Công nghệ cáp quang FTTH

bằng tên khác là FTTB (Fiber To The Building), khác với FTTC (Fiber To The Curb) - đường dẫn cáp đến bên ngoài đường thôi, còn dẫn vào nhà vẫn là tiêu chuẩn dây đồng như cũ.Tốc độ đi Internet cam kết tối thiểu của Fiber to the x >= 256 Kbps, lớn hơn tốc độ đi Internet của tất cả các gói ADSL. Với ADSL, chiều dài cáp tối đa cần 2,5 Km để đạt sự ổn định cần thiết, còn với FTTH thì con số này lên tới 10 km. Dự kiến FTTH sẽ dần thay thế ADSL trong tương lai gần một khi băng thông ADSL không đủ sức cung cấp đồng thời các dịch vụ trực tuyến trong cùng một thời điểm. Chương 2: MỘT SỐ MÔ HÌNH PON ĐƯỢC TRIỂN KHAI TRONG MẠNG FTTH I. ATM trên nền PON – ATM PON (APON) 1 Mô hình tham chiếu APON Hệ thống bao gồm OLT, ONU, cáp quang sử dụng cấu hình PON trong đó có một bộ chia quang thụ động. Các ONU chia sẻ chung dung lượng của một sợi quang, khi sử dụng bộ chia, vấn đề ta cần đặc biệt quan tâm là sự bảo mật. Ở đường lên, cần phải sử dụng giao thức một phương thức đa truy nhập. Q3 ODN ONU ONU R/S IFPON S/R IFPON Node dịch vụ SNI UNI Chức năng quản lý hệ thống mạng truy nhập OLT AF Nguồn: Công nghệ truy nhập trong mạng NGN-HVCNBCVT Hình 2.1: Cấu hình tham chiếu APON Mạng phân phối quang ODN cung cấp 1 hoặc nhiều hơn các đường dẫn quang từ OLT đến một hoặc nhiều hơn các ONU. Mỗi đường dẫn quang được định nghĩa giữa điểm tham chiếu S và R trong 1 cửa sổ bước sóng nhất định. Hai hướng truyền dẫn trong ODN được định nghĩa như sau: Đường xuống cho tín hiệu từ OLT đến ONU. Đường lên cho tín hiệu từ ONU đến OLT. Giao diện tại hai điểm tham chiếu S, R (được gọi chung là IFPON) hỗ trợ tất cả các thành phần giao thức cần thiết để cho phép truyền dẫn giữa OLT và ONU. ONU có thể có một chức năng thích ứng cho truyền dẫn đường dây thuê bao số DSL qua cáp đồng đến nhà thuê bao. OAM được quản lý thông qua giao diện quản trị Q3 2 Các đặc tả cho APON APON là sự kết hợp giữa phương thức truyền tải không đồng bộ ATM với mạng truy nhập quang thụ động PON. Mạng APON sử dụng công nghệ ATM là giao thức truyền tin. Công nghệ ATM cung cấp sự mềm dẻo theo khái niệm độ trong suốt dịch vụ và phân bổ băng tần,ngoài ra còn có những tính năng rất hữu ích cho hoạt động khai thác và bảo dưỡng các kết nối từ đầu cuối đến đầu cuối nhờ đó giảm được chi phí hoạt động của mạng. Các ưu điểm của ATM được kết hợp với môi trường truyền dẫn là sợi quang với tài nguyên băng tần dường như là vô hạn đã tạo ra một mạng truy nhập băng rộng được biết tới như là BPON (Broadband PON - mạng PON băng rộng). Như mọi hệ thống khác, APON cũng được chia thành các lớp, lớp con với các nhiệm vụ cụ thể. Các lớp này thuộc một trong hai mặt bằng: Một là mặt bằng dữ liệu có nhiệm vụ phân phối lưu lượng đến và đi từ các thiết bị đầu cuối, trong trường hợp này là các cổng tại OLT và ONU. Hai là mặt bằng điều khiển, hay mặt bằng OAM hay hệ thống hỗ trợ hoạt động (OSS), thực hiện các chức năng vận hành, điều khiển, quản lý. Những chức năng này có tính chất không liên tục, ví dụ như là các chức năng OAM: khởi tạo, khôi phục lỗi, báo cáo trạng thái, với trường hợp mạng quang có các chức năng riêng biệt như điều chỉnh công suất laser. Thông tin điều khiển chứa trong các trường tiêu đề, tiêu đề con, hay các phần thông tin mào đầu trước lưu lượng người dùng. Phải nói rằng, thông tin tiêu đề thuộc về một lớp sẽ không được nhìn thấy bởi các lớp ở trên tại cả phía gửi và phía nhận. Miêu tả cấu trúc ngữ pháp các bản tin bằng cách liệt kê từng bit, từng byte trong định dạng bản tin. Thực tế, chỉ cần xem bản tin của một lớp nói gì, nghe gì ta có thể hoàn toàn biết chức năng của giao thức lớp đó. Hoạt động của APON cũng sẽ được đề cập thông qua việc mô tả quá trình trao đổi bản tin giữa các thực thể ngang hàng theo thời gian, việc trao đổi các lệnh và các đáp ứng giữa các lớp liền kề theo chiều dọc trong ngăn xếp giao thức. 3 Cấu trúc phân lớp APON Mô hình phân lớp mạng ATM gồm có lớp môi trường truyền dẫn và lớp đường, lớp môi trường truyền dẫn phân chia thành lớp môi trường vật lý và lớp hội tụ truyền dẫn. Trong mạng ATM-PON lớp đường tương ứng với lớp đường ảo của lớp ATM Lớp dưới cùng là lớp phương tiện vật lý thực hiện giao tiếp với phần quang của mạng (hay chính là mạng phân phối quang ODN). Lớp này thực hiện các chức năng: chuyển đổi điện-quang, nhận/truyền các tín hiệu đến/đi ở phương tiện vật lý tại một trong ba bước sóng quang (1310, 1490, 1550nm), kết nối với sợi quang của ODN. Cấu trúc của lớp tuân theo tập các tham số quang điện đã được chuẩn hóa. Giữa lớp phương tiện vật lý và lớp đường (giao điện mà qua đó tế bào ATM được phân phối tới lớp khách hàng) là lớp hội tụ truyền dẫn TC (tương ứng với lớp 2 trong mô hình OSI). Lớp TC được phân chia thành lớp con truyền dẫn PON và lớp con thích ứng nằm ở trên, tương ứng với lớp con hội tụ truyền dẫn của mô hình B-ISDN. Lớp con thích ứng được chuẩn hóa dựa trên chuẩn ATM trên cơ sở cáp đồng truyền thống. Chức năng của lớp này là chuyển đổi giữa khung 125ms mức người dùng (đơn vị dữ liệu giao thức PDU) và tế bào ATM. 3.1 Lớp vật lý Lớp này không giống như các lớp trên là các thành phần phần cứng chứ không phải là phần mềm. Phần cứng này được định nghĩa bởi các chuẩn [G.983.1 & G.983.3] và tuân theo các tham số sau: Tốc độ bit: 155.52 hoặc 622.08Mb/s ở đường xuống và 155.52Mb/s đường lên Bước sóng: 1260 đến 1360nm đường lên, 1480 đến 1580nm đường xuống Dạng lưu lượng: số ở cả hai hướng, hỗ trợ tương tự ở đường xuống Tỉ lệ chia công suất quang: lên đến 32, con số này bị giới hạn bởi suy hao ODN. Lớp đường Chuyển đổi tế bào ATM và các khung dữ liệu người dùng Lớp Môi trường truyền dẫn Lớp hội tụ truyền dẫn Lớp con Thích ứng Lớp thích ứng của B-ISDN Lớp con truyền dẫn PON -Xắp xếp -Cấp phát khe tế bào -Cấp phát băng tần -Bảo mật và an toàn -Đồng chỉnh khung -Đồng bộ cụm(Burst) -Đồng bộ bit/byte Lớp vật lý -Tương thích E/O -Ghép bước sóng -Kết nối sợi quang Nguồn: Công nghệ truy nhập trong mạng NGN-HVCNBCVT Hình 2.2: Cấu trúc phân lớp mạng APON 3.2 Lớp hội tụ truyền dẫn Lớp con hội tụ truyền dẫn bao gồm lớp con truyền dẫn PON và lớp con thích ứng được thể hiện như sau: Lớp con truyền dẫn PON hoàn toàn làm việc với tế bào. Theo hướng về, lớp này nhận các tế bào từ tín hiệu điện do lớp phương tiện vật lý đưa đến, đồng bộ tại mức bit và byte, giới hạn tế bào và khung được xác định, mào đầu được tách và xử lý, chuyển các luồng tế bào lên lớp cao hơn tiếp theo. Theo hướng đi, quá trình xử lý diễn ra ngược lại. Trong lớp này, giao thức sắp xếp được sử dụng để đảm bảo rằng các tế bào đến từ các ONU khác nhau không chồng lấp lên nhau. Lớp con thích ứng: đây là lớp trong đó có sự chuyển đổi diễn ra giữa tế bào ATM và PDU (có thể là: SONET/SDH, xDSL, các PDU dựa trên khung 125ms) Lớp này không cung cấp giao diện với các lưu lượng trên cơ sở gói như Ethernet hay IP. Để cung cấp những giao diện này ta phải có 1 phần mềm chuyển đổi thêm vào, phần này không ở trong phạm vi chuẩn. 4 Khung truyền dẫn APON/BPON ITU-T G.983.1 định rõ kiến trúc tham chiếu, đặc điểm của bộ thu phát, cấu trúc khung truyền tải và các chức năng sắp xếp trong APON/BPON. Tín hiệu APON/BPON được truyền trong khe thời gian. Mỗi khe thời gian chứa một cell ATM hay một cell hoạt động, quản lí và bảo dưỡng lớp vật lí (PLOAM - Physical LayerOperation, Administration and Maintenance). Cell PLOAM được dùng để truyền thông tin quản lí của lớp vật lí như là các bản tin giao thức dùng cho việc sắp xếp, trộn khóa với dữ liệu và cập nhật. Các khe thời gian hướng xuống là các cell ATM và PLOAM có độ dài mỗi cell là 53 byte. Một cell PLOAM được chèn vào cứ mỗi 28 khe thời gian (hay 27 cell ATM). Ở tốc độ 155.52Mbps, APON/BPON quy định khung xuống có 54 cell ATM là truyền dữ liệu như vậy tốc độ xuống thực sự là: 54/56 × 155.52 Mbps = 149.97 Mbps Và 2 cell PLOAM dành cho đồng bộ, điều khiển lỗi, bảo mật, bảo dưỡng và phân phối băng thông. Khung lên có 53 khe như vậy khung lên thực sự ở tốc dộ 155.52 Mbps là: 53/56 × 155.52 Mbps = 147.19 Mbps, và mỗi khe lên được chia thành nhiều khe con, mỗi khe con chứa 3 byte overhead đặt trước cell ATM và PLOAM. Bên cạnh đó, mỗi khe hướng lên có thể được chia thành nhiều khe nhỏ. Hình 2.3 (a,c) mô tả khung xuống và lên của APON/BPON tại 155.52 Mbps. Cấu trúc khung tại 622.08 Mbps và 1244.16 Mbps thì tương tự ngoại trừ số khe thời gian trên khung tăng lên lần lượt 4 và 8 lần. Cấu trúc PLOAM hướng xuống mô tả ở Hình 2.3 (b) nó gồm các phần sau: 5 byte header cụ thể được mô tả như bảng 3.1. Bảng 3.1: năm byte header Vùng IDENT có nằm vị trí đầu tiên trong PLOAM hướng xuống Kế tiếp là 2 byte đồng bộ. PLOAM có 27 grant, cứ mỗi 6-7 grant thì được kiểm tra CRC. MSG_PON_ID đánh địa chỉ cho mỗi ONU. Trong thủ tục sắp xếp ONU được gán số nhận dạng PON_ID. Số nhận dạng này có giá trị từ 0 đến 63. MSG_ID mô tả loại bản tin. MESSAGE_FIELD chứa bản tin cảnh báo, xử lí các bản tin nhận được ở ONU liên quan đến thủ tục sắp xếp. BIP8 (bit-interleaved parity) có 8 bit, cho phép ONU kiểm tra tốc độ lỗi bit BER. Mỗi bit của BIP8 sẽ XOR với tất cả bit ở cùng vị trí trong một byte. ONU sẽ so sánh BIP8 nhận được với BIP8 được tính trên luồng nhận được, mỗi bit không giống sẽ được tính toán. Nguồn: ITU-T Recommendation G.983.1, Broadband optical access systems based on Passive Optical Networks (PON), 2005. Hình 2.3: Cấu trúc khung hướng xuống và lên của APON Việc truyền cell ATM, cell PLOAM ở hướng lên được điều khiển bởi OLT thông qua cell PLOAM truyền ở hướng xuống.Chuẩn G.983 yêu cầu tối thiểu cứ mỗi 100 ms có một cell PLOAM trên một ONU. Ngoài ra 3 byte đầu ở hướng lên chứa thời gian nghỉ, lời mở đầu và ranh giới bắt đầu cell. APON/BPON chỉ định thời gian nghỉ tối thiểu là 4 bit. Nó cung cấp thời gian nghỉ giữa 2 cell hay khe con liền kề để tránh đụng độ. Lời mở đầu lấy pha của cell đến hay khe con để đồng bộ bit và khôi phục biên độ. Ranh giới là phần chỉ định bắt đầu cell ATM hay khe con, mà có thể được dùng để thực hiện đồng bộ byte. Hình 2.3(a) mô tả khuôn dạng khung hướng xuống ở tốc độ 155 Mbps, Hình 2.3(b) mô tả khuôn dạng bản tin PLOAM hướng xuống, Hình 2.3(c) mô tả khuôn dạng của bản tin hướng lên, Hình 2.3(d) mô tả khuôn dạng bản tin PLOAM hướng lên. Khuôn dạng cell PLOAM lên được mô tả ở hình 2.3(d) bao gồm các phần sau: Giống như khung hướng xuống nó cũng có 5 byte header và 1 byte IDENT bắt đầu khung hướng lên. MSG_PON_ID và MSG_ID phục vụ cho việc nhận dạng ONU. Byte CRC truyền cảnh báo các thông tin hoạt động, quản lí và bảo dưỡng từ ONU. Kế đó là 17 byte điều khiển nguồn laser: sử dụng cho ONU để báo cáo các mức công suất cho mỗi nguồn laser của ONU để chúng có thể duy trì giá trị thích hợp. Tiếp theo là 16 byte điều khiển bộ thu được dùng ở bộ thu của OLT để hiệu chỉnh mức ngưỡng cho việc phát hiện mức 0 và mức 1. Cuối cùng, BIP cũng có chức năng tương tự như ở khung hướng xuống Broadband PON ( BPON ) Lịch sử phát triển của BPON: Năm 1997: Phát triển BPON dựa trên nền tảng ATM leased-line. Năm 1999: Giới thiệu các thiết bị đầu cuối (End-User) cho FTTB tại Mỹ. Năm 2000: Phát triển thiết bị đầu cuối cho khu dân cư và các module quang các ONT nhận biết và tách dữ liệu đường xuống của mình dựa vào VCI/VPI của ATM cell. Hình 2.4: Mô hình BPON Luồng xuống : Băng tần cơ bản 1,480–1,500 Luồng lên: Băng tần cơ bản :1,260-1,360 Hình 2.4 chỉ ra kiến trúc của BPON (Broadband PON). Trong kiến trúc này, OLT kết nối đến ONU qua bộ chia 1:N. Khoảng cách truyền dẫn tối đa là 10-20 km. Lưu lượng hướng lên từ ONU được truyền ở bước sóng 1310 nm và hướng xuống từ OLT là bước sóng 1490 nm và bước sóng 1550 nm được dùng để tải hình ảnh. Dữ liệu hướng xuống sẽ truyền tất cả các gói dữ liệu đến tất cả ONU và nó sẽ nhận gói mà đúng địa chỉ của nó còn ở hướng lên thì các gói từ các ONU sẽ truyền lần lượt các gói đến OLT thông qua sự điều khiển của OLT. OLT sẽ qui định khe thời gian mà ONU nào được truyền tại thời điểm đó để có thể tránh được sự đụng độ. Trong thiết bị, OLT thường được tạo thành line card và được ghép vào trong bộ khung và kết nối đến mạng lõi/metro. Còn ONU thì có một hay nhiều cổng dành cho kết nối thoại (T1/E1) và data (10/100BASE-T Ethernet) đến khách hàng. Mạng quang thụ động băng rộng B-PON được chuẩn hóa 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/ONU và DBA. Trong mạng B-PON, dữ liệu được đóng 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 (PLOAM – Physical layer Operation Administration and Maintenance) được chèn vào cứ mỗi 28 tế bào trong kênh. PLOAM có một bít để nhận dạng các tế bào PLOAM. Ngoài 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 vận hành quản lý và bảo dưỡng OAM. Nguồn: CEDRIC F. LAM , Passive Optical Networks Principles and Practice, October 2007. Hình 2.5: Kiến trúc hệ thống BPON 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 gồm có một tế bào ATM/PLOAM và 24 bít từ mào đầu. Từ mào đầu mang thông tin về thời gian bảo vệ, mào đầu cho phép đồng bộ và khôi phục tín hiệu tại OLT, và thông tin nhận dạng điểm kết thúc của từ mào đầu. Chiều dài của từ mào đầu và các thông tin chứa trong đó được lập trình bởi OLT. Các ONT thực hiện gửi các tế bào PLOAM khi chúng nhận được yêu cầu từ OLT. B-PON sử dụng giao thức gán băng thông động DBA để cho phép OLT nhận biết lượng băng thông cần thiết cấp cho các ONT/ONU. OLT có thể giảm hoặc tăng băng thông cho các ONT/ONU dựa vào gửi các tế báo ATM rỗi hoặc làm đầy tất cả hướng lên bởi dữ liệu của ONT/ONU. OLT dừng định kỳ việc truyền hướng lên do vậy nó có khả năng mời bất kỳ ONT/ONU mới nào tham gia vào hoạt động hệ thống. Các ONT/ONU mới phát một bản tin phúc hồi trong cửa sổ này với thời gian trễ ngẫu nhiên để tránh xung đột khi mà có nhiều ONT/ONU mới muốn tham gia. OLT xác định khoảng cách tới mỗi ONT/ONU mới bằng việc gửi tới ONT/ONU một bản tin đo cự ly và xác định thời gian bao lâu để thu được bản tin phúc hồi. Sau đó OLT gửi tới ONT/ONU một giá trị trễ, giá trị này được sử dụng để xác định thời gian bảo vệ ứng với các ONT/ONU. III. Gigabit PON (GPON) 1 Hệ thống GPON G-PON là giao thức FSAN TDMA PON thứ 2 được định nghĩa trong chuỗi khuyến nghị G.984 của ITU-T. G-PON được xây dựng trên trải nghiệm của B-PON và E-PON. GPON viết tắt của từ Gigabit Passive Optical Network. GPON là sự phát triển của APON/BPON nó hoạt động ở tốc độ lên tới hàng Gbps và đã được chuẩn hóa thành ITU-T G.984. GPON không phụ thuộc vào ATM, GPON sử dụng lớp con truyền dẫn hội tụ (GTC- GPON Transmission Convergence), khung GTC có thể đóng gói các cell ATM. Không giống như APON/BPON, khung GTC có thể đóng gói trực tiếp các gói dữ liệu thông qua phương pháp đóng gói GPON (GEM- GPON Encapsulation Method). Phần tải khung GTC chứa cả ATM và GEM. Mặc dù G-PON hỗ trợ truyền tải tin ATM, nhưng nó cũng đưa vào một cơ chế thích nghi tải tin mới mà được tối ưu hóa cho truyền tải các khung Ethernet được gọi là phương thức đóng gói G-PON (G-PON Encapsulation Method - GEM). GEM là phương thức dựa trên thủ tục đóng khung chung trong khuyến nghị G.701, ngoại trừ việc GEM tối ưu hóa từ mào đầu để phục vụ cho ứng dụng của PON, cho phép sắp xếp các dữ liệu Ethernet vào tải tin GEM và hỗ trợ sắp xếp TDM. G-PON sử dụng cấu trúc khung GTC (G-PON Transmission Conversion) cho cả hai hướng xuống và hướng lên. Khung hướng xuống bắt đầu với một từ mào đầu PLOAM, tiếp sau đó là vùng tải tin GEM hoặc các tế bào ATM. PLOAM gồm có thông tin cấu trúc khung và sắp đặt băng thông cho ONT/ONU gửi dữ liệu trong khung hướng lên tiếp theo. Khung hướng lên bao gồm các nhóm khung gửi từ các ONT. Mỗi một nhóm được bắt đầu với từ mào đầu lớp vật lý mà có chức năng tương tự trong B-PON, nhưng cũng bao hàm tổng hợp các yêu cầu băng thông của các ONT. Các yêu cầu băng thông chi tiết hơn được gửi đi kèm với các nhóm hướng lên khi có yêu cầu từ OLT. OLT gán các thời gian cho việc gửi dữ liệu hướng lên từ cho mỗi ONT/ONU. Tối ưu hóa cho truyền tải các khung Ethernet bằng phương thức GEM (GPON encapsulation method). Sử dụng cấu trúc khung GTC (GPON tranmission coversion) cho cả hai hướng lên và xuống. Hình 2.6: Lớp con truyền dẫn hội tụ 2 Lớp truyền dẫn hội tụ GPON 2.1 Chức năng của GTC Chức năng chính của lớp truyền dẫn hội tụ GPON (GTC- GPON Transmission Convergence) là để cung cấp ghép kênh vận chuyển giữa OLT và ONU. Các chức năng khác bao gồm: Thích nghi với giao thức tín hiệu lớp con, các chức năng hoạt động, quản lí và bảo dưỡng lớp vật lí PLOAM, giao diện phân phối băng tần động, sắp xếp và đăng kí ONU, sửa lỗi (mặc định), mật mã luồng dữ liệu hướng xuống (mặc định) và kênh thông tin cho giao diện quản lý và điều khiển ONT/ONU. Hệ thống GTC cung cấp điều khiển đa truy nhập cho lưu lượng hướng lên. Trong khái niệm cơ bản, các khung hướng xuống chỉ thị vùng được phép truyền lưu lượng lên trong khung hướng lên đồng bộ với khung hướng xuống. Nguồn: ITU-T Recommendation G.983.1, Broadband optical access systems based on Passive Optical Networks (PON), 2005. Hình 2.7 : Khái niệm điều khiển đa truy nhập GPON Khái niệm điều khiển đa truy nhập GPON được mô tả ở Hình 2.7. OLT gửi các con trỏ trong khối điều khiển vật lí PCBd, các con trỏ này chỉ thị thời gian bắt đầu và kết thúc mà mỗi container truyền dẫn (T-CONT) có thể dùng để truyền dữ liệu hướng lên. Bằng cách này, chỉ có một ONU truy nhập mạng tại bất kì thời điểm nào không có sự tranh chấp trong hoạt động bình thường. Các con trỏ được đưa vào các khối byte, cho phép OLT điều khiển môi trường mạng với tốc độ 64 kbps. Tuy nhiên, chuẩn cho phép nhà khai thác dịch vụ thêm các tốc độ lớn hơn. 2.2 Tốc độ bit của GPON Khi tốc độ bit tăng lên đến hàng gigabit thì cần có bộ phát công suất cao và do đó dẫn đến là cũng cần có bộ thu có độ nhạy cao hơn. Điều này có thể được khắc phục bằng cách sử dụng cơ chế cân bằng công suất. Cơ chế cân bằng công suất hỗ trợ cho việc điều chỉnh các mức công suất của ONU làm giảm vùng chênh lệch công suất nhận được ở OLT. Một ONU ở gần OLT thì suy hao thấp, Sẽ khởi tạo nhỏ hơn công suất ONU ở xa. Bảng 3.1: Liệt kê tốc độ bit trong GPON 3 Khung truyền dẫn GPON 3.1 Cấu trúc khung hướng xuống Mỗi khung hướng xuống GTC dài 125 μs ở cả tốc độ khung là 1.24416 Gbit/s và 2.48832 Gbit/s, chứa khối điều khiển vật lí (PCBd- downstream Physical Control Block) và phần tải được mô tả ở hình 2.8. Header của khối điều khiển vật lí bao gồm phần cố định và phần có thể thay đổi. Phần cố định chứa vùng đồng bộ vật lí, vùng ID và vùng PLOAM. Phần có thể thay đổi bao gồm chiều dài tải ở hướng xuống (Plend-Payload length downstream) và bộ nhớ băng thông hướng lên. Chi tiết các vùng được mô tả ở Hình 2.9. Nguồn: ITU-T Recommendation G.983.1, Broadband optical access systems based on Passive Optical Networks (PON), 2005. Hình 2.8 : Khung hướng xuống GTC Vùng đồng bộ vật lí Vùng đồng bộ vật lí được cố định là 4 byte và nó bắt đầu ở mỗi khối PCBd. ONU sử dụng phần này để tìm vị trí bắt đầu khung. ONU thực hiện cơ chế đồng bộ như hình 2.10. ONU bắt đầu trạng thái tìm kiếm. ONU tìm ra Psync trong hàng đợi. Mỗi lần nó tìm ra Psync thì nó sẽ chuyển thành pre-sync và thiết lập bộ đếm cài giá trị là 1. Sau đó, ONU sẽ tìm Psync khác sau chu kì 125 μs. Cứ mỗi Psync đúng, bộ đếm sẽ tăng thêm 1. Nếu Psync không đúng, ONU sẽ truyền ngược lại trạng thái tìm kiếm. Trong trạng thái pre-sync, nếu bộ đếm truyền đúng tới M1 thì ONU sẽ truyền đến trạng thái đồng bộ sync. Mỗi lần ONU đến trạng thái sync, ONU biểu thị nó đã tìm ra cấu trúc khung hướng xuống và bắt đầu xử lí thông tin PCBd. Nếu ONU phát hiện vùng Psync M2 kế tiếp không đúng, nó sẽ biểu thị là mất khung và trở về trạng thái tìm kiếm. b. Vùng ID Vùng ID có 32 bit trong đó một bit dùng để kiểm tra lỗi khung FEC ở hướng xuống, một bit để dành và 30 bit chỉ thị cấu trúc khung lớn hơn. Bộ đếm siêu khung này được dùng cho hệ thống mã hóa dữ liệu của ngừơi dùng và cũng có thể được dùng để cung cấp tín hiệu tham chiếu đồng bộ tốc độ thấp. 30 bit của vùng ID dùng để đếm và mỗi ID của khung sẽ lớn hơn khung trước đó. Bất cứ khi nào bộ đếm tăng tới giá trị tối đa thì nó sẽ quay về 0 cho khung tiếp theo. c. Vùng quản lý, vận hành và bảo dưỡng lớp vật lý PLOAM Vùng PLOAM có 13 byte trong khối điều khiển vật lí, nó chứa các bản tin OAM lớp vật lí. Hoạt động, quản lí và bảo dưỡng OAM liên quan đến các cảnh báo gây ra bởi các sự kiện được truyền qua các bản tin trong vùng PLOAM 13 byte. Tất cả kích hoạt đều liên quan đến bản tin được ánh xạ trong vùng PLOAM. ONU ID đánh địa chỉ cho mỗi ONU riêng. Trong lúc sắp xếp, ONU sẽ được gán một số gọi là ONU ID. Số này có giá trị từ 0 đến 253. Lúc chưa được sắp xếp vùng này có giá trị là 0xFF để quảng bá cho tất cả ONU. Bản tin ID chỉ thị loại bản tin. Dữ liệu được dùng cho phần tải của bản tin truyền dẫn hội tụ GPON GTC. CRC dùng để kiểm tra lỗi khung. d. Vùng BIP Vùng BIP có 8 bit chứa số bit chẵn lẻ được chèn vào của tất cả byte truyền đi, đầu thu cũng tính số bit được chèn vào là chẵn hay lẻ, sau đó so sánh với kết quả của BIP được truyền để đo số lỗi trên đường link. e. Vùng chiều dài tải ở hướng xuống Vùng chiều dài tải ở hướng xuống (Plend) chỉ định chiều dài bộ nhớ băng thông và phần dành riêng cho ATM trong container truyền dẫn. Vùng này được gửi 2 lần. Trong đó 12 bit đầu biểu diễn chiều dài bộ nhớ băng thông. Điều này giới hạn số ID phân bổ có thể được gán chỉ lên tới 4095. Chiều dài phần dành riêng cho ATM được biểu diễn ở 12 bit tiếp theo. Điều này cho phép hướng lên 4095 cell ATM trong một khung và tốc độ lên tới 10 Gbps. 8 bit cuối kiểm tra CRC. Đầu thu của vùng Plend sẽ thực hiện phát hiện và sửa lỗi. f. Vùng bộ nhớ băng thông Vùng bộ nhớ băng thông là một mảng có cấu trúc 8 byte. Mỗi vùng trong mảng này biểu thị phần băng thông cho một container truyền dẫn riêng. Toàn bộ số vùng trong bộ nhớ được biểu diễn ở chiều dài tải Plend. Khuôn dạng mỗi vùng được mô tả ở Hình 2.9. Nguồn: ITU-T Recommendation G.983.1, Broadband optical access systems based on Passive Optical Networks (PON), 2005. Hình 2.9 : Mô tả chi tiết khung hướng xuống GTC Vùng phân bổ ID chứa 12 bit chỉ thị CON-T riêng mà nó được gán thời gian luồng lên của mạng PON. Tiếp theo là Vùng cờ chứa 12 bit chỉ thị cách phân phối đã dùng (Hình 2.9 biểu diễn các chức năng của 12 bit cờ) . Tiếp đó là Bit 11 gửi PLSu (power levelling sequence upstream): nếu bit này được cài đặt, ONU sẽ gửi thông tin PLSu trong lúc phân bổ. Nếu không được cài đặt thì ONU sẽ không gửi thông tin PLSu trong lúc phân bổ. Bit 10 gửi PLOAMu: nếu bit này được cài đặt, ONU sẽ gửi thông tin PLOAMu trong lúc phân bổ. Nếu không được cài đặt thì ONU sẽ không gửi thông tin PLOAMu trong lúc phân bổ. Bit 9 sử dụng sửa lỗi FEC (forward error correction): nếu bit này được cài đặt ONU sẽ tính toán và chèn FEC trong lúc phân bổ. Bit 7 và 8 gửi báo cáo băng thông động DBRu (Dynamic Bandwidth Report upstream): phụ thuộc vào nội dung 2 bit ONU sẽ gửi DBRu phù hợp với vị trí ID hay không. Và 00: không gửi DBRu, 01: gửi DBRu mode 0 (2 byte), 10: gửi DBRu mode 1 (3 byte), 11: gửi DBRu mode 2 (5 byte) cuối cùng là Bit 0-6: để dành. Hình 2.10 : Cơ chế trạng thái đồng bộ ONU Vùng StartTime chứa 16 bit chỉ thị thời gian bắt đầu phân bổ. Thời gian này tính bằng byte, bắt đầu khung là 0. Điều này giới hạn kích thước của khung lên là 65,536 byte. Điều này đủ để đánh địa chỉ cho tốc độ hướng lên tới 2.488 Gbps. Thời gian bắt đầu trỏ đến nơi bắt đầu truyền dữ liệu không bao gồm thời gian overhead của lớp vật lí. Vùng StopTime chứa 16 bit chỉ thị thời gian kết thúc phân bổ. Thời gian này được tính bằng byte, bắt đầu khung là 0. Thời gian kết trúc trỏ đến byte dữ liệu cuối cùng được kết hợp với việc phân bổ này. Vùng CRC: cấu trúc phân bổ được bảo vệ sử dụng CRC-8. g. Vùng tải Vùng tải truyền dẫn hội tụ có 2 phần: phần dành riêng cho ATM và phần dành riêng cho GEM. Phần dành riêng cho ATM: chứa 53 cell ATM. Kích thước phần này được đưa vào vùng Plend dành cho ATM. Do đó vùng này cũng có kích thước là bội số 53 byte. Các cell ở hướng xuống thì được lọc ở ONU dựa vào chỉ số nhận dạng đường ảo VPI chứa trong mỗi cell. Phần dành riêng cho GEM: chứa một số khung GEM phác họa thành đa khung. Kích thước của phần dành riêng GEM thì bằng toàn bộ chiều dài khung trừ đi khối điều khiển PCBd và phần ATM. Khung hướng xuống được lọc ở ONU dựa vào 12-bit Port-ID chứa trong mỗi phân đoạn khung. 3.2 Cấu trúc khung hướng lên Cấu trúc khung hướng lên được biểu diễn ở Hình 2.11. Chiều dài khung thì giống như khung hướng xuống. Mỗi khung chứa một số truyền dẫn từ một hay nhiều ONU. Bộ nhớ băng thông chỉ định việc sắp xếp truyền dẫn này. Mỗi chu kì phân phối phải theo sự điều khiển của OLT, ONU có thể truyền một đến bốn overhead và dữ liệu người dùng. Bốn loại overhead là: Overhead lớp vật lí (PLOu- Physical layer overhead). Các hoạt động, quản lí và bảo dưỡng lớp vật lí (PLOAMu-Physical layer operations, administration and management upstream). San bằng công suất (PLSu- Power levelling sequence upstream). Báo cáo băng thông động (DBRu-Dynamic Bandwidth Report upstream). Hình 2.12 chỉ ra chi tiết các overhead. OLT chỉ thị thông qua cờ trong bộ nhớ băng thông có hay không thông tin vùng PLOAMu, PLSu hay DBRu được gửi trên mỗi vùng phân bổ. Trạng thái của PLOu thì ẩn trong vùng sắp xếp khi phân phối. Quy luật là mỗi lần một ONU chuyển qua môi trường mạng PON . Nguồn: ITU-T Recommendation G.984.3, Gigabit-capable Passive Optical Networks (G-PON): Transmission convergence layer, 02/2004. Hình 2.11 : Khung hướng lên GTC a. Vùng overhead lớp vật lí hướng lên Vùng overhead lớp vật lí hướng lên gồm các vùng là lời mở đầu, vùng ranh giới và 3 vùng dữ liệu tương ứng với ONU. Để duy trì kết nối với ONU, OLT sẽ thử cấp việc truyền lên của mỗi ONU trong khoảng thời gian tối thiểu. Khoảng thời gian này được xác định bởi các thông số dịch vụ của ONU. OLT sẽ định dạng và điều khiển lời mở đầu và ranh giới trong các bản tin overhead. Vùng BIP có 8 bit. Trước khi ONU-ID được gán, ONU đặt giá trị không xác định là 255 trong vùng này. OLT có thể kiểm tra vùng này để xác nhận địa chỉ phân bố và truyền đúng đến ONU. Vùng ID cung cấp trạng thái ONU thời gian thực báo cáo cho OLT. Khi ONU chỉ ra một PLOAM khẩn cấp đang đợi, OLT sẽ cấp một vị trí ở hướng lên cho phép ONU gửi bản tin PLOAM. Thời gian đáp lại sẽ ít hơn 5 ms. b. Vùng vận hành, quản lý và bảo dưỡng lớp vật lý PLOAMu Các hoạt động, quản lí và bảo dưỡng lớp vật lí PLOAMu có 13 byte chứa các bản tin PLOAM đã được mô tả ở phần PLOAMd. Nguồn: CEDRIC F. LAM , Passive Optical Networks Principles and Practice, October 2007. Hình 2.12 : Mô tả chi tiết khung hướng lên GTC c.Vùng san bằng công suất PLSu Trình tự san bằng công suất PLSu có kích thước 120 byte, ONU sử dụng cho việc đo công suất. Chức năng giúp điều chỉnh mức công suất ONU. Vùng này được gửi khi có chỉ thị cờ. Cơ chế điều khiển công suất thì có lợi trong 2 trường hợp là khởi tạo công suất ban đầu của bộ phát ONU (chỉ xảy ra lúc kích hoạt ONU) và thay đổi công suất của bộ phát ONU (xảy ra lúc hoạt động cũng như lúc kích hoạt). PLSu có thể được yêu cầu ở bất kì thời điểm nào. Ở nhiều trường hợp, trong lúc kích hoạt, OLT có thể cài đặt bit PLSu để quảng bá cho phép ONU thiết lập bộ phát. Nếu ONU không sử dụng vùng PLSu thì ONU sẽ không kích hoạt bộ phát. Điều này làm giảm sự đụng độ. d. Vùng báo cáo băng thông động DBRu Cấu trúc DBRu chứa thông tin T-CONT. Vùng này được gửi khi có chỉ thị cờ. Vùng DBA chứa trạng thái lưu lượng của T-CONT. Vùng 8, 16 hay 32-bit được dùng cho mục đích này. Vùng CRC: cấu trúc DBRu được bảo vệ sử dụng CRC-8. Đầu thu của DBRu sẽ thực hiện phát hiện và sửa lỗi CRC-8. Nếu CRC chỉ thị rằng lỗi không thể sửa được thì thông tin trong DBRu sẻ bị loại bỏ. e. Phần tải Phần tải đưa lên có thể là cell ATM, khung GEM hay báo cáo DBA. Phần tải ATM hướng lên có 53 byte. Chiều dài của phần tải này phải nhỏ hơn chiều dài overhead được yêu cầu. OLT sắp xếp các con trỏ để phần tải ATM luôn là 53 bytes. Nếu tải không đủ 53 bytes thì nó sẽ độn thêm cho đủ 53 byte, các cell ATM ở hướng lên được trình bày như Hình 2.13. Nguồn: ITU-T Recommendation G.984.3, Gigabit-capable Passive Optical Networks (G-PON): Transmission convergence layer, 02/2004 Hình 2.13 : Các cell ATM ở hướng lên Phần tải hướng lên GEM chứa một số khung GEM (Hình 2.14). Chiều dài của phần tải này phải nhỏ hơn chiều dài overhead được yêu cầu. Phần tải hướng lên DBA chứa báo cáo phân bổ băng thông động từ ONU như trong Hình 2.15. Báo cáo băng thông động đầu tiên được xếp hàng ở các byte đầu tiên tại vị trí bắt đầu phân bổ, tất cả báo cáo thì liên tiếp nhau. Nếu chiều dài phân bổ không khớp với toàn bộ chiều dài báo cáo thì ONU sẽ bỏ bớt phần cuối của báo cáo hay đệm thêm các bit 0 ở phần cuối nếu không đủ. Chú ý rằng ONU phải phản hồi việc phân bố tải DBA thậm chí nếu mode này của DBA không hỗ trợ thì nó vẫn duy trì phần tải này. Nguồn: ITU-T Recommendation G.984.3, Gigabit-capable Passive Optical Networks (G-PON): Transmission convergence layer, 02/2004 Hình 2.14 Các khung GEM ở hướng lên Nguồn: ITU-T Recommendation G.984.3, Gigabit-capable Passive Optical Networks (G-PON): Transmission convergence layer, 02/2004 Hình 2.15 : Báo cáo DBA ở hướng lên 4 Phân bổ băng tần động DBA trong GPON Phương pháp cơ bản nhất của phân phối băng thông hướng lên là phân bổ bằng nhau giữa các ONU. Phương pháp này không hiệu quả. Đặc biệt là lưu lượng gói bởi nhu cầu băng thông của các ONU thì ít khi bằng nhau tại mỗi thời điểm. Việc tận dụng toàn bộ băng thông có thể được thực hiện nếu băng thông hướng lên được phân phối động tùy theo nhu cầu của ONU. Trong khi ITU-T không quy định thuật toán DBA, G.983.4 quy định khung và cơ chế để thực hiện DBA trong hệ thống BPON và GPON. G.983.4 quy định 2 cơ chế gán băng tần động như sau: Với phương pháp đầu tiên, ONU đóng vai trò là bị động, OLT giám sát băng thông của mỗi ONU được sử dụng dựa trên số cell ATM nhàn rỗi và khung GEM nhàn rỗi mà nó nhận trong khung GTC hướng lên. Vì lí do này, phương pháp này được coi như là “điều chỉnh cell nhàn rỗi”. Phương pháp này còn được gọi là báo cáo không trạng thái. Có nhiều băng thông hơn được gán cho ONU nếu việc tận dụng băng thông vượt quá ngưỡng quy định. Thuận lợi của phương pháp này là làm đơn giản hóa ONU và tránh việc sử dụng băng thông hướng lên cho việc báo cáo nhu cầu băng thông. Với phương pháp thứ 2, ONU báo cáo trạng thái bộ đệm đến OLT. Do vậy, nó được gọi là báo cáo trạng thái bộ đệm hay báo cáo trạng thái SR (Status Reporting). Chỉ thị nhu cầu băng thông trong loại T-CONT được truyền trong vùng overhead lớp vật lí cụ thể hơn là vùng báo cáo băng thông động DBRu. OLT sử dụng thông tin báo cáo trạng thái để quyết định phân bổ băng thông phù hợp cho mỗi vị trí ID. 5 Bảo mật Trong hệ thống PON thì hướng xuống, dữ liệu được truyền broadcast đến tất cả ONU. Mỗi ONU chỉ có thể truy cập dữ liệu của mình, nhưng nếu người dùng nào có ý định phá hoại thì có thể giả ONU của người dùng khác để truy cập dữ liệu, hệ thống bảo mật PON sẽ ngăn chặn việc này. Giống như các mạng khác, GPON sử dụng thủ tục mật mã để ngăn ngừa việc nghe trộm các tín hiệu không mong muốn. Không giống như truy cập wireless hay modem, trong mạng PON, bất kì ONU nào cũng không thể thấy được lưu lượng hướng lên của ONU khác. Điều này cho phép làm đơn giản hóa thủ tục mật mã. Đầu tiên là chỉ cần mật mã ở hướng truyền xuống của dữ liệu. Thứ 2 là dữ liệu hướng lên có thể truyền khóa mật mã. GPON sử dụng chuẩn mật mã AES (Advanced Encryption Standard). Đó là một khối mật mã mà nó hoạt động trên một khối dữ liệu 16 byte (128 bit). Đặc biệt chế độ đếm được sử dụng. Khối mật mã giả ngẫu nhiên 16 byte được phát ra và XOR với dữ liệu ngõ vào để tạo ra dữ liệu mật mã ở OLT. Ở ONU, dữ liệu được mật mã này thì XOR với chuỗi giả ngẫu nhiên 16 byte tương tự như ở OLT để tạo lại dữ liệu ban đầu. Với ATM chỉ có 48 byte được mật mã, với GEM chỉ có phần tải GEM được mật mã. OLT khởi tạo việc trao đổi khóa bằng việc gửi bản tin đến ONU thông qua kênh PLOAM. Sau đó ONU sẽ chịu trách nhiệm tạo ra khóa và phát ngược trở về OLT. Chương 3 : SỰ LỰA CHỌN MÔ HÌNH PON VÀ HOẠT ĐỘNG QUẢN LÝ BẢO DƯỠNG TRONG HỆ THỐNG FTTH I. sự lựa chọn mô hình PON Từ quan điểm kĩ thuật, một điểm khác nhau cơ bản giữa GPON và EPON là cách hỗ trợ mạch TDM. GPON chia tín hiệu lên và xuống thành khung 125μs. Khung dữ liệu được đóng gói sử dụng kĩ thuật đóng gói GEM. Còn trong EPON khung Ethernet có chiều dài có thể thay đổi được dùng ở lớp vận chuyển. Mô phỏng mạch thì cần để thực hiện mạch TDM có băng thông cố định. Trong khi EPON thì tối ưu hóa vận chuyển gói Ethernet, đóng gói GEM cho phép thích nghi hơn với dạng tín hiệu khác. Trong hệ thống EPON, chức năng báo cáo và chấp nhận băng thông được bổ sung sử dụng MPCPDU. Mỗi port ONU với LLID (logical link indentifier) khác nhau yêu cầu khung Gate và Report riêng, mà chúng là khung Ethernet. Càng nhiều ID được phân phối thì càng có nhiều overhead của giao thức điều khiển đa điểm MPCP. Trái ngược lại, các chức băng báo cáo và nhận băng thông GPON có thể được đội lên thành phần đầu của khối điều khiển vật lí PCB của khung GTC. Mỗi PCBd chứa thông tin phân phối băng thông cho tất cả container truyền dẫn được phân bổ. Điều này làm cho GPON hiệu quả hơn so với EPON. Bộ chia 1:32 cho EPON và GPON, hệ thống EPON cung cấp băng thông trung bình là 31.25 Mbps trên mỗi ONU ở cả hướng xuống và lên, trong khi GPON với tốc độ truyền 2488Mbps đối xứng ở hướng xuống và lên thì băng thông cấp cho mỗi ONU là 77.75 Mbps. II . Chức năng hoạt động, quản lí và bảo dưỡng trong mạng quang thụ động PON Trong mạng truyền thống, nhà cung cấp dịch vụ có nhiệm vụ là cung cấp và quản lí cáp truyền dẫn và các thiết bị đầu cuối mạng. Việc thực thi, hoạt động và quản lí của mạng yêu cầu khả năng cấu hình và kiểm tra các thiết bị mạng một cách nhanh chóng và dễ dàng để các kết nối và dịch vụ luôn được sẵn sàng. Việc phát hiện ra các trạng thái hoạt động bất thường trong mạng sẽ khắc phục được các sự cố đang tiềm ẩn và có thể dẫn đến sự cố lớn hơn như là hư mạng. Trong mạng PON thì khác với mạng truyền thống ở chỗ tại đầu cuối ở phía khách hàng thì nó là thiết bị nằm trong nhà khách hàng và nó thuộc quyền sở hữu của khách hàng, vì thế mà khách hàng phải tự bảo dưỡng thiết bị của mình và nhà cung cấp dịch vụ chỉ có trách nhiệm với thiết bị ở trạm trung tâm và cáp ở bên ngoài không thuộc quyền sở hữu của khách hàng. Trong phần này, chúng ta sẽ nói về chức năng hoạt động, quản lí và bảo dưỡng trong mạng quang thụ động PON. 2.1 Quản lí mạng Hình 3.1 chỉ ra các thành phần hệ thống quản lí mạng điển hình và các mối quan hệ của chúng. Nơi điều khiển quản lí mạng là một trạm làm việc với phần mềm quản lí mạng chuyên biệt. Tại trạm làm việc người làm việc ở đó có thể quan sát được các trạng thái của mạng, có thể kiểm tra tất cả thiết bị đang hoạt động, các thiết bị này được cấu hình đúng hay chưa và phần mềm ứng dụng có được cập nhật hay không. Người quản lí mạng có thể nhìn thấy mạng đang hoạt động. Thêm vào đó trạm làm việc có thể điều khiển nguồn tài nguyên mạng. Thiết bị được quản lí trong mạng PON là OLT, ONU, nguồn dự phòng và bộ nguồn. Mỗi thiết bị được giám sát và điều khiển bởi hệ thống quản lí chung (EMS - Element Management System). Điểm quan trọng ở đây mặc dù ở phía khách hàng tự bảo dưỡng thiết bị ONU nhưng để hoạt động trong mạng PON thì thiết bị này cũng phải được hỗ trợ tư vấn trạng thái và điều khiển các chức năng từ hệ thống EMS. Các module phần mềm quản lí được gọi là agent nằm trong bộ vi xử lí bên trong nó thu thập và biên dịch thông tin liên tục về các trạng thái và việc thực thi các thiết bị. Các agent này sẽ lưu các thông tin dựa trên thông tin quản lí (MIB - Management Information Base) tại trạm trung tâm và sau đó nó cung cấp thông tin để quản lí các thực thể bên trong hệ thống quản lí mạng (NMS - Network Management System) đặt ở trạm làm việc. MIB thì dựa trên thông tin đã được số hóa, nó xác định dữ liệu và số nhận dạng thích hợp như là các vùng trong cơ sở dữ liệu. Thông tin này được lưu trong bảng, bộ đếm. MIB không vạch rõ cách thu thập và sử dụng dữ liệu nhưng nó chỉ định rõ những gì mà agent có thể thu thập và cách tổ chức dữ liệu để hệ thống khác có thể sử dụng chúng. Khi agent thông báo các vấn đề mà nó đang giám sát ví dụ như có sự giảm công suất ngõ ra ở OLT hay ONU, trạng thái nguồn dự phòng bất thường hay tốc độ lỗi bị vượt quá giới hạn, nó sẽ gửi các cảnh báo đến thực thể quản lí. Nguồn: Gerd Keiser, FTTX Concepts and Applications,2006 Hình 3.1 :Các thành phần hệ thống quản lí mạng và mối quan hệ của chúng Vào lúc nhận được cảnh báo, các thực thể quản lí có thể khởi tạo một hay nhiều hoạt động như là thông báo hoạt động, ghi sự kiện, thoát khỏi hệ thống hay tự động thử cách li hay sửa lỗi. Hệ thống EMS cũng có thể truy vấn và thăm dò trong hệ thống để kiểm tra các trạng thái. Việc thăm dò này có thể tự động hoặc được khởi tạo bởi người quản lí. 2.2 Các chức năng quản lí a. Quản lí thực thi Hệ thống viễn thông sử dụng thủ tục quản lí thực thi để giám sát và điều khiển các thông số chính để đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS đến các đầu cuối mạng. Trong mạng FTTH, các thông số này bao gồm chức năng loop-back điều khiển từ xa, giám sát lỗi, thống kê lỗi ở ONU và chuyển mạch nguồn trong trường hợp có sự cố ở ONU. Ví dụ các thông số được giám sát tại lớp vật lí là tốc độ lỗi bit và các mức công suất quang ở OLT và ONU. Thủ tục quản lí thực thi gán giá trị ngưỡng cho các thông số và thông báo cho hệ thống quản lí hay phát ra cảnh báo khi nó tiến đến ngưỡng. b. Quản lí cấu hình Mục tiêu của quản lí cấu hình là giám sát thông cài đặt và cấu hình thiết bị mạng. Mục đích của điều này là để kiểm tra và quản lí hiệu suất hoạt động mạng cấu thành từ phần mềm và phần cứng khác nhau. Quản lí cấu hình cho phép hệ thống cung cấp tài nguyên và dịch vụ mạng, giám sát và điều khiển các trạng thái và thu thập thông tin trạng thái. Việc cung cấp này bao gồm cài đặt các mức công suất quang tự động (ví dụ như trong GPON ngõ ra của ONU có thể được cài đặt một trong ba mức khác nhau), gán băng thông hay cài đặt các tính năng riêng được yêu cầu bởi khách hàng, phân phối phần mềm, nâng cấp agent và cấu hình thiết bị để cô lập lỗi. Quản lí cấu hình lưu tất cả thông tin này trong cơ sở dữ liệu có thể truy cập dễ dàng để khi có sự cố nó được tìm thấy dễ dàng để giải quyết vấn đề. c. Quản lí kế toán Chức năng quản lí kế toán là để đo các thông số khởi tạo mạng để riêng một cá nhân hay một nhóm khách hàng trong mạng có thể điều chỉnh và đăng nhập vào các dịch vụ phù hợp. Do đó, quản lí kế toán đo đạt, thu thập và thống kê tài nguyên và việc sử dụng mạng. Thêm vào đó, quản lí kế toán có thể khảo sát các mẫu sử dụng hiện thời để phân phối mạng. Từ việc thống kê, nhà cung cấp dịch có thể phát hóa đơn và đánh thuế cho việc sử dụng dịch vụ. d. Quản lí lỗi Lỗi trong mạng như là đứt cáp trong truyền dẫn sợi quang, sự cố ở OLT hay ONU có thể xảy ra trong mạng FTTH. Lỗi trong mạng có thể do bởi thời gian chết của hệ thống hay do sự giảm sút của mạng, quản lí lỗi là một trong những chức năng quan trọng và được bổ sung đầy đủ nhất. Khách hàng thì mong đợi cách giải quyết nhanh chóng và đáng tin cậy khi mạng có lỗi. Hình 3.2 mô tả quản lí lỗi bao gồm quy trình sau: Giám sát cảnh báo được dùng để báo cáo các cảnh báo và các nguyên nhân có thể xảy ra cho hệ thống quản lí mạng. Quản lí lỗi có thể tóm lược các cảnh báo và cho phép nhà quản lí truy tìm quan sát thông tin cảnh báo từ log cảnh báo. Kĩ thuật cô lập lỗi quyết định nguồn gốc, vị trí và các nguyên nhân có thể gây nên lỗi có thể là do tự động hoặc có sự can thiệp của nhà điều hành mạng. Nó bao gồm chức năng cảnh báo liên quan đến từ các phần khác nhau trong mạng và chạy thử. Thẻ sự cố được cấp bởi hệ thống quản lí mạng. Các thẻ này cho biết đó là lỗi gì và cách giải quyết nó. Khi lỗi được cấp thành thẻ thì chúng sẽ có thể nhờ sự can thiệp của nhà điều trong cơ sở dữ liệu. Kiểm tra thử được thực hiện mỗi lần khi có sự cố. Trong thủ tục sửa lỗi thì việc kiểm tra thử là công việc chủ yếu trong mạng. Nó bao gồm kiểm tra thực thi, kiểm tra tiến trình xử lí và ghi lại kết quả. e. Quản lí bảo mật Trong mạng PON, dữ liệu ở hướng xuống từ OLT quảng bá đến tất cả ONU, mỗi bản tin được truyền trong cùng một OLT đều giống nhau. BPON, GPON và EPON đều có các phương pháp riêng để đảm bảo rằng user chỉ truy cập được dữ liệu của mình. Một kĩ thuật chuẩn được gọi là mật mã, nó sẽ chuyển dữ liệu thành dạng khó hiểu tại đầu gửi để bảo vệ chúng việc truy cập trái phép, việc sửa đổi, việc sử dụng miễn phí hay sự phá hoại khi dữ liệu truyền qua mạng. Nguồn: Gerd Keiser, FTTX Concepts and Applications,2006. Hình 3.2: Các tiến trình quản lý lỗi Chuẩn BPON ITU-T G.983 mô tả kĩ thuật cơ chế bảo mật gọi là trộn, nó chỉ mật mã dữ liệu ở hướng xuống. Cơ chế này sử dụng số không thay thế cho mỗi 4 bit trên và dưới của mỗi byte và mật mã sử dụng từ khóa riêng. Mỗi từ khóa được trộn được cài đặt và cập nhật ít nhất một lần ở mỗi giây từ mỗi ONU riêng và ở hướng lên thì mỗi ONU sẽ gửi từ khóa này cho OLT để OLT sử dụng làm từ khóa để mật mã. OLT cũng có thể yêu cầu mật khẩu từ mỗi ONU để ngăn chặng việc phá hoại ở các ONU khác. (người sử dụng khác). Ở hướng lên thì không mật mã bởi việc nghe lén ở hướng này là rất khó do mỗi ONU không thể nhìn thấy nhau tức không thể liên lạc trực tiếp với nhau mà đều phải thông qua OLT. Chuẩn GPON mô tả việc sử dụng cơ chế mật mã điểm- điểm P2P. Đây là chuẩn mật mã cao cấp, được dùng để bảo vệ thông tin dữ liệu cho khung GPON. Thuật toán mật mã cao cấp này mật mã và giải mã khối dữ liệu 128 bit từ khuôn dạng dữ liệu gốc. III. Hoạt động quản lý bảo dưỡng trong hệ thống FTTH Để thõa mãn nhu cầu của khách hàng và đáp ứng dịch vụ chất lượng cao, mạng FTTH phải triển khai thủ tục hoạt động quản lí và bảo dưỡng đáng tin cậy. Thủ tục này hỗ trợ việc tính cước, bảo mật, bảo dưỡng, cung cấp và giám sát hiệu suất mạng. Nó có thể thực hiện việc sử dụng các chuẩn hay dụng cụ phần mềm hệ thống hỗ trợ hoạt động mở rộng trong hệ thống quản lí mạng. Có nhiều chương trình hỗ trợ hoạt động có thể cấp quyền thông qua trình duyệt web và việc chọn lựa các ứng dụng rộng rãi, nó cho phép quản lí mạng cấu hình và điều khiển hàng trăm phần tử trong đó. Việc cung cấp phân phối các mức dịch vụ cung cấp và cấu hình khác nhau cho các loại dịch vụ thoại, dữ liệu và video cho khách hàng. Nhà điều hành mạng cũng như cơ chế tự động cần xác định nếu thiết bị tại đầu cuối khách hàng có thể cung cấp các dịch vụ được yêu cầu. Ví dụ như việc cung cấp phải xác định nếu ONU có khả năng điều khiển tốc độ dữ liệu của mình dù có khả năng kết hợp với kiểm tra hay không thì nó cũng hỗ trợ hoạt động từ xa. Điều này thì quan trọng đối với nhà cung cấp dịch vụ, việc quản lí và xác định các vấn đề từ xa có thể ngăn ngừa việc yêu cầu các dịch vụ chi phí đắt đỏ. Chức năng bảo dưỡng hay quản lí lỗi để tránh các lỗi tiềm ẩn và sự giảm sút trong mạng FTTH. Nếu lỗi xảy ra, tiến trình bảo dưỡng cần xác định và làm rõ càng nhanh càng tốt để thõa mãn nhu cầu khách hàng. Khả năng kết hợp với kiểm tra để thay đổi thông tin trạng thái giữa ONU và OLT bao gồm chức năng loop-back điều khiển từ xa phát hiện lỗi trên mạch hay cáp, thống kê lỗi ở ONU và thoát khỏi nguồn trong trường hợp có sự cố tại ONU. Hình 3.3 mô tả tín hiệu điều khiển trạng thái mạch vòng, nó được khởi tạo ở OLT và truyền đến ONU sau đó ONU báo cáo trạng thái và truyền ngược về OLT. Việc báo cáo này chỉ thị mọi thứ đã hoạt động tốt hay chúng có thể được dùng để xác định nguyên nhân tốc độ lỗi bit cao. Nguồn: Gerd Keiser, FTTX Concepts and Applications,2006 Hình 3.3 : OLT khởi tạo loop-back điều khiển từ xa Kết luận Nội dung của tiểu luận đã giới thiệu khái quát về công nghệ FTTH và trình bày một số mô hình PON được triển khai trong mạng FTTH, như là: APON, BPON, GPON. Từ đó có thể lựa chọn phương pháp hay mô hình phù hợp đối với hệ thống FTTH mà đảm bảo được điều kiện cơ sở vật chất sẵn có cũng như đáp ứng được đầy đủ nhu cầu của khách hàng. Với khả năng và thời gian còn hạn chế vì vậy nghiên cứu nội dung tiểu luận chưa thực sự đầy đủ và còn nhiều soi sót. Chúng tôi rất mong được sự đóng góp ý kiến của thầy và các bạn để chúng tôi có thể hoàn thiện tiểu luận của mình được tốt hơn. Chúng tôi xin chân thành cảm ơn! CÁC TỪ VIẾT TẮT ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số bất đối xứng ASE Advanced Encryption Standard Tiêu chuẩn mã hóa APON ATM-Passive Optical Network Mạng quang thụ động công nghệ ATM ATM Asynchronous Transfer Mode Mode truyền dẫn không đồng bộ BPON Broadband Passive Optical Network Mạng quang thụ động băng rộng BIP Bit Interleaved Parity B-ISDN Bandwith-Intergrated Service Mạng quang băng rộng Data Network đa dịch vụ băng rộng CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CO Central Office Văn phòng trung tâm CRC Cyclic Redundancy Check Địa chỉ đích DBA Dynamic Bandwidth Allocation Phân bổ băng thông động DBRu Dynamic Bandwidth Report Báo cáo băng thông động Upstream DCE Data Communication Equipment Thiết bị đầu cuối thông tin DTE Data Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối thông tin EPON Ethernet Passive Optical Network Mạng quang thụ động trên EThernet FCS Frame Check Sequence Kiểm tra lỗi khung FEC Forward Error Correction FTTB Fiber To The Building Cáp quang thuê bao tới tòa nhà FTTC Fiber To The Curb Cáp quang thuê bao tới chung cư FTTH Fiber To The Home Cáp quang thuê bao tới nhà FSAN Full Service Access Network Mạng truy nhập đầy đủ GEM GPON Encapsulation Method Giao thức đóng gói GPON GPON Gigabit-capable Passive Mạng PON tốc độ gigabit Optical Nnetwork GTC G-PON Transmission Convergence Khung truyền dẫn hội tụ GPON HEC Header Error Control Điều khiển lỗi IEEE Institute of Electrical and Viện tiêu chuẩn Electronics Engineers ITUT International Telecommunication Union – Telecommunication Standardization ISDN Integrated Services Digital Network Mạng đa dịch vụ tích hợp MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường MPCP Multi-Point Control Protocol Giao thức điều khiển đa điểm MPCPDU Multi-Point Control Protocol Khối điều khiển giao thức Data Unit điểm-đa điểm NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau OAM Operation, Administration Quản lý vận hành bảo dưỡng and Maintenance ODN Optical Distribution Network Mạng phân phối quang OLT Optical Line Terminal Đầu cuối đường quang OMCI ONT Management Giao diện điều khiển và and Control Interface quản lý ONT ONT Optical Network Terminal Đầu cuối mạng quang ONU Optical network unit Đơn vị mạng quang OSI Open system interconnect Hệ thống mở PCBd Physical control block downstream Khối điều khiển vật lý PDU Protocol data units Đơn vị giao thức dữ liệu PLend Payload length downstream Chiều dài tải hướng xuống PLOAM Physical layer OAM Quản lý vận hành bảo dưỡng lớp vật lý PLOAMu Physical layer operations Quản lý vận hành bảo administration and maintenance dưỡng lớp vật lý upstream PLOu Physical layer overhead upstream Mào đầu lớp vật lý PLSu Power leveling sequence upstream San bằng công suất PON Passive optical networks Mạng quang thụ động PRE Preample Tiền khung SA Source address Địa chỉ nguồn SFD Start of frame delimiter Không giới hạn bắt đầu khung MỤC LỤC Mục Nội dung Trang Chương 1 Giới thiệu công nghệ cáp quang FTTH 1,2,3 Chương 2 Một số mô hình PON được triển khai trong mạng FTTH 4 I APON 4 1 Mô hình tham chiếu APON 4 2 Các đặc tả cho APON 4 3 Cấu trúc phân lớp APON 5 3.1 Lớp vật lý 6 3.2 Lớp hội tụ truyền dẫn 6 4 Khung truyền dẫn APON/BPON 7 II BPON 11 III GPON 14 1 Hệ thống GPON 14 2 Lớp truyền dẫn hội tụ GPON 15 2.1 Chức năng cuả GTC 15 2.2 Tốc độ Bit của GPON 17 3 Khung truyền dẫn GPON 17 3.1 Cấu trúc khung hướng xuống 17 a Vùng đồng bộ vật lý 18 b Vùng ID 19 c Vùng quản lý , vận hành và bảo dưỡng lớp vật lý PLOAM 19 d Vùng BIP 19 e Vùng chiều dài tải ở hướng xuống 19 f Vùng bộ nhớ băng thông 20 g Vùng tải 21 3.2 Cấu trúc khung hướng lên 22 a Vùng everhead lớp vật lý hướng lên 23 b Vùng vận hành 23 c Vùng san bằng công suất 24 d Vùng báo cáo băng động DBRu 24 e Phần tải 24 4 Phân bổ băng tần động DBA trong GPON 25 5 Bảo mật 26 Chương 3 Sự lựa chọn mô hình PON và hoạt động quản lý bảo dưỡng 27 I Sự lựa chọn mô hình PON 27 II Chức năng hoạt động quản lý 27 2.1 Quảng lý mạng 28 2.1 Chức năng quản lý 29 a Quản lý thực thi 29 b Quản lý cấu hình 30 c Quản lý kế toán 30 d Quản lý lỗi 30 e Quản lý bảo mật 31 III Hoạt động quản lý bảo dưỡng trong hệ thống FTTH 33 Kết luận 34 CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Cedric F. Lam, Passive Optical Networks Principles and Practice, October 2007. 2. Glen Kramer, Interleaved Polling with Adaptive Cycle Time (IPACT): A Dynamic 3. Gerd Keiser, FTTX Concepts and Applications,2006. 4. Ethernet Passive Optical Network (EPON) 5. IEEE 8023ah - EPON spec 6. ITU-T Recommendation G.983.1, Broadband optical access systems based on Passive Optical Networks (PON), 2005 7. ITU G.984.3 - GPON spec 8. FPT – Slide mạng ngoại vi 9. Trường Đại học Thái Nguyên – Công nghệ mạng quang thụ động Và các tài liệu về FTTX, FTTH của các công ty, FPT, CMC, NDC Các bài thảo luận về FTTH trên các trang VNtelecom, đientuvienthong.net, haiphongit….