mạng quang thụ động GPON -phần 2

1.     Khái niệm về GPON FTTH

Mạng FTTH bao gồm các đường quang đi từ nhà cung cấp dịch vụ được dùng chung cho một số khách hàng. Sẽ có một đường quang đi đến một nhóm khách hàng ở gần nhau về mặt địa lý. Tại đây đường quang dùng chung này sẽ được chia tách thành các đường quang riêng biệt đi đến từng khách hàng.
Mạng truy nhập quang thụ động PON là kiểu mạng điểm-đa điểm. Mỗi khách hàng được kết nối tới mạng quang thông qua một bộ chia quang thụ động, vì vậy không có các thiết bị điện chủ động trong mạng phân chia và băng thông được chia sẻ từ nhánh đến người dùng. Tín hiệu đường xuống được phát quảng bá tới các thuê bao, tín hiệu này được mã hóa để tránh việc xem trộm. Tín hiệu đường lên được kết hợp bằng việc sử dụng giao thức đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA), OLT sẽ điều khiển các ONU sử dụng các khe thời gian cho việc truyền dữ liệu đường lên.
Trong mạng PON, OLT là thành phần chức năng chính của hệ thống thường đặt ở phòng máy chính. ONU/ONT là thiết bị đặt ở phía người dùng.ONU/ONT kết nối tới OLT bằng các sợi quang và không có các thành phần chủ động ở giữa (một ONU/ONT chỉ dùng 1 sợi quang để nối lên splitter và OLT). Bộ chia tín hiệu (splitter) là thành phần rất quan trọng cua hệ thống, một bộ chia sủ dụng tối đa cho 64 khách hàng.
Bộ khuyến nghị G.984 của ITU đưa ra tiêu chuẩn cho mạng PON tốc độ gigabit (GPON). Mạng GPON có dung lượng ở mức gigabit cho phép cung cấp các ứng dụng video, truy nhập internet tốc độ cao, multimedia, và các dịch vụ băng thông rộng. Cùng với dung lượng mạng gia tăng, tiêu chuẩn mới này đưa ra khả năng xử lý IP và Ethernet hiệu quả hơn.

2.     Những nội dung chính của GPON

2.1.  Kiến trúc của GPON
mạng quang thụ động GPON

Figure 1: Kiến trúc mạng GPON
Hệ thống G-PON bao gồm 3 thành phần chính: OLT, ONT/ONU, ODN (splitter …)
Thiết bị kết cuối quang (Optical Line Terminator) OLT (thường đặt tại phòng máy CO)
Các thiết bị đầu cuối quang (Optical Network Terminer = ONT) hoặc Khối mạng quang (Optical Network Unit=ONU) đặt tại phía khách hàng. ONU (Optical Network Unit): thiết bị kết cuối mạng cáp quang tích cực, kết nối với OLT thông qua mạng phân phối quang (ODN) thường dùng cho trường hợp kết nối tới buiding hoặc tới các vỉa hè, cabin (FTTB, FTTC, FTTCab)
Mạng phân phối quang (Optical Distribution Network = ODN). ODN gồm có 2 thành phần chính là bộ chia quang (Splitter) và các sợi quang, ngoài ra còn có các phụ kiện khác như tủ phân phối quang (ODF), măng xông, tủ ngoài trời.
Bộ chia/ghép quang thụ động (Splitter): Dùng để chia/ghép thụ động tín hiệu quang từ nhà cung câp dịch vụ đến khách hàng và ngược lại giúp tận dụng hiệu quả sợi quang vật lý. Splitter thường được đặt tại các điểm phân phối quang (DP) và các điểm truy nhập quang (AP). Bộ chia/ghép quang sẽ có 2 loại, một loại đặt tại các nhà trạm viễn thông sử dụng các tủ kiểu indoor, loại thứ 2 sẽ là loại thiết bị được bọc kín có thể mở ra được khi cần thiết và đặt tại các điểm măng xông hay tủ phối quang đặt ngoài trời
Trong mạng GPON chỉ có 2 loại phần tử là thiết bị tích cực (yêu cầu phải có nguồn điện) là OLT, ONT/ONU. Các thành phần khác trong mạng (splitter, phụ kiện quang…) đều là thiết bị thụ động (không yêu cầu phải cấp nguồn) do đó giảm thiểu được rất nhiều sự cố có thể có đối với một phần tử tích cực.

2.2.  Kỹ thuật truy nhập TDMA

Kỹ thuật truy nhập được sử dụng phổ biến trong các hệ thống GPON hiện nay là đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA).
TDMA là kỹ thuật phân chia băng tần truyền dẫn thành những khe thời gian kế tiếp nhau. Những khe thời gian này có thể được ấn định trước cho mỗi khách hàng hoặc có thể phân theo yêu cầu tuỳ thuộc vào phương thức chuyển giao đang sử dụng. Hình dưới đây là một ví dụ về việc sử dụng TDMA trên GPON hình cây. Mỗi thuê bao được phép gửi số liệu đường lên trong khe thời gian riêng biệt. Bộ tách kênh sắp xếp số liệu đến theo vị trí khe thời gian của nó hoặc thông tin được gửi trong bản thân khe thời gian. Số liệu đường xuống cũng được gửi trong những khe thời gian xác định.
mạng quang thụ động GPON

Figure 2: Kỹ thuật đa truy nhập TDMA trong GPON
GPON sử dụng kỹ thuật TDMA có ưu điểm rât lớn đó là các ONU có thể hoạt động trên cùng một bước sóng, và OLT hoàn toàn có khả năng phân biệt được lưu lượng của từng ONU. OLT cũng chỉ cần một bộ thu, điều này sẽ dễ dàng cho việc triển khai thiết bị, giảm được chi phí cho các quá trình thiết kế, sản xuât, hoạt động và bảo dưỡng. Ngoài ra, việc sử dụng kỹ thuật này còn có một ưu điểm là có thể lắp đặt dễ dàng thêm các ONU nếu có nhu cầu nâng câp mạng

2.3.  Phương thức đóng gói dữ liệu

GPON định nghĩa hai phương thức đóng gói ATM và GEM (GPON Encapsulation Method). Các ONU và OLT có thể hỗ trợ cả T-CONT nền ATM hoặc GEM.
Phương thức đóng gói dữ liệu GPON (GPON Encapsulation Method - GEM) sử dụng để đóng gói dữ liệu qua mạng GPON. GEM cung cấp khả năng thông tin kết nối định hướng tương tự ATM. GPON cho phép hỗ trợ nhiều loại hình dịch vụ khách hàng khác nhau. Khách hàng ATM được sắp xếp trong suốt vào khung GEM trên cả hai hướng. Khách hàng TDM được sắp xếp vào khung GEM sử dụng thủ tục đóng gói GEM. Các gói dữ liệu bao gồm cả các khung Ethernet cũng được sắp xếp sử dụng thủ tục đóng gói GEM. GEM cũng hỗ trợ việc phân mảnh hoặc chia nhỏ các khung lớn thành các phân mảnh nhỏ và ghép lại ở đầu thu nhằm giảm trễ cho các lưu lượng thời gian thực. Lưu lượng dữ liệu bao gồm các khung Ethernet, các gói tin IP, IPTV, VoIP và các loại khác giúp cho truyền dẫn khung GEM hiệu quả và đơn giản. GPON sử dụng GEM mang lại hiệu quả cao trong truyền dẫn tải tin IP nhờ sử dụng tới 95% băng thông cho phép trên kênh truyền dẫn

2.4.  Phương thức cấp phát băng thông động (hướng lên)

Tại hướng lên băng thông được sử dụng bởi các ONU không chỉ phụ thuộc vào bối cảnh lưu lượng tại các ONU có liên quan mà đồng thời liên quan đến lưu lượng tại các ONU khác trong mạng. Vì sử dụng môi trường chia sẻ băng thông nên lưu lượng truyền bởi mỗi ONU có khả năng bị xung đột và quá trình truyền lại làm giảm hiệu suât. Do đó hướng lên GPON sử dụng phương thức câp phát băng thông động DBA (Dynamic Bandwidth Assignment). Các khung truyền dẫn hướng lên được chia thành 5 loại TCONT (Transmission Container) sử dụng để quản lý việc câp phát băng thông hướng lên.
Loại I - TCONT: trên cơ sở được câp phát băng thông cố định hay là dịch vụ yêu cầu băng thông cố định, không được phục vụ bởi DBA.
Loại II - TCONT cho dịch vụ có tốc độ bit thay đổi với yêu cầu về trễ và jitter như truyền hình và VoIP.
Loại III - TCONT cho các dịch vụ được đảm bảo về trễ.
Loại IV - TCONT cho lưu lượng best-effort.
Loại V - TCONT là kết hợp của hai hay nhiều loại x - TCONT ở trên. Báo cáo mẫu lưu lượng gửi tới OLT bởi mỗi ONU bao gồm mẫu của mỗi loại TCONT và chờ sự câp phát từ phía OLT. OLT sẽ dựa vào loại TCONT để ra quyết định câp phát băng thông hướng lên cho ONU.
mạng quang thụ động GPON

Figure 3: Báo cáo vào phân bổ băng thông trong GPON
Thủ tục câp phát nói chung gồm các bước sau:
-          ONU lưu dữ liệu thuê bao cho lưu lượng hướng lên vào bộ đệm
-          Khối dữ liệu chứa trong bộ đệm được báo tới OLT như một yêu cầu tại một thời điểm quy định bởi OLT
-          OLT xác định thời gian bắt đầu truyền dẫn và khoảng thời gian truyền cho phép (1/4 cửa sổ truyền dẫn) tới ONU như một sự câp phép
-          ONU nhận sự câp phép và truyền khối dữ liệu đã xác định
mạng quang thụ động GPON

Figure 4: Thủ tục cấp phát băng thông trong GPON

2.5.  Các mô hình triển khai GPON FTTx

2.5.1.     4 mô hình triển khai FTTx

Căn cứ vào độ vươn xa của cáp quang từ OLT tới ONT/ONU mà chia thành 4 mô hình triển khai FTTx điển hình: FTTH, FTTB/FTTO, FTTC
mạng quang thụ động GPON

Figure 5: Các mô hình triển khai  FTTx sử dụng GPON
mạng quang thụ động GPON

Figure 6: Các mô hình triển khai FTTx sử dụng GPON

2.5.2.     3 mô hình bảo vệ tuyến trong GPON

Type A: dự phòng cáp quang giữa OLT và splitter
mạng quang thụ động GPON

Figure 7: Mô hình bảo vệ Type A
Type B: dự phòng cáp quang giữa OLT và splitter, dự phòng cổng GPON trên OLT , splitter có 2 đầu vào.
mạng quang thụ động GPON

Figure 8: Mô hình bảo vệ type B
Type C: dự phòng cáp quang giữa OLT và splitter, dự phòng cổng GPON trên OLT , dự phòng splitter, dự phòng ONU/ONT. Mô hình này an toàn nhất nhưng có chi phí cao.
mạng quang thụ động GPON

Figure 9: Mô hình bảo vệ Type C
Mô hình bảo vệ tuyến type B, trong đó 2 tuyến giữa OLT và Splitter đi theo 2 hướng cáp vật lý khác nhau là mô hình cân bằng giữa độ an toàn của mạng và chi phí đầu tư.

2.6.  Thông số kỹ thuật

(wave length, bitrate, logical distance, physical distance, splitting ratio)
 Bước sóng hoạt động
-           Đường xuống
Dải bước sóng hoạt động cho đường xuống sử dụng một sợi quang là 1480-1500 nm. (thường gọi là bước sóng quanh 1490nm)
Ngoài ra, khi tín hiệu analog CATV được ghép trên cùng 1 sợi quang, CATV sẽ đường truyền theo hướng từ xuống ONTs bằng dải bước sóng quanh 1550 nm (1535-1600 nm)
-          Đường lên
Dải bước sóng hoạt động cho đường lên là 1260-1360 nm (thường gọi chung là bước sóng quanh 1310 nm)
Tốc độ bit
GPON định nghĩa những dạng tốc độ bit như sau:
Đường lên 155 Mbit/s, đường xuống 1.25 Gbit/s;
Đường lên 622 Mbit/s up, đường xuống 1.25 Gbit/s;
Đường lên 1.25 Gbit/s up, đường xuống 1.25 Gbit/s;
Đường lên 155 Mbit/s up, đường xuống 2.5 Gbit/s;
Đường lên 622 Mbit/s up, đường xuống 2.5 Gbit/s;
Đường lên 1.25 Gbit/s up, đường xuống 2.5 Gbit/s;
Phổ biến nhất hiện này là đường lên 1.25 Gbit/s up, đường xuống 2.5 Gbit/s;
Khoảng cách logic
Khoảng cách logic là khoảng cách lớn nhất giữa ONU/ONT và OLT mà chưa tính đến các yếu tố gây suy hao công suất quang trên tuyến. Trong mạng GPON, khoảng cách logic lớn nhất là 60 km.
Khoảng cách vật lý
Khoảng cách vật lý là khoảng cách vật lý lớn nhất giữa ONU/ONT và OLT. Trong mạng GPON khoảng cách vật lý tối đa là 20 km.
Khoảng cách sợi quang chênh lệch
Là khoảng cách giữa sợi quang ngắn nhất và xa nhất. Trong mạng GPON khoảng cách sợi quang chênh lệch là 20 km. Thông số này có ảnh hưởng đến kích thước vùng phủ mạng và cần tương thích với tiêu chuẩn ITU-T Rec. G.983.1.
Tỉ lệ chia của splitter
Đối với nhà khai thác mạng thì tỉ lệ chia càng lớn càng tốt. Tuy nhiên tỉ lệ chia lớn thì đòi hỏi công suất quang phát cao hơn để hỗ trợ khoảng cách vật lý lớn hơn. Tỉ lệ chia 1:64 là tỉ lệ lý tưởng cho lớp vật lý với công nghệ hiện nay. Tuy nhiên trong các bước phát triển tiếp theo thì tỉ lệ 1:128 có thể được sử dụng.

4 nhận xét:

  1. Bên mình đang đầu tư khu văn phòng thông minh dự kiến 1800m2 cho nhiều đơn vị thuê, vậy có nên đầu tư? ưu nhược điểm của giải pháp này so với giải pháp thông thường (chi phí đầu tư, tính phức tạp của vận hành, quản lý chi phí hàng tháng đối với khách hàng, các sự cố xảy ra...)

    Trả lờiXóa

Chào bạn, nếu có bất cứ thắc mắc, khen, chê nào xin hãy để lại bình luận. Mỗi nhận xét của bạn đều rất quan trọng đối với tôi. Tôi rất vui nếu bạn viết bằng tiếng việt có dấu!

 
Top