Phát triển mạng PON và công nghệ XG-PON

I. Xu hướng phát triển mạng PON

 - Mạng PON có những ưu điểm như đơn giản trong thiết kế , chi phi vận hành và bao dưỡng thấp. Tuy nhiên , mạng PON cũng gặp phải những thách thức trong quá trình triển khai dịch vụ. Để đáp ứng được nhu cầu thông tin ngày càng tăng và sự phát triển không ngừng của các ứng dụng và dịch vụ thì mạng PON phải đáp ứng được nhu cầu về băng thông là rất lớn . Vì vậy, việc tiếp tục phát triển hệ thống PON là cần thiết.

 - Các hạn chế của hệ thống PON hiện tại :

  + Băng thông bị hạn chế: Tiêu chuẩn EPON hiện tại, tốc độ dữ liệu đưởng xuống và lên là 1.25 Gbit/s và tỷ lệ chia tối đa là 1:32. Với GPON, tốc độ đường xuống là 2.5 Gbit/s, tốc độ đường lên là 1.25 Gbit/s và tỉ lệ chia tối đa là 1:64, tương đương lưu lượng trung bình cho mỗi ONU khoảng 40 - 80 Mbit/s.

  + Triển khai dịch vụ không linh hoạt: Trong hệ thống TDM - PON hiện tại mỗi OLT chỉ có thể hỗ trợ 32 ONU trong phạm vi 10 - 20 km. Nói cách khác, TDM - PON hiện tại cần một lượng lớn CO và các thiết bị để hỗ trợ một số lượng lớn thuê bao. Mật độ cao về cơ sở hạ tầng dẫn đến khó khăn trong công tác bảo trì. Mô hình nảy không linh hoạt và không kinh tế khi muốn mở rộng quy mô.

  + Sử dụng năng lượng không hiệu quả: Trong mạng truy nhập quang hiện nay, một bộ chia thụ động được sử dụng và năng lượng được phân bố đồng đều giữa các người sử dụng. Điều này dẫn tới sự dư thừa năng lượng khá lớn vì sẽ tồn tại các thuê bao không sử dụng nhưng vẫn nhận được một lượng năng lượng như những thuê bao đang sử dụng.

  + Dễ bị tấn công: Khi số lượng các dịch vụ và khách hàng được hỗ trợ tăng nhanh hơn cơ sở hạ tầng truy cập cáp quang và các mạng truy nhập quang hiện nay, do tính chất thụ động nên thiếu cơ chế để chống lại các cuộc tấn công mạng.

Tham khảo thêm >>> Đo kiểm mạng quang thụ động PON

 - Vì các yếu tố trên mà việc tiếp tục phát triển mạng truy nhập quang để có thể đáp ứng được nhu cầu hiện tại và tương lai là hết sức bức thiết. Sau khi xây dựng xong các khuyến nghị liên quan đến mạng GPON, bắt đầu từ năm 2007, FSAN và ITU-T tiếp tục nghiên cứu PON thế hệ sau (NG-PON). Dựa trên nhu cầu về dịch vụ, khả năng của công nghệ hiện tại cũng như trong tương lai, FSAN chia NG-PON thành hai giai đoạn NG-PON1 và NG-PON2. Trong đó NG-PON1 là giai đoạn trung gian, có khả năng tương thích với ODN của mạng G-PON hiện tại. NG-PON2 mục tiêu dải hạn trong tiến trình phát triển của mạng PON. NG-PON2 có thể sẽ triển khai trên mạng ODN mới, độc lập với các tiêu chuẩn của GPON.

Các giai đoạn phát triển mạng PON

 - Các yêu cầu chung đối với NG-PON1 bao gồm: dung lượng tổng của hệ thống lớn hơn, băng thông cho mỗi thuê bao lớn hơn, vùng phục vụ rộng hơn và phục vụ được nhiều thuê bao hơn. NG-PON1 phải sử dụng được ODN của mạng GPON hiện tại để giảm thiểu chi phí. Bên cạnh đó, do trong một thời gian dài nữa, nhu cầu về lưu lượng đường xuống vẫn lớn hơn rất nhiều so với nhu cầu lưu lượng đường lên, nên FSAN đã định nghĩa NG-PON1 là một hệ thống 10 Gbit/s bất đổi xứng: 10 Gbit/s cho đường xuống và 2.5 Gbit/s cho đường lên. Công nghệ sử dụng cho NG-PON1 về căn bản vẫn là TDM-PON được phát triển lên từ công nghệ đã sử dụng cho GPON.

 - Không giống như NG-PON1, một số công nghệ tiềm năng có thể sẽ được lựa chọn cho NG-PON2 với mục tiêu là đạt được dung lượng 40 Gbit/s . Các công nghệ này đi theo một số hướng như sau:

  + Tiếp tục sử dụng công nghệ TDM.

  + Mạng WDM - PON: sử dụng công nghệ CWDM và DWDM.

  + Mạng ODSM - PON: kết hợp sử dụng công nghệ TDMA và WDMA.

  + Mạng OCDMA - PON: sử dụng công nghệ OCDMA.

  + Mạng O - OFDM - PON: sử dụng công nghệ O – OFDM.

 - Tuy nhiên  phần lớn các công nghệ này đều hiện đang trong giai đoạn nghiên cứu, đánh giá trước khi có thể được ban hành thành các chuẩn cho mạng NG – PON2.

Tham khảo thêm >>> Công nghệ NG-PON2

II. Công nghệ XG-PON

1. Yêu cầu đối với mạng XG-PON:

 - Yêu cầu chung đối với mạng XG-PON là cung cấp được tốc độ truyền dẫn cao hơn mạng GPON và có thể dùng chung mạng ODN với GPON nhằm tận dụng được chi phí đầu tư của các nhà mạng trước đó cho mạng GPON. XG-PON còn được gọi là NG-PON1 hay là 10G-EPON có tốc độ hưởng lên là 2.5 Gbit/s (gấp hai lần GPON) và tốc độ hướng xuống xuống là 10 Gbit/s (gấp bổn lần GPON). XG-PON sử dụng ODN của GPON, tức là sử dụng được toàn bộ phần sợi quang và các bộ chia quang của mạng GPON hiện tại.

 - Là sự mở rộng của GPON nên XG-PON sử dụng toàn bộ các qui định về phân khung và quản lý của GPON. Tuy nhiên XG-PON cung cấp tất cả các dịch vụ với tốc độ cao hơn và tỷ lệ chia lớn hơn.

 - Mạng XG-PON được định nghĩa trong một loạt các khuyến nghị ITU-T G.987.x, trong đó đưa ra lộ trình để tăng băng tần cung cấp cho thuê bao mà vẫn tương thích với mạng G-PON. Về cơ bản, tính tương thích đạt được bằng cách phân bổ bước sóng cho XG-PON sao cho không can nhiễu đến G-PON khi mà cả XG PON và G-PON cùng sử dụng một mạng ODN. Các dịch vụ mà XG-PON phải cung cấp bao gồm:

  + Đối với mạng FTTH: dịch vụ thoại, truyền hình, truy nhập internet tốc độ cao cho các hộ gia định.

  + Đối với mạng FTTO: dịch vụ thuê kênh, L2 VPN (ví dụ như các dịch vụ ethernet), các dịch vụ IP (ví dụ VoIP, L3 VPN) cho các khách hàng doanh nghiệp.

  + FTTCell: cho wireless backhaul.

Tham khảo thêm >>> Đo kiểm trong mạng FTTx

2. Kiến trúc mạng XG-PON:

 - XG-PON có kiến trúc điểm - đa điểm giống như trong mạng GPON và có thể đáp ứng được nhiều kịch bản truy nhập khác nhau như FTTH, FTTCell, FTTCurb, FTTCabinet. Các kịch bản ứng dụng của XG-PON được thể hiện trên hình dưới đây.

Các kịch bản ứng dụng XG-PON

 - XG-PON tồn tại cùng với GPON trên cùng một ODN. Như chỉ ra trong các tiêu chuẩn liên quan đến lớp vật lý của XG-PON, bước sóng dành cho đường xuống và đưởng lên của XG-PON khác với GPON. Sự tương thích giữa XG-PON và GPON đạt được bằng cách sử dụng WDM cho đường xuống và WDMA cho đường lên, tức là WDM1r được sử dụng tại trạm trung tâm (CO) và WBF được sử dụng tại phía thuê bao (có thể đặt ngay trong ONU, giữa ONU và bộ chia quang, hoặc đặt ngay tại bộ chia quang) để thực hiện ghép và tách các kênh bước sóng của các tin hiệu đường xuống và đường lên. Mạng XG-PON và GPON tồn tại trên cùng một mạng được minh họa như sau.

XG-PON và GPON tồn tại trên cùng 1 mạng nhờ sử dụng WDM1r

3. Các tiêu chuẩn liên quan đến lớp vật lý:

 - Các tiêu chuẩn liên quan đến lớp vật lý của XG-PON đã được ITU-T ban hành vào tháng 3/2010. Trong bảng dưới đây là các chỉ tiêu liên quan đến lớp vật lý của XG-PON:

 - Một trong các khó khăn đối với hệ thống PON là truyền dẫn và thu ở chế độ burst quang, đặc biệt khi hệ thống hoạt động ở tốc độ cao. Với tốc độ từ 5 Gbit/s trở lên, thực hiện một bộ thu trong OLT ở chế độ burst sẽ trở nên phức tạp hơn nhiều. Các rào cản kỹ thuật ở đây liên quan đến tốc độ và độ chính xác mà tại đó bộ thu có thể thích ứng ngưỡng thu với từng burst và khôi phục được tín hiệu định thời. Ngay cả trong trường hợp có thể giải quyết được các hạn chế này thì khung thời gian cũng là không rõ ràng. Giải pháp sử dụng công nghệ WDM cho hướng lên để tạo luồng Nx2.5 Gbit/s cũng đã được FSAN cân nhắc. Tuy nhiên, với giải pháp WDM sẽ nảy sinh vấn đề phải tương thích với phổ của GPON vì XG-PON dùng chung ODN với GPON. Ngoài ra phần truy nhập quang cũng sẽ trở nên phức tạp hơn phải dùng nhiều bộ lọc hơn, do đó cũng làm tăng suy hao trên mạng. Vì các lý do này và hơn nữa do các thành phần 2.5Gbit/s hiện đã có sẵn trên thị trường nên FSAN lựa chọn tốc độ đường lên của XG-PON là 2.5 Gbit/s.

 - Tốc độ đường lên chính xác của XG-PON là 2.48832 Gbit/s, đúng bằng một phần tư tốc độ của đường xuống và cũng bằng tốc độ của SDH STM-16 (hoặc SONET STS - 48), do đó đơn giản hóa được việc tích hợp hệ thống vào mạng đồng bộ chung.

 - Mã truyền dẫn NRZ cùng với trộn ngẫu nhiên được sử dụng cho tín hiệu XG-PON cả đường xuống và đường lên tương tự như GPON. Dải bước sóng 1260 đến 1280 nm được phân bổ cho đường lên và từ 1575 đến 1580 nm được phân bổ cho đường xuống ( có thể mở rộng đến 1581 nm cho các ứng dụng outdoor của XG-PON1).

Phân bổ bước sóng cho mạng XG-PON

 - Lưu ý rằng, không giống EPON và 10G EPON, giữa băng bước sóng đường lên của XG-PON và GPON không có sự chồng lấn. Nhờ đó, việc thực hiện bộ thu trong OLT được đơn giản.

Tham khao thêm >>> Máy đo công suất PON - PPM 350D

4. Bảo mật trong XG-PON:

 - XG-PON hỗ trợ nhiều phương pháp nhận thực. Tất cả các XG-PON đều phải hỗ trợ kiểu nhận thực dựa trên ID đăng ký, trong đó ID đăng ký của ONU được gắn cho một thuê bao cụ thể. ID này sẽ được cung cấp cho OLT, người sử dụng và các nhân sự khai thác hệ thống để có thể truy nhập vào ONU trong trường hợp cần thiết. Phương pháp này chỉ dùng để OLT nhận thực ONU. Phương pháp thứ hai là nhận thực thông qua việc trao đổi các bản tin OMC1 và phương pháp thứ ba là nhận thực dựa trên IEEE 802.1X. Hỗ trợ phương pháp thứ hai và thứ ba là yêu cầu bắt buộc đối với XG-PON ở mức phần tử nhưng không bắt buộc ở mức thiết bị. Cả hai phương pháp này đều cung cấp nhận thực tương hỗ giữa ONU và OLT.

 - XG-PON hỗ trợ mã hóa tại cả lớp hội tụ truyền dẫn và cho cả phần tải tin XGEM. Mã hóa XGEM sử dụng mật mã AES-128. Mã hóa đường xuống có thể là unicast đến một ONU nào đó hoặc là multicast đến nhiều ONUs.

 - Tiêu chuẩn XG-PON cũng cho phép sử dụng mã hóa với chiều dài rút gọn. Tùy chọn này được thực hiện bằng cách thiết lập một số bit trong khoá mã hoá AES-128 bit theo một số mẫu bit đã được định nghĩa trước. Phần bit còn lại sẽ được tạo ra một cách ngẫu nhiên để tạo thành khoá.