EPON là công nghệ truy cập Ethernet tầm xa dựa trên mạng truyền tải cáp quang. EPON áp dụng kiến trúc điểm-đa điểm, trong đó một sợi quang duy nhất mang tín hiệu dữ liệu ngược dòng và xuôi dòng, và sau bộ chia 1:N, tín hiệu quang được chia thành N kênh, bao phủ nhiều điểm truy cập hoặc người dùng truy cập bằng các nhánh quang.
EPON Kiến trúc mạng
EPON cũng được gọi theo truyền thống là GEPON, không có bất kỳ ý định gây hiểu lầm nào. Các thiết bị EPON đầu tiên trong ngành dựa trên bus FE (Fast Ethernet). Tuy nhiên, sau khi giới thiệu các thiết bị EPON dựa trên bus GE (Gigabit Ethernet), chúng được gọi là GEPON để phân biệt. Hiện tại, phần lớn các thiết bị EPON trong ngành về cơ bản dựa trên bus GE. Hiện tại, chúng thường được gọi là EPON.
Một hệ thống EPON điển hình bao gồm OLT, ONU và ODN và cấu trúc mạng của EPON được hiển thị trong Hình 1.
OLT được đặt trong phòng máy chủ trung tâm, có thể coi như một bộ chuyển mạch L2 hoặc bộ chuyển mạch định tuyến L3. Ở hướng xuôi dòng, OLT cung cấp giao diện sợi quang cho mạng quang thụ động (ODN); ở hướng ngược dòng, OLT sẽ cung cấp các giao diện quang/điện của GE và trong tương lai, khi tiêu chuẩn công nghệ Ethernet 10Gbit/s được hoàn thiện, OLT cũng sẽ hỗ trợ các giao diện tốc độ cao tương tự. Để cung cấp khả năng truy cập đa dịch vụ, OLT cũng có thể hỗ trợ các giao diện E1 và OC3 để thực hiện các dịch vụ truy cập giọng nói hoặc trung kế mạch truyền thống.
Về mặt quản lý mạng EPON, OLT đóng vai trò là trung tâm điều khiển chính với Tác nhân OAMP tích hợp, có thể quản lý các thiết bị đầu cuối ONU dưới sự kiểm soát của nó và thực hiện năm chức năng quản lý mạng. Nó cũng có thể cung cấp cách ly người dùng hiệu quả.
ODN là một mạng phân phối quang, bao gồm các bộ tách sợi quang thụ động và sợi quang. Bộ chia sợi quang thụ động là một thiết bị thụ động kết nối OLT và ONU, chức năng của nó là phân phối dữ liệu xuôi dòng và tập trung dữ liệu ngược dòng. Việc triển khai bộ chia thụ động rất linh hoạt và có thể thích ứng với hầu hết mọi môi trường do tính chất thụ động của chúng. Bộ chia sợi quang thụ động chung có tỷ lệ chia là 1:2, 1:4, 1:8, 1:16, 1:32, 1:64, v.v. Thông thường nên sử dụng một mức chia và nhiều nhất là , không quá hai cấp chia tách.
ONU là một thiết bị đầu cuối được đặt ở phía thuê bao. ONU trong EPON sử dụng giao thức Ethernet để đạt được chức năng chuyển mạch Ethernet Lớp 2 hiệu quả về chi phí. Bằng cách sử dụng giao thức Ethernet, không còn cần phải chuyển đổi giao thức trong quá trình giao tiếp để đạt được việc truyền dữ liệu người dùng trong suốt từ ONU này sang ONU khác. Ngoài ra, và giao thức mã hóa được sử dụng giữa OLT và ONU để đảm bảo tính bảo mật của dữ liệu người dùng.
Ưu điểm của FTTH dựa trên EPON nằm ở khả năng phủ sóng mạnh mẽ, bao phủ tới 20 km (tỷ lệ phân chia 1:32) từ văn phòng đầu cuối và kết nối từng điểm truy cập quang thông qua ODN. Trong các mạng truy cập quang truyền thống, phạm vi mở rộng sợi quang thường được giới hạn ở điểm truy cập mạng. Để đạt được sợi quang tới tận nhà, cần phải cấu hình một số lượng lớn các thiết bị chuyển mạch lớp truy cập cổng quang đắt tiền tại điểm truy cập. Với sự xuất hiện và trưởng thành của công nghệ mạng quang thụ động, đặc biệt là công nghệ EPON hiện tại, nó có thể cung cấp một giải pháp khả thi về mặt kinh tế để cung cấp trực tiếp sợi quang đến người dùng cuối, biến FTTH trở thành một phương thức truy cập hiệu quả. Trong các giải pháp FTTX dựa trên EPON, việc giải quyết việc đưa cáp quang vào các tòa nhà, lập kế hoạch OLT trong cộng đồng, triển khai ODN và kết nối cáp quang với thiết bị đầu cuối người dùng trong nhà (OUN) đã trở nên quan trọng.
Các công nghệ thượng nguồn và hạ nguồn của EPON
EPON sử dụng một sợi quang duy nhất giữa OLT và ONU để cung cấp băng thông 1.25Gbps đối xứng, do những hạn chế của giao diện vật lý, nó thực sự cung cấp băng thông 1Gbps để truyền dữ liệu, dịch vụ thoại và video. EPON sử dụng công nghệ ghép kênh phân chia bước sóng trên một sợi quang lõi đơn, cho phép truyền các luồng dữ liệu ngược dòng và xuôi dòng ở các dải tần số khác nhau. Trong số đó, các
Đường xuống 1490nm;
Đường lên 1310nm;
1550nm là tùy chọn cho CATV.
Luồng dữ liệu đường xuống được phát sóng và OLT đẩy luồng dữ liệu khung Ethernet ở định dạng 802.3 tới tất cả các ONU thông qua sao chép đơn hướng. Các ONU xác định xem có nhận khung hay không bằng cách đánh giá LLID (ID liên kết logic) được chỉ định bởi OLT trong tiêu đề khung Ethernet. Họ nhận các khung dữ liệu thuộc về họ và loại bỏ những khung dữ liệu không thuộc về họ. Điều này được thể hiện trong Hình 2.
Luồng dữ liệu đường lên áp dụng công nghệ Đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA), công nghệ này chia thời gian đường lên thành nhiều khe thời gian, Dựa trên băng thông được phân bổ và mức độ ưu tiên dịch vụ của từng ONU, các khe thời gian khác nhau được gán cho các luồng dữ liệu đường lên tương ứng của chúng. Tại mỗi khe thời gian, chỉ có một luồng dữ liệu đường lên của ONU được truyền qua sợi quang. Thông qua đàm phán giữa OLT và ONU, tránh xung đột giữa các luồng dữ liệu đường lên từ các ONU khác nhau, đảm bảo không xảy ra mất dữ liệu. Như thể hiện trong Hình 3.
So sánh EPON và ADSL
Sau vài năm phát triển mạnh mẽ, ADSL đã trở thành phương thức truy cập băng thông rộng phổ biến nhất cho các nhà khai thác mạng cố định của Trung Quốc. Bằng cách truyền dữ liệu băng thông rộng và ADSL tận dụng tối đa tài nguyên dây đồng của các nhà khai thác mạng cố định, khiến nó trở thành một trong những lựa chọn tốt nhất cho các nhà khai thác như China Telecom và China Netcom trong giai đoạn đầu của truy cập băng thông rộng.
Dịch vụ ADSL/ADSL2+ là công nghệ truy cập băng rộng truyền dẫn không đối xứng với băng thông giới hạn đường lên dưới 1Mbps và băng thông đường xuống tối đa lên tới 26Mbps. Trong sử dụng thương mại thực tế, nó có khoảng cách không quá 3km, thường cung cấp băng thông đường xuống từ 512Kbps đến 2Mbps và chủ yếu được áp dụng cho truy cập Internet công cộng.
Tuy nhiên, với sự gia tăng của nhiều dịch vụ mới, đặc biệt là dịch vụ video, yêu cầu về băng thông của người dùng ngày càng tăng. Sự phát triển nhanh chóng của các ứng dụng như viết blog, trò chơi trực tuyến, nhắn tin nhanh, điện thoại băng thông rộng, điện thoại video và chia sẻ album ảnh cá nhân đã dẫn đến nhu cầu về băng thông đường lên của người dùng ngày càng tăng.
Trong quy hoạch mạng băng thông rộng của China Telecom và China Netcom, băng thông hai chiều trong tương lai cho người dùng cá nhân sẽ đạt 10M~20M. Băng thông của ADSL bị giới hạn nghiêm ngặt bởi khoảng cách truyền và chỉ có thể đạt được băng thông cao hơn trong khoảng cách ngắn, Ngay cả khi chuyển đổi “sợi quang thành đồng” và rút ngắn vùng phủ sóng của ADSL, nó cũng chỉ có thể đáp ứng các yêu cầu về băng thông cho một mức độ nhất định và trong một thời gian nhất định. Ngay cả sau khi chuyển đổi “sợi quang thành đồng” và giảm vùng phủ sóng ADSL, nó chỉ có thể đáp ứng yêu cầu băng thông trong một khoảng thời gian nhất định và ở một mức độ nhất định.
Băng thông của mạng truy cập dựa trên sợi quang về mặt lý thuyết có thể mở rộng vô hạn. Do đó, với sự trưởng thành của công nghệ EPON, băng thông cao và vùng phủ sóng xa khiến EPON trở thành sự lựa chọn tất yếu để phát triển công nghệ, thay thế công nghệ ADSL.
So với ADSL, EPON có chi phí xây dựng ban đầu cao hơn, bao gồm chi phí thiết bị sơ bộ và chi phí lắp đặt cáp quang. Tuy nhiên, do sử dụng công nghệ mạng quang thụ động để kết nối mạng, công nghệ PON dựa trên sợi quang có chi phí vận hành và bảo trì thấp hơn đáng kể so với ADSL và dây đồng.
Khả năng cung cấp băng thông cao hơn và vùng phủ sóng dịch vụ khoảng cách xa hơn thông qua chi phí sau vận hành và bảo trì thấp hơn, cho phép cung cấp thêm các dịch vụ mới, mang lại nhiều doanh thu kinh doanh hơn, có thể bù đắp tương đối khoản đầu tư vào thiết bị và chi phí đường dây. Chi phí sợi quang đã thấp, FTTX đã bước vào thời kỳ tăng trưởng nhanh và chi phí thiết bị sẽ tiếp tục giảm trong quá trình xây dựng. Do đó, bằng cách triển khai EPON, các nhà khai thác có thể nâng cao khả năng cạnh tranh của toàn bộ các dịch vụ, bao gồm cả truy cập băng thông rộng, từ đó ổn định tài nguyên thuê bao và thậm chí lấy lại các thuê bao bị mất, điều này sẽ mang lại nhiều doanh thu kinh doanh hơn cho các nhà khai thác và mang lại lợi ích cho họ trong thời gian dài.
Ưu điểm kỹ thuật của EPON
Với sự trưởng thành của công nghệ EPON, các nhà cung cấp dịch vụ chính trong ngành đã bắt đầu triển khai quy mô lớn các hệ thống EPON để khởi chạy các ứng dụng FTTX. Họ đặt mục tiêu hiện thực hóa Triple Play (phát ba lần, cung cấp dịch vụ thoại, dữ liệu và video) trên cơ sở này để xây dựng một nền tảng truy cập ba lần.
Từ năm 2004, công nghệ EPON đã được triển khai rộng rãi tại các thị trường FTTH trưởng thành như Nhật Bản, Hàn Quốc, cũng như Mỹ và Châu Âu, tiếp tục thúc đẩy sự thịnh vượng của ngành kinh doanh IPTV. Tại thị trường Trung Quốc, sản phẩm EPON đã được sản xuất thử nghiệm và thương mại hóa ở tất cả các tỉnh thành.
Công nghệ EPON sử dụng công nghệ ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) để đạt được băng thông 1 Gbps đối xứng trên một sợi quang và nó cho phép phân tách xuôi dòng gần với phân khúc khách hàng, tiết kiệm rất nhiều tài nguyên sợi quang đường trục. Một ưu điểm khác của hệ thống EPON là khả năng phủ sóng mạnh mẽ, với phạm vi phủ sóng tối đa 20 km ở tỷ lệ chia vạch 1:32 và 10 km ở tỷ lệ chia vạch 1:64. Điều này đảm bảo thiết bị đáng tin cậy hội tụ. Theo tỷ lệ phân chia 1:32, băng thông trung bình của mỗi người dùng ONU có thể đạt hơn 30M, đảm bảo đủ băng thông cho các dịch vụ video.
Việc sử dụng bộ tách quang thụ động trong các hệ thống EPON giúp tiết kiệm đáng kể tài nguyên bảo trì, bao gồm tiết kiệm phòng máy chủ và gói cung cấp điện, do đó giảm chi phí xây dựng và bảo trì tổng thể của mạng FTTX. Chi phí cáp quang giảm trong những năm gần đây đã góp phần giảm chi phí cơ sở hạ tầng cáp trong triển khai FTTX.
Hiện tại, các dịch vụ truy cập băng thông rộng được cung cấp bởi các nhà khai thác chủ yếu là hai loại: truy cập ADSL và LAN. Ngoài ra, với nhu cầu ngày càng tăng về băng thông, VDSL cũng đang dần trở thành một lựa chọn. Các phương pháp truy cập khác, chẳng hạn như Cable Modem, truy cập đường dây điện, có thị phần hạn chế do hạn chế về tài nguyên trong ngành.
