gồm hai sợi quang được hàn dính vào nhau. Tín hiệu nhận được ở bất cứ đầu vào nào cũng bị chia thành hai phần ở đầu ra.Tỉ lệ phân chia của bộ tách/ghép có thể được điều khiển bởi độ dài của mối hàn và vì vậy đây được coi là tham số không đổi. Các bộ tách/ghép N*N được chế tạo bằng cách ghép tầng nhiều bộ 2*2 với nhau như hình 2-3 hoặc sử dụng công nghệ ống dẫn sóng phẳng. Hình 1-3 : Các bộ ghép 8*8 được tạo ra từ các bộ ghép 2*2 Các bộ tách ghép được đặc trưng bởi các tham số sau đây: Suy hao chia – là tỷ lệ giữa công suất đầu ra và công suất đầu vào của bộ ghép, tính theo dB. Với một bộ 2*2 lý tưởng, giá trị này là 3dB.Hình 2-3 a biểu diễn hai mô hình của bộ 8*8 dựa trên các bộ 2*2.Trong mô hình 4 tầng (hình 2-3 a), chỉ có 1/16 công suất đầu vào được đưa tới từng đầu ra.Hình 2-3 b biểu diễn mô hình thiết kế hiệu quả hơn, mỗi đầu ra sẽ nhận được 1/8 công suất đầu vào. 13 Suy hao ghép – Đây là công suất bị tổn hao do quá trình sản xuất, giá trị này thông thường khoảng 0.1dB đến 1dB. Điều Hướng–Đây là mức công suất đo được ở đầu vào bị dò từ một đầu vào khác. Với những bộ tách/ghép là thiết bị có khả năng định hướng cao thì tham số điều hướng khoảng từ 40dB đến 50dB. Thông thường, các bộ tách/ghép thường chỉ được cấu tạo với một đầu vào hoặc một đầu ra. Bộ tách/ghép có một đầu vào ta goi là bộ chia(tách), còn bộ có một đầu ra được gọi là bộ kết hợp(ghép). Tuy nhiên cũng có những bộ 2*2 được chế tạo không đối xứng (với tỷ số chia khoảng 5/95 hoặc 10/90).Loại tách/ghép này chủ yếu được dùng để trích ra một phần tín hiệu quang cho mục đích kiểm tra, được gọi là bộ ghép rẽ. 2.2.2.3 Mối hàn Mối hàn được sử dụng để kết nối vĩnh cửu các sợi quang có độ dài sản xuất nhỏ hơn độ dài yêu cầu lắp đặt trong mạng, hoặc để nối các đầu sợi quang trong của bộ ghép với sợi quang của mạng phân bố. Có hai kiểu hàn nối sợi quang: hàn cơ khí và hàn nóng chảy. Hàn cơ khí (hay ghép cơ khí) thực hiện trên một rãnh chữ V giữ cố định hai sợi cần hàn.Để có được mối hàn đảm bảo chất lượng, ta cần phải đổ vào giữa hai đầu sợi ghép một chất lỏng có chiết suất phù hợp. Kiểu hàn này có ưu điểm là đơn giản dễ thực hiện, nhưng có nhược điểm là độ tin cậy thấp do điểm yếu cơ khí của chúng. Kiểu nóng chảy cần phải có thiết bị hàn nóng chảy đặc biệt, nhưng mối hàn có suy hao thấp và độ tin cậy cao hơn nhiều so với hàn cơ khí, và được sử dụng rất nhiều trong các mạng phân bố quang. 2.2.2.4 Đầu nối quang Đầu nối quang được sử dụng tại giao diện mà yêu cầu kết nối không cố định. Những kết nối như vậy tạo điều kiện dễ dàng cho việc đo thử, chẳng hạn như đo công suất quang đầu ra của thiêt bị kết cuối. Do đó đầu nối quang thường nằm giữa mạng phân bố quang và thiết bị đầu cuối. Các đầu nối quang dung trong các hệ thống tốc độ cao phải đáp ứng được những yêu cầu: suy hao xen thấp, phản xạ thấp, độ ổn định cao và khả năng sử dụng nhiều lần cao. Cách duy nhất để đáp ứng những yêu cầu này là thực hiện tiếp xúc vật lý giữa các sợi.Một số bộ kết nối vật lý đã đạt được giá trị phản xạ từ -45dB đến -60dB và suy hao xen 0.5dB. 14 1.3. WDM và TDM PON Ở hướng xuống (từ OLT đến ONU), mạng PON là mạng điểm – đa điểm. OLT chiếm toàn bộ băng thông hướng xuống. Trong hướng lên mạng PON là mạng đa điểm – điểm: nhiều ONU truyền tất cả dữ liệu của nó đến một OLT. Đặc tính hướng của các bộ tách ghép thụ động là việc truyền thông của một ONU sẽ không nhận biết bởi các ONU khác.Tuy nhiên các luồng dữ liệu từ các ONU khác nhau được truyền cùng một lúc cũng có thể bị xung đột.Vì vật trong hướng lên, PON sẽ sử dụng một vài cơ chế riêng biệt trong kênh để tránh xung đột dữ liệu và chia sẻ công bằng tài nguyên và dung lượng trung kế. Một phương pháp chia sẻ kênh ở hướng lên của ONU là sử dụng ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM, với phương pháp này thì mỗi ONU sẽ hoạt động ở một bước sóng khác nhau. Giải pháp WDM yêu cầu một bộ thu điều khiển được hoặc là một mảng bộ thu ở OLT để nhận các kênh khác nhau. Thậm chí nhiều vấn đề khó khăn cho các nhà khai thác mạng là kiểm kê từng bước sóng của ONU: thay vì chỉ có một loại ONU, thì có nhiều loại ONU dựa trên các bước sóng Laser của nó. Mỗi ONU sẽ sử dụng một laser hẹp và độ rộng phổ điều khiển được cho nên rất đắt tiền.Mặt khác, nếu một bước sóng bị sai lệch sẽ gây ra nhiều cho các khác nhau trong mạng PON.Việc sử dụng laser điều khiển được có thể khắc phục được vấn đề này nhưng quá đắt cho công nghẹ hiện tại.Với những khó khăn như vậy thì WDM không phải là giải pháp tốt cho môi trường hiện nay. Một số giải pháp khác dựa trên WDM cũng được đề xuất nhưng giá cả khá cao. Do vậy, TDM PON đã ra đời. Trong TDM PON, việc truyền đồng thời từ vài ONU sẽ gây ra xung đột khi đến bộ kết hợp. Để ngăn chặn xung đột dữ liệu, mỗi ONU phải truyền trong cửa sổ (khe thời gian) truyền của nó. Một thuận lợi lớn của TDM PON là tất cả các ONU có thể hoạt động cùng một bước sóng, OLT cũng chỉ cần một bộ thu đơn. Bộ thu phát ONU hoạt động ở tốc độ đường truyền, thậm chí băng thông có thể dùng của ONU thấp hơn. Tuy nhiên, đặc tính này cũng cho phép TDM PON đạt hiệu quả thay đổi băng thông được dùng cho từng ONU bằng cách thay đổi kích cỡ khe thời gian được ấn định hoặc thậm chí sử dụng ghép kênh thống kê tận dụng hết băng thông được dùng của mạng PON. Trong mạng truy cập thuê bao, hầu hết các luồng lưu lượng lên và xuống không phải là peer to peer (user to user).Vì vậy điều này dường như là hợp lý để tách kênh lên và xuống. Một phương pháp tách kênh đơn giản có thể dựa trên ghép kênh phân chia không gian (SDM) mà nó tách PON được cung cấp theo hướng truyền lên xuống. Để tiết kiệm cho sợi quang và giảm chi phí sửa chữa bảo quản, một sợi quang có thể được sử dụng cho truyền theo hai hướng. trong trường hợp này, hai bước sóng được dùng là : hướng lên λ1 15 =1310nm, hướng xuống λ2 =1550nm. Dung lượng kênh ở mỗi bước sóng có thể phân phối linh động giữa các ONU. ONU Headend (OLT) ONU ONU Tx Medium access logic WDM Subscriber(ONU) Rx Tx WDM Medium access logic Rx Hình 1-.4: Mạng PON sử dụng một sợi quang Ghép kênh phân chia theo thời gian là phương pháp được ưu tiên hiện nay cho việc chia sẻ kênh quang trong mạng truy cập khi mà nó cho phép một bước sóng đơn ở hướng lên và bộ thu phát đơn ở OLT đã làm cho giải pháp này có ưu thế hơn về chi phí đầu tư. 1.4. Kết Luận Công nghệ PON là một giải pháp đầy hứa hẹn để giải quyết vấn đề tắc nghẽn băng thông trong mạng. Là mạng truy nhập có nhiều ưu điểm để triển khai các dịch vụ băng rộng (thoại, dữ liệu, video) giữa các kết cuối đường dây ở xa (ONU) và kết cuối mạng (OLT). Một mạng PON hỗ trỡ nhiều kiểu kiến trúc mạng: hình cây, bus hoặc ring, do đó có thể linh hoạt trong việc tổ chức mạng. Và hiện nay GPON đã được triển khai rộng rãi tại một số nước, GPON cũng đã được lựa chọn để thay thế cho các mạng truy nhập của nhiều nước trên thế giới. Với những đặc điểm kỹ thuật công nghệ mềm dẻo hỗ trợ nhiều lựa chọn cho tốc độ truy nhập, đồng thời hỗ trợ cả lưu lượng ATM và IP, cung cấp nhiều loại hình dịch vụ tích hợp với chất lượng cao, thích hợp để triển khai ở những khu vực có nhu cầu sử dụng lớn, có nhiều thuê bao. GPON đang ngày càng khẳng định là công nghệ của mạng truy nhập thế hệ mới. 16 Chương 2: Công Nghệ Mạng Quang Thụ Động GPON Giới Thiệu Chung GPON(Gigabit passive Optical Network) được định nghĩa theo chuẩn ITU-T G.984. GPON được mở rộng từ chuẩn BPON G.983 bằng cách tăng cường băng thông, nâng hiệu suất băng thông nhờ sử dụng gói lớn, có độ dài thay đổi và tiêu chuẩn hóa quản lý. GPON hỗ trợ nhiều mức tốc độ khác nhau, trong đó hỗ trợ tới 2,488 Mbit/s của băng thông luồng xuống và 1,244 Mbit/s của băng thông luồng lên. Phương thức đóng gói GEM(GPON Encapsulation Method) cho phép đóng gói lưu lượng người dùng rất hiệu quả, với sự phân đoạn khung cho phép nâng cao chất lượng dịch vụ QoS (Quality of Service) phục vụ lưu lượng nhạy cảm như truyền thoại và video. GPON hỗ trợ tốc độ cao, tăng cường bảo mật và hỗ trợ cả dịch vụ với chi phí thấp cũng như cho phép khả năng tương thích lớn giữa các nhà cung cấp thiết bị. 2.1 Kiến Trúc GPON Hình 2-1 mô tả cấu hình hệ thống GPON bao gồm OLT, các ONU, một bộ chia quang cà các sợi quang.Sợi quang được kết nối tới các nhánh OLT tại bộ chia quang ra 64 sợi khác nhau và các bộ phân nhánh được kết nối tới ONU. Hình 2.1: Kiến trúc mạng GPON 17 Trong lớp GPON TC, giá trị lý thuyết cực đại là 60 km trong khi khoảng cách giữa các ONU xa nhất và gần nhất là 20 km. Sự khác biệt này bị hạn chế ở chỗ kích thước cửa sổ không được mở rộng vì các vấn đề chất lượng dịch vụ. Giống như đối với tỷ số chia, lớp TC hỗ trợ tới 128 nhánh chia. 2.1.1 Các khối chức năng Hệ thống GPON bao gồm ba thành phần cơ bản: OLT, ONU, ODN. 2.1.1.1 Kết cuối đường quang OLT OLT được kết nối tới mạng chuyển mạch thông qua các giao diện được chuẩn hóa. Ở phía phân tán, OLT đưa ra giao diện truy nhập quang tương ứng với các chuẩn GPON như tốc độ bit, quỹ công suất, jitter,… OLT bao gồm ba phần chính: Chức năng giao diện cổng dịch vụ; Chức năng kết nối chéo và giao diện mạng phân tán quang. Các khối OLT được mô tả trong hình 2-2: Hình 2-2 : Các khối chức năng của OLT Khối lõi PON (PON core shell): Khối này gồm hai phần, phần giao diện ODN và chức năng PON TC. Chức năng của PON TC bao gồm tạo khung, điều khiển truy nhập phương tiện OAM, DBA và quản lý ONU. Mỗi PON TC có thể lựa chọn hoạt động theo một chế độ ATM, GEM và Dual. Khối kết nối chéo (Cross-connect shell): Cung cấp đường truyền thông giữa khối lõi PON và phần dịch vụ. Các công nghệ sử dụng cho đường này phụ thuộc vào các dịch vụ, kiến trúc bên trong của OLT và các yếu tố khác.OLT cung cấp chức nẳng kết nối chéo tương ứng với các chế độ được lựa chọn (ATM, GEM và Dual). 18 Khối dịch vụ (Service shell): Phần này hỗ trợ chuyển đổi giữa các giao diện dịch vụ và giao diện khung TC của phần PON. 2.1.1.2 Khối mạng quang ONU Các khối chức năng của ONU hầu hết đều giống như của OLT.Vì ONU hoạt động chỉ với một giao diện PON đơn (hoặc nhiều nhất là hai giao diện với mục đích bảo vệ), chức năng kết nối chéo có thể bị bỏ đi.Tuy nhiên, thay cho chức năng này, chức năng ghép và giải ghép dịch vụ (MUX và DEMUX) được hỗ trợ để xử lý lưu lượng.Cấu hình điển hình của một ONU được mô tả ở hình 2-3. Hình 2-3: Các khối chức năng của ONU 2.1.1.3 Mạng phân phối quang ODN Mạng phân phối quang kết nối giữa một OLT với một hoặc nhiều ONU sử dụng thiết bị tách/ghép quang và mạng cáp quang thuê bao. Bộ tách/ghép quang được trình bày và phân tích trên mục [2.2.2.2] Mạng cáp quang thuê bao: Mạng cáp thuê bao được xác định trong phạm vi ranh giợ từ giao tiếp sợi quang giữa thiết bị OLT đến thiết bị ONU/ONT. 19 Hình 2-4: Cấu trúc cơ bản mạng cáp quang thuê bao Mạng cáp quang thuê bao được cấu thành bởi các thành phần chính như sau: • Cáp quang gốc (Feeder cable): xuất phát từ phía nhà cung cấp dịch vụ (hay còn gọi chung là Central Office) tới điểm phân phối được gọi là DP (Distribution Point). • Điểm phân phối sợi quang (DP): là điểm kết thúc của đoạn cáp gốc.Trên thực tế triển khai, điểm phân phối sợi quang thường là măng xông quang, hoặc các tủ cáp quang phối. • Cáp quang phối (Distribution Optical Cable): xuất phát từ điểm phối quang( DP) tới các điểm truy nhập mạng AP(Access Point) hay từ các tủ quang phối tới các tập điểm quang. • Cáp quang thuê bao (Drop Cable): xuất phát từ các điểm truy nhập mạng(AP) hay là từ các tập điểm quang đến thuê bao. • Điểm quản lý quang FMP(Fiber management Point): được sử dụng cho xử lý sự cố và phát hiện đứt đường. 2.2 Thông Số Kỹ Thuật GPON Các thông số kỹ thuật cơ bản của GPON: Tốc độ truyền dẫn: • 0,15552 Gbps đường lên, 1,24416 Gbps đường xuống. • 0,62208 Gbps đường lên, 1,24416 Gbps đường xuống. • 1,24416 Gbps đường lên, 1,24416 Gbps đường xuống. • 0,15552 Gbps đường lên, 2,48832 Gbps đường xuống. 20