Cấu trúc khung GTC trong mạng GPON

GPON viết tắt của từ Gigabit Passive Optical Network, được định nghĩa theo chuẩn ITU-T G.984.G-PON được mở rộng từ chuẩn B-PON G.983 bằng cách tăng băng thông, nâng hiệu suất băng thông nhờ sử dụng gói lớn, có độ dài thay đổi và tiêu chuẩn hóa quản lý. Lớp hội tụ truyền dẫn GTC.

Cấu trúc: 1. Giới thiệu chung. 2. Các đặc tính cơ bản của GPON. 2.1 Tốc độ bit. 2.2 Khoảng cách. 2.3 Tỉ lệ chia. 3. Cấu trúc phân lớp mạng quang GPON. 3.1 Lớp phụ thuộc phương tiện Vật Lý PMD 3.1.1 Tốc độ tín hiệu danh định. 3.1.2 Phương tiện vật lý và phương thức truyền. 3.1.3 Tốc độ bit.(tốc độ đường lên và đường xuống ) 3.1.4 Mã hóa đường dây. 3.1.5 Bước sóng hoạt động. 3.2 Lớp hội tụ truyền dẫn GTC 3.2.1 Các chức năng chính hệ thống GTC. 3.2.1.1 Điều khiển truy nhập phương tiện. 3.2.1.2 Đăng ký ONU. 3.2.2 Cấu trúc khung GTC 3.2.2.1 Cấu trúc khung đường xuống. 3.2.2.2 Cấu trúc khung đường lên. 4. Bảo mật. 5. Kết Luận. TRÌNH BÀY CHI TIẾT: 1. Giới thiệu chung. GPON viết tắt của từ Gigabit Passive Optical Network, được định nghĩa theo chuẩn ITU-T G.984.G-PON được mở rộng từ chuẩn B-PON G.983 bằng cách tăng băng thông, nâng hiệu suất băng thông nhờ sử dụng gói lớn, có độ dài thay đổi và tiêu chuẩn hóa quản lý. Mô hình mạng GPON: Hình 1- Mô hình mạng GPON Ngoài ra,chuẩn cho phép vài sự lựa chọn của tốc độ bít: cho phép băng thông luồng xuống là 2,488Mbit/s và băng thông luồng lên là 1,244Mbit/s. Phương thức đóng gói GPON-GEM cho phép đóng gói lưu lượng người dùng rất hiệu quả, với sự phân đoạn khung cho phép chất lượng dịch vụ QoS cao hơn phục vụ lưu lượng nhạy cảm như truyền thoại và video. GPON hỗ trợ tốc độ cao hơn, tăng cường bảo mật và chọn lớp 2 giao thức (ATM, GEM, Ethernet tuy nhiên trên thực tế ATM chưa từng được sử dụng). Điều đó cho phép GPON phân phối thêm các dịch vụ tới nhiều thuê bao.  Cho phép GPON phân phối thêm các dịch vụ tới nhiều thuê bao hơn với chi phí thấp hơn cũng có khả năng tương thích lớn hơn giữa các nhà cung cấp thiết bị. 2. Các đặc tính cơ bản của GPON. 2.1 Tốc độ bit: Về cơ bản, GPON hướng tới tốc độ truyền dẫn lớn hơn hoặc bằng 1.2 Gbit/s. Tuy nhiên, trong trường hợp dịch vụ xDSL không đối xứng cho FTTH hoặc FTTH thì không cần thiết đến tốc độ cao như vậy. GPOn định nghĩa 7 dạng tốc độ bit như sau:  Đường lên 155 Mbit/s, đường xuống 1.2 Gbit/s;  Đường lên 622 Mbit/s up, đường xuống 1.2 Gbit/s;  Đường lên 1.2 Gbit/s up, đường xuống 1.2 Gbit/s;  Đường lên 155 Mbit/s up, đường xuống 2.4 Gbit/s;  Đường lên 622 Mbit/s up, đường xuống 2.4 Gbit/s;  Đường lên 1.2 Gbit/s up, đường xuống 2.4 Gbit/s;  Đường lên 2.4 Gbit/s up, đường xuống 2.4 Gbit/s. 2.2 Khoảng cách: Khoảng cách logic: là khoảng cách lớn nhất giữa ONU/ONT và OLT ngoại trừ khoảng vật lý. Trong mạng GPON, khoảng cách logic lớn nhất là 60 km. Khoảng cách vật lý: là khoảng cách vật lý lớn nhất giữa ONU/ONT và OLT. Trong mạng GPON, có hai tùy chọn cho khoảng cách vật lý và 10 km và 20 km. Đối với vận tốc truyền lớn nhất là 1.25 Gbit/s thì khoảng cách vật lý là 10 km. Khoảng cách sợi quang chênh lệch: Trong mạng GPON khoảng cách sợi quang chênh lệch là 20 km. Thông số này có ảnh hưởng đến kích thước vùng phủ mạng và cần tương thích với tiêu chuẩn ITU-T Rec.G.983.1. 2.3 Tỷ lệ chia: Đối với nhà khai thác mạng thì tỉ lệ chia càng lớn càng tốt. Tuy nhiên tỉ lệ chia lớn thì đòi hỏi công suất quang phát cao hơn để hỗ trợ khoảng cách vật lý lớn hơn. Tỉ lệ chia 1:64 là tỉ lệ lý tưởng cho lớp vật lý với công nghệ hiện nay. Tuy nhiên trong các bước phát triển tiếp theo thì tỉ lệ 1:128 có thể được sử dụng. 3. Cấu trúc phân lớp mạng quang GPON. Cấu trúc phân lớp của mạng GPON được cho trong bảng sau: Hình 3.1: Cấu trúc phân lớp mạng GPON Chức năng cụ thể của mỗi lớp và phân lớp được phân tích trong các mục tiếp theo. 3.1 Lớp phụ thuộc phương tiện vật lý PMD: 3.1.1 Tốc độ tín hiệu danh định: Tốc độ đường truyền là các tốc độ bội số của 8 kHz. Hệ thống được chuẩn hóa sẽ có các tốc độ danh định như sau (đường xuống/đường lên): • 1244.16 Mbit/s/155.52 Mbit/s, • 1244.16 Mbit/s/622.08 Mbit/s, • 1244.16 Mbit/s/1244.16 Mbit/s, • 2488.32 Mbit/s/155.52 Mbit/s, • 2488.32 Mbit/s/622.08 Mbit/s, • 2488.32 Mbit/s/1244.16 Mbit/s, • 2488.32 Mbit/s/2488.32 Mbit/s. Các thông số ở trên là các giá trị trong trường hợp xấu nhất, giả thiết hoạt động trong nhiều loại điều kiện môi trường (nhiệt độ, độ ẩm) và chịu ảnh hưởng của yếu tố thời gian. Các thông số này tương đương với với các thông số trong mạng quang để đạt được tỉ lệ lỗi bit BER ≥ 1 × 10–10 trong trường hợp điều kiện suy hao và tán sắc đường truyền lớn nhất. 3.1.2 Phương tiện vật lý và phương thức truyền. Tín hiệu được truyền ở cả hướng lên và hướng xuống bằng phương tiện truyền dẫn.Việc truyền dẫn song hướng được thực hiện bằng cách ghép kênh theo bước sóng WDM để truyền trên một sợi quang hoặc truyền đơn hướng trên hai sợi quang. 3.1.3 Tốc độ bit. Tốc độ đường xuống: Tốc độ bit tín hiệu từ OLT tới ONU là 1244.16 hoặc 2488.32 Mbit/s. Khi OLT và đầu xa đang hoạt động ở tốc độ danh định của nó thì tốc độ này được theo dõi bởi một đồng hồ lớp 1 với độ chính xác 1 × 1011Khi đầu xa hoạt động ở chế độ tự do, tốc độ của tín hiệu đường xuống được theo dõi bởi đồng hồ lớp 3 với độ chính xác 4.6 × E-6. Khi OLT hoạt động ở chế độ tự do, tốc độ của tín hiệu đường xuống được theo dõi bởi đồng hồ lớp 3 với độ chính xác 3.2 × E-5. Tốc độ đường lên: Tốc độ bit tín hiệu từ ONU tới OLT là 155.52, 622.08, 1244.16 hoặc 2488.32 Mbit/s. Khi đang ở trạng thái hoạt động và được cấp quyền, ONU sẽ phát tín hiệu với độ chính xác bằng độ chính xác của tín hiệu thu được ở đường xuống. ONU sẽ không phát tín hiệu khi không đang ở trạng thái hoạt động hoặc không được cấp quyền. 3.1.4 Mã hóa đường dây: Mã hóa đường lên và đường xuống sử dụng mã NRZ. Phương thức ngẫu nhiên hóa không được định nghĩa trong lớp phụ thuộc vật lý. Quy định sử dụng mức logic quang là: - phát mức cao cho bit 1 - phát mức thấp cho bit 0. 3.1.5 Bước sóng hoạt động: Đường xuống : Dải bước sóng hoạt động cho đường xuống trong hệ thống sử dụng một sợi quang là 1480-1500 nm. Dải bước sóng hoạt động cho đường xuống trong hệ thống sử dụng hai sợi quang là 1260-1360 nm. Đường lên : Dải bước sóng hoạt động cho đường lên là 1260-1360 nm. 3.2 Lớp hội tụ truyền dẫn GTC 3.2.1 Các chức năng chính hệ thống GTC. Sau đây là hai chức năng chính của lớp hội tụ truyền dẫn mạng GPON (GTC) 3.2.1.1 Điều khiển truy nhập phương tiện. Lớp GTC thực hiện điều khiển truy nhập cho lưu lượng đường lên. Về cơ bản các khung dữ liệu đường sẽ chỉ ra vị trí lưu lượng đường lên sẽ được phép truyền trong các khung đường lên đã được đồng bộ với các khung đường xuống. Hình 3.2: Điều khiển phương tiện trong hệ thống GTC (one T-CONT per ONU case) Khái niệm điều khiển truy nhập phương tiện trong hệ thống GTC được minh họa trong hình 3.2 OLT gắn các con trỏ (pointer) vào khối điều khiển vật lý đường xuống PCBd, con trỏ này cho biết thời gian ONU bắt đầu và kết thúc việc truyền dữ liệu. Với cách này, chỉ một ONU có thể truy nhập phương tiện tại thời điểm bất kì, và không có xung đột trong quá trình truyền. Các con trỏ trong các byte thông tin cho phép OLT điều khiển phương tiện hiệu quả tại băng tần cố định 64 kbit/s. Tuy nhiên một số OLT có thể chọn cách thiết lập các giá trị cho con trỏ tại các tốc độ lớn hơn và thực hiện điều kheienr băng tần bằng cơ chế động. Việc điều khiển truy nhập phương tiện được thực hiện trong mọi T-CONT tuy nhiên trong hình 9 không minh họa trường hợp ONU chỉ có 1 T- CONT. 3.2.1.2 Đăng ký ONU. Việc đăng kí ONU được thực hiện trong thủ tục discovery tự động. Có hai phương thức đăng kí ONU. Trong phương thức A, số serial của ONU được đăng ký tại OLT qua hệ thống quản lý (NMS hoặc EMS). Trong phương thức B, số serial của ONU không được đăng kí tại OLT qua hệ thống quản lý. 3.2.2 Cấu trúc khung GTC: Hình 3.3 chỉ ra cấu trúc khung hội tụ truyền dẫn lớp GTC cho đường lên và đường xuống. Hình 3.3: Cấu trúc khung hội tụ truyền dẫn lớp GTC Khung đường xuống bao gồm khối điều khiển vật lý đường xuống (PCBd), phần nhiều các cụm truyền dẫn. Mỗi cụm đường lên sẽ bao gồm tối thiểu là tiêu đề lớp vật lý PLOu, ngoài tải tin cụm đường lên còn có thể bao gồm phần Oam lớp vật lý PLOAMu, chuỗi mức công suất đường lên PLSu và phần báo cáo băng tần động đường lên. Khung đường xuống cung cấp tham chiếu thời gian chung cho toàn mạng PON và cung cấp báo hiệu điều khiển chung cho đường lên. Khái niệm điều khiển truy nhập phương tiện được minh họa trong Hình 13 Khái niệm điều khiển truy nhập phương tiện hội tụ truyền dẫn lớp GTC. Việc sắp xếp các trường trong hình được đơn giản hóa cho việc minh họa. Hình 3.4: Khái niệm điều khiển truy nhập phương tiện hội tụ truyền dẫn lớp GTC OLT gửi con trỏ (pointer) trong khối điều khiển vật lý đường xuống PCBd để chỉ ra thời điểm mà mỗi ONU có thể bắt đầu và kết thúc việc truyền dữ liệu đường lên.Bằng cách này, tại mỗi thời điểm chỉ có một ONU duy nhất có thể truy nhập phương tiện và không có va chạm trong quá trình hoạt động bình thường. Các con trỏ được cho dướidạng đơn vị là byte, cho phép OLT điều khiển phương tiện theo các mức băng tần cố định 64 kbit/s. Tuy nhiên, một số OLT có thể lựa chọn để thiết lập các con trỏ và kích thước khe thời gian theo mức lớn nhất và điều khiển băng tần tốt hơn thông qua lập lịch động. Hình 13 chỉ ra trường hợp con trỏ (pointer) được phát theo thứ tự tăng nhưng đây không phải là yêu cầu bắt buộc của giao thức. 3.2.2.1 Cấu trúc khung đường xuống Ví dụ cấu trúc khung đường xuống được cho trong Hình 14 Cấu trúc khung đường xuống hội tụ truyền dẫn lớp GTC. Khung có chiều dài 125xE-6s cho cả tốc độ dữ liệu 1.24416 Gbit/s và 2.48832 Gbit/s do đó khung dài 19440 byte trong hệ thống tốc độ 1.24416 Gbit/s và dài 38880 byte trong hệ thống tốc độ. Chiều dài của PCB đường xuống là như nhau cho cả hai tốc độ và phụ thuộc vào số lượng cấu trúc cấp phát đối với mỗi khung. Hình 3.5: Cấu trúc khung đường xuống hội tụ truyền dẫn lớp GTC 3.2.2.2 Cấu trúc khung đường lên. Ví dụ cấu trúc khung đường lên được cho trong Hình 3.6 Cấu trúc khung đường lên GTC. Hình 3.6: Cấu trúc khung đường lên GTC Độ dài khung bằng độ dài của khung đường xuống đối với các loại tốc độ. Mỗi khung bao gồm các truyền dẫn cho một hoặc nhiều ONU. BWmap (ánh xạ băng tần) thực hiện sắp xếp các truyền dẫn này. Trong quá trình cấp phát băng tần theo sự điều khiển của OLT, ONU có thể phát từ 1 tới 4 loại tiêu đề PON và dữ liệu người dùng. Các loại tiêu đề này như sau: 1. Tiêu đề lớp vật lý đường lên (PLOu); 2. Quản lý vận hành và bảo dưỡng lớp vật lý đường lên (PLOAMu); 3. Chuỗi định mức công suất đường lên (PLSu); 4. Báo cáo băng tần động đường lên (DBRu). Hình 3.7 chỉ ra tiêu đề khung đường lên GTC chỉ ra chi tiết nội dung của các tiêu đề này. Hình 3.7 Tiêu đề khung đường lên GTC OLT sử dụng trường flag trong Bwmap để chỉ ra thông tin PLOAMu, PLSu hay DBRu sẽ được truyền trong mỗi lần cấp phát băng tần hay không. Lịch truyền các thông tin này trong OLT cần phải tính đến nhu cầu về băng tần và độ trễ của các kênh phụ thuộc khi thiết lập tần số truyền dẫn. Mỗi khi một ONU đến lượt sử dụng phương tiện mạng PON từ một ONU khác, nó phải gửi một bản copy mới của thông tin tiêu đề lớp vật lý đường lên PLOu. Trong trường hợp một ONU được nhận 2 nhận dạng cấp phát (Alloc ID) liên tiếp (thời gian kết thúc của 1 nhận dạng nhỏ hơn 1 so với thời gian bắt đầu của nhận dạng tiếp theo), thì ONU sẽ bỏ qua việc gửi thông tin PLOu cho nhận dạng cấp phát thứ 2. ONU có thể bỏ qua việc gửi này nhiều lần bằng với số nhận dạng cấp phát mà OLT cấp cho nó. Yêu cầu cấp phát quyền truy nhập liên tục giúp OLT tránh việc bỏ qua các khoảng trống giữa các lần truyền của cùng một ONU. Các cấp phát truy nhập phải liên tục hoặc theo lịch trình nếu chúng xuất phát từ hai ONU khác nhau. Sau tiêu đề truyền dẫn là dữ liệu tải tin của người dùng được gửi cho đến khi việc cấp phát được chỉ định bởi con trỏ kết thúc (StopTime pointer). 4. Bảo mật: Do đặc tính phát multicast (phát tới nhiều địa chỉ) của mạng PON, GPON cũng cần các cơ chế bảo mật để đảm bảo yêu cầu sau:  Ngăn chặn người dùng khác giả mã dữ liệu đường xuống.  Ngăn chặn người dùng khác giả mạo ONU/ONT hay người dùng khác.  Cho phép triển khai với chi phí hiệu quả. 5. Kết luận: . lý. 3.2.2 Cấu trúc khung GTC: Hình 3.3 chỉ ra cấu trúc khung hội tụ truyền dẫn lớp GTC cho đường lên và đường xuống. Hình 3.3: Cấu trúc khung hội tụ truyền dẫn lớp GTC Khung đường xuống. mỗi khung. Hình 3.5: Cấu trúc khung đường xuống hội tụ truyền dẫn lớp GTC 3.2.2.2 Cấu trúc khung đường lên. Ví dụ cấu trúc khung đường lên được cho trong Hình 3.6 Cấu trúc khung đường lên GTC. . dẫn GTC 3.2.1 Các chức năng chính hệ thống GTC. 3.2.1.1 Điều khiển truy nhập phương tiện. 3.2.1.2 Đăng ký ONU. 3.2.2 Cấu trúc khung GTC 3.2.2.1 Cấu trúc khung đường xuống. 3.2.2.2 Cấu trúc khung