Đồ án Phương pháp bảo vệ trong FTTx

n hình anten đại chúng (CATV: Community Antenna Television Networks) hay còn gọi là mạng truyền hình cáp ban đầu được thiết kế để cung cấp tín hiệu truyền hình tương tự quảng bá đến các thuê bao. Với mục đích quảng bá, mạng truyền hình cáp được xây dựng theo giản đồ hình cây. Thường thì CATV được xây dựng theo mô hình truy nhập hỗn hợp giữa cáp quang và cáp đồng trục (HFC: Hybrid Fiber/Coax) với sợi quang chạy giữa một video head end hay một hub đến một node quang, và đoạn còn lại đến thuê bao bằng cáp đồng trục (xem hình 2.6). Hình 2.6: Mô hình mạng truyền hình cáp Phần cáp đồng trục của mạng dùng những bộ khuếch đại để bù suy hao và tap coupler để tách tín hiệu giữa các thuê bao. Hình 2.7: Cấu trúc mạng truyền hình cáp Đối mặt với sự cạnh tranh từ các công ty viễn thông trong việc cung cấp dịch vụ Internet, các công ty truyền hình cáp đáp ứng bằng cách tích hợp dịch vụ dữ liệu trên mạng cáp HFC của họ. Sự tích hợp này yêu cầu thay thế những bộ khuếch đại (chỉ khuếch đại cho hướng xuống) đang dùng cho truyền hình tương tự bằng những bộ khuếch đại hai hướng cho phép khuếch đại luồng dữ liệu lên. Một giao thức đa truy nhập cũng phải được triển khai để chống đụng độ của dữ liệu truyền lên đồng thời của nhiều thuê bao. Một giới hạn của CATV khi phục vụ cho những dịch vụ truyền dữ liệu là kiến trúc này thực chất được thiết kế cho dịch vụ quảng bá truyền hình tương tự. Vì độ rộng phổ tổng cộng của cáp đồng trục vào khoảng 740 MHz, trong đó dải 400 MHz được chỉ định cho tín hiệu tương tự hướng xuống, và dải 300 MHz được chỉ định cho tín hiệu số hướng xuống. Thông tin hướng lên chỉ vào khoảng 40 MHz. Dung lượng ở hướng lên này quá khiêm tốn khi phục vụ từ 500 đến 2000 thuê bao. 2.2.3. WiMAX WiMAX (IEEE 802.16) là công nghệ truy nhập vô tuyến băng rộng. Phạm vi phủ sóng của WiMAX có thể lên đến 50 km với tốc độ truyền tối đa là 70 Mbps (theo lý thuyết), chất lượng dịch vụ được thiết lập cho từng kết nối, an ninh tốt, hỗ trợ cho truy nhập cố định cũng như di động, sử dụng cả phổ tần được cấp phép và phổ tần không cần cấp phép. Kỹ thuật WiMAX dựa trên nền tảng công nghệ ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) và kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access). Hiện nay, công nghệ WiMAX đã có phiên bản đầu tiên dựa trên toàn bộ tiêu chuẩn IEEE 802.16-2004 đang được thử nghiệm và sản xuất thiết bị. Phiên bản này chủ yếu hỗ trợ cho các kết nối cố định. Giai đoạn phát triển tiếp theo của WiMAX dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.16e, hỗ trợ cho cả kết nối cố định và di động, dự định sẽ được chuẩn hóa vào cuối năm 2006 và đi vào triển khai sản phẩm vào đầu năm 2007. Việc triển khai WiMAX trở nên dễ dàng ở khu vực nông thôn, vùng sâu, vùng xa và những nơi dân cư đông đúc mà trước đó việc triển khai cơ sơ hạ tầng mạng hữu tuyến băng rộng gặp nhiều khó khăn. Vì thế, WiMAX được xem như công nghệ có hiệu quả kinh tế cao, phù hợp với các khu vực mà ở đó các công nghệ khác khó có thể cung cấp dịch vụ băng thông rộng. Theo đánh giá của các chuyên gia, WiMAX sẽ nhanh chóng vượt qua những công nghệ hiện có như Wi-Fi hay 3G, bởi khả năng kết nối băng rộng tốc độ cao trong phạm vi rộng lớn. Hơn nữa, việc cài đặt WiMAX dễ dàng, tiết kiệm cho các nhà cung cấp dịch vụ và giảm giá thành dịch vụ cho người sử dụng. Ưu điểm của WiMAX: Cấu trúc mạng linh hoạt: WiMAX hỗ trợ một vài cấu trúc mạng bao gồm điểm-điểm, điểm-đa điểm và các mạng bao phủ toàn diện. Bên cạnh đó, WiMAX cho thấy khả năng kết nối liên mạng cao, có thể kết nối với các mạng vô tuyến hiện nay như Wi-Fi hay 3G để có thể liên kết cung cấp và chia sẽ các dịch vụ băng rộng của nó cho các mạng này. Bảo mật tốt: WiMAX hỗ trợ AES (Advanced Encryption Standard) và DES (Data Encryption Standard). Bằng cách mã hóa kênh truyền giữa BS (Base Station) và SS (Subscriber Station), WiMAX hỗ trợ cho SS các công cụ bảo mật trên suốt giao tiếp vô tuyến. Các giao thức bảo mật được sử dụng trong WiMAX cũng hỗ trợ cho nhà khai thác mạng chống lại việc đánh cắp dịch vụ. WiMAX cũng hỗ trợ việc xây dựng các VLAN (Virtual Local Area Network) mà trong đó thông tin của các user khác nhau sử dụng cùng một BS được bảo vệ. Chất lượng dịch vụ cao và linh hoạt: WiMAX có thể cung cấp linh hoạt chất lượng dịch vụ cho từng loại dịch vụ cụ thể. Có bốn loại dịch vụ sau đây: Bảng 2.3: Các loại dịch vụ của WiMAX Loại dịch vụ Mô tả UGS (Unsolicited Grant Service) UGS là loại dịch vụ đáp ứng thời gian thực hỗ trợ dữ liệu gói kích thước cố định như T1/E1 và VoIP (Voice over IP). rtPS (Real-time Polling service) rtPS là dịch vụ đáp ứng thời gian thực hỗ trợ dữ liệu gói kích thước biến đổi như MPEG (Moving Pictures Experts Group) video. nrtPS (Non-real-time Polling Service) Là loại dịch vụ không đáp ứng thời gian thực hỗ trợ cho dữ liệu gói có kích thước biến đổi và tốc độ thấp như FTP (File Transfer Protocol). BE (Best Effort) Là loại dịch vụ có chất lượng thay đổi phụ thuộc vào tài nguyên của mạng theo từng thời điểm, không có chất lượng dịch vụ tối thiểu nào được thỏa thuận giữa user và nhà cung cấp. Có thể triển khai nhanh chóng và chi phí triển khai thấp: So với việc triển khai các mạng hữu tuyến, việc xây dựng một mạng WiMAX đơn giản và rút ngắn thời gian thi công rất nhiều. Cũng nhờ tính đơn giản trong triển khai và thiết bị được cung cấp bởi nhiều nhà sản xuất mà giá thành triển khai dịch vụ sẽ tương đối dễ chấp nhận đối với các nhà khai thác. Với người sử dụng chỉ cần lắp đặt các thiết bị giao tiếp là có thể sử dụng được dịch vụ. Nhiều cấp độ dịch vụ: Việc cung cấp chất lượng dịch vụ được quy định bởi SLA (Service Lever Agreement) giữa nhà cung cấp dịch vụ và user đầu cuối. Hơn nữa, một nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp các SLA khác nhau cho từng user thậm chí các user này được giao tiếp với cùng một SS. Khả năng liên kết hoạt động cao: WiMAX dựa trên tiêu chuẩn quốc tế và được hỗ trợ bởi nhiều nhà cung cấp thiết bị và công nghệ. WiMAX hỗ trợ cho user dễ dàng trong việc di chuyển và sử dụng thiết bị truy nhập của họ ở những vị trí khác nhau, với những nhà cung cấp dịch vụ khác nhau. Khả năng liên kết hoạt động của WiMAX hỗ trợ cho các nhà khai thác dịch vụ trong việc triển khai sớm dịch vụ của mình vì có thể lựa chọn thiết bị từ nhiều nhà cung cấp khác nhau cũng như được lợi về giá thành thiết bị do yếu tố cạnh tranh từ các nhà sản xuất. Hỗ trợ việc thay đổi vị trí cho các thiết bị truy nhập (Portable): Cũng giống như các mạng vô tuyến tế bào khác, khi một SS WiMAX được khởi động nó sẽ xác định các đặc điểm kênh truyền liên kết với BS , thực hiện đăng nhập vào cơ sở dữ liệu quản lý của hệ thống và thỏa thuận các đặc tính truyền dẫn của nó với hệ thống. Hỗ trợ truy nhập di động: Tiêu chuẩn IEEE 802.16e sẽ hỗ trợ truy nhập cho các SS di động. Hỗ trợ kỹ thuật MIMO (Multiple-Input Multiple-Output), thủ tục chuyển giao cũng như điều khiển công suất đối với SS di chuyển với vận tốc dưới 160 kmph. Vùng phủ sóng lớn: WiMAX hỗ trợ nhiều mức điều chế khác nhau bao gồm BPSK (Binary Phase-Shift Keying), QPSK (Quadrature Phase-Shift Keying), 16-QAM (Quadrature Amplitude Modulation), và 64-QAM. Khi thiết bị sử dụng các bộ khuếch đại công suất cao kết hợp với các kiểu điều chế mức thấp như BPSK, QPSK thì trạm phát BS có thể phủ sóng trên một vùng rộng lớn nếu sử dụng mô hình đường truyền LOS (Light Of Sight) giữa BS và SS. Hỗ trợ mô hình NLOS (Non Light Of Sight): Với kỹ thuật OFDM, WiMAX có thể hỗ trợ cho mô hình truy nhập NLOS. Khả năng này cho phép WiMAX hỗ trợ được vùng phủ sóng rộng khắp hơn, với nhiều loại thiết bị truy nhập hơn. Dung lượng lớn: Nhờ khả năng hỗ trợ các kiểu điều chế mức cao, WiMAX có thể cung cấp tốc độ dữ liệu lớn cho user giúp nâng cao dung lượng của hệ thống. 2.3. Xu hướng phát triển của mạng truy nhập: 2.3.1. Nhược điểm của các giải pháp băng rộng hiện tại: Các giải pháp băng rộng kể trên như DSL, Cable Modem hay WiMAX không tối ưu để vận chuyển luồng dữ liệu. Trong khi ADSL cung cấp nhiều băng thông hơn so với một modem quay số tương tự, nhưng nó cũng không thể được xem là băng rộng bởi vì nó không phục vụ tốt được những ứng dụng thoại, dữ liệu và video. Thêm vào đó, khoảng cách vật lý mà một CO (Central Office) có thể bao phủ với DSL bị giới hạn trong khoảng 18.000 ft (5,5 km). Thậm chí, để tăng mức độ bao phủ của DSL, remote DSLAM có thể được triển khai đến gần thuê bao. Thường thì nhà vận hành mạng không cung cấp dịch vụ DSL đến vị trí thuê bao xa CO hơn 12.000 ft vì giá triển khai và bảo dưỡng sẽ tăng. Trong mạng Cable Modem, chỉ một vài kênh tần số vô tuyến được chỉ định cho dữ liệu, trong khi phần lớn băng thông phục vụ cho dịch vụ truyền hình tương tự. Giải pháp WiMAX tuy có tốc độ truyền cao và phạm vi phủ sóng lớn. Nhưng vẫn chưa tối ưu bằng so với sử dụng mạng truy nhập sợi quang (sẽ giới thiệu ở phần tiếp theo). Hầu hết các nhà vận hành mạng nhận thấy rằng cần có một giải pháp truy nhập mới với dữ liệu tập trung là cần thiết, nó phải rẻ tiền, đơn giản, và có khả năng phân phối thoại, dữ liệu và dịch vụ truyền hình đến khách hàng trên một mạng duy nhất. Kiến trúc mới này sẽ được tối ưu cho luồng dữ liệu IP (Internet Protocol), giao thức thông tin đang thịnh hành hiện nay. 2.3.2. Giải pháp sợi quang: Sợi quang với những ưu điểm như băng thông cao, suy hao thấp, ít xuyên nhiễu (đã trình bày ở chương 1) sẽ là giải pháp băng rộng lý tưởng cho mạng truy nhập. Có thể triển khai sợi quang trong mạng truy nhập theo mô hình điểm-điểm, mô hình sao chủ động hay mô hình sao thụ động: Một cách đơn giản nhất để triển khai sợi quang trong mạng truy nhập là dùng mô hình Home Run Fiber ( hay còn gọi là mô hình điểm-điểm), tức là nối sợi quang trực tiếp từ CO (Central Office) đến mỗi thuê bao. Giả sử có N thuê bao với khoảng cách trung bình từ mỗi ONU (Optical Network Unit) đến OLT (Optical Line Terminal) là L km thì ta cần NxL km sợi quang và 2N bộ thu phát. Hình 2.8: Mô hình điểm-điểm Trong cấu hình điểm-điểm đã mô tả ở trên, để giảm chiều dài sợi quang thì ta có thể triển khai một Remote Switch tại vị trí tập trung các thuê bao để đa hợp và giải đa hợp tín hiệu giữa các thuê bao và CO, đây còn gọi là mô hình sao chủ động. Mô hình này chỉ cần L km chiều dài sợi nhưng cần 2N+2 bộ thu phát. Hình 2.9: Mô hình sao chủ động Việc dùng cấu hình Remote Switch ở trên vẫn chưa tối ưu vì còn phải tốn nguồn để duy trì hoạt động cho thiết bị này (đây là thiết bị chủ động). Vì thế, thật là hợp lý khi thay thế một Remote Switch chủ động bằng một bộ tách quang thụ động không đắt tiền. Khi đó ta có một mạng quang thụ động (PON: Passive Optical Network). PON sẽ giảm tối thiểu số các bộ thu phát quang, các đầu cuối CO, và chiều dài sợi. Ví dụ mô hình PON ở hình 2.8 có L km chiều dài sợi và N+1 bộ thu phát. Hình 2.10: Mô hình sao thụ động Bảng 2.4: So sánh các mô hình trong mạng truy nhập quang Mô hình Điểm - Điểm Sao chủ động PON Ưu điểm Kiến trúc đơn giản. Băng thông cao do mỗi thuê bao dùng riêng một sợi quang. Giảm được chiều dài sợi quang so với mô hình điểm -điểm. Giá thành giảm, công tác bảo trì đơn giản. Tối ưu về chiều dài sợi và các bộ thu phát so với 2 mô hình trước. Nhược điểm Đắt tiền vì việc phải triển khai sợi quang và các bộ thu phát riêng cho từng thuê bao. Băng thông thấp hơn mô hình điểm-điểm. Số bộ thu phát cao hơn mô hình điểm-điểm Tốn năng lượng và công tác bảo trì cho thiết bị Remote Switch. Qua bảng so sánh trên ta thấy PON là một giải pháp tối ưu cho mạng truy nhập hiện nay. Chương tiếp theo sẽ trình bày các chi tiết kỹ thuật trong PON. 2.4. Kết luận Chương này trình bày sự tăng nhanh của lưu lượng luồng dữ liệu và các giải pháp băng rộng hiện tại (DSL, Cable Modem, WiMAX), qua đó cho ta thấy rõ được hiện tượng nghẽn cổ chai băng thông trong mạng truy nhập. Đồng thời, chương này còn nêu ra xu hướng phát triển của mạng truy nhập và nhược điểm của các giải pháp băng rộng hiện tại do đó sợi quang với những ưu điểm như băng thông cao, suy hao thấp, ít xuyên nhiễu... sẽ là giải pháp băng rộng lý tưởng cho mạng truy nhập. Qua sự so sánh các mô hình triển khai trong mạng truy nhập quang sẽ cho chúng ta thấy PON (mạng quang thụ động) là một giải pháp truy nhập băng rộng mới, tối ưu cho mạng truy nhập hiện nay. Chương 3 CÁC ĐẶC ĐIỂM KỸ THUẬT TRONG MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG 3.1. Giới thiệu PON 3.1.1. Định nghĩa: Mạng quang thụ động (PON) hay còn gọi là mạng quang không nguồn là phần mạng truy nhập dùng sợi quang làm môi trường truyền dẫn. Ở trên môi trường truyền dẫn quang này chỉ có các thiết bị thụ động (không nguồn) như là sợi quang và bộ tách/ghép. PON ra đời nhằm hướng tới việc khắc phục hiện tượng nghẽn cổ chai băng thông ở mạng truy nhập hiện nay. Bằng cách đưa ra khoảng băng thông giữa T1 (1,5 Mbps) và OC3 (155 Mbps) để phục vụ cho mạng truy nhập (xem hình 3.1), PON đã giải quyết được vấn đề mà trước đây các kỹ thuật truy nhập khác không làm được. 64 k 144 k 1.5 M 45 M 155 M 1 G POTS ISDN DSL T1 T3 OC-3 Khoảng băng thông đáp ứng của PON Băng thông (bps) Dịch vụ Hình 3.1: Khoảng băng thông đáp ứng của các loại dịch vụ 3.1.2. Các mô hình của PON: PON là một mạng điểm-đa điểm, với một CO phục vụ nhiều thuê bao. Có nhiều mô hình tương thích với mạng truy nhập loại này, bao gồm cây, vòng hay bus (xem hình 3.2). (a) Mô hình cây (sử dụng bộ tách 1:N) (b) Mô hình vòng (dùng 2x2 tap coupler) (c) Mô hình bus (dùng 1x2 tap coupler) (d) Mô hình cây với sợi trung kế dự phòng (dùng bộ tách 2xN) Hình 3.2: Các mô hình PON Dùng 1:2 tap coupler quang và 1:N splitter quang để tách/ghép tín hiệu, PON có thể triển khai một cách mềm dẻo trong bất cứ mô hình nào. Ngoài ra, PON cũng có thể triển khai trong cấu hình dự phòng (xem chi tiết ở chương 4). Sự dự phòng có thể được thêm vào chỉ trong một phần hay tất cả các thành phần của PON, ví dụ như dự phòng trung kế (trunk) (xem hình 3.2d). Tất cả sự truyền dẫn trong PON được biểu diễn giữa một OLT (Optical Line Terminal) và một ONU (Optical Network Unit). OLT ở phía CO và kết nối mạng truy nhập quang OAN (OAN:Optical Access Network) đến mạng MAN (Metropolitan Area Network) hay mạng WAN, hay còn gọi là mạng backbone hoặc long-haul network. Tùy theo vị trí của ONU mà ta có các kiến trúc khác nhau: Nếu ONU nằm tại vị trí khách hàng ta có kiến trúc FTTH (Fiber To The Home) và FTTB (Fiber To The Building). Nếu ONU đặt tại vỉa hè, ta có kiến trúc FTTC (Fiber To The Curb). Ưu điểm của việc dùng PON trong mạng truy nhập thuê bao là: PON tăng khoảng cách truyền giữa CO và khách hàng. Một PON có thể hoạt động với khoảng cách 20 km cho mạch vòng (điều này vượt quá khả năng của DSL). PON tiết kiệm sợi ở cả tổng đài cục bộ và mạch vòng. Chỉ một thành phần của sợi cần cho trung kế, và chỉ một port trên PON được yêu cầu trong CO. Điều này cho phép một mức độ tập trung thiết bị CO dày đặc và ít tốn nguồn. PON cung cấp băng thông cao hơn vì dùng sợi quang. PON có thể dùng kỹ thuật WDMA (Wavelength Division Multiple Access) để tăng dung lượng. PON loại ra sự cần thiết của việc lắp đặt các bộ đa hợp và giải đa hợp chủ động trong vùng tách/ghép, vì thế nhà vận hành mạng không cần phải bảo trì và cung cấp nguồn cho các thiết bị đó nữa. Thay cho các thiết bị chủ động trong những vùng này, PON dùng các thành phần thụ động. 3.1.3. Các thành phần trong PON Trong PON có hai thành phần: Các thành phần thụ động được đặt ở phần mạng phân phối (hay còn gọi là phần ngoại vi) bao gồm một sợi cáp quang đơn mode, bộ tách/ghép, các khớp nối và mối hàn. Các thành phần chủ động như là OLT và các ONU được đặt tại 2 đầu của PON. Hình 3.3: Các thành phần chủ động và thụ động trong một mạng PON 3.1.3.1. Thành phần thụ động: Sợi quang Trong PON dùng sợi quang đơn mode để truyền tín hiệu vì sợi đơn mode có thể truyền được khoảng cách xa hơn (so với sợi đa mode) do không bị ảnh hưởng của tán sắc mode. Sợi đơn mode chuẩn được dùng hiện nay có suy hao 0,2 dB/km. Bộ tách/ghép quang: Khi lựa chọn các bộ tách ghép quang thì cần chú ý đến các thông số sau: Suy hao chèn (Insertion loss): Là sự suy hao công suất do quá trình sản xuất không hoàn thiện. Thường thì giá trị này nằm trong khoảng 0,1 đến 1 dB. Độ định hướng (Directive): Là tổng số công suất ngõ vào bị rò rỉ từ một ngõ vào sang ngõ vào khác. Bộ tách/ghép được xem là có độ định hướng cao nếu thông số này vào khoảng -40 đến -50 dB. 3.1.3.2. Thành phần chủ động: CO Trong CO gồm có OLT và các card giao tiếp. CO có nhiệm vụ cung cấp giao tiếp giữa PON và nhà cung cấp dịch vụ dữ liệu, truyền hình, và mạng điện thoại. Ngoài ra CO cũng kết nối đến nhà cung cấp dịch vụ hoạt động mạng thông qua một hệ thống quản lý nhân tố (EMS: Element Management System). Chức năng và đặc trưng của CO bao gồm: Giao tiếp đa dịch vụ với mạng WAN. Giao tiếp Gigabit Ethernet với PON … Chuyển mạch và định tuyến lớp 2 và 3. Đưa ra chất lượng dịch vụ và thoả thuận mức dịch vụ. Lưu lượng tập trung. Giao tiếp giữa mạng WAN và CO thông qua các loại thiết bị sau: Bộ nối chéo số (DSC: Digital Cross Connect) có nhiệm vụ vận chuyển lưu lượng TDM (Time Division Multiplex) không chuyển mạch (non-switched) và không chuyển mạch cục bộ (non-locally switched) đến mạng điện thoại. Giao tiếp DSC thông thường bao gồm DS1, DS3, STS-1 và OC-3. Voice gateway sẽ vận chuyển lưu lượng thoại TDM chuyển mạch cục bộ (locally switched TDM/voice traffic) đến mạng chuyển mạch thoại công cộng (PSTN: Public Switched Telephone Network ). IP router hay ATM Switch sẽ gửi luồng dữ liệu vào mạng dữ liệu. Những thiết bị mạng video sẽ vận chuyển luồng video vào mạng video. Hình 3.4: Hình ảnh thực tế của một OLT,OLT trong hình có thể dùng cho 704 thuê bao ONU ONU cung cấp giao tiếp giữa dữ liệu, video và thoại của khách hàng vào PON. Chức năng đầu tiên của ONU là nhận lưu lượng dưới dạng quang và chuyển chúng thành dạng mong muốn của khách hàng (Ethernet, IP multicast, T1,… ). Bởi vì mỗi một ONU định vị tại vị trí khách hàng trong ứng dụng FTTB hay FTTH nên thiết kế và giá thành của ONU là chìa khoá của sự chấp nhận và triển khai của hệ thống PON. Điển hình sự thanh toán ONU chiếm 70% giá thành hệ thống cho FTTB và trong FTTH là 80%. Các chức năng của ONU bao gồm: Giao tiếp khách hàng với POTS, T1, DS3, 10/100 BaseT, IP multicast và dịch vụ dành riêng bước sóng. Khả năng chuyển mạch và định tuyến lớp 2, 3 … Cung cấp dữ liệu tốc độ 64 kbps đến 1 Gbps. Giao tiếp chuẩn Ethernet nên không cần đến DSL modem hay Cable Modem nữa. Hình 3.5: Hình ảnh thực tế của một ONU EMS EMS quản lý những nhân tố khác nhau của PON và cung cấp giao tiếp với nhà cung cấp dịch vụ hoạt động mạng. Trách nhiệm quản lý của nó bao gồm quản lý tất cả các lỗi (Full range of fault), cấu hình (Configuration), thanh toán tiền (Accounting), thực hiện (Performance), và chức năng bảo mật (Security). Gọi chung là FCAPS. Chức năng và đặc trưng của EMS bao gồm: Chức năng FCAPS thông qua một giao diện với khách hàng. Khả năng quản lý nhiều thiết bị trong hệ thống PON. Hỗ trợ đồng thời hàng trăm giao diện với khách hàng. Giao tiếp chuẩn vào sự hoạt động của mạng lõi. 3.2. Các kỹ thuật đa truy nhập dùng trong PON: Trong hướng xuống (từ một OLT đến nhiều ONU), PON là một mạng điểm-đa điểm. OLT có thể dùng toàn bộ băng thông cho hướng xuống tại tất cả các thời điểm. Ở hướng lên (từ nhiều ONU đến OLT), PON là một mạng đa điểm-điểm, tức là nhiều ONU truyền đến một OLT. Vì thế, luồng dữ liệu từ những ONU khác nhau nếu truyền dữ liệu đồng thời có thể gây đụng độ. Do đó, trong hướng lên PON cần triển khai một vài kỹ thuật phân chia kênh để chống đụng độ và phân chia công bằng dung lượng và tài nguyên kênh trung kế sợi (sợi quang nằm giữa OLT và bộ tách/ghép). 3.2.1. TDMA PON Hình 3.6: Mô hình TDMA PON Giải pháp PON đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA PON: Time Division Multiple Access PON) được đưa ra để ngăn chận đụng độ dữ liệu, tức là mỗi ONU chỉ được truyền trong khe thời gian dành riêng của nó. Trong đó, hướng lên dùng một bước sóng để truyền dữ liệu và hướng xuống dùng một bước sóng khác để truyền dữ liệu. Ở mỗi phía (ONU và OLT) đều có bộ thu WDM để tách các kênh bước sóng cho bộ thu và bộ phát dữ liệu (xem hình 3.6). Hình 3.7: Truyền dữ liệu xuống trong TDMA PON Việc truyền dữ liệu xuống từ OLT đến nhiều ONU có thể thực hiện theo phương thức quảng bá hay multicast. Trong hình 3.7 mỗi gói mang một header duy nhất xác định dữ liệu nó dự định phân phát cho ONU-1, ONU-2, hay ONU-3. Tại bộ tách, luồng được phân chia thành 3 tín hiệu riêng rẽ, mỗi tín hiệu mang tất cả các gói gửi đến ONU. ONU sẽ nhận gói được gửi cho khách hàng (user) của mình và bỏ đi các gói mà gửi cho user trong ONU khác. Ví dụ, ONU-1 nhận gói 1, 2, và 3, tuy nhiên nó chỉ phân phối gói 1 đến end user 1. Hình 3.8: Truyền dữ liệu lên trong TDMA PON Hình 3.8 chỉ ra luồng lên được quản lý như thế nào. Bằng cách tận dụng phân chia đa hợp theo thời gian, mỗi khe thời gian được dành riêng cho một ONU. Khe thời gian được đồng bộ để gói lên từ một ONU không gây trở ngại với các gói dữ liệu từ ONU khác khi được ghép vào chung một sợi. Ví dụ, ONU-1 truyền gói của nó trong khe thời gian đầu tiên, ONU-2 truyền gói của nó trong khe thời gian thứ hai, và ONU-3 truyền gói của nó trong khe thời gian thứ 3. Một trong những ưu điểm của TDMA PON là tất cả ONU có thể hoạt động chung trên một bước sóng, tức là chỉ có một loại ONU cho tất cả các khách hàng. Tại OLT cũng cần một bộ thu đơn (không cần dùng bộ thu điều chỉnh bước sóng như WDMA PON). Dùng phương pháp này thì băng thông dành cho ONU sẽ thấp hơn (so với WDMA PON). Tuy nhiên, đặc tính này cũng cho phép TDMA PON thay đổi hiệu quả băng thông chỉ định cho mỗi ONU bằng cách thay đổi kích cỡ khe thời gian, hay thậm chí triển khai đa hợp thống kê để tận dụng băng thông dùng được trong PON. 3.2.2. WDMA PON Một phương pháp cũng có thể dùng để phân chia những kênh ONU là dùng đa truy nhập ghép kênh theo bước sóng WDMA (WDMA: Wavelength Division Multiple Access), tức là mỗi ONU hoạt động trên một bước sóng khác nhau. Hình 3.9: Mô hình WDMA PON Như minh họa trong hình 3.9: Ở hướng lên mỗi user dùng một bước sóng khác nhau (từ λ5 đến λ8 ) để truyền dữ liệu. Các bước sóng này sẽ được bộ đa hợp WDM ghép lại và truyền trên sợi quang trung kế đến OLT. Ở hướng xuống OLT sẽ phát các bước sóng từ λ1 đến λ4 để truyền dữ liệu cho các user. Các bước sóng này sẽ được tách ra tại bộ giải đa hợp WDM để truyền đến user tương ứng. Giải pháp này yêu cầu giá thành cao vì: Thứ nhất nó yêu cầu một bộ thu điều chỉnh được hoặc một bộ thu mảng tại OLT để có thể nhận được nhiều kênh bước sóng. Ngoài ra nó còn yêu cầu phải có nhiều loại ONU, mỗi ONU sẽ phát bước sóng khác nhau. Trong mỗi ONU này sẽ dùng một laser với độ rộng phổ hẹp và có thể điều khiển được. Nếu ONU không đủ tiêu chuẩn sẽ gây ra nhiễu với những ONU khác trong PON. Dùng laser điều chỉnh được trong ONU sẽ kiểm soát được vấn đề này nhưng giá cao. Tuy nhiên giải pháp này có băng thông cao hơn so với TDMA PON Bảng 3.1: Bảng so sánh các kỹ thuật đa truy nhập Kỹ thuật Dung lượng Giá thành Khả năng cải tiến Độ tin cậy Điểm - điểm Cao nhất Cao nhất Dễ Tốt TDMA PON Cao Thấp Khó Tốt nhất WDMA PON Cao hơn TDMA PON nhưng nhỏ hơn điểm - điểm Cao hơn TDMA PON nhưng nhỏ hơn điểm- điểm Dễ Tốt hơn điểm-điểm nhưng nhỏ hơn TDMA PON 3.3. Các công nghệ trong TDMA PON Vì có nhiều ưu điểm hơn so với WDMA PON nên TDMA PON là kỹ thuật đa truy nhập ưa thích hiện nay. Có nhiều kiến trúc dựa trên TDMA PON đã được tiêu chuẩn hoá, bao gồm ATM PON (Asynchronous Transfer Mode PON), GPON (Gigabit PON) và EPON (Ethernet PON). 3.3.1. ATM PON Năm 1995, một nhóm các nhà vận hành mạng với tên gọi là FSAN (Full Service Access Netwoork) đã được thành lập với mục đích thống nhất mạng truy nhập băng rộng. Các thành viên FSAN đã phát triển một mạng truy nhập PON đặc trưng với ATM (Asynchronous Transfer Mode) là giao thức lớp 2. Đó gọi là ATM PON hay APON, sau này còn được gọi là BPON (Broadband PON) tức là PON băng rộng. Hiểu một cách đơn giản là dùng kiến trúc PON cho mạng truy nhập với phương thức đóng gói dữ liệu để truyền là ATM. Việc chọn phát triển APON tại thời điểm đó là do: Thứ nhất, chọn công nghệ ATM bởi vì nó tương thích với nhiều giao thức. Thứ hai, chọn PON bởi vì nó là giải pháp quang băng rộng kinh tế nhất. Dạng ATM PON này đã được chấp nhận là một chuẩn của ITU-T (G.983). Khuyến nghị G.983.1 đưa ra một kiến trúc BPON đối xứng với tốc độ truyền lên và xuống là 155 Mbps. Vào năm 2001 đã được chỉnh sửa lại là tốc độ bất đối xứng với 155 Mbps truyền lên và 622 Mbps truyền xuống. Header (5 byte) Payload (48 byte) ATM cell (53 byte) Hình 3.10 : Cấu trúc cell ATM Tuy nhiên việc dùng ATM PON cho mạng truy nhập bộc lộ những hạn chế sau: Nguyên lý của ATM là chia dữ liệu ra thành từng gói nhỏ có kích thước cố định 53 byte (48 byte payload và 5 byte overhead). Dạng dữ liệu này không tương xứng với giao thức Internet (IP: Internet Protocol) bởi vì IP có thể truyền gói dữ liệu với chiều dài lên đến 65,535 byte. Vi