Mạng Ftth Sử Dụng Công Nghệ Pon.doc

DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT
ADSL

Asymmetric Digital Subscriber Line

AGC

Auto-gain Control

AON

Active Optical Network

APC

Auto Power Control

APD

Avalanche Photodiode

ATC

Automatic Threshold Control

ATM

Automated Teller Machine

AWG

Array Waveguide Grating

BLD

Bottom Level Detector

BM-CDR

Burst-mode Clock Data Recovery

BM-LDD

Burst-mode Laser Diode Driver

BOSA

Bidirectional Optical Sub-Assembly

BPON

Broadband Passive Optical Network

CATV

Cable Television

CDMA

Code Division Multiple Access

CDMA-PON

Code Division Multiple Access Passive Optical Network

CDR

Clock Data Recovery

CO

Central Office

CRC

Cyclic Redundancy Check

DBA

Dynamic Bandwidth Allocation

DFB

Distributed Feedback Bragg

EFM

Ethernet in First Mile

EPON

Ethernet Passive Optical Network

FDMA

Frequency Division Multiple Access

F-P

Fabry Perot

FSAN

Full Service Access Network

FTTC

Fiber-to-the-Curb

FTTH

Fiber-to-the-Home
1


GEM

GPON Encapsulation Method

GPON

Gigabit Passive Optical Network

GTC

GPON Tranmission Conversion

HDTV

High-definition Television

HFC

Hybrid Fiber Coaxial

IPTV

Internet Protocol Television

LDS

Laser Driver Stage

LED

Light Emitting Diode

LLID

Link Logic ID

LVCMOS

Low-Voltage CMOS

MAC

Medium Access Control

MPCPDU

Muli-Point Control Protocol Data Unit

MTBF

Mean Time Between Failure

NE

Network Element

NPA

Network Power Assembly

NTT

Nippon Telegraph and Telephone

OAM

Operations Administration and Maintenance

ODN

Optical Distribution Network

OLT

Optical Line Terminal

ONT

Optical Network Terminal

ONU

Optical Network Unit

OSA

Optical Sub-Assembly

PD

Photodiode

PECL

Positive Emitter-Coupler Logic

PLM

Power Leveling Mechanism

PLOAM

Physical Layer Operation Administration and Maintenance

PLP

Packet Layer Preample PMD
Physical Media Dependant

PON

Passive Optical Network

POTS

Plain Old Telephone Service

PtPE

Point to Point Emulation

2


QAM

Quadrature Amplititude Modulation

ROSA

Receive Optical Sub-Assembly

RTT

Round Trip Time

SDH

Synchronous Digital Hierarchy

SDV

Switched Digital Video

SerDes

Serializer/Deserializer

SFF

Small Form Factor

SLA

Service Level Agreement

SME

Share Medium Emulation

SNR

Signal-to-Noise Ratio

SRD

Step Recovery-Time Diode

TDMA

Time Division Multiple Access

TDMA-PON

Time Division Multiple Access Passive Optical Network

TDP

Transmit and Dispersion Penalty

TIA

Transimpedance Amplifier

TOSA

Transmit Optical Sub-Assembly

UWB

Ultra-WideBand

VCI

Virtual Circuit Identifier

VCSEL

Vertical Cavity Surface Emitting Laser

VOD

Voice on Demand

VoIP

Voice over Internet Protocol

VPI

Virtual Path Identifier

VPN

Virtual Private Network

WDM-PON

Wavelength Division Multiplexing Passive Optical Network

3


MỞ ĐẦU

Trong xu thế hội nhập toàn cầu, mạng Internet là công cụ hỗ trợ không thể thiếu
của mỗi người trong hầu hết các lĩnh vực của đời sống. Cùng với sự phát triển của
công nghệ nano, công nghệ bán dẫn và công nghệ quang-điện t , mạng FTTH đang
được triển khai trong thời gian hiện nay mà dẫn đầu là các nước c nền công nghiệp
điện t phát triển như Mỹ, Nhật Bản, Hàn Quốc,…
Mạng FTTH là một kiến trúc mạng mới s dụng sợi quang làm môi trường truyền
dẫn nên mạng cung cấp cho người s dụng băng thông rộng, tốc độ truyền dữ liệu
cao với chất lượng dịch vụ khá tốt. Dựa trên công nghệ mạng quang thụ động cùng
với kiến trúc transceiver mới, mạng FTTH c khả năng cung cấp cho số lượng thuê
bao lớn hơn rất nhiều so với mạng Internet thông thường, dễ dàng mở rộng mạng và
cho phép người s dụng dùng đồng thời nhiều dịch vụ truyền thông tốc độ cao.

4


1.1.Giới thiệu chung
Ngày nay, sự phát triển bùng nổ của mạng Internet trên toàn cầu gây ảnh hưởng
lớn tới các nhà cung cấp mạng trên toàn cầu trong vài chục năm gần đây. Sự phổ
biến của mạng Internet cùng với các yêu cầu ngày càng tăng lên về lĩnh vực
multimedia, truyền hình trực tuyến, … qua mạng Internet yêu cầu mạng phải phân
phối băng thông rộng cho nhiều người s

dụng với độ tin cậy cao. Với số lượng

người dùng ngày càng lớn và nhiều yêu cầu dịch vụ chất lượng cao, hiện tượng
thiếu băng thông sẽ là tương lai gần cho tất cả các nhà cung cấp mạng Internet nếu
nhà cung cấp vẫn s dụng những thiết bị mạng và hình thức tổ chức mạng theo kiểu
truyền thống s dụng cáp điện thông thường. Công nghệ cáp quang đã trở thành
một giải pháp không thể tránh khỏi cho vấn đề nan giải này. Cáp quang là môi
trường truyền dẫn cung cấp băng thông rộng, khả năng chống nhiễu điện từ cao và
ít chịu ảnh hưởng của mơi trường cho phép truyền dẫn dữ liệu với suy hao thấp. Bởi
những đặc tính quan trọng này mà tất cả các mạng xương sống trong Internet hiện
nay đều được xây dựng bằng cáp quang. Tuy nhiên, việc kết nối trực tiếp từ người
dùng tới mạng Internet bằng cáp quang mới chỉ bắt đầu được thực hiện trong những
năm gần đây. Lý do chính giải thích cho vấn đề này là hệ thống dịch vụ multimedia
chưa phát triển đồng thời những yêu cầu về dịch vụ băng rộng chưa trở nên phổ
biến. Một lý do khác là việc lắp đặt cáp quang c chi phí rất cao chưa thỏa mãn
được yêu cầu cần thiết. Do đ , mạng cáp quang tới tận thuê bao FTTH (Fiber-tothe-Home) là một bước tiến vượt bậc trong công nghiệp multimedia nhờ khả năng
cung cấp các dịch vụ multimedia chất lượng cao như truyền hình chất lượng cao
HDTV(High-definition Television), download các bản nhạc và video.

iều này gây

nên tác động rất lớn trong lĩnh vực kinh tế bởi FTTH là mạng đem tới nhiều lợi
nhuận do khả năng cung cấp tốc độ truyền dữ liệu cao và giá thành lắp đặt mạng.

1.1.1.M ng FTTC v HFC
Vào những năm 1970, những cơng ty điện thoại và truyền hình cáp đã nhận thấy
tiềm năng phát triển của sợi quang thay thế hệ thống cáp lúc đ . Do sự phát triển

5

của công nghệ sợi quang thời điểm đ nên giá thành xây dựng hệ thống mạng
quang rất cao. Bởi vậy, giải pháp tạm thời để chuyển giao sang mạng cáp quang là
xây dựng những mạng c giá thành thấp hơn như FTTC, HFC mà những mạng này
s dụng cáp quang làm đường truyền tải chính nhưng vẫn s dụng phương thức kết
nối mạng truyền thống dùng cáp bằng kim loại để kết nối từ nhà cung cấp tới người
s dụng.Bằng phương pháp này, nhà cung cấp đã chia giá thành xây dựng mạng s
dụng sợi quang cho nhiều người s dụng. Tại thời điểm này, giải pháp chuyển sang
mạng FTTH ( một mạng toàn bộ s dụng sợi quang cung cấp cho người dùng ) là
một giải pháp không khả thi.
Trong kiến trúc mạng FTTC, đường cáp quang được kéo dài từ nhà cung cấp tới
các node gần khu vực người s dụng.

iều này mang tới nhiều thuận lợi : (i) n

khai thác được băng thông rộng của sợi quang bằng cách chia sẻ đường truyền cho
nhiều người s dụng trong cùng mạng; (ii) bằng cách s dụng nhiều sợi quang, kiến
trúc này cho phép hạ giá thành đầu tư cho các dịch vụ băng rộng cần thiết cho
tương lai. Tại chặng giữa người s dụng và các node, FTTC s dụng cáp xoắn đồng
và cáp đồng trục. Mặc dù FTTC được thiết kế để cung cấp các dịch vụ video, việc
s dụng song song 2 loại cáp là cáp xoắn cho dịch vụ truyền thoại và cáp đồng trục
cho dịch vụ video sẽ hạ giá thành lắp đặt so với việc s dụng các bộ ghép và tách
kênh dùng cho cáp xoắn đồng truyền cả 2 dịch vụ này. Trong mạng FTTC , các
thiết bị đầu cuối truyền tốc độ cao từ nhà cung cấp và được tách kênh trên sợi
quang phân phối cho các đường cáp quang c tốc độ thấp hơn tới người s dụng.
Các thiết bị đầu cuối s dụng khối nguồn NPA (Network Power Assembly) của các
host để cấp nguồn cho các thiết bị kết cuối quang ONU (Optical Network Unit)
phía người s dụng. Khi nguồn được cấp cho NPA, các đường cáp quang phân phối
sẽ bao gồm cả đường cáp đồng cấp nguồn. ường cáp quang mang nhiệm vụ chính

là cung cấp các chức năng truyền, nhận, và ghép kênh cho các liên kết quang tới các
khối ONU. ONU sẽ phân chia thành các kênh truyền tới các thiết bị giao tiếp mạng
dùng cáp đồng của người s dụng. FTTC bao gồm nhiều cáp quang với dung lượng
khác nhau và các bộ chia quang, connector sẽ cung cấp băng thông cần thiết cho
người s dụng. Thông thường, một sợi quang trong mạng FTTC được dùng cho 10-

6


100 người s dụng và kết nối đầu cuối tới người dùng s dụng cáp đồng c chiều
dài khoảng 30m.

Hình 1.1-Mô h nh m ng FTTC điển h nh
ồng thời các cơng ty truyền hình cáp cũng s dụng cáp quang để phân phối cho
người tiêu dùng s

dụng kiến trúc mạng lai giữa cáp điện và cáp quang

HFC(Hybrid Fiber Coaxial). HFC là kiến trúc mạng kết hợp giữa cáp quang và cáp
đồng trục dùng cho mạng băng rộng. Hình 1.2 dưới đây thể hiện kiến trúc mạng
HFC.

Hình 1.2-M ng HFC
7


Kiến trúc mạng HFC c thành phần mạng xương sống dùng cáp quang được các
nhà cung cấp s

dụng để cung cấp cả dịch vụ thoại và video cho người s

dụng.

Mạng HFC c thể cung cấp 500 kênh truyền dẫn khác nhau và truyền dẫn đồng thời
2 dịch vụ VOD và thoại. Với truyền hình quảng bá, mạng HFC c thể cung cấp số
kênh video tương tự cho mỗi người s dụng. Nhờ đ , HFC là mạng được dùng cho
1 nh m lớn người s dụng (từ 500 – 2000 thuê bao). Các trạm phát trong mạng
HFC nhận được tín hiệu từ trung tâm truyền quảng bá vào không gian qua hệ thống
viba hoặc vệ tinh sẽ được kết hợp và phát lại vào đường cáp quang trong mạng. Sau
đ , tín hiệu này được chia cho các đường fi-đơ tới người s dụng. Bởi vì tín hiệu bị
suy hao rất lớn trong cáp đồng trục nên tại phía người dùng cần c một bộ khuếch
đại tín hiệu như mini-bridger hoặc line extender cho cả 2 chiều lên và xuống. Kiến
trúc mạng HFC s dụng chung môi trường truyền tải, tín hiệu từ nhiều người s
dụng sẽ tới 1 node xác định trong mạng.

iều đ dẫn đến việc phải dùng thêm mã

bảo mật để bảo đảm tính an tồn trong mạng. Tại tuyến lên từ người dùng tới các
trạm phát, HFC s dụng các kỹ thuật đa truy nhập thông dụng như TDMA, FDMA
và CDMA cho phép nhiều người s dụng cùng đưa yêu cầu tới mạng. Việc s dụng
hệ thống cáp quang từ trạm phát tới các node sẽ giảm đi kích thước của node và
giảm suy hao trên đường truyền. Bởi vậy, HFC c thể cung cấp các dịch vụ băng
hẹp với tốc độ cao và nhiều dịch vụ video tương tác khác.
Sau khi kiến trúc mạng FTTC và HFC được kết hợp thì một kiến trúc mạng mới
đã được hình thành.

là mạng chuyển mạch video số SDV (Switched Digital

Video). Do mạng FTTC là mạng truyền dẫn tín hiệu quang nên n khơng thể truyền
tín hiệu điện và phải được cấp nguồn bởi 1 mạng khác. Bằng cách s dụng 1 mạng

HFC với cáp đồng trục chạy dọc theo mạng FTTC thì vấn đề cấp nguồn cho mạng
FTTC được giải quyết. Do đ , mạng cáp đồng trục c thể phân phối tín hiệu video 1
chiều đồng thời cấp nguồn cho mạng FTTC.

iều đ là lý do chính để nhà sản xuất

s dụng mạng FTTC trong kiến trúc mạng SDV để phân phối dịch vụ thoại 2 chiều
và video số. Kiến trúc mạng SDV được s dụng để cung cấp truyền hình số một
cách hiệu quả với băng thơng rộng cho người s dụng. Hình 1.3 dưới đây là kiến
trúc điển hình của mạng SDV dùng cho cả hệ thống truyền hình cáp s

dụng

phương pháp điều chế QAM và hệ thống truyền hình trực tuyến IPTV ( Internet

8


Protocol Television). Trong hệ thống SDV, mọi người dùng đều c khả năng tương
tác 2 chiều với hub để đưa ra yêu cầu của mình.

Hình 1.3–M ng SDV
1.1.2.Giới thiệu về mạ ng FTTH
Một trong những nhà cung cấp lớn nhất dịch vụ mạng tại Nhật Bản là công ty
NTT đã triển khai những bước đi đầu tiên trong công nghệ FTTH. Dưới sự phát
triển của NTT, những công ty viễn thông khác như AT&T, Hitachi, Fujitsu, …
cũng tham gia vào q trình phát triển của mạng FTTH.
FTTH là một cơng nghệ kết nối viễn thông s

dụng cáp quang từ nhà cung cấp

dịch vụ tới địa điểm của khách hàng (văn phịng, nhà…). Cơng nghệ của đường
truyền được thiết lập trên cơ sở dữ liệu được truyền qua tín hiệu quang (ánh sáng)
trong sợi cáp quang đến thiết bị đầu cuối của khách hàng, tín hiệu được biến đổi
thành tín hiệu điện, qua cáp mạng đi vào broadband-router. Nhờ đ , khách hàng có
thể truy cập internet bằng thiết bị này qua c dây hoặc khơng dây.
Tín hiệu quang được ghép kênh và đưa tới bộ chia dùng cho khu vực của 1 nh m
người tiêu dùng. Trong mạng FTTH, c rất nhiều tỷ lệ chia dùng cho bộ chia nhưng
thông thường s dụng bộ chia tỷ số 1: 16 cho người dùng hay n i cách khác, tín
hiệu quang được ghép kênh để đưa tới cho 1 nh m 16 người s dụng khác nhau.
Khi tín hiệu quang phải chuyển đổi thành tín hiệu điện tới người s dụng, ONU cần
được đặt tại kết cuối của mạng. Do giá thành lắp đặt của một ONU khá cao nên nhà

9


phân phối thường s dụng ONU cho nhiều người s dụng để giảm chi phí lắp đặt
mạng. Hình 1.4 dưới đây thể hiện cấu trúc cơ bản của 1 mạng FTTH trong đ ONU
tương đương với 1 giao tiếp giữa mạng thơng tin quang và người s dụng.

Hình 1.4–M ng FTTH
Việc cung cấp nguồn cho mạng FTTH là một trong những vấn đề chính cần được
giải quyết. N đ ng vai trò quan trọng trong mạng FTTH tại hầu hết các quốc gia vì
yêu cầu cấp nguồn liên tục cho tất cả các dịch vụ viễn thông trong khi mạng FTTH
khơng thể truyền dẫn tín hiệu điện. Với trường hợp mạng FTTC dùng cáp đồng
trục, mạng FTTC được cung cấp nguồn thông qua một mạng cáp đồng trục chạy
song song với mạng. Với mạng FTTH, khả năng tiêu thụ với cơng suất rất thấp
chính là đặc điểm cạnh tranh lớn nhất của n với các kiến trúc mạng khác. Vấn đề
này đã được giải quyết bởi sự phát triển của các nguồn pin hiện nay; nhờ đ , thiết bị
thông tin quang đầu cuối tại người s dụng c thể được cấp nguồn và sạc bằng điện.

Các nguồn cấp điện dùng pin mặt trời cũng là giải pháp khả thi cho các thiết bị ở
khu vực xa với tiêu thụ công suất rất thấp. Khả năng cung cấp nguồn này của mạng
FTTH đã đẩy chi phi lắp đặt của toàn bộ mạng xuống từ 4 đến 8 lần so với các
mạng khác.
Hiện nay, sự phát triển vượt bậc trong công nghệ sợi quang cũng đẩy giá thành
của lắp đặt của mạng FTTH hạ xuống nhanh ch ng mà sự phát triển này bắt nguồn
chính từ những tiến bộ mạnh mẽ trong công nghệ laser, các giải pháp mới trong
việc phân phối tín hiệu video và kiến trúc mạng thụ động. Bên cạnh những tiến bộ
về công nghệ , chúng ta cũng cần phải kể đến sức phát triển mạnh mẽ của mạng

10


Internet, các website và cơng nghệ video số đã hình thành những dịch vụ yêu cầu
tốc độ cao, băng thông rộng. Chính những u cầu khơng ngừng của người s dụng
đã nhanh ch ng cho nhà sản xuất thấy giới hạn của mạng và nhờ điều đ , mạng
FTTH là giải pháp tối ưu được đề xuất cho những khả năng truyền tải băng rộng với
suy hao thấp. FTTH đặc biệt hiệu quả với các dịch vụ: Private Hosting Server,
VPN, Truyền dữ liệu, Game Online, IPTV, VoD, Video Conferrence, IP Camera…
với ưu thế băng thông truyền tải dữ liệu cao, c thể nâng cấp lên băng thông lên tới
1Gbps, an tồn dữ liệu, độ ổn định cao, khơng bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện, từ
trường...
1.1.3.Ưu điểm của FTTH
Kiến trúc mạng FTTH s dụng được xem xét với nhiều ưu điểm như số lượng các
bộ thu phát quang, thiết bị đầu cuối của tổng đài CO (Central Office) và sợi quang
khá thấp. FTTH là mạng quang điểm đa điểm với các linh kiện quang thụ động trên
đường dẫn tín hiệu từ nguồn đến thuê bao như là sợi quang, bộ nối và bộ chia
quang.
Dưới g c độ của nhà phân phối thì FTTH mở ra một thị trường và những cơ hội
mới về dịch vụ truyền thoại , dữ liệu tốc độ cao cùng các dịch vụ truyền hình,

multimedia tương tác khác. So sánh với mạng ADSL (Asymmetric Digital
Subscriber Line) hiện nay, tốc độ upload của FTTH vượt qua ngưỡng của chuẩn
ADSL2+ (1Mbps) hiện tại và c thể ngang bằng với tốc độ download. Vì vậy thích
hợp với việc truyền tải dữ liệu theo chiều từ trong mạng khách hàng ra ngoài
internet.

ộ ổn định và tuổi thọ cao hơn dịch vụ ADSL do không bị ảnh hưởng bởi

nhiễu điện, từ trường; khả năng nâng cấp tốc độ (download/upload) dễ dàng. Ngoài
các ứng dụng như ADSL c thể cung cấp Triple Play Services (dữ liệu, truyền hình,
thoại), với ưu thế băng thơng vượt trội, FTTH sẵn sàng cho các ứng dụng đòi hỏi
băng thơng cao, đặc biệt là truyền hình độ phân giải cao yêu cầu băng thông lên đến
vài chục Mbps, trong khi ADSL không đáp ứng được. Ngày nay, các kênh truyền
hình số được nén tới tốc độ từ 1.5 – 6Mbit/s và tiến tới cơng nghệ truyền hình số
HDTV với tốc độ truyền tải 20Mbit/s. Mạng FTTH c thể cung cấp cho người dùng
đồng thời từ 5-10 kênh truyền hình HDTV với các dịch vụ khác. Vì thế , với sự

11


phát triển của truyền hình số thì FTTH là yêu cầu không thể thiếu cho các nhà cung
cấp dịch vụ truyền hình. Hơn nữa, độ ổn định của mạng FTTH ngang bằng như
dịch vụ internet kênh thuê riêng Leased-line nhưng chi phí thuê bao hàng tháng
thấp hơn vài chục lần.

ây sẽ là 1 g i dịch vụ thích hợp cho nh m các khách hàng

c nhu cầu s dụng cao hơn ADSL và kinh tế hơn leased-line.
Bên cạnh đ , mặt mạnh của mạng FTTH so với các mạng khác chính là FTTH c
giá thành bảo dưỡng và duy trì mạng thấp nhất. Thông thường, các công ty viễn

thông cần tiêu hao một chi phí lớn cho bảo trì và thay thế những cáp đồng cũ và
xuống cấp do sự phá hủy của môi trường hằng năm. Trong khi đ , việc s dụng sợi
quang trong mạng FTTH đã giảm thiểu chi phí bảo trì hệ thống do sợi quang không
bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi môi trường, thời tiết như cáp đồng.
Chính bởi những lý do trên , FTTH là một bước tiến vững chắc cho công nghệ
Internet băng rộng đang được triển khai tại một số nước trên thế giới như Mỹ, Nhật
Bản, Hàn Quốc,… và bắt đầu được xây dựng tại Việt Nam.

1.2. M ng FTTH
1.2.1.

ớc s ng s dụng trong m ng FTTH

Tổn hao truyền s ng trên sợi quang gây ảnh hưởng lớn tới dự trữ công suất,
khoảng cách vật lý, tỉ số chia trong mạng. Trong sợi quang, tồn tại rất nhiều nguyên
nhân gây ra suy hao tín hiệu nhưng chủ yếu bởi 4 nguyên nhân chính : suy hao do
hấp thụ vật liệu, suy hao do tán xạ, suy hao do uốn cong và suy hao do ghép và chia
sợi quang.
Tổng hợp các loại suy hao trong sợi và biểu diễn một tương quan theo bước s ng
người ta nhận được phổ suy hao của sợi quang. Mỗi loại sợi c đặc tính suy hao
riêng. Một đặc tuyến điển hình của loại sợi đơn mode như hình 1.5.
Nhìn vào hình 1.5 ta thấy c ba vùng bước s ng suy hao thấp nhất, cịn gọi là ba
c a sổ thơng tin.
* Cửa sổ thứ nhất: Ở bước s ng 850nm. Trong vùng bước s ng từ 0.8μm tới
1μm, suy hao chủ yếu do tán xạ trong đ c một phần ảnh hưởng của suy hao hấp
thụ. Suy hao trung bình trong c a sổ này ở mức từ (2-3)dB/Km.

12

* Cửa sổ thứ hai : Ở bước s ng 1300nm. Ở bước s ng này độ tán sắc rất thấp,
suy hao chính do tiêu hao tán xạ Rayleigh. Suy hao tương đối thấp khoảng từ
(0,40,5) dB/Km và tán sắc nên được dùng rộng rãi hiện nay.
* Cửa sổ thứ ba : Ở bước s ng 1550nm. Suy hao thấp nhất cho đến nay
khoảng 0,3 dB/Km, với sợi quang bình thường độ tán sắc ở bước s ng 1550nm lớn
so với bước s ng 1300nm. Tuy nhiên với một số loại sợi quang c

dạng phân bố

chiết suất đặc biệt c thể giảm độ tán sắc ở bước s ng 1550nm như các sợi quang
DC, MC và sợi quang bù tán sắc. Lúc đ việc s dụng c a sổ thứ ba sẽ c nhiều
thuận lợi : suy hao thấp và tán sắc nhỏ.

Hình 1.5-Đặc tuyến suy hao trong sợi quang
Hình 1.5 ở trên chỉ ra phổ suy hao trong sợi quang silicat. Thông thường, tổn hao
lớn nhất trên sợi quang ở bước s ng 1,38 µm gây ra bởi hấp thụ của tạp chất trong
-

ion OH do quá trình sản xuất cáp quang. Thơng qua các tính chất suy hao của sợi
quang, mạng FTTH được triển khai dựa trên 3 vùng bước s ng chính là 1310nm,
1490nm và 1550nm. Vùng bước s ng 1310nm để truyền dữ liệu tuyến lên, vùng
bước s ng 1490nm được dùng cho tuyến truyền dẫn quang tuyến xuống còn vùng
bước s ng 1550nm được s dụng cho việc truyền tín hiệu tương tự trên cáp truyền
hình CATV.
13


1.2.2 M ng quang tích cực AON và m ng quang thụ động PON
Như đã n i ở phần trên, FTTH được xem như là một giải pháp hoàn hảo thay thế
mạng cáp đồng hiện tại nhằm cung cấp các dịch vụ “triple play” (bao gồm thoại,

hình ảnh, truy nhập dữ liệu tốc độ cao) và các các ứng dụng địi hỏi nhiều băng
thơng (như là truy cập Internet băng rộng, chơi game trực tuyến và phân tán các
đoạn video). Tuy nhiên nhược điểm chính của FTTH đ là chi phí cho các linh
kiện và cáp quang tương đối cao dẫn tới giá thành lắp đặt những đường quang như
vậy là rất lớn. Có nhiều giải pháp để khắc phục nhược điểm này và một trong số
đ

là triển khai FTTH trên nền mạng quang thụ động PON (Passive Optical

Network). Hầu hết trong các mạng quang hiện nay, mỗi đường cáp quang từ nhà
cung cấp sẽ được chia sẻ cho một số người s dụng. Khi các đường cáp quang này
được kéo tới phía người s dụng, cần c 1 bộ chia quang để tách tín hiệu tới các sợi
quang riêng biệt tới từng người s dụng khác nhau. Bởi vậy, đã xuất hiện 2 kiến
trúc điển hình trong việc chia đường cáp quang là mạng quang tích cực AON
(Active Optical Network) và mạng quang thụ động PON.

ể c cái nhìn rõ rệt hơn

về FTTH, ta sẽ tìm hiểu sơ lược 2 kiến trúc này.
1.2.2.1. AON
Mạng quang tích cực s dụng một số thiết bị quang tích cực để phân chia tín hiệu
là : switch, router và multiplexer. Mỗi tín hiệu đi ra từ phía nhà cung cấp chỉ được
đưa trực tiếp tới khách hàng yêu cầu n . Do đ , để tránh xung đột tín hiệu ở đoạn
phân chia từ nhà cung cấp tới người dùng, cần phải s dụng một thiết bị điện c
tính chất “đệm” cho quá trình này. Từ năm 2007, một loại mạng cáp quang phổ
biến đã nảy sinh là Ethernet tích cực (Active Ethernet).

chính là bước đi đầu tiên

cho sự phát triển của chuẩn 802.3ah nằm trong hệ thống chuẩn 802.3 được gọi là

Ethernet in First Mile (EFM). Mạng Ethernet tích cực này s

dụng chuyển mạch

Ethernet quang để phân phối tín hiệu cho người s dụng; nhờ đ , cả phía nhà cung
cấp và khách hàng đã tham gia vào một kiến trúc mạng chuyển mạch Ethernet
tương tự như mạng máy tính Ethernet s dụng trong các trường học. Tuy nhiên, 2
mạng này cũng c sự khác biệt đ là Ethernet trong trường học mục đích chủ yếu là
liên kết giữa máy tính và máy in cịn mạng chuyển mạch Ethernet tích cực này để

14


dùng cho kết nối từ phía nhà cung cấp tới khách hàng. Mỗi một khối chuyển mạch
trong mạng Ethernet tích cực c thể điều khiển lên tới 1000 khách hàng nhưng
thông thường trong thực tế, 1 chuyển mạch chỉ s dụng cho từ 400 đến 500 khách
hàng.Các thiết bị chuyển mạch này thực hiện chuyển mạch và định tuyến dựa vào
lớp 2 và lớp 3. Chuẩn 802.3ah cũng cho phép nhà cung cấp dịch vụ cung cấp đường
truyền 100Mbps song công tới khách hàng và tiến tới cung cấp đường truyền
1Gbps song cơng. Hình 1.6 dưới đây là kiến trúc đơn giản của mạng AON.

Hình 1.6-M ng Active Ethernet (trên ) v m ng AON (d ới)
Một nhược điểm rất lớn của mạng quang tích cực chính là ở thiết bị chuyển mạch.
Với công nghệ hiện tại, thiết bị chuyển mạch bắt buộc phải chuyển tín hiệu quang
thành tín hiệu điện để phân tích thơng tin rồi tiếp tục chuyển ngược lại để truyền đi.
iều này sẽ làm giảm tốc độ truyền dẫn tối đa c thể trong hệ thống FTTH. Ngoài
ra do đây là những chuyển mạch c tốc độ cao nên các thiết bị này rất đắt, không
phù hợp với việc triển khai đại trà cho mạng truy cập.
1.2.2.2 M ng PON
Các mạng viễn thông ngày nay đều dựa trên các thiết bị chủ động, tại thiết bị

15


tổng đài của nhà cung cấp dịch vụ lẫn thiết bị đầu cuối của khách hàng cũng như
các trạm lặp, các thiết bị chuyển tiếp và một số các thiết bị khác trên đường
truyền. Các thiết bị chủ động là các thiết bị này cần phải cung cấp nguồn cho một
số thành phần, thường là bộ x lý, các chíp nhớ… Với mạng PON, tất cả các
thành phần chủ động giữa tổng đài CO và người s dụng sẽ không còn tồn tại mà
thay vào đ là các thiết bị quang thụ động, điều khiển lưu lượng trên mạng dựa
trên việc phân tách năng lượng của các bước s ng quang học tới các điểm đầu
cuối trên đường truyền. Việc thay thế các thiết bị chủ động sẽ tiết kiệm chi phí
cho các nhà cung cấp dịch vụ vì họ khơng cịn cần đến năng lượng và các thiết bị
chủ động trên đường truyền nữa. Các bộ ghép / tách thụ động chỉ làm các công
việc đơn thuần như cho đi qua hoặc ngăn chặn ánh sáng… Vì thế, khơng cần
năng lượng hay các động tác x lý tín hiệu nào và từ đ , gần như kéo dài vô hạn
khoảng thời gian trung bình giữa các lần lỗi truy cập MTBF (Mean Time
Between Failure), giảm chi phí bảo trì tổng thể cho các nhà cung cấp dịch vụ.
Mạng quang thụ động (PON) được xây dựng nhằm giảm số lượng các thiết bị
thu, phát và sợi quang trong mạng thông tin quang FTTH. PON là một mạng
điểm tới đa điểm, một kiến trúc PON bao gồm một thiết bị đầu cuối kênh
quang được đặt tại trạm trung tâm của nhà khai thác dịch vụ và các bộ kết cuối
mạng cáp quang ONU/ONT ( O p t i c a l N e t w o r k U n i t / O p t i c a l N
e t w o r k T e r m i n a l ) đặt tại gần hoặc tại nhà thuê bao. Giữa chúng là hệ
thống phân phối mạng quan ODN (Optical Distribution Network) bao gồm cáp
quang, các thiết bị tách ghép thụ động. Kiến trúc của PON được mô tả như trong
Hình 1.7.

16

Hình 1.7–M ng PON
Trong hệ thống PON, kết nối mạng quang ONT c khả năng hỗ trợ kết nối dịch
vụ điện thoại truyền thống qua giao diện POTS (Plain Old Telephone Service) và
các giao tiếp truyền dữ liệu tốc độ cao như Ethernet và DSL.

ầu cuối đường dây

quang OLT bao gồm các khối giao tiếp PON, một kết cấu chuyển mạch dữ liệu và
các phần t điều khiển NE (Network Element). Thiết bị OLT (thiết bị kết cuối kênh
quang) được đặt ở phía nhà cung cấp dịch vụ, cịn các thiết bị ONT (thiết bị kết
cuối mạng quang) được đặt phía nguời s dụng. Thiết bị OLT cung cấp nhiều kênh
quang, mỗi kênh quang đuợc truyền trên một tuyến cáp quang trên đ c bộ chia.
Nhiệm vụ của bộ chia là thu và nhận các tín hiệu quang đuợc nhận và phát bởi
OLT.
Cáp sợi quang truyền từ OLT sẽ trải dài và kết nỗi tới mỗi ONT. Các bước s ng
truyền 1490 nm (hoặc 1550 nm tùy theo lựa chọn) đuợc dùng cho băng thông chiều
xuống từ OLT, trong đ các bước s ng 1310 nm sẽ đuợc truyền theo huớng lên bởi
mỗi thiết bị ONT. Hệ thống cung cấp địa chỉ, cung cấp băng thông một cách tự
động tự động cũng như việc mã h a được s

dung để truy trì và phân tách lưu

lựợng giữa OLT và ONT.
Tại hướng xuống, OLT phát quảng bá dữ liệu tới tất cả các ONU. Tín hiệu hướng
xuống bao gồm dữ liệu cho các ONT, từ đầu Khai thác Quản lý và Bảo

17

dưỡng OAM (Operation Administration and Maintenance) và các tín hiệu đồng
bộ cho các ONT g i dữ liệu hướng lên. Dựa vào các thông tin về khe thời
gian (kênh), địa chỉ g i/tế bào, bước s ng, mã CDMA mà các ONT tách dữ
liệu tương ứng với thuê bao của khách hàng.
Trong hướng lên, mỗi một ONU cần c

giao thức điều khiển truy nhập

môi trường MAC (Medium Access Control) để chia sẻ PON. Giao thức MAC
thường được s dụng trong PON là đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA,
khi đ mỗi ONT được cấp một khe thời gian (kênh) để g i dữ liệu của mình tới
OLT. Ngồi ra trong hướng lên cần phải c khoảng thời gian bảo vệ giữa các nh m
g i dữ liệu của các ONT, khoảng thời gian này phải đảm bảo sao cho tại bộ thu
OLT dữ liệu không bị trùm phủ lên nhau.
Thông thường các hệ thống TDMA-PON gán trước một tỷ lệ phân chia
cố định băng thông hướng lên cho các ONT mà không quan tâm c bao nhiêu dữ
liệu được g i đi. Một giải pháp để phân bổ băng thông cho các ONT là s dụng
giao thức phân bổ băng thông động DBA (Dynamic Bandwidth Allocation). DBA
là giao thức cho phép các ONT g i yêu cầu về băng thông tới OLT nhằm s dụng
hiệu quả băng thông hướng lên. Các thông tin yêu cầu c thể là các mức đầy hàng
đợi đầu vào cho các lớp dịch vụ khác nhau. OLT đánh giá các yêu cầu từ các ONT
và gán băng thông cho g i dữ liệu hướng lên ở lần kế tiếp theo. OLT cũng c thể
tích hợp chức năng thỏa thuận mức dịch vụ SLA (Service Level Agreement) để kết
hợp với DBA trong việc phân bổ băng thông.
Thông thường các hệ thống PON truyền dữ liệu cả hướng xuống và hướng lên
trong cùng một sợi quang. Trên mỗi sợi mặc dù các bộ nối định hướng cho phép s
dụng cùng một bước s ng cho cả 2 hướng, tuy nhiên đối với các hệ thống truyền tải
tốc độ cao để đảm bảo chất lượng thì thông thường mỗi hướng s dụng một bước
s ng riêng. Trong các mạng PON các bước s ng được s dụng là 1490nm hoặc
1550nm cho hướng xuống và 1310nm cho tín hiệu đường lên.

Ưu điểm của PON là n s dụng các bộ tách/ghép quang thụ động, c giá thành rẻ
và c thể đặt ở bất kì đâu, khơng phụ thuộc vào các điều kiện môi trường, không
cần phải cung cấp năng lượng cho các thiết bị giữa phòng máy trung tâm và phía
người dùng. Ngồi ra, ưu điểm này cịn giúp các nhà khai thác giảm được chi phí

18


bảo dưỡng, vận hành. Nhờ đ

mà kiến trúc PON cho phép giảm chi phí cáp sợi

quang và giảm chi phí cho thiết bị tại nhà cung cấp do n

cho phép nhiều người

dùng (thường là 32) chia sẻ chung một sợi quang.
1.2.3 C c chuẩn trong m ng PON
Các chuẩn mạng PON c thể chia thành 2 nh m: nh m 1 bao gồm các chuẩn theo
phương thức truy nhập TDMA-PON như là B-PON (Broadband PON), E-PON
(Ethernet PON), G-PON (Gigabit PON) (đặc tính các của chuẩn TDMA-PON được
so sánh trong Bảng 1.1); nh m 2 bao gồm chuẩn theo các phương thức truy
nhập khác như WDM-PON (Wavelength Division Multiplexing PON) và CDMAPON (Code Division Multiple Access PON)
1.2.3.1.B-PON
Mạng quang thụ động băng rộng B-PON được chuẩn h a trong chuỗi các khuyến
nghị G.938 của ITU-T. Các khuyến nghị này đưa ra các tiêu chuẩn về các khối chức
năng ONT và OLT, khuôn dạng và tốc độ khung của luồng dữ liệu hướng lên và
hướng xuống, giao thức truy nhập hướng lên TDMA, các giao tiếp vật lý, các giao
tiếp quản lý và điều khiển ONT và DBA.
Trong mạng B-PON, dữ liệu được đ ng khung theo cấu trúc của các tế bào

ATM. Một khung hướng xuống có tốc độ 155Mbit/s (56 tế bào ATM có khích
thước 53byte), hoặc 622 Mbit/s (4*56 tế bào ATM) và một tế bào quản lý vận
hành bảo dưỡng lớp vật lý OAM (PLOAM – Physical Layer OAM) được chèn
vào cứ mỗi 28 tế bào trong kênh. PLOAM có một bít để nhận dạng các tế bào
PLOAM. Ngồi ra các tế bào PLOAM có khả năng lập trình được và chứa thông tin
như là băng thông hướng lên và các bản tin OAM.
Căn cứ vào các thông tin về mã số nhận dạng kênh ảo và nhận dạng đường ảo
(VPI/VCI) trong cấu trúc ATM, các ONT nhận biết và tách dữ liệu đường xuống
của mình.
Cấu trúc khung hướng lên bao gồm 56 tế bào ATM (53 byte). Mỗi một kênh
(time slot) gồm c

một tế bào ATM/PLOAM và 24 bít từ mào đầu. Từ mào đầu

mang thơng tin về khoảng thời gian bảo vệ (guard time), mào đầu cho phép đồng bộ
và khơi phục tín hiệu tại OLT, và thông tin nhận dạng điểm kết thúc của từ mào
19


đầu. Chiều dài của từ mào đầu và các thông tin chứa trong đ được lập trình bởi
OLT. Các ONT thực hiện g i các tế bào PLOAM khi chúng nhận được
yêu cầu từ OLT.
B-PON s dụng giao thức DBA để cho phép OLT nhận biết lượng băng thông cần
thiết cấp cho các ONT. OLT c thể giảm hoặc tăng băng thông cho các ONT dựa
vào g i các tế báo ATM rỗi hoặc làm đầy tất cả hướng lên bởi dữ liệu của ONT.
OLT dừng định kỳ việc truyền hướng lên do vậy n c khả năng mời bất kỳ ONT
mới nào tham gia vào hoạt động hệ thống. Các ONT mới phát một bản tin phúc hồi
trong c a sổ này với thời gian trễ ngẫu nhiên để tránh xung đột khi mà c nhiều
ONT mới muốn tham gia. OLT xác định khoảng cách tới mỗi ONT mới bằng việc
g i tới ONT một bản tin đo cự ly và xác định thời gian bao lâu để thu được bản tin

phúc hồi. Sau đ OLT g i tới ONT một giá trị trễ, giá trị này được s dụng để xác
định thời gian bảo vệ ứng với các ONT.
1.2.3.2. BPON và Gigabit PON
E-PON là giao thức mạng truy nhập đầy đủ dịch vụ FSAN (Full Service
Access Network) TDMA PON thứ nhất được phát triển dựa trên khai thác các ưu
điểm của công nghệ Ethernet ứng dụng trong thông tin quang. E-PON được chuẩn
hóa bởi IEEE 802.3.
Trong E-PON dữ liệu hướng xuống được đ ng khung theo khuôn dạng Ethernet.
Các khung E- PON c cấu trúc tương tự như các liên kết Gigabit Ethernet điểm tới
điểm ngoại trừ từ mào đầu và thông tin xác định điểm bắt đầu của khung được thay
đổi để mang trường nhận dạng kênh logic LLID (Link logic ID) nhằm xác định duy
nhất một ONU MAC. Trong hướng lên, các ONU phát các khung Ethernet trong
các khe thời gian đã được phân bổ.
ONU s

dụng giao thức điều khiển đa điểm MPCPDU (Multipoint Control

Protocol Data Unit) để g i các bản tin “Report” yêu cầu băng thông, trong khi đ
OLT g i bản tin “Gate” cấp phát băng thông cho các ONU. Các bản tin “Gate” bao
gồm thông tin về thời gian bắt đầu và khoảng thời gian cho phép truyền dữ liệu
đối với ONU. OLT cũng định kỳ g i các bản tin “Gate” tới các ONU hỏi xem
chúng c yêu cầu băng thông hay không. Các ONU cũng c thể g i “Report” cùng

20