Mạng quang thụ động PON và Công nghệ FTTH

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG NGOẠI VI Giới thiệu mạng ngoại vi Mạng ngoại vi là một trong ba thành phần chính cấu tạo nên mạng viễn thông gồm: Hệ thống chuyển mạch, hệ thống truyền dẫn, và hệ thống mạng ngoại vi, nó nằm ở bên ngoài nhà trạm viễn thông. Chiếm khoảng 60% giá trị của toàn mạng, Mạng ngoại vi bao gồm mạng cáp đồng và cáp quang. Mạng cáp đồng được dùng phổ biến ở mạng cung cấp thuê bao cho khách hàng. Mạng cáp quang thường được dùng giữa các tổng đài chính, giữa tổng đài chính – trạm vệ tinh (POP). Ngoài ra, cáp quang còn được sử dụng để cung cấp đường truyền cho các khách hàng quang. Giá thiết bị truyền dẫn cáp quang và cáp quang ngày càng giảm nên hiện nay có khuynh hướng cáp quang hóa đến khách hàng thuê bao có nhu cầu sử dụng dịch vụ đòi hỏi băng thông lớn hoặc tốc độ cao. 1.2 Cấu trúc mạng ngoại vi Cấu trúc tiêu biểu của một mạng cáp đồng từ đài trạm đến nhà thuê bao như sau: Dàn phối tuyến: là nơi tập trung tất cả các kết cuối của đầu dây các sợi cáp và từ đó tỏa ra các nơi trong mạng. Dàn phối tuyến thường nằm trong phòng máy tổng đài và là nơi xuất phát tất cả các cáp cho mạng thuê bao, cáp liên trạm của 1 đài/trạm. Nhờ có dàn phối tuyến và dây cáp UTP, các mạch thuê bao trong tổng đài được nối vào mạng cáp. Dàn phối tuyến tạo sự mềm dẻo trong việc đấu nối số thiết bị tổng đài với đôi dây cáp mạng ngoại vi và cũng là nơi kiểm tra, giám sát và đo thử mạng cáp. Cáp chính: là cáp xuất phát từ dàn phối tuyến đến tủ cáp. Cũng có trường hợp cáp chính đi thẳng từ dàn phối tuyến đến tập điểm. Trên đường đi, cáp chính có thể chia nhỏ ra đến các tủ cáp. Trong trường hợp này vẫn gọi là cáp chính vì xuất phát từ dàn phối tuyến. Tủ cáp: là nơi tập trung các kết cuối của 1 hay nhiều sợi cáp chính từ dàn phối tuyến đến và các kết cuối của mạng cáp phối từ tập điểm đến. Nhờ có tủ cáp mà mạng cáp trở nên mềm dẻo và linh hoạt hơn trong khu vực chưa có dự báo nhu cầu chính xác. Tủ cáp còn là nơi đo thử, kiểm tra, xác định hư hỏng cáp, cũng là nơi cho phép gắn các thiết bị bảo vệ (cầu chì bảo an – nếu khu vực thường xuyên bị sét đánh), cũng như các thiết bị dò – kiểm tra cáp. Tủ cáp hiện nay thường có dung lượng 600 đôi gồm 300 đôi gốc và 300 đôi phối. Cáp phối: là cáp xuất phát từ tủ cáp đến tập điểm. Tập điểm: là nơi kết cuối 1 tuyến cáp từ tổng đài, là điểm nối rẽ từng đôi dây đến nhà thuê bao. Tùy theo yêu cầu, tập điểm có thể treo trên cột, gắn trên vách tường hoặc đặt ngầm trong hầm cáp. Tập điểm thường có dung lượng 10 đôi, 20 đôi, 30 đôi, 50 đôi. Đường dây thuê bao: là dây nối từ tập điểm đến các thiết bị đầu cuối tại nhà thuê bao. Dây thuê bao có thể đi ngầm hay treo trên cột điện, thường có chiều dài từ 300m trở lại. Dây thuê bao được nối với moderm để kết nối với máy vi tính. 1.3 Đặc tính của mạng ngoại vi Hạ tầng đường dây thuê bao thường được các công ty độc quyền viễn thông xây dựng quy mô và lâu đời. Những công ty này sở hữu và quản lý đường dây thuê bao và dùng để cung cấp dịch vụ điện thoại cho các thuê bao. Công nghệ được các công ty điện thoại này sử dụng cũng khá đơn giản và không yêu cầu chất lượng mạng cao lắm. Thực tế các công ty điện thoại đã cung cấp dịch vụ thoại qua nhiều năm mà không gây sự cố nào. Người ta có thực hiện một số kỹ thuật cải thiện chất lượng đường dây thuê bao dài nhưng chỉ dừng lại ở chất lượng thoại trên dây đồng. Mạng cáp nội hạt không được một lần mà phát triển liên tục qua một thời gian dài cùng với số thuê bao tăng dần. Kết quả là, mạng cáp nội hạt không được tối ưu về kỹ thuật nên cần phải hợp lý hoá và xây dựng lại sau từng giai đoạn. Bản đồ mạng ngoại vi được xây dựng và duy trì nhưng thường chịu một thời gian dài không sửa đổi, bổ sung cũng như sửa chữa. Thông thường, các bản đồ này không ghi lại được kịp thời và đầy đủ sự xuống cấp của mạng. Khi cuộc cách mạng công nghệ trên cáp đồng bùng nổ mà khởi đầu là DSL. Có 2 yếu tố đã tạo ra sự thay đổi trong mạng cáp đồng : Yếu tố thứ nhất là sự phát triển của công nghệ trong việc lợi dụng đường dây thuê bao cáp đồng để truyền tải dữ liệu với tốc độ cao. Theo đó là sự phát triển ấn tượng nhu cầu tốc độ do sự kiện bùng nổ Internet và sự phát triển của các mạng gia đình cùng với sự thay đổi từ chỗ tập trung sang phân tán của các công ty. Yếu tố thứ hai là sự thay đổi dần của môi trường kinh doanh từ độc quyền chuyển sang cạnh tranh. Việc mở cửa thị trường cho cạnh tranh bắt đầu từ tự do hoá và cho thuê mạng cáp nội hạt đã làm cho nhiều công ty có thể đầu tư vào cung cấp các dịch vụ truy xuất. Các công ty cạnh tranh phát triển đã trở thành những thách thức cho các công ty độc quyền và các công ty cạnh tranh thường có các hợp đồng lắp đặt bảo dưỡng độc lập. Cạnh tranh đã đặt cấu trúc giá thành dưới sức ép ngày càng tăng và lực lượng lao động lành nghề trong các công ty cạnh tranh đang dần được thay thế bởi các đội ngũ ít chuyên nghiệp hơn. Những thay đổi này đã tạo ra một môi trường mà nhu cầu về sự hiểu biết về mạng cáp đồng ngày càng tăng nhưng những kiến thức nền tảng lại có chiều hướng giảm. Hiện nay, đội ngũ kỹ thuật viên đảm trách việc triển khai các dịch vụ truy xuất số liệu tốc độ cao đòi hỏi chất lượng mạng cáp đồng cao hơn nhiều. 1.4 Tổ chức mạng ngoại vi 1.4.1 Nguyên tắc tổ chức mạng cáp đồng thuê bao Mạng cáp đồng thuê bao được xây dựng và phát triển theo cấu trúc tổng quan như mô tả trong Hình 1.1. Nhà cung cấp dịch vụ Là nơi xuất phát điểm của cáp đồng, từ phía nhà cung cấp dịch vụ (đài trạm) hướng đến nhà thuê bao. Thường là POP hoặc tủ outdoor đặt ngoài trời. Bán kính phục vụ của 01 POP là ≤ 1,0 km đối với khu vực nội thành-trung tâm; và ≤ 1,5 km đối với khu vực ngoại thành, vùng xa. Dung lượng thuê bao ADSL tại mỗi POP ≤ 1500 thuê bao. Các POP khai thác trên 70% dung lượng thì cần phải có kế hoạch xây dựng POP mới. Cáp gốc Cáp từ đài trạm (POP/Tủ outdoor) đến tủ cáp đồng với tổng dung lượng cáp gốc ≤ 300x2 (300 port); Chiều dài cáp gốc và cáp phối ≤ 800m đối với khu vực nội thành-trung tâm, ≤ 1200m đối với khu vực ngoại thành, vùng xa (các trường hợp cá biệt ở chi nhánh tỉnh có thể đến 1500m với tỷ lệ < 10%, hoặc 1700m với tỷ lệ < 10% số tập điểm trong một tủ cáp). Loại cáp sử dụng: cáp đồng, tiết diện 0,5mm. Dung lượng cáp ≤ 300x2 Cấp đấu nối cáp: 01 cấp. Các gốc từ đài trạm đến tủ cáp, chỉ có tối đa 1 cấp đấu nối thông qua măng xông. 1.4.1.3 Cáp phối Cáp đồng đi ra từ tủ cáp và kết cuối tại các tập điểm. Chiều dài cáp gốc và cáp phối ≤ 800m đối với khu vực nội thành-trung tâm, ≤ 1200m đối với khu vực ngoại thành, vùng xa; Dung lượng ≤ 200x2. Cấp đấu nối cáp: 01 cấp. Các phối từ tủ cáp đến tập điểm chỉ có tối đa 2 cấp đấu nối thông qua măng xông hoặc tập điểm cấp 1, cấp 2 (tập điểm trung gian). Với dung lượng cáp phối 50x2 sử dụng măng xông. Hình 1.1: Cấu trúc tổng quan của mạng cáp đồng thuê bao Tủ cáp đồng Là các tủ phối cáp với đầu vào là cáp gốc và đầu ra là cáp phối. Dung lượng tủ cáp ≤ 600x2. Có thể lắp đặt tủ treo trên cột hoặc lắp đặt trên bệ bêtông. Tập điểm Là hộp phối dây thuê bao , đầu vào là cáp phối và đầu ra là các sợi cáp thuê bao. Dung lượng tập điểm kết cuối ≤ 20x2 (10x2, 20x2), đối với các trường hợp hạ tầng hiện hữu có tập điểm cuối dung lượng 30x2, 50x2 sẽ có kế hoạch chia nhỏ tập điểm. Có thể dùng tập điểm làm tập điểm cấp 1, cấp 2 (tập điểm trung gian) chuyển tiếp cáp phối đến các tập điểm khác. Dung lượng tập điểm cấp 1, cấp 2 phải ≤ 50x2 Cáp thuê bao Là cáp đồng thuê bao từ tập điểm đến tận nhà thuê bao. Dung lượng từ 1x2, chiều dài tối đa ≤ 200m đối với khu vực nội thành, trung tâm, ≤300m đối với ngoại thành. Trên một đường dây thuê bao chỉ sử dụng tối đa 02 mối nối. Các khách hàng đã rời mạng: phải cách ly cáp thuê bao khỏi phiến đấu dây tại tập điểm để tránh gây nhiễu các khách hàng khác. Đồng thời ghi nhận lại sơ đồ hướng tuyến cáp thuê bao để bố trí cho các khách hàng mới. Măng xông Măng xông vừa có tác dụng bảo vệ các điểm đấu nối cáp, vừa tạo các đấu nối thẳng, nối rẽ theo yêu cầu của cấu hình kỹ thuật. 1.4.2 Nguyên tắc tổ chức mạng cáp quang thuê bao Fiber to the home (FTTH) Mạng cáp quang thuê bao được xây dựng và phát triển theo cấu trúc tổng quan như Hình 1.2. Hình 1.2: Cấu trúc tổng quan của mạng cáp quang thuê bao FTTH 1.4.2.1 Nhà cung cấp dịch vụ Là nơi xuất phát điểm của cáp quang thuê bao, từ phía nhà cung cấp dịch vụ (đài trạm) hướng đến nhà thuê bao. Thường là các đài trạm POP hoặc tủ outdoor lắp đặt ngoài trời. Bán kính phục vụ của 01 POP là ≤ 1,0 km đối với khu vực nội thành-trung tâm; và ≤ 1,5 km đối với khu vực ngoại thành, vùng xa. Dung lượng thuê bao FTTH tại mỗi POP ≤ 960 port (1920 sợi). Các POP khai thác trên 70% dung lượng cần phải có kế hoạch xây dựng POP mới. Cáp quang gốc Cáp quang từ đài trạm (POP/Tủ outdoor) đến tủ cáp quang. Tuy nhiên, trên thực tế hiện nay, mật độ thuê bao FTTH không tập trung mà rải rác trên địa bàn rộng, do đó có thể triển khai tạm cáp quang gốc từ đài trạm đến các tập điểm quang với dung lượng ≤ 48 sợi. Chiều dài cáp quang gốc và cáp phối ≤ 800m đối với khu vực nội thành - trung tâm, ≤ 1200m đối với khu vực ngoại thành, vùng xa. Cáp quang phối Cáp quang đi ra từ tủ cáp quang và kết cuối tại các tập điểm quang, hoặc cáp quang phối trực tiếp từ POP/Tủ outdoor đến tập điểm quang. Trên thực tế hiện nay, mật độ thuê bao FTTH chưa tập trung mà rải rác trên địa bàn rộng, do đó có thể triển khai tạm cáp quang phối trực tiếp từ đài trạm đến các tập điểm quang với dung lượng ≤ 96 sợi. Cáp quang phối từ tủ cáp đến tập điểm nên sử dụng cáp có dung lượng là bội số của 12: cáp 12 sợi, 24 sợi, 48 sợi và nhiều hơn nữa. Không nên sử dụng cáp 8 sợi, 16 sợi ở dạng cáp phối. Chiều dài cáp quang phối trực tiếp từ đài trạm đến tập điểm: ≤ 800m đối với khu vực trung tâm, và ≤ 1200m đối với khu vực ngoại thành, vùng xa. Tủ cáp quang Là các tủ phối quang với đầu vào là cáp quang gốc và đầu ra là cáp quang phối. Tuy nhiên trên thực tế hiện nay, mật độ thuê bao FTTH không tập trung mà rải rác trên địa bàn rộng, do đó có thể triển khai tạm cáp quang gốc từ đài trạm đến các tập điểm quang với dung lượng ≤ 96 sợi. Dung lượng tủ cáp quang có thể lên đến vài trăm sợi, và có thể tích hợp các bộ chia để có thể tạo kết nối điểm-đa điểm thụ động. Tập điểm quang Là hộp phối quang, đầu vào là cáp quang phối, đầu ra là các sợi cáp quang thuê bao. Dung lượng từ 12, 24, hoặc sợi. Cáp quang thuê bao Là cáp quang thuê bao từ tập điểm quang đến nhà thuê bao. Dung lượng từ 02 đến 24 sợi. Chiều dài cáp quang thuê bao ≤ 300m đối với khu vực trung tâm, và ≤ 500m đối với khu vực ngoại thành, vùng xa. Số mối nối tối đa trên 1 sợi cáp quang thuê bao: không quá 05 mối nối trên 01 đường dây cáp quang thuê bao. Măng xông quang Là các hộp nối vừa có tác dụng bảo vệ các mối hàn nối cáp quang, tạo các đấu nối thẳng, nối rẽ theo yêu cầu của cấu hình kỹ thuật. Kết luận Tóm lại, Chương 1 đã trình bày về cấu trúc, đặc tính cách tổ chức của mạng ngoại vi. Trong đó, tổ chức mạng ngoại vi đã trình bày về cáp gốc, cáp phối, tủ cáp, tập điểm, cáp thuê bao, và măng xông. Chiều dài cũng như dung lượng của mỗi phần tử có thể phục vụ được tại trung tâm hay ngoại thành sẽ được biết đến. Nội dung Chương 1 cũng đã đề cập tới nguyên tắc tổ chức mạng cáp quang thuê bao FTTH. Qua nội dung Chương 1, các thông tin tổng quan về mạng ngoại vi đã được cung cấp. Chương 2 sẽ đi sâu tìm hiểu về đặc điểm, công nghệ cũng như các thành phần cơ bản của công nghệ mạng quang thụ động PON.