FTTx
FTTx ย่อมาจาก Fiber to the x ใช้เรียกลักษณะโครงสร้างของระบบเครือข่ายอินเตอร์ความเร็วสูงที่มีการใช้งาน สายใยแก้ว Fiber Optical แทนสายโลหะทองแดง ส่งตรงถึงบ้านของลูกค้า ซึงคุณภาพ และความเร็วในการ รับ-ส่ง สัญญาณ สูงกว่าสายโทรศัพท์ธรรมดาที่เราใช้กันในระบบ ADSL หลาย ร้อย-พันเท่า ซึ่งมีความเร็วได้สูงเป็น กิกะบิตต่อวินาที ( Gbps )
FTTH นั้น รากฐานมาจากชื่อ FTTx คำว่า x หมายยถึงสถานที่ ที่ สายใยแก้วไปถึง หากไปถึงบ้าน ก็จะเรียกว่า FTTH (Home) ถ้าไปถึงตึก ก็จะเรียกว่า FTTB (Building) และ ถ้าไปถึงสำนักงานจะเรียกว่า FTTO (Office) เป็นต้น
FTTH: Fiber to the Home เป็นเทคโนโลยีอินเตอร์บอร์ดแบนร์ความเร็วสูงภายในบ้านผ่านสายเคเบิ้ลใยแก้วนำแสง ปัจจุบันเราใช้ ADSL ซึ่งสายโทรศัพท์เป็นทองแดง ได้ความเร็วเต็มที่แค่ 9-10 Mbps แต่ถ้าหากเราเปลี่ยนมาใช้ FTTH โดยเปลี่ยนจากสายทองแดงเป็นสาย Fiber Optical (เคเบิ้ลใยแก้วนำแสง)เมื่อเชื่อต่ออินเตอร์เน็ตเราจะได้อินเตอร์เน็ตความเร็วสูงมากขึ้น ด้วยความเร็วสูงระดับ 100 Mbps การอัพโหลดจะมีประสิทธิภาพในการ รับ-ส่ง ข้อมูลที่เร็วอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ดังนั้นเมื่อเราใช้ ระบบ FTTH จึงทำให้คุณภาพชีวิต เราดีขึ้น ซึ่งระบบ ADSL ไม่สามารถทำได้เทียบเท่า ระบบ FTTH
เทคโนโลยี FTTx เกิดขึ้นมาเพราะว่า การจะลาก Fiber Optic ไปยังแต่ละบ้านเข้าไปยัง Core Switch ของผู้ให้บริการอินเทอร์เน็ตมันเป็นราคาที่แสนแพง เป็นเรื่องที่เป็นไปไม่ได้ ก็เลยใช้เทคนิคในการ Split สัญญาณออกเป็นหลายๆเส้นเพื่อทำให้การเดินโครงข่าย Fiber Optic มันง่ายขึ้น ซึ่งในระบบของ FTTx จะมีอุปกรณ์ทั้งหมด 3 ตัวหลัก ๆ ด้วยกัน คือ
OLT = Optical Line Terminal เป็นอุปกรณ์ควบคุมเครือข่าย FTTx โดยจะรับข้อมูลจากทางผู้ให้บริการแล้วส่งข้อมูลไปยังบ้านต่าง ๆ
Splitter = เป็นตัวที่จะแตกสาย Fiber ออกเป็นหลายๆเส้นเพื่อเดินทางไปยังแต่ละบ้าน
ONU = Optical Network Unit จะถูกติดตั้งเป็น Router อยู่ตามบ้านเพื่อทำหน้าที่รับข้อมูลจาก OLT ทำให้บ้านนั้น ๆ สามารถใช้งาน Internet ได้
รูปแบบ FTTx
ระบบสายส่งที่ใช้เคเบิลเส้นใยแก้วเป็นระบบที่สามารถทำงานได้ (รับส่งสัญญาณได้) โดยไม่จำเป็นต้องมีการป้อนกำลังงานจากภายนอก จึงมักเรียกระบบเชื่อมโยงเส้นใยแก้วว่า PON หรือ Passive Optical Network ซึ่งระบบนี้มีข้อดีที่ใช้กำลังงานน้อยและมีค่าการดูแลรักษาต่ำ โครงสร้างพื้นฐานของระบบ FTTH แสดงดังรูปที่ ซึ่งประกอบด้วย
(1) CO (Central Office) ซึ่งเป็นสถานีภายในโครงข่ายที่ดูแลโดยผู้ประกอบการ ภายใน CO จะมีอุปกรณ์ที่เรียกว่า OLT (Optical Line Terminal) สำหรับรับส่งสัญญาณระหว่างโครงข่ายกับบ้านผู้ใช้ผ่านเคเบิลใยแก้ว โดยทั่วไป OLT มักทำหน้าที่เปลี่ยนสัญญาณไฟฟ้าเป็นสัญญาณแสง (E/O Converter) เพื่อส่งเข้าไปในเคเบิลใยแก้ว
(2) สายเคเบิลเส้นใยแก้วทำหน้าที่เชื่อมต่อสัญญาณจากต้นทางไปยังปลายทางส่วนใหญ่มักใช้ชนิดโหมดเดี่ยวตามมาตรฐาน ITU.G.657
(3) อุปกรณ์แยกแสงเรียกว่า Optical Splitter ทำหน้าที่แยกเส้นทางเดินทางที่ออกจาก CO กระจายไปยังบ้านผู้ใช้ทั้งหลายที่อยู่ปลายทาง
(4) ONU (Optical Network Unit) หรือ ONT (Optical Network Terminal) เป็นอุปกรณ์ปลายทางที่อยู่ในบ้านผู้ใช้ มักทำหน้าที่เปลี่ยนสัญญาณแสงที่ออกจากเคเบิลใยแก้วเป็นสัญญาณไฟฟ้า (O/E Converter) เพื่อป้อนให้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าในการใช้งาน เช่น เครื่องคอมพิวเตอร์ ทีวี เป็นต้น
การแยกสายส่งสัญญาณแบบรวมศูนย์กลาง (Centralized Splitting)
การแยกสายส่งสัญญาณแบบกระจาย (Distributed Splitting)
การเชื่อมโยงโครงข่ายการเข้าถึง FTTH ระหว่างผู้ให้บริการกับบ้านผู้ใช้
ในการออกแบบเส้นทางเชื่อมโยงของเคเบิลใยแก้วระหว่าง CO 1 จุดไปยังบ้านผู้ใช้ซึ่งมีหลายจุด (p2m - point to multipoint) จำเป็นต้องใช้เคเบิลใยแก้วหลายเส้น เช่น ถ้ามีลูกค้าเป็นบ้านผู้ใช้ 24 หลัง ก็ควรจะใช้เส้นใยแก้ว 24 เส้นต่อเชื่อมระหว่างต้นทางกับปลายทาง แต่เนื่องจากลักษณะดังกล่าวทำให้เกิดการสิ้นเปลืองค่าใช้จ่าย ประกอบกับเส้นใยแก้วเพียงเส้นเดียวก็สามารถรองรับปริมาณข้อมูลได้มากมายมหาศาลอยู่แล้ว จึงมีการคิดวิธีลดต้นทุนด้วยการลดจำนวนเส้นใยแก้วที่ออกจาก CO ให้มีจำนวนน้อยที่สุดเช่นเหลือเพียงเส้นเดียว จากนั้นค่อยไปแยกข้อมูลผ่าน Optical Splitter เพื่อกระจายข้อมูลไปยังเส้นใยแก้วอื่น ๆ ไปยังบ้านผู้ใช้ต่อไป การกระจายข่ายสายของระบบ FTTH สามารถทำได้ 2 ลักษณะดังแสดงในรูปที่ 2 โดยรูปที่ 2(ก) เป็นลักษณะการกระจายสายส่งแบบรวมศูนย์ (Centralized Splitting) ซึ่งใช้ Optical Splitter เพียงตัวเดียว อนึ่ง ฟังก์ชั่นของ Tap Closure ในรูปที่ 2(ก) ทำหน้าที่เชื่อมต่อเส้นใยแก้วแต่ละคู่เท่านั้น ในขณะที่รูปที่ 2(ข) เป็นลักษณะการกระจายสายส่งแบบกระจาย (Distributed Splitting) ซึ่งใช้ Optical Splitter มากว่า 1 ตัว ค่อย ๆ กระจายสัญญาณออกไปตามสภาพภูมิประเทศที่เชื่อมโยงเส้นทาง ดังนั้น ถ้าสมมุติว่าผู้ประกอบการต้องให้บริการลูกค้า 32 หลังคาเรือน ถ้าเป็นระบบการกระจายสายส่งแบบรวมศูนย์ จะใช้ Optical Splitter 1:32 เพียงตัวเดียวเท่านั้น หรือนั่นคือ เส้นทางขาเข้าจะมีเส้นใยแก้วเพียงเส้นเดียว แต่ขาออกของ Optical Splitter จะมีเส้นใยแก้วถึง 32 เส้นต่อเชื่อมไปยังบ้านผู้ใช้ ในขณะที่ถ้าเลือกการออกแบบเป็นระบบการกระจายสายส่ง จะใช้ Optical Splitter ชนิด 1:8 (เข้า 1 ออก 8) เพียงตัวเดียวร่วมกับ Optical Splitter ชนิด 1:4 อีก 8 ตัว
โครงสร้างทางเทคนิคของระบบ FTTH
โครงสร้างทางเทคนิคพื้นฐานของระบบ FTTH จะมีชุมสายที่เป็นสำนักงานกลางเรียกว่า CO (Central Office) ทำหน้าที่จัดการเกี่ยวกับสัญญาณาณการให้บริการไปยังผู้ใช้ที่อยู่ในเขตควบคุมของ CO อีกทั้งยังต้องทำหน้าที่เชื่อมโยงข้อมูลเข้ากับระบบสื่อสารโครคมนาคม
เพื่อรับส่งข้อมูลไปยังที่อื่นตามความต้องการของผู้ใช้ ภายใน CO จะประกอบด้วยอุปกรณ์ซึ่งส่วนใหญ่เป็นอุปกรณ์ทางอิเล็กทรอนิกส์ ทำหน้าที่ประมวลสัญญาณ เช่น ตัดต่อหรือสลับสาย ( Switching ) จัดหาเส้นทางการเดินทางของข้อมูล(Routing) และอื่นๆ ตามที่ จำเป็น ระหว่าง CO กับบ้านผู้ใช้ เป็นงานเครือข่ายตอนนอก ประกอบด้วยเส้นใยนำแสงเชื่อมโยงไปยังกลุ่มบ้านผู้ใช้ในลักษณะของการกระจาย (Distribution) ไปยังชุมชนเข้าสู่บ้านผู้ใช้ตามลำดับ เส้นใยนำแสงที่ออกจาก CO ต้องมีความสามารถในการสื่อสัญญาณที่มีปริมาณมากข้อมูลมากๆ ได้ ส่วนของเคเบิลเส้นใยนำแสงส่วนนี้ เรียกว่า ฟีดเดอร์ ( Feeder)
เส้นทางเดินของสาย Fiber Optic จาก Feeder Cable จะถูกแยกออกเป็น เส้นทางย่อยๆ เพื่อส่งข้อมูลไปยังชุมชนต่างๆ ส่วนของ Fiber Optic ส่วนนี้เรียกว่า Distribution Cable ในแต่ละชุมชน หรือกลุ่มผู้ใช้ปลายทาง จะมีตัวแยกข้อมูลส่งผ่านสายส่ง Fiber Optic ไปแต่ละบ้านโดยเฉพาะ ลักษณะเช่นนี้เรียกว่าการเข้าถึง หรือ แอกเซส (Access) และสาย Fiber Optic ในส่วนของ Access นี้จะถูกเรียกว่าเป็น Drop Cable ( ในทำนองเดียวกับระบบโทรศัพท์สายทองแดง) ด้านปลายของสาย Fiber Optic ที่เข้าไปยังบ้านผู้ใช้ จะต่อเข้ากับอุปกรณ์ที่เรียกว่า ONU ( Optical Network Unit) หรือบางคน เรียกว่า ONT ( Optical Network Termination) เพื่อทำหน้าที่กรจายสัญญาณทั้งในรูปแบบของสัญญาณแสง และ ไฟฟ้าไปยังอุปกรณ์ใช้งาน ซึ่งอาจเป็น โทรศัพท์ โทรทัศน์ โทรสาร หรือ
เครื่องคอมพิวเตอร์ เป็นต้น ทั้งนี้ จำนวนอุปกรณ์ใช้งานในบ้านของผู้ใช้อาจมีได้มากกว่าหนึ่งอุปกรณ์ ขึ้นกับปริมาณข้อมูล (ความเร็ว) ที่ใช้บริการ (จ่ายเงินมากก็ได้ข้อมูลมาก) และรูปแบบการให้บริการของผู้ให้บริการ (Operator)
สัญญาณส่งระหว่าง CO ไปยัง ONU ในบ้านผู้ใช้ อาจประกอบด้วยส่วนของตัวแยกสัญญาณ และอุปกรณ์ ทางอิเล็กทรอนิกส์ที่เหมาะสมกับการต่อเชื่อมเครื่องใช้ไฟฟ้าปลายทาง เช่น โทรทัศน์ หรือ คอมพิวเตอร์ เพื่อให้ เครื่องใช้ไฟฟ้านั้นทำงานได้อย่างถูกต้อง โดยปรกติ การสื่อสารข้อมูลจาก CO ถึงบ้านผู้ใช้ซึ่งถือเป็นการสื่อสาร ข้อมูลขาลง (Downstream) และจากบ้านผู้ใช้ไปยัง CO ซึ่งถือว่าเป็นการสื่อสารข้อมูลขาขึ้น(Upstream) มักมีค่า ความเร็วแตกต่างกัน โดยปกรติ ความเร็วของการสื่อสาร ขาลง (Downstream) จะสูงกว่า ความเร็วของการสื่อสารขาขึ้น (Upstream)
ค่ากำลังงานสูญเสียทั้งหมดในระบบสายส่ง ( Total Budget) จาก CO ไปยัง ONU ที่บ้านของผู้ใช้ในแต่ละราย ไม่ควรเกิน 25dB
ค่าการสูญเสียสัญญาณที่ตัวแยกแสง มักเป็นส่วนหลักที่ทำให้เกิดการลดทอนสัญญาณใน ระบบ ตัวอย่างเช่น ตัวแยกแสง ( Splitter ) ชนิด 1:32 ควรมีค่าการสูญเสียสัญญาณไม่เกิน 16 dB
ค่าการสูญเสียสัญญาณรวมทั้งหมดของหัวต่อ(Connector) และการเชื่อมต่อแบบสไปลซ์ (Splice) ในระบบสายส่ง ควรมีค่าประมาณ 2-3 dB
ค่าการลดทอนสัญญาณแสงของเส้นใยนำแสงมีค่าขึ้นกับความยาวคลื่นที่ใช้ และค่าความยาวรวม ของสายส่ง (เช่น 0.33 dB/km@1310nm) ซึ่งจะส่งผลให้สาย ส่งในระบบ FTTH โดยทั่วไปมีค่าอยู่ ระหว่าง 4-20 กิโลเมตร
หากมีการสื่อสารสัญญาณภาพแบบแอนะล็อก ต้องคำนึงถึงค่าการลดทอนสัญญาณ การสะท้อน แสงตอนปลายเส้นใยนำแสง และค่าระยะทางสูงสุดระหว่างต้นทางกับปลายทางเป็นพิเศษ โดยทั่วไปค่าการลดทอน ณ จุดต่อที่ ONT ควรมีค่าประมาณ 3-5 dB
ค่าการลดทอนสูงสุดที่เกิดขึ้นจริงในระบบสายส่ง ต้องมีค่าน้อยกว่าค่ากำลังงานสูญเสียยสูงสุด ( Loss Budget หรือ Power Budget) ที่ได้ ออกแบบไว้
ขั้นตอนตรวจสอบคุณสมบัติของสายเชื่อมโยงแต่ละเส้น ก็คือการตรวจสอบเส้นใยนำแสงที่นำมาใช้ในระบบ FFTH ว่ามีค่าลดทอนสัญญาณเป็นไปตามที่กำหนดหรือไม่ การทดสอบอาจใช้ OTDR ตรวจสอบกับสายเคเบิลแต่ละเส้นในขณะที่ยังไม่มีการเชื่อมต่อใดๆ ในระบบเครือข่าย ตัวอย่างเช่น ระบบ PON ที่เลือกใช้เคเบิลเส้นใยนำแสงตามมาตราฐาน G.625C ค่าการลดทอน สัญญาณที่ตรวจสอบด้วย OTDR ควรมีค่าประมาณ 0.33 dB/KM @ 1310 nm, 0.21 dB/KM@1490 nm และ 0.19dB/KM@1550 nm เป็นต้น
การพิจารณา ขนาดของคอร์ของเส้นใยแก้วก็ต้องคำนึกถึงด้วยเช่นกันซึ่งแต่ละบริษัท โรงงาน ผู้ผลิตจะบอกมาให้ เพื่อให้เราทราบเช่นกัน
อีกส่วนหนึ่งต้องนำมาคำนึกถึง คือค่าที่จะถูกลดทอนจากการติดตั้ง เช่นค่า Bending การโค้งงอ ของสายเนื่องจากการติดตั้ง เป็นต้น
ค่าการสูญเสียสัญญาณ ณ จุดเชื่อมต่อ แบบไปลซ์ ( Splice) ควรมีค่าต่ำกว่า 0.1 dB
ปัจจัยสำคัญที่ทำให้ FTTH เป็นระบบที่น่าสนใจสำหรับผู้เช่า(Subscriber)หรือผู้ใช้(User)โดยเฉพาะ ผู้ใช้บริการอินเตอร์เน็ต มีดังต่อไปนี้
- ความสามารถในการสื่อสารข้อมูลด้วยความเร็วสูง (High Capacity) และระบบมีความน่าเชื่อถือ (System Reliability)
- โครงสร้างพื้นฐานของสายส่งที่ใช้ในระบบ FTTH ถูกกำหนดให้เป็นเส้นใยนำแสงตลอดเส้นทางจากผู้ให้บริการไปจนถึงบ้านผู้เช่า ทำให้ได้ท่อนำสัญญาณที่มีขนาดใหญ่สามารถส่งข้อมูลปริมาณมากๆ ได้ในคราวเดียวกัน
- โดยปกติระบบโครงข่ายสื่อสารที่เป็นเส้นทางหลักขนาดใหญ่หรือ แบ็กโบน(Backbone) ต่างก็ใช้สายส่ง ที่เป็นเส้นใยนำแสงแทบทั้งสิ้น ดังนั้น การนำเส้นใยแก้วนำแสงมาใช้ในการเข้าถึง(Access) ผู้เช่าโดยตรง ย่อม สามารถรองรับความเร็วในหารสื่อสารข้อมูลได้ทั้งสิ้น
- ในระบบ FTTH ความเร็วในการสื่อสารข้อมูลจะเริ่มต้นที่ 100 Mbps ซึ่งถือว่าเร็วกว่า ADSL ถึง 100 เท่า
( เมื่อเทียบกับ 1 Mbps) โดยหลักการแล้ว
- อุปกรณ์ชนิดพอน PON (Passive Optical Network) สามารถรองรับการทำงานในรูปแบบต่างๆ ที่อยู่ในโครงข่ายได้ในเวลาเดียวกัน การออกแบบให้ PON มีอัตราร่วมใช้ งาน (Sharing Ratio) ลดลง หรือ การเพิ่มความยาวคลื่นแสงที่เป็นคลื่นพาหะ สามารถทำให้ FTTH สื่อสารข้อมูลที่มีความเร็วขนาด 2.488 Mbps ได้อย่างสบาย
- การใช้เส้นใยนำแสงเป็นสื่อสัญญาณ(Transmission) ของระบบ FTTH ทำให้ข้อมูลที่เดินทางระหว่าง สถานีมีลักษณะเป็นแสง ซึ่งแตกต่างจากข้อมูลที่เป็นสัญญาณไฟฟ้าในระบบสายส่งทองแดง ทำให้มีความปลอดภัยสูง
การให้บริการผ่านระบบ FTTH
รูปแบบของการให้บริการ มีหลากหลาย ดังตัวอย่างต่อไปนี้
- การให้บริการโทรศัพท์ท้องถิ่นและโทรศัพท์ทางไกล
- การให้บริการข้อมูลชนิดบรอดแบรนด์ รวมทั้งการให้บริการอินเตอร์เน็ตความเร็วสูง ซึ่งถือเป็นจุดขายหลัก ในปัจจุบัน
- การแพร่กระจายสัญญาณภาพไปยังสมาชิกเช่นเดียวกับระบบเคเบิลทีวี
- การให้บริการโทรทัศน์แบบดิจิตอล ( Digital TV) ซึ่งมีคุณสมบัติของภาพและเสียงดีกว่าระบบ แอนะล็อกในปัจจุบันมาก
- การให้บริการ Video On Demand หรือ Pay Per View โดยที่ลูกค้าสามารถเลือกดูภาพยนตร์ที่ต้องการ ได้ ตามวันเวลาที่ต้องการ
- การให้บริการระบบความปลอดภัยภายในบ้านพักอาศัย ( Home SecuriTy) อาคาร สำนักงาน คอนโดมิเนียม โดยการใช้กล้องทีวีวงจรปิด ตรวจจับสัญญาณภายในอาคาร แล้วส่งไปยัง ศูนย์บริการที่อยู่ห่างไกล ซึ่งมีเจ้าหน้าที่คอย ตรวจสอบผิดปรกติ ตลอด 24 ชั่วโมง ช่วยให้เจ้าของ สถานที่นั้น หรือ เจ้าของบ้าน อุ่นใจในความปลอดภัยมากขึ้น
- การให้บริการเพลงแบบดิจิตอล ( Digital Music) ในปัจจุบันคุณภาพเสียงก็ดีในระดับหนึ่ง เท่านั้น แต่ถ้า เสียงเพลง และ เสียงดนตรี ผ่านระบบอินเตอร์เน็ตความเร็วสูง FTTH ด้วยแล้ว ย่อมทำให้คุณภาพเสียงที่ดียิ่งขึ้นไปอีก
- เกมส์ออนไลน์ ( Game Online) เป็นบริการอีกรูปแบบหนึ่งที่กำลังมาแรง สามารถทำรายได้สูงมากหาก เกมส์นั้นได้รับความนิยมในหมู่คนจำนวนมาก
- การให้บริการในส่วนของระบบการศึกษา ไม่ว่าจะเป็นแหล่งข้อมูลบนอินเตอร์เน็ต หรือ ระบบ e-learning ช่วยให้การเข้าถึงข้อมูลมีความสะดวกมากขึ้น อีกทั้งยังช่วยให้ผู้เรียนสามารถศึกษาได้ด้วยตนเองอีกด้วย
- ระบบการแพทย์ทางไกล ( Tele-Medicine) ช่วยให้บริการวินิชฉัยโรค และการรักษาเบื้องต้น สามารถกระทำได้แม้ว่าผู้ป่วยและ แพทย์ผู้เชี่ยวชาญจะอยู่ห่างไกลคนละซีกโลก
แนะนำเทคโนโลยีของ GPON FTTH และแนวโน้มในด้านตลาด
ความต้องการแบนด์วิดธ์ที่เพิ่มขึ้นอย่างไม่หยุดยั้งของการใช้งานอินเตอร์เน็ตความเร็วสูง , Video on Demand, IPTV และ VoIP ขับเคลื่อนให้อุตสาหกรรมโทรคมนาคมมีการใช้อุปกรณ์ FTTH (Fiber to the home) ใน Broadband Access Network กันมากขึ้น เมื่อเปรียบเทียบเทคโนโลยีบรอดแบนด์แบบต่าง ๆ แล้วเช่น DSL, VDSL, Cable/Modem และ PON (Passive Optical Network) เทคโนโลยี PON จะมีข้อดีกว่า เช่นอายุการใช้งานของไฟเบอร์ที่ยาวนาน ต้นทุนในการดำเนินการที่ต่ำเพราะเป็นการลดอุปกรณ์ที่เป็น "active" รวมถึงการได้ระยะทางระหว่างโหนดที่ไกลกว่า และที่สำคัญที่สุดคือมีแบนด์วิดธ์ที่สูงมาก
FTTH ที่ใช้ GE-PON มีแบนด์วิดธ์สูงกว่า DSL เป็นพันเท่า กล่าวคือ DSL แบบมาตรฐานทั่วไปมีความเร็วเป็นหนึ่งเมกะบิตต่อวินาที ในขณะที่ FTTH PON ส่งข้อมูลได้สูงถึง 2.5 Gbps แม้ว่าจะมีการพัฒนาเทคโนโลยีทาง DSL ให้ดีขึ้นเช่น VDSL แต่ก็สามารถส่งข้อมูลได้แค่10-20 Mbps เท่านั้น
การเปลี่ยนเทคโนโลยีไปเป็น FTTH เป็นสิ่งที่มีประโยชน์ต่อทั้งผู้บริโภคและผู้ให้บริการเพราะเป็นเทคโนโลยีที่มีความจุแทบจะไร้ขีดจำกัดของเครือข่ายหลักระยะไกลที่เชื่อมไปยังผู้ใช้บริการ ในยุคก่อน "last mile" หรือ "first mile" ซึ่งเป็นระยะจาก Central Office ไปยังบ้านผู้ใช้จะมีปัญหาเรื่องคอขวดของเครือข่าย แต่ปัจจุบันปัญหาคอขวดดังกล่าวได้หายไปด้วยการใช้เทคโนโลยี Gigabit ที่ต้นทุนต่ำและมีความสามารถในการแอกเซสสูง
การฝ่าอุปสรรคอันแรกที่เกี่ยวกับ Access Network ทำให้เกิดเทคโนโลยี DSL และเคเบิ้ลขึ้นมา โดยมีอัตราข้อมูลที่เพิ่มขึ้นเป็นพันเท่าเมื่อเทียบกับ "dial-up" modem ซึ่งได้ช่วยให้การเข้าถึงอินเตอร์เน็ตของผู้ใช้งานดีขึ้นในระดับหนึ่ง ต่อมาเมื่อเกิดเทคโนโลยี FTTH ซึ่งเป็นทางออกที่มีความเร็วเหนือกว่า DSL/cable modem เป็นพันเท่าเช่นกัน โดยคาดการณ์กันว่าสามารถเปลี่ยนแปลงวิธีการเข้าถึงบริการอินเตอร์เน็ต บริการความบันเทิงแบบวิดีโอ และสนุกกับบริการสื่อสารทางเสียงสำหรับผู้ใช้
เทคโนโลยี PON ที่นิยมใช้สำหรับเครือข่าย FTTH มีหลายชนิดด้วยกันเช่น BPON, GE-PON (หรือ EPON) และ GPON ความแตกต่างที่เห็นได้ชัดของแต่ละชนิดคืออัตราข้อมูลและชนิดของการโปรเซสแพ็กเกต โดยถ้าเป็น BPON จะสนับสนุนอัตราข้อมูลที่ 622 Mbps และโปรโตคอลที่ใช้สำหรับการโปรเซสแพ็กเก็ตเป็น ATM ส่วน GE-PON สนับสนุนอัตราข้อมูลแบบสมมาตรที่ 1 Gbps และใช้โปรโตคอลเป็นEthernet และ IP ส่วน GPON สนับสนุนอัตราข้อมูลแบบไม่สมมาตรนั่นคือดาวน์โหลดเป็น 2.5 Gbps และอัพโหลดเป็น 1.25 Gbps และใช้โปรโตคอลเป็น ATM, TDM และ Ethernet อย่างไรก็ตาม มีการคาดการณ์กันว่าในทางปฏิบัติ GPON จะเป็น Ethernet-oriented
เปรียบเทียบแบนวิดธ์ของเทคโนลยี DSL, Cable และ FTTH
วิวัฒนาการของเทคโนโลยี PON
เทคโนโลยีที่ใช้งานสำหรับระบบ FTTH ที่แพร่หลายอันแรกคือ BPON ซึ่งเกิดขึ้นในทศวรรษ 1990s โดย BPON ใช้โปรโตคอลสำหรับการโปรเซสแพ็กเกตเป็น ATM ซึ่งใช้งานกันมากสำหรับเป็นอุปกรณ์เครือข่ายหลักของผู้ประกอบการโทรคมนาคมโดยทั่วไป เทคโนโลยี BPON เป็นเทคโนโลยีที่มีความหมายสำหรับ FTTH ในขั้นแรก แต่มีราคาแพงและส่งข้อมูลได้ที่ความเร็วสูงสุดแค่ 655 Mbpsเท่านั้นและคาดว่าจะถูกแทนด้วยเทคโนโลยี FTTH PON ตัวใหม่เช่น Gigabit EPON (GE-PON)
GE-PON เป็นเทคโนโลยี FTTH ชนิดแรกที่ส่งข้อมูลได้สูงเป็นจิกะบิตต่อวินาที โดยใช้โปรโตคอล Ethernet และ IP แทน ATMและ SONET ที่มีราคาที่ต่ำมากสำหรับการอิมพลีเมนต์และการนำมาใช้งาน โดยการโปรเซสแพ็กเก็ตของ ATM และ SONET ต้องการความแม่นยำอย่างมากและการควบคุมเวลาของแพ็กเกตให้พร้อมกัน (Synchronized Timing) ดังนั้นจึงต้องมีต้นทุนสูงในส่วนของวงจรไฟฟ้า แต่การโปรเซสแพ็กเกตของ Ethernet มีราคาถูกกว่ามากเพราะเทคโนโลยี Ethernet สนับสนุนการประกอบรวมของแพ็กเกตที่ไม่เน้นเรื่องเวลา ณ จุดรับปลายทาง ทั้งนี้มีการอนุญาตให้แพ็กเกตและแพ็กเกตที่แตกเป็นชิ้นเล็ก (Packet Fragment) สร้างช่องทางข้ามเครือข่ายโดยไม่ใช้คุณสมบัติการซิงโครไนเซชัน วิธีการดังกล่าวนี้กำจัดความต้องการในเรื่องของเวลาในอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่โปรเซสเพ็กเกตอีเทอร์เน็ต ด้วยเหตุที่อีเทอร์เน็ตเป็นเทคโนโลยีที่นิยมใช้งานกันอย่างกว้างขวางในช่วงสิบปีที่ผ่านมาสำหรับระบบ LAN จึงทำให้มีต้นทุนสำหรับการดำเนินการต่ำมาก
NTT เป็นผู้ประกอบการหลักในญี่ปุ่นและเป็นหนึ่งในผู้ประกอบการโทรคมนาคมที่ใหญ่ที่สุดของโลก ได้เริ่มใช้งานระบบ GE-PONสำหรับ FTTH ในปี 2003 และในปี 2004 ทาง IEEE ได้อนุมัติมาตรฐาน "802.3ah Ethernet In the First Mile Specification" ซึ่งได้กำหนดเทคโนโลยี GE-PON ที่ได้เริ่มใช้งานโดย NTT แล้วให้เป็นมาตรฐานเต็ม และถูกดัดแปลงในภายหลังโดยผู้ประกอบการรายอื่นในญี่ปุ่นและเกาหลี
ชนิดของ PON
มาตรฐาน ITU (The International Telecommunications Union) ได้พัฒนาและกำหนดข้อกำหนด BPON อย่างต่อเนื่องจนเป็นมาตรฐาน FTTH และในที่สุดก็ได้ออกเป็นมาตรฐาน ITU-T G.984 ในเดือนมกราคม 2003 ซึ่งต่อมาได้ปรับปรุงจนถึงปี 2005 กลุ่มบริการแอกเซสเครือข่ายแบบเต็มระบบ (FSAN : The Full Service Access Network Group) ซึ่งเป็นสภาแห่งผู้ให้บริการและผู้จำหน่ายอุปกรณ์โทรคมนาคมชั้นนำของโลกได้ประชุมในเดือนมีนาคม 2005 และได้ลงมติในการสร้างกลุ่มงานข้อกำหนดทางเทคนิคร่วม (Common Technical Specification (CTS) Task Group) ซึ่งมีเป้าหมายในการจำแนกความสอดคล้องของข้อกำหนดระบบแพร่กระจายร่วมสำหรับมาตรฐาน GPON หนึ่งในข้อตกลงอันแรกของกลุ่มดังกล่าวคือการเน้นไปที่อัตราข้อมูล 1.25/2.5 Gbps
หลักการทำงานของเทคโนโลยี PON
มีสิ่งสำคัญสองอย่างของของเครือข่ายความเร็วสูง PON อันแรกคือสนับสนุนอัตราข้อมูลที่เป็นจิกะบิต และสูงกว่า อันที่สองคือการเลือกโปรโตคอลสำหรับการรับส่งข้อมูลของผู้ใช้ (Data payload) ผ่านอุปกรณ์ Access Network
เทคโนโลยีการแอกเซสแบบเก่าที่ประกอบด้วย DSL , Cable และ BPON FTTH มีการใช้ CPU-centric ที่ต้นทุนต่ำในการควบคุมการไหลของข้อมูลผ่านอุปกรณ์ Access Network ที่มีการฝังโปรเซสเซอร์แบบ 8 หรือ 16 บิต ไว้ในอุปกรณ์ Access Interface เพื่อทำหน้าที่ควบคุมและจัดการการไหลของข้อมูล วิธีการดังกล่าวนี้ทำให้มีต้นทุนต่ำสำหรับการจัดการเกี่ยวกับการเข้าถึงข้อมูลและฟังก์ชันควบคุมในระบบแอกเซส อย่างไรก็ตามวิธีการ CPU-centric จะล้มเหลวเมื่อความเร็วของข้อมูลเป็นจิกะบิตต่อวินาทีหรือมากกว่า เพราะโปรเซสเซอร์ที่ฝังไว้ (embedded) ทำงานได้ไม่เร็วเท่ากับความเร็วของสายธารข้อมูล ดังนั้นวิธีการแบบใหม่จะต้องถูกนำมาใช้งานเช่นสถาปัตยการของGigaPASS? เป็นต้น
สถาปัตยกรรม GigaPASS? จะเชื่อมต่อชุดของกลไกการโปรเซสฮาร์ดแวร์ในสถาปัตยกรรมแบบความเร็วสาย (wire-speed architecture) วิธีการนี้ทำให้สายธารแพ็กเกตทั้งหมดถูกโปรเซสและถูกส่งโดยไม่มีการหน่วงผ่าน Gigabit PON interface
สถาปัตยกรรม GigaPASS
วิธีการ GigaPASS? ผนึกเอาสามรูปแบบของเทคโนโลยีเข้าด้วยกัน อันแรกเป็นเทคโนโลนีการอินเตอร์เฟสเครือข่ายของ PON (PON network interface) และการโปรเซส อันที่สองเป็นเทคโนโลยีการโปรเซส IP และ Ethernet และเทคโนโลยีที่สามคือสถาปัตยกรรม SoC ที่สนับสนุนโปรเซสเซอร์ RISC แบบ 32 bits ด้วยระบบปฏิบัติการ Linux และ Vx Works ซึ่งเป็น Middleware และ Application Specific Firmware สถาปัตยกรรมแบบนี้สามารถสนับสนุนอัตราข้อมูลของทั้ง GE-PON และ GPON ที่ความเร็วสายจาก 1 ถึง 2.5 Gbps โดยมีคุณสมบัติที่ยืดหยุ่นสามารถโปรแกรมได้และสามารถอัพเกรดโครงสร้างของอุปกรณ์ให้เหมาะสมกับเครือข่ายแอกเซสในอนาคตได้
เครือข่าย PON แยกการลิงค์ไฟเบอร์เส้นเดียวไปเป็นลิงค์ย่อยหลายเส้นไปยังสมาชิก
การจัดเครือข่ายของ PON เป็นแบบ Full duplex โดยใช้เทคโนโลยีการจัดการเครือข่ายเป็นแบบ Point to Multipoint ซึ่งใช้อุปกรณ์Optical Splitter ที่มีราคาไม่แพงทำหน้าที่แบ่งแยกไฟเบอร์เส้นเดียวที่มาจากแบ็คโบนของ Enterprise Network หรือ Metro Network ออกไปเป็นหลายเส้นทางไปยังผู้ใช้บริการแต่ละรายใน Access Network ระบบ PON เป็น "Passive" เนื่องจากนอกเหนือจากที่ Central Office (CO)และ Customer Premise Equipment (CPE) แล้วไม่มีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบ "Active" อยู่ภายใน Access Network เลย วิธีการแบบนี้ทำให้ง่ายสำหรับการดำเนินการและการบำรุงรักษาเครือข่าย
สิ่งที่สำคัญสำหรับจุดเชื่อมต่อของ PON คืออุปกรณ์ที่อยู่ที่ Central Office ซึ่งเรียกว่า OLT (Optical Line Terminal) และจุดเชื่อมต่อที่อยู่ด้านผู้ใช้บริการ (CPE) ซึ่งเรียกว่า ONU : Optical Network Unit (สำหรับ GE-PON) และ ONT : Optical Network Terminal (สำหรับGPON) ความแตกต่างระหว่างอุปกรณ์ OLT และ ONT ก็คือจุดประสงค์สำหรับการใช้งาน กล่าวคืออุปกรณ์ที่เป็น OLT สนับสนุนฟังก์ชันการบริหารจัดการได้สูงถึง 128 Downstream Link ซึ่งในทางปฏิบัติโดยทั่วไปจะเป็น 8-32 พอร์ตต่อหนึ่ง OLT ส่วนอุกรณ์ ONT (หรือ ONU) จะสนับสนุนเฉพาะ Link ของตัวเองที่เชื่อมต่อไปยัง Central Office เท่านั้น ดังนั้นจึงส่งผลให้อุปกรณ์ ONT/ONU มีราคาต่ำมาก ในขณะที่อุปกรณ์ OLT ซึ่งรองรับความจุจำนวนมากนั้นมีราคาสูง
เครือข่ายแอกเซส FTTH - OLTs จะอยู่ที่ Central Office และ ONUs จะอยู่ที่ด้านลูกค้า (CPE)
ข้อมูลที่ต้องการรับส่ง (Data payload) ถูกคอนฟิกให้อยู่ในรูปของแพ็กเกต ซึ่ง GE-PON ใช้มาตรฐานที่เป็น Ethernet ที่ถูกกำหนดเป็นIEEE 802.3ah โดย Ethernet เป็นมาตรฐานสำหรับ First Mile ส่วนมาตรฐานสำหรับ GPON คือมาตรฐาน ITU-T G.984 ซึ่งประกอบด้วยATM, TDM และ Ethernet แต่เนื่องจากต้นทุนสำหรับ Ethernet นั้นต่ำ จึงมีแนวโน้มว่าจะมีการใช้งานมาตรฐานที่เป็น Ethernet กว้างขวางกว่าแบบอื่น จากเหตุผลดังกล่าว จึงทำให้มีการคาดการณ์กันว่า GPON ที่ใช้มาตรฐาน Ethernet จะเป็นส่วนประกอบหลักของตลาด GPON
โดยทั่วไปความยาวคลื่นที่ใช้งานสำหรับ GPON จะเป็น 1310/1490ns โดยอัตราข้อมูลที่เป็นดาวน์ลิงค์ของผู้ใช้บริการจะเป็น 2.4 Gbpsส่วนอัพลิงค์จะเป็น 1.2 Gbps ความยาวของไฟเบอร์จากผู้ให้บริการ (CO) ไปยังสถานที่ของผู้ใช้บริการ (CPE) มีระยะสูงถึง 20 กิโลเมตร ในส่วนของ OLT จะมีการเชื่อมต่อกับระบบอื่น ๆ เช่น IP Network, Video/Audio over IP, CATV และระบบอื่นๆ จึงทำให้ข้อมูลที่ผู้ใช้บริการสามารถใช้งานได้เป็นทั้ง Voice, Data และ Video แต่ทั้งนี้ก็จะขึ้นอยู่กับความสามารถของ ONT ที่เลือกใช้ด้วย
รายละเอียดโดยทั่วไปของเทคโนโลยี GPON
Ethernet ใน Access Network
โปรโตคอล Ethernet ถูกใช้งานสำหรับ Local Area Network มานานแล้ว ในปัจจุบันได้วิวัฒนาการถึงขั้นที่ผ่านการพิจารณาแล้วว่าEthernet สามารถนำมาใช้ในระบบ Metro และ Access Network ได้ โดยเฉพาะการสนับสนุน Access Network ที่เป็น FTTH และได้พิสูจน์ให้เห็นแล้วในการใช้งานสำหรับ GE-PON และมีการคาดการณ์ว่า GPON จะนำข้อดีของเทคโนโลยี Ethernet มาปรับปรุงระดับเทคโนโลยีของผู้ประกอบการให้ดีขึ้น
การปรับปรุง Ethernet ให้ดีขึ้นที่สำคัญก็คือการเพิ่ม CoS (Class of Service) สำหรับแอพพลิเคชัน เพื่อประกันแบนด์วิดธ์และLatency ของแอพพลิเคชันเช่นภาพและเสียง และมีการสนับสนุน SLAs ( Service Level Agreement) สำหรับหลายแอพพลิเคชัน โดยระบบของ Central Office ที่ใช้ Ethernet และระบบด้านผู้ใช้บริการ (CPE) ในปัจจุบันนี้สามารถสนับสนุน QoS (Quality of Service) แบบ end-to-endและการแบ่งระดับชั้นของทราฟฟิก ซึ่งทำให้ Ethernet เป็นพาหนะนำพาอันดีเลิศสำหรับการรับส่งบริการที่มีความก้าวหน้า และสามารถฝ่าอุปสรรคเรื่องต้นทุนและข้อจำกัดในการใช้งานของ ATM ได้
สรุป
GPON เป็นเทคโนโลยีเครือข่ายในส่วนแอกเซสสำหรับ FTTH Broadband ที่น่าสนใจเนื่องจากสามารถสนองความต้องการของผู้ประกอบการได้ทั่วโลก โดย GE-PON เป็นตัวอย่างของความสำเร็จที่มีการใช้งานกันอย่างแพร่หลายแล้วในเอเซีย ในขณะที่มาตรฐาน GPONสามารถให้บริการได้ในความสามารถที่เหมือนกันกับ GE-PON สำหรับผู้ประกอบการในอเมริกาเหนือ
