Đồ án Mạng truy cập quang thụ động Ethenet Epon

LỜI CẢM ƠN dc Suốt trong thời gian học tập vừa qua, được sự quan tâm, giúp đỡ của trường Đại học Bách Khoa, khoa Điện Tử Viễn Thông, nay em đã hoàn thành khoá học của mình. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến: Quý thầy cô trong khoa Điện Tử Viễn Thông đã tận tình chỉ bảo em trong suốt quá trình học tập. Quý thầy cô ở các khoa có liên quan đã cung cấp cho em những kiến thức cần thiết cho một sinh viên. Trường Đại học Bách Khoa đã tạo điều kiện cho em học tập trong suốt thời gian qua. Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến thầy NGUYỄN TẤN HƯNG đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp này. Cảm ơn tất cả bạn bè đã giúp đỡ tôi và chia sẽ những khó khăn trong quá trình thực hiện đồ án này. Sinh viên thực hiện VÕ DŨNG LỜI CAM ĐOAN ab Đồ án này đã được hoàn thành sau một thời gian nghiên cứu và tìm hiểu các nguồn tài liệu đã học, sách báo chuyên ngành cũng như các thông tin trên mạng mà theo em là hoàn toàn tin cậy. Do thời gian thực hiện đồ án có hạn nên trong quá trình nghiên cứu và tìm hiểu còn gặp nhiều thiếu sót. Em xin cam đoan đồ án này không giống với bất kỳ công trình nghiên cứu hay đồ án nào trước đây mà em đã biết. Đà Nẵng, tháng 06 năm 2006. Người thực hiện VÕ DŨNG MỤC LỤC BẢNG TỪ VIẾT TẮT TỪ VIẾT TẮT TÊN TIẾNG ANH TÊN TIẾNG VIỆT A-DBA Adaptive Dynamic Bandwidth Allocation Cấp phát băng thông thích ứng dữ liệu ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dị bội CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect Đa truy nhập cảm nhận sóng mang có phát hiện xung đột DA Destination Address Địa chỉ đích DCE Data Communication Equipment Thiết bị giao dịch dữ liệu DTE Data Terminal Equipment Thiết bị dữ liệu đầu cuối DSL Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số EMS Element Management System Hệ thống quản lý EPON Ethernet Passive Optical Network Mạng quang thụ động Ethernet FCS Frame Check Sequence Kiểm tra khung tuần tự FR Frame Relay Công nghệ Frame Relay FSAN Full Service Access Network Mạng truy cập dịch vụ đầy đủ FTTB Fiber To The Building Sợi quang đến tòa nhà FTTC Fiber To The Curb Sợi quang đến cụm thuê bao FTTH Fiber To The Home Sợi quang đến tận nhà thuê bao IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers Hiệp hội các kỹ sư điện và điện tử thế giới ID Indentify Destination Chỉ định địa chỉ đích IP Internet Protocol Giao thức Internet ISDN Integrated Services Digital Network Mạng tích hợp dịch vụ số ITU International Telecommunication Union Liên hiệp viễn thông quốc tế LAN Local Area Network Mạng cục bộ LLC Logical Link Control Điều khiển kết nối logic MAN Metropolitan Area Network Mạng khu vực thủ đô MAC Media Access Control Lớp điều khiển truy nhập phương tiện MDI Medium Depentdent Interface Giao diện phụ thuộc phương tiện MII Medium Indepentdent Interface Giao diện độc lập phương tiện MPCP MultiPoint Control Protocol Giao thức điều khiển đa điểm MPtP MultiPoint to Point Mô hình điểm đa điểm NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau NIC Network Interface Card Card giao tiếp mạng OLT Optical Line Terminal Kết cuối đường truyền quang ONU Optical Network Unit Đơn vị mạng quang PC Personal Computer Máy vi tính PCS Physical Coding Sublayer Lớp con mã hóa vật lý PDH Plesiochoronous Digital Hierarchy Phân cấp số cận đồng bộ PMA Physical Medium Attachment Lớp con thuộc lớp vật lý PON Passive Optical Network Mạng quang thụ động POTS Plain Old Telephony System Hệ thống điện thoại kiểu cũ PRE Preamble Mào đầu PtP Point to Point Mô hình điểm-điểm PtPE Point-to-Point Emulation PtMP Point-to-Multi-Point Mô hình điểm đa điểm QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ SA Source Address Địa chỉ nguồn SDH Synchoronous Digital Hierarchy Phân cấp số đồng bộ SDM Space Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo không gian SFD Start of Frame Delimiter Byte xác định sự bắt đầu khung SLA-DBA Service Level Agreement Dynamic Bandwidth Allocation Cấp phát băng thông động theo mức dịch vụ cam kết SBA Static Bandwidth Allocation cấp phát băng thông cố định SP-DBA Strict Priority Dynamic Bandwidth Allocation Cấp phát băng thông động theo chế độ ưu tiên SLA Service Level Agreement Cam kết mức độ dịch vụ SME Shared Medium Emulation SONET Synchoronous Optical Network Mạng quang đồng bộ TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thời gian WAN Wide Area Network Mạng truy nhập diện rộng LỜI MỞ ĐẦU ab Mạng đường trục Bắc – Nam nước ta sử dụng mạng Ring cáp quang SDH 20 Gbps. Các mạng liên tỉnh sử dụng các hệ thống cáp quang SDH với dung lượng 622 Mbps và 2,5 Mbps. Vào cuối năm 2004, mạng NGN đã chính thức được đưa vào khai thác với khả năng cung cấp dịch vụ đa dạng, hội tụ cả thoại, video và dữ liệu, nhưng mạng truy nhập hầu như không có một sự phát triển nào đáng kể.Tuy nhiên mạng truy nhập lại chủ yếu sử dụng cáp đồng, do đó không khai thác hết tính năng của mạng NGN. Vấn đề đặt ra là làm thế nào để mạng truy nhập phát triển tương xứng với mạng đường trục đặc biệt là mạng NGN đồng thời đáp ứng ngày càng nhiều các dịch vụ mới đòi hỏi băng thông cao cho người dùng. Trong khi đó, với những ưu điểm vượt trội của mình, EPON (Ethernet Passive Optical Network) đã tạo ra một sự chuyển biến rõ rệt trong mạng truy nhập. Đây cũng là giải pháp mà đề tài này đề cập cho mạng truy nhập tại Việt Nam. Nội dung của đề tài này được chia làm sáu chương theo cơ cấu như sau: Chương 1 HIỆN TRẠNG MẠNG VIỄN THÔNG VIỆT NAM VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN MẠNG TRUY NHẬP CỦA THẾ GIỚI. Chương này cho ta biết một cách tổng quan về mạng truyền dẫn hiện tại của Việt Nam, phân tích xu hướng phát triển mạng truy nhập trên thế giới dựa trên nhu cầu về dịch vụ. Trên cơ sở đó, mục đích của chương này là nói lên tính tất yếu phải nâng cấp mạng truy nhập hiện nay và mạng truy nhập quang thụ động là giải pháp được lựa chọn. Chương 2 MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG – PON Chương này cho ta biết một cách tổng quang về mạng PON, đưa ra các mô hình cơ bản của mạng, phân tích các thành phần tồn tại chủ yếu trong mạng là OLT và ONU. Chương này cũng đưa ra hai kỹ thuật được sử dụng trong việc truyền tải của mạng PON đó là WDM và TDM. Từ đó đưa ra ưu nhược từng kỹ thuật để đi đến lý do chọn kỹ thuật TDM. Chương 3 CÔNG NGHỆ ETHERNET Trong chương này sẽ giới thiệu tổng quan về kỹ thuật Ethernet, quan hệ giữa mô hình Ethernet với mô hình 7 lớp OSI , kiến trúc khung của Ethernet, các phương thức phát dữ liệu của Ethernet cũng như các chuẩn của nó. Từ đó cho thấy được thế mạnh của công nghệ này trong mạng truy nhập quang thụ động. Chương 4 MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG EHTERNET – EPON Chương này nói lên những ích lợi của việc sử dụng mạng truy nhập EPON, phân tích nguyên lý hoạt động của nó, phân tích về chuẩn IEEE 802. Chương cũng phân tích hai mô hình Share Medium và song công. Từ đó cho thấy quá trình truyền dữ liệu trong mạng EPON. Chương 5 KHẢO SÁT TRỄ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN PHỐI BĂNG THÔNG TRONG EPON Chương này đưa ra các phương pháp phân phối băng thông cơ bản được sử dụng trong mạng EPON và phân tích tính toán các thành phần trễ ảnh hưởng đến quá trình truyền tải của mạng. Chương 6 GIAO DIỆN MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ TÍNH TOÁN Chương này đưa ra giao diện mô phỏng và hình ảnh đồ thị cũng như ma trận của quá trình tính toán của chương trước, cũng như đưa ra các thuật toán sử dụng để tính toán. Thuật toán được viết dựa trên ngôn ngữ MathCad, giao diện mô phỏng viết trên ngôn ngữ Visual Basic. Đó là tổng quan về đề tài mà em sẽ trình bày sau đây. Tuy đã cố gắng trong quá trình thực hiện đề tài này, song do sự hạn chế về kiến thức nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em mong được sự phê bình, chỉ dẫn của thầy cô và bạn bè để đề tài được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn thầy NGUYỄN TẤN HƯNG người đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong quá trình làm đề tài này. Em cũng chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành đề tài tốt nghiệp này. Sinh viên thực hiện VÕ DŨNG HIỆN TRẠNG MẠNG VIỄN THÔNG VIỆT NAM VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN MẠNG TRUY NHẬP CỦA THẾ GIỚI Giới thiệu chương Với những ưu điểm vượt trội của thông tin quang thì việc ứng dụng thông tin quang trong mạng truy cập là điều cần thiết và tất yếu của xu hướng hiện nay. Mục đích của việc này là nhằm đáp ứng các nhu cầu ngày càng gia tăng của người dùng viễn thông trong nước và quốc tế với các loại hình dịch vụ ngày càng phong phú, đặc biệt giải quyết được vấn đề “nút cổ chai” giữa mạng truy nhập và mạng đường trục hiện nay. Bên cạnh đó, chiến lược phát triển viễn thông phụ thuộc rất nhiều vào hiện trạng mạng viễn thông và định hướng phát triển viễn thông ở mỗi nước. Ở Việt Nam thì đây cũng không phải là một ngoại lệ. Chương này sẽ trình bày về hiện trạng mạng truyền dẫn của Việt Nam, xu hướng phát triển viễn thông trên thế giới và tổng quan về mạng truy nhập quang thụ động. Hiện trạng mạng truyền thông của Việt Nam Mạng viễn thông Việt Nam hiện tại được chia thành ba thành phần chính: Cấp Quốc Tế, cấp Quốc Gia và cấp nội tỉnh (hình 1.1). Truyền dẫn Quốc Tế Các trạm cập bờ cáp biển TVH (ThaiLan-VietNam-HongKong_560Mb/s) và SMW3 (SouthEastAsia-MiddleEast-WestEurope_2,5Gb/s). Các trạm thuộc tuyến CSC(2,5Gb/s), tuyến cáp quang TP Hồ Chí Minh-PhnomPenh (155Mb/s). Ngoài ra còn có các trạm thông tin vệ tinh mặt đất. Truyền dẫn Quốc Gia Tuyến trục Bắc-Nam sử dụng mạng Ring cáp quang 2,5Gb/s (trên cáp quang quốc lộ 1A và cáp quang 500Kv) và tuyến vi ba PDH (Plesiochoronous Digital Hierachy) 140Mb/s (có cấu hình 2+1), ngoài ra còn có tuyến cáp quang dọc đường Trường Sơn. Quốc Tế Quốc gia Nội tỉnh Gateway Quốc Tế TOLL quốc gia TOLL quốc gia Gateway Quốc Tế Host Host Hình 1.1: Cấu trúc mạng viễn thông Việt Nam hiện tại Cuối năm 2004, mạng NGN (Next Generation Network) đã được đưa vào khai thác dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, cho phép triển khai đa dạng và nhanh chóng các dịch vụ, đáp ứng sự hội tụ giữa thoại và số liệu, giữa sự cố định và di động với Internet băng rộng. Truyền dẫn nội tỉnh Các tuyến vi ba số PDH. Các tuyến cáp quang nội tỉnh. Mạng truy nhập thuê bao sử dụng cáp đồng. Sự phát triển của lưu lượng Lưu lượng dữ liệu ngày càng tăng với một tốc độ chưa từng thấy. Có thể chứng minh được tốc độ tăng lưu lượng dữ liệu trên 100% mỗi năm từ những năm 1990. Có một thời kỳ mà sự kết hợp giữa các nhà máy kỹ thuật và kinh tế đã làm cho tốc độ tăng lên rất cao ví dụ năm 1995, 1996 mỗi năm tăng 1000%. Xu hướng online và họ sẽ sẵn sàng online để trải qua nhiều thời gian và sử dụng những ứng dụng đòi hỏi băng thông lớn. Việc nghiên cứu thị trường cho thấy, sau khi nâng cấp lên băng rộng người dùng đã online nhiều hơn 35% so với trước. Lưu lượng thoại cũng tăng nhưng tốc độ chậm hơn 8% mỗi năm. Theo như hầu hết các nhà phân tích thì lưu lượng dữ liệu đã vượt trội lưu lương thoại. Nhiều dịch vụ và ứng dụng sẽ trỡ thành hiện thực khi mà băng thông mỗi người dùng được tăng lên. Cả DSL( Digital Subscriber Line) và cáp modem đều không thể theo kịp nhu cầu. Cả hai công nghệ này đều là những kiến trúc truyền thông được xây dựng hàng đầu hiện nay nhưng không tối ưu hoá cho lưu lượng dữ liệu. Trong mạng cáp Modem, chỉ một vài kênh RF được chỉ định cho dữ liệu trong khi phần lớn băng thông dành cho video tương tự. Mạng cáp đồng DSL không thể phù hợp với tốc độ dữ liệu ở khoảng cách yêu cầu do méo và nhiễu xuyên tâm tín hiệu. Hầu hết các nhà hoạt động mạng đều nhận thức rõ rằng sự cần thiết của một giải pháp tập trung dữ liệu, các dịch vụ truyền thống như thoại, video sẽ hội tụ vào định dạng số với đầy đủ các dịch vụ sẽ ra đời. Xu hướng phát triển hiện nay Trong những năm gần đây, mạng đường trục ( mạng xương sống:backbone) đã có một sự phát triển vượt bậc, tuy nhiên mạng truy cập ít có sự thay đổi. Sự phát triển kinh khủng của lưu lượng Internet càng làm trầm trọng thêm sự chậm trễ của dung lượng mạng truy cập. Đó chính là vấn đề “nút cổ chai” giữa mạng truy nhập và mạng đường trục. Giải pháp băng rộng được triển khai phổ biến hiện nay là DSL và mạng cáp Modem. Mặc dầu nó đã có sự cải thiện đáng kể so với đường dây dial-up 56Kbps, tuy nhiên nó không thể cung cấp đủ băng thông cho các dịch vụ như video, tró chơi tương tác hay hội nghị truyền hình. Một công nghệ mới đã được đưa ra, có chi phí đầu tư không cao, đơn giản, có thể nâng cấp, có khả năng hội tụ các dịch vụ thoại dữ liệu và video đến người dùng trên một mạng đơn. Đó là EPON (Ethernet Passive Optical Network), là giải pháp truy nhập quang sử dụng mạng quang thụ động (PON: Passive Optical Network) kết hợp với giao thức Ethernet (EPON). Giải pháp này mang ưu diểm của cả hai công nghệ PON với băng rộng và Ethernet được thiết kế phù hợp tải mang lưu lượng IP (Internet Protocol). Đây là một công nghệ truy nhập được kỳ vọng trong những năm tới và cũng được xem như là một trong những công nghệ động lực để tiến đến mạng toàn quang. Mạng truy nhập thế hệ sau (a) Point to Point Network (b) Curb-Switched Network (c) Passive optical network Hình 1.2: Các mô hình phân bổ sợi quang đến thuê bao Sợi quang có khả năng phân phối băng thông cao, tích hợp dịch vụ thoại, dữ liệu và video với khoảng cách trên 20Km trong mạng truy nhập. Phương thức vật lý để triển khai sợi quang trong mạng truy nhập nội hạt là sử dụng mô hình điểm điểm (PtP: Point to Point), với sợi quang chạy từ CO (Central Office) đến mỗi đầu cuối thuê bao (hình 1.2a). Kiến trúc này đơn giản tuy nhiên chi phí khá cao. Chúng ta xét N thuê bao với khoảng cách trung bình so với CO là L Km thì mô hình PtP yêu cầu 2N bộ thu phát và NxL tổng chiều dài sợi quang. Để giảm chiều dài sợi quang, chúng ta có thể sử dụng các chuyển mạch từ xa, làm giảm chiều dài sợi quang chỉ còn L km (khoảng cách giữa chuyển mạch và người dùng không đáng kể) nhưng sẽ làm tăng số lượng bộ thu phát lên 2N+2 (hình 1.2b). Ngoài ra, kiến trúc mạng chuyển mạch cụm thuê bao (Curb-Switched) yêu cầu năng lượng điện cũng như năng lượng sao lưu tại Curb-switch. Hiện tại, một trong những chi phí cao nhất của các nhà cung cấp tổng đài nội hạt là cung cấp và bảo quản năng lượng điện trong vòng nội hạt. Cho nên, thật hợp lý khi thay các chuyển mạch cụm thuê bao bằng các bộ quang thụ động rẽ tiền (hình 1.2c). PON là một kỷ thuật được xem xét với nhiều ưu điểm như số lượng các bộ thu phát quang, thiết bị đầu cuối CO và sợi quang ít. PON là mạng quang điểm đa điểm( PtMP: Point to MultiPoint) với các phần tử không kích hoạt trong đường dẫn tín hiệu từ nguồn đến đích. Chỉ các phần tử được sử dụng bên trong mạng PON là các linh kiện quang thụ động như là sợi quang, bộ nối và bộ chia quang. Một mạng truy nhập dựa trên một sợi quang đơn chỉ yêu cầu N+1 bộ thu phát và L km sợi quang So sánh giữa các giải pháp truy nhập và thị trường mạng quang thụ động toàn cầu Bảng 1.1 Thị trường mạng quang thụ động toàn cầu 2003-2008 Triệu USD 2003 2004 2005 2006 2007 2008 Tổng (FTTB+FTTH) 221,4 363,4 547,7 754,7 979,9 1161,5 Công nghệ Tốc độ cực đại (Mbit/s) Khoảng cách cực đại (m) Đánh giá Tốc độ Khoảng cách Chia sẽ môi trường Chi phí Công lao động Độ tin cậy Cáp đồng DSL 1.5 3200 Thấp T/bình Không T/bình T/bình T/bình Đồng trục 10 3200 T/bình T/bình Có Cao T/bình T/bình CAT-5(6) 100 300 Cao Gần Không T/bình T/bình T/bình Sợi quang Đa mode >10 10000 Cao T/bình Không T/bình Cao Cao Đơn mode >10 100000 Cao Xa Không T/bình Cao Cao PON 100 10000 Cao T/bình Có T/bình T/bình Cao Vô tuyến Satellite <1 N/A Thấp T/bình Có Cao Thấp T/bình WiFi <11 100 T/bình Tb/Gần Có Cao Thấp Cao 802.11a 50 20 Cao Gần Có Cao Thấp T/bình Blue Tooth 10 3 T/bình Gần Có Cao Thấp T/bình Bảng 1.2 So sánh giữa các giải pháp truy nhập Từ hai bảng trên, triển vọng của EPON được minh chứng qua dự báo thị trường sản phẩm mạng PON và phẩm chất kỹ thuật so với các giải pháp truy nhập khác. Tốc độ phát triển trung bình 39,3% trong giai đoạn 2003-2008 cho thấy một tương lai đầy hứa hẹn với thị trường PON trong bối cảnh suy thoái của thị trường viễn thông trong thời gian qua. Đây được xem là một trong những thị trường hấp dẫn nhất đối với các nhà đầu tư trong giai đoạn tới. Kết luận chương Như đã trình bày ở trên, mạng đường trục là mạng với tốc độ dữ liệu cao lên đến hàng Gb/s và được áp dụng công nghệ chuyển mạch gói (mạng chuyển mạch thế hệ sau NGN) với sự hội tụ của thoại, dữ liệu và video tốc độ cao trong khi đó mạng truy nhập hầu như không có một sự phát triển tương xứng. Gần đây, với công nghệ DSL đã giảm bớt phần nào vấn đề “nút cổ chai” tuy nhiên vẫn chưa giải quyết triệt để vấn đề này. Như vậy, sự nâng cấp mạng truy nhập là việc làm tất yếu vào lúc này. Tuy nhiên, kỹ thuật nào được lựa chọn ? Theo như xu hướng trên thế giới và những ưu điểm mà nó đem lại, EPON đã chứng tỏ là giải pháp hữu hiệu nhất cho mạng truy nhập hiện nay. EPON là sự kết hợp giữa mạng quang thụ động PON và công nghệ Ethernet. Sự kết hợp này sẽ được trình bày trong các chương tiếp theo. MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG – PON Giới thiệu chương Với những ưu điểm vượt trội, mạng quang thụ động PON( Passive Optical Network) là một sự lựa chọn thích hợp nhất cho mạng truy nhập. Trong chương này sẽ nói về PON là như thế nào, hoạt động ra sao, cấu trúc của nó cũng như phương thức được sử dụng để truyền dữ liệu WDM và TDM PON. Từ đó đưa ra ưu và nhược của từng phương thức. Tổng quang về công nghệ PON Mạng quang thụ động PON (hình 2.1) sử dụng phần tử chia quang thụ động trong phần mạng phân bố nằm giữa thiết bị đường truyền quang (OLT) và thiết bị kết cuối mạng quang (ONU). Hoạt động của mạng PON được điều khiển bởi giao thức truy nhập theo địa chỉ MAC (lớp 2) Hình 2.1: 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 quang 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 các ONU đều nằm ở đầu cuối của mạng PON. Tín hiệu trong PON có thể được phân ra và truyền đi theo nhiều sợi quang hoặc được kết hợp lại và truyền đi trên một sợi quang thông qua bộ ghép quang, phụ thuộc tín hiệu đó đi theo hướng lên hay xuống của PON. Bộ tách / ghép quang Một mạng quang thụ động sử dụng một thiết bị thụ động để tách một tín hiệu quang từ một sợi quang sang một vài sợi quang và ngược lại. Thiết bị này là Coupler quang. Để đơn giản, một Coupler quang gồm hai sợi nối với nhau. Tỷ số tách của bộ tách có thể được điều khiển bằng chiều dài của tầng nối và vì thế nó là hằng số. Hình 2.2: Cấu hình cơ bản các loại Coupler a) c) b) I1 I1 I2 I1 I2 O2 O3 O2 O2 O3 Hình 2.2a có chức năng tách tia cào thành 2 tia ở đầu ra, đây là Coupler Y.Hình 2.2b là Coupler ghép các tín hiệu quang tại hai đầu vào thành một tín hiệu tại đầu ra. Hình 2.2c vừa ghép vừa tách quang và gọi là Coupler X hoặc Coupler phân hướng 2x2. Coupler có nhiều hơn hai cổng vào và nhiều hơn hai cổng ra gọi là Coupler hình sao. Coupler NxN được tạo ra từ nhiều Couper 2x2. a) Coupler 4 ngăn 8x8 b) Coupler 3 ngăn 8x8 Hình 2.3: Coupler 8x8 được tạo ra từ nhiều Coupler Coupler được đặc trưng bởi các thông số sau: Splitting loss (tổn hao tách): Mức năng lượng ở đầu ra của Coupler so với năng lượng đầu vào (db). Đối với Coupler 2x2 lý tưởng, giá trị này là 3dB. Hình 2.3 minh hoạ hai mô hình 8x8 Coupler dựa trên 2x2 Coupler. Trong mô hình 4 ngăn (hình a), chỉ 1/6 năng lượng đầu vào được chia ở mỗi đầu ra. Hình (b) đưa ra mô hình hiệu quả hơn gọi là mạng liên kết mạng đa ngăn. Trong mô hình này mỗi đầu ra nhận được 1/8 năng lượng đầu vào. Insertion loss(tổn hao chèn): Năng lượng tổn hao do sự chưa hoàn hảo của quá trình xử lý. Giá trị này nằm trong khoảng 0,1dB đến 1dB. Directivity (định hướng): Lượng năng lượng đầu vào bị rò rỉ từ một cổng đầu vào đến các cổng đầu vào khác. Coupler là thiết bị định hướng cao với thông số định hướng trong khoảng 40-50dB. Thông thường, các Coupler được chế tạo chỉ có một cổng vào hoặc một Combiner (bộ kết hợp). Đôi khi các Coupler 2x2 được chế tạo có tính không đối xứng cao ( với tỷ số tách là 5/95 hoặc 10/90). Các Coupler loại này được sử dụng để tách một phần năng lượng tín hiệu, ví dụ với mục đích định lượng. Các thiết bị như thế này được gọi là “tap coupler”. Các đầu cuối mạng PON Optical Line Terminal (OLT thiết bị đường truyền quang ): OLT cung cấp giao tiếp giữa hệ thống mạng truy cập quang thụ động EPON và mạng quang đường trục của các nhà cung cấp dịch vụ thoại, dữ liệu và video. OLT cũng kết nối đến mạng lõi của nhà cung cấp dịch vụ thông qua hệ thống quản lý EMS(Element Management System). Optical Network Unit (ONU: thiết bị kết cuối mạng quang): ONU cung cấp giao tiếp giữa mạng thoại, video và dữ liệu người dùng với mạng PON. Chức năng cơ bản của ONU là nhận dữ liệu ở dạng quang và chuyển sang dạng phù hợp với người dùng như Ethernet, POST,T1... Element Management System (EMS :hệ thống quản lý ): EMS quản lý các phần tử khác nhau của mạng PON và cung cấp giao diện đến mạng lõi của các nhà cung cấp dịch vụ. EMS có chức năng quản lý về cấu hình, đặc tính và bảo mật. Mô hình PON Có một vài mô hình thích hợp cho mạng truy cập như mô hình cây, vòng hoặc bus. Mạng quang thụ động PON có thể triển khai linh động trong bất kỳ mô hình nào nhờ sử dụng một tapcoupler quang 1:2 và bộ tách quang 1:N. Mô hình cây ( sử dụng splitter 1:N)(a) Mô hình bus sử dụng tapcoupler(b) Mô hình vòng (c) Mô hình cây với ređunant trunk (d) Hình 2.4: Các mô hình mạng PON Ngoài những mô hình trên, PON có thể triển khai trong cấu hình Redundant như là vòng đôi hoặc cây đôi hay cũng có thể là một phần của mạng PON được gọi là trung kế cây. Tất cả sự truyền dẫn trong mạng PON đều được thực hiện giữa OLT và các ONU. PLT ở tại tổng đài (Central Office), kết nối truy nhập quang đến mạng đường trục (có thể là mạng IP, ATM hay SONET). ONU ở tại đầu cuối người sử dụng (trong giải pháp FTTH_Fiber To The Home, FTTB_Fiber To The Building) hoặc ở tại Curb trong giải pháp FTTC_Fiber To The Cur và có khả năng cung cấp các dịch vụ thoại, dữ liệu và video băng rộng. Tuỳ theo điểm cuối của tuyến cáp quang xuất phát từ tổng đài mà các mạng truy nhập thuê bao quang có tên gọi khác nhau như sợi quang đến tận nhà FTTH, sợi quang đến khu dân cư FTTC... 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 được 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 vậy trong hướng lên, PON sẽ sử dụng một vài cơ chế riêng biệt trong kênh để tránh xung đột dữ liệu và chia sẽ công bằng tài nguyên và dung lượng trung kế. Một phương pháp chia sẽ 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. Mặc khác, nếu một bước sóng bị sai lệch sẽ gây ra nhiễu cho các ONU khác trong mạng PON. Việc sử dụng Laser điều khiển được có thể khắc phục được vấn đề này nhưng quá đắt cho công nghệ 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 cở khe thời gian được ấn định hoặc thậm chí sử dụng ghép kênh thống kê để tận dụng hết băng thông được dùng của mạng PON. Hình 2.5: Mạng PON sử dụng một sợi quang 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 và bả