เครือข่ายเชิงแสงแบบพาสซีฟ

เครือข่ายเชิงแสงแบบพาสซีฟ (อังกฤษ: Passive Optical Network:PON) เป็นเทคโนโลยีการรับส่งข้อมูลปลายทาง (Access Network) ความเร็วสูง โดยใช้ใยแก้วนำแสง ซึ่งเป็นอุปกรณ์แบบพาสซีฟเพียง core เดียว เหตุผลสำคัญในการพัฒนาเทคโนโลยีนี้ก็คือ เพื่อใช้ประโยชน์จากทรัพยากรที่มีอยู่ให้ได้มากที่สุด และทำให้ค่าบริการถูกลงอีกด้วย ทรัพยากรที่สำคัญในการให้บริการรับส่งข้อมูลที่มีอยู่และมีความสำคัญมากก็คือ ใยแก้วนำแสง แม้ราคาของใยแก้วนำแสงถูกลงมาก แต่การที่จะติดตั้งเพิ่มเติม ทำได้ยาก เพราะท่อร้อยสายและเสาไฟฟ้าที่มีอยู่ ไม่มีที่ว่างให้ทำได้อีกแล้ว ทุกท่อ ทุกเสา เต็มหมด และไม่สามารถสร้างท่อร้อยสาย หรือปักเสาใหม่ได้

หลักการทำงาน

แต่เดิม การรับส่งข้อมูลด้าน access network ทำได้ผ่านสวิทช์ level 3 หรือ ADSL ส่งข้อมูลด้วยตัวกลางใยแก้วนำแสงหรือสายทองแดงไปให้ผู้ใช้ปลายทาง(point to point) สายทองแดงมีข้อจำกัดมากเนื่องจากใช้มานาน ไม่เสถียร ใยแก้วนำแสงต้องใช้ 2 core ต่อ 1 ผู้ใช้ปลายทาง และ สวิทช์ level 3 อีก 1 port ต่อ 1 ผู้ใช้ปลายทาง ถ้ามีผู้ใช้ปลายทางเพิ่มในบริเวณเดียวกัน ก็ต้องใช้สวิทช์เพิ่ม ต้องวางใยแก้วนำแสงเพิ่ม ไม่สามารถจะแบ่งปันทรัพยากรกันได้ วิศวกรจึงออกแบบใหม่เป็นแบบ point to multipoint โดยใช้ประโยชน์ของคลื่นแสงที่มีหลายความยาวคลื่น เช่น ใยแก้วนำแสงแบบมัลติโหมด (MMF) ใช้ความยาวคลื่น 850 นาโนเมตร แบบซิงเกิ้ลโหมด (SMF) ใช้ 1300 นาโนเมตร

 

ไดอะแกรมแสดงการทำงานของ PON

หลักการคือในการส่งข้อมูลจากต้นทางไปปลายทางผ่านตัวกลางใยแก้วนำแสง ให้ใช้ความยาวคลื่น 1490 นาโนเมตร แต่รับข้อมูลกลับมาจากปลายทางมายังต้นทางใช้ความยาวคลื่น 1310 นาโนเมตร ทั้งนี้ใช้ ใยแก้วนำแสงเพียง core เดียว แต่ส่งและรับต่างเวลากัน โดยความจริงที่ว่า การส่งจากต้นทางหรือที่เรียกว่า ดาวน์โหลด (download) มีข้อมูลมากกว่า การรับจากปลายทาง หรืออัปโหลด (upload) ดังนั้น การส่งจะจองเวลาในการใช้ตัวกลางมากกว่าการรับ ตัวควบคุม (controller) ในการรับส่งจะกำหนดเวลาให้ปลายทาง โดยให้ส่งกลับมาในช่วงเวลาเดียว คือแบบ burst mode ถ้าปลายทาง มีผู้ใช้เพิ่มขึ้น ก็เพียงติดอุปกรณ์แยกแสง หรือที่เรียกว่า สปริทเทอร์ (splitter) เท่านั้น splitter เป็นอุปกรณ์พาสซีฟ ทำหน้าที่แยกแสงออกเป็น 2, 4, 8, 16, 32, 64 ส่วน เขียนเป็นสัญลักษณ์ว่า 1:2, 1:4, 1:8, 1:16, 1:32. 1:64 เมื่อแสงถูกแบ่งออก ทำให้ค่าลดทอนเป็นดังนี้ครับ

 

splitter 1:2 พลังงานของแสงถูกแบ่งคนละครึ่ง

สำหรับ splitter 1:2 power ของแสงที่ออกมาแต่ละขา

power loss=10xlog(1/2)=10x(log1-log2)=10xlog1-10xlog2=0-10x0.30=-3 dB

หมายความว่า ถ้า พลังงานของแสงที่ขาเข้าของ splitter เป็น 0 dB, ขาออกแต่ละขา จะมีพลังงานแสง = -3 dB

ตารางแสดงค่า loss ของ splitter แต่ละแบบ

Splitting Ratio	Attenuation Loss (dB)
1:2	3.6
1:4	7.3
1:8	10.4
1:16	13.6
1:32	16.8
1:64	20.3

ตามตารางสมมติว่า ใช้ splitter 1:8 ถ้า input power=0 dB, output แต่ละขา จะมี power -10.4 dB

 

การส่ง-รับข้อมูลระหว่างต้นทาง-ปลายทาง

การรับส่งข้อมูล

ในระบบของ PON มีส่วนประกอบดังนี้

• OLT (Optical Line Terminal) เป็นตัวควบคุมหลัก ปกติจะติดตั้งที่ชุมสายคู่กับสวิทช์ ปกติจะมี PON port จำนวนมาก แต่ละ port มี Downstream Bandwidth ประมาณ 2,400 Mbps และมี Upstream Bandwidth ประมาณ 1,200 Mbps
• Splitter
• ONU (Optical Network Unit) เป็นอุปกรณ์ปลายทาง ONT (Optical Network terminal)

การรับส่งข้อมูลระหว่าง OLT และ ONU

ขั้นแรก OLT จะ scan ในโครงข่ายทั้งหมดว่ามี ONU กี่ตัว ลงทะเบียน กำหนดเลขหมายประจำตัว และจัดสรรช่วงเวลาต่างๆให้เรียบร้อย จากนั้นจึงเริ่มขบวนการ

Downstream OLT จะส่งข้อมูลไปให้ ONU แบบ Broadcast คือทุก ONU เห็นข้อมูลเหมือนกันหมด แต่ข้อมูลนั้นมีเลขหมายประจำตัวอยู่ ถ้า ONU เห็นเลขหมายของตัวเอง ก็รับข้อมูลนั้น ถ้าไม่เห็น ก็ไม่รับ

Upstream OLT ทำงานแบบ TDMA (Time Division Multiplex Access) คือจะจัดสรรเวลาให้แต่ละ ONU เมื่อถึงเวลาที่ถูกกำหนดให้ของ ONU ตัวไหน ตัวนั้นก็ส่ง ข้อมูลของแต่ละ ONU ก็จะทยอยกันเข้ามาที่ OLT

ข้อมูลจำเพาะขั้นต่ำของ PON

1. ระยะความยาวของใยแก้วนำแสงจาก OLT ไป ONU โดยมี splitter กั้นกลางจะต้องไม่เกิน 20 km (ผู้ผลิตบางรายอาจมากกว่านี้)
2. splitter ratio ต้องไม่เกิน 1:64 (ผู้ผลิตบางรายอาจมากกว่านี้)
3. Downstream/Upstream Bandwidth ของ ONU ทั้งหมดในแต่ละ PON port ต้องไม่เกิน 2488/1244 Mbps ตามลำดับ (เฉพาะ GPON (Gigabit-capable PON)
4. โครงข่ายใยแก้วนำแสงจาก OLT ไป ONU ในแต่ละ PON port ต้องมีค่าลดทอนไม่เกินกว่าข้อกำหนดในการรับพลังงานแสงของ ONU (Receive Sensitivity) บางผู้ผลิตทำได้สูงถึง -30 dB
5. ถ้าไม่ใช้ splitter เลย ระยะความยาวใยแก้วนำแสงสูงสุดเท่ากับ 60 km
6. ใน PON port เดียวกัน ระยะห่างของ ONU ที่ไกลที่สุด และ ONU ที่ใกล้ที่สุด ต้องไม่เกิน 20 km (นับความยาวของใยแก้วนำแสง)

การนำมาใช้งาน

สามารถทำงานแบบ triple play คือสามารถรับส่งข้อมูลได้ทั้งภาพ(cable TV) เสียง(voice over IP) และ data ปัจจุบันถูกนำมาใช้เป็น FTTB(Fiber to the Building), FTTH(Fiber to the Home), FTTC(Fiber to the Curb or Controller)

อ้างอิง

1. [1], ITU-T Manual 2009