L Ờ I M Ở ĐẦ U
2.2 Nguyờn lý ho ạ t độ ng
Chuẩn IEEE 802.3 định nghĩa hai cấu hỡnh cơ bản cho một mạng Ethernet. Một cấu hỡnh trong đú cỏc trạm sử dụng chung mụi trường truyền dẫn với giao thức đa truy cập súng mang cú phỏt hiện xung đột (CSMA/CD) và cấu hỡnh cũn lại, cỏc trạm sẽ giao tiếp với nhau thụng qua một chuyển mạch sử dụng cỏc tuyến kết nối điểm-điểm và song cụng. Tuy nhiờn, EPON cú một số đặc tớnh mà khiến cho nú khụng thể triển khai trờn một trong hai cấu hỡnh này mà thay vào đú ta phải kết hợp cả hai.
Ở hướng xuống, EPON hoạt động như một mạng quảng bỏ. Khung Ethernet được truyền bởi OLT qua bộ chia quang thụ động 1:N đến từng ONU (với N trong khoảng từ 4 đến 64). ONU sẽ lọc bỏ cỏc gúi tin khụng phải là của nú nhờ vào địa chỉ MAC trước khi truyền cỏc gúi tin cũn lại đến người dựng.
Ở hướng lờn, vỡ đặc tớnh định hướng của bộ kết hợp quang thụ động, khung dữ liệu từ bất kỳ ONU nào chỉ đến OLT và khụng đến cỏc ONU khỏc. Trong trường hợp đú, ở hướng lờn, đặc tớnh của EPON giống như kiến trỳc điểm - điểm. Tuy nhiờn, khụng giống như mạng điểm - điểm thật sự, cỏc khung dữ liệu trong EPON từ cỏc ONU khỏc nhau được truyền đồng thời vẫn cú thể bị xung đột. Vỡ vậy, ở hướng lờn (từ người dựng đến mạng), ONU cần sử dụng một vài cơ chế trỏnh xung đột dữ liệu và chia sẽ dung lượng kờnh quang hợp lý. Ởđõy, luồng dữ liệu hướng lờn được phõn bố theo thời gian.
Hỡnh 2.2: Lưu lượng hướng lờn trong EPON
Nếu khụng cú khung nào trong bộđệm đểđiền vào khe thời gian thỡ 10 bit đặc tớnh rỗng sẽ được truyền. Sự sắp xếp định vị khe thời gian hợp lý cú thể định vị tĩnh (TDMA cố định) hoạt động dựa vào hàng đợi tức thời trong từng ONU (thực hiện thống kờ). Cú nhiều mụ hỡnh định vị như là định vị dựa vào quyền ưu tiờn của dữ liệu, dựa vào chất lượng dịch vụ QoS hay dựa vào mức dịch vụ cam kết SLA.
2.2.1 Giao thức điều khiển đa điểm MPCP (Multi Point Control Protocol)
Để hỗ trợ việc định vị khe thời gian bởi OLT, giao thức MPCP đang được nhúm IEEE 802.3ah phỏt triển. MPCP khụng xõy dựng một cơ chế phõn bổ băng tần cụ thể, thay vào đú, nú là một cơ chế hỗ trợ thiết lập cỏc thuật toỏn phõn bổ băng tần khỏc nhau trong EPON. Giao thức này dựa vào hai bản tin Ethernet: Gate và Report. Bản tin Gate được gửi từ OLT đến ONU để ấn định một khe thời gian truyền. Bản tin Report được ONU sử dụng để truyền đạt cỏc thụng tin về trạng thỏi hiện tại của nú (như mức chiếm giữ của bộ đệm) đến OLT, giỳp OLT cú thể phõn bổ khe thời gian một cỏch hợp lý. Cả hai bản tin Gate và Report đều là cỏc khung điều khiển MAC và được xử lý bởi lớp con điều khiển MAC.
Cú hai mụ hỡnh hoạt động của MPCP: tự khởi tạo và hoạt động bỡnh thường. Mụ hỡnh tự khởi tạo được dựng để dũ cỏc kết nối ONU mới, nhận biết trễ hành trỡnh (round-trip) và địa chỉ MAC của ONU đú. Trong mụ hỡnh bỡnh thường được dựng để phõn bổ cơ hội truyền dẫn cho tất cả cỏc ONU được khởi tạo.
Từ nhiều ONU cú thể yờu cầu khởi tạo cựng một lỳc, mụ hỡnh khởi tạo tự động là một thủ tục dựa vào sự cạnh tranh. Ở lớp cao hơn nú làm việc như sau:
1. OLT chỉ định một khe khởi tạo, một khoảng thời gian mà khụng cú ONU nào khởi tạo trước nào được phộp truyền. Chiều dài của khe khởi tạo này phải tối thiểu là: <transmission size> + <maximum round-trip time> - <minimum round-trip time>; với <transmission size> là chiều dài của cửa sổ truyền mà một ONU chưa khởi tạo cú thể dựng.
2. OLT gửi một bản tin khởi tạo Gate bỏo hiệu thời gian bắt đầu của khe khởi tạo và chiều dài của nú. Trong khi chuyển tiếp bản tin này từ lớp cao hơn đến lớp MAC, MPCP sẽ gỏn nhón thời gian được lấy theo đồng hồ của nú.
3. Chỉ cỏc ONU chưa khởi tạo mới đỏp ứng bản tin khởi tạo Gate. Trong lỳc nhận bản tin khởi tạo Gate, một ONU sẽ thiết lập thời gian đồng hồ của nú theo nhón thời gian đến trong bản tin khởi tạo Gate.
4. Khi đồng hồ trong ONU đến thời gian bắt đầu của khe thời gian khởi tạo (cũng được phõn phối trong bản tin Gate), ONU sẽ truyền bản tin của chớnh nú (khởi tạo Report). Bản tin Report sẽ chứa địa chỉ nguồn của ONU và nhón thời gian tượng trưng cho thời gian bờn trong của ONU khi bản tin Report được gửi.
5. Khi OLT nhận bản tin Report từ một ONU chưa khởi tạo, nú nhận biết địa chỉ MAC của nú và thời gian round-trip. Như được minh họa ở hỡnh 2.3, thời gian round-trip của một ONU là thời gian sai biệt giữa thời gian bản tin Report được nhận ở OLT và nhón thời gian chứa trong bản tin Report.
Hỡnh 2.3: Thời gian round-trip
Từ nhiều ONU chưa khởi tạo, cú thể đỏp ứng cựng bản tin khởi tạo Gate, bản tin Report cú thể xung đột. Trong trường hợp đú, bản tin Report của ONU bị xung đột sẽ khụng thiết lập bất kỳ khe nào cho hoạt động bỡnh thường của nú. Nếu như ONU khụng nhận được khe thời gian trong khoảng
thời gian nào đú, nú sẽ kết luận rằng sự xung đột đó xảy ra và nú sẽ thử khởi tạo lại sau khi bỏ qua một số bản tin khởi tạo Gate ngẫu nhiờn. Số bản tin bỏ tạo lại sau khi bỏ qua một số bản tin khởi tạo Gate ngẫu nhiờn. Số bản tin bỏ được chọn ngẫu nhiờn từ một khoảng thời gian gấp đụi sau mỗi lần xung đột.
Dưới đõy chỳng ta mụ tả hoạt động bỡnh thường của MPCP:
1. Từ lớp cao hơn (MAC control client), MPCP trong OLT đưa ra yờu cầu để truyền bản tin Gate đến một ONU cụ thể với cỏc thụng tin như sau: thời điểm ONU bắt đầu truyền dẫn và thời gian của quỏ trỡnh truyền dẫn (hỡnh 2.4).
Hỡnh 2.4 : Giao thức MPCP-hoạt động của bản tin Gate
2. Trong lớp MPCP (của cả OLT và ONU) duy trỡ một đồng hồ. Trong khi truyền bản tin Gate từ lớp cao hơn đến lớp MAC, MPCP sẽ gỏn vào bản tin này nhón thời gian được lấy theo đồng hồ của nú.
3. Trong khi tiếp nhận bản tin Gate cú địa chỉ MAC phự hợp (địa chỉ của cỏc bản tin Gate đều là duy nhất), ONU sẽ ghi lờn cỏc thanh ghi trong nú thời gian bắt đầu truyền và khoảng thời gian truyền. ONU sẽ cập nhật đồng hồ của nú theo thời gian lưu trờn nhón của bản tin Gate nhận được. Nếu sự sai
biệt đó vượt quỏ ngưỡng đó được định trước thỡ ONU sẽ cho rằng, nú đó mất sự đồng bộ và sẽ tự chuyển sang chế độ chưa khởi tạo. Ở chế độ này, ONU khụng được phộp truyền. Nú sẽ chờ đến bản tin Gate khởi tạo tiếp theo để khởi tạo lại.
4. Nếu thời gian của bản tin Gate được nhận gần giống với thời gian được lưu trờn nhón của bản tin Gate, ONU sẽ cập nhật đồng hồ của nú theo nhón thời gian. Khi đồng hồ trong ONU chỉ đến thời điểm bắt đầu của khe thời gian truyền dẫn, ONU sẽ bắt đầu phiờn truyền dẫn. Quỏ trỡnh truyền dẫn này cú thể chứa nhiều khung Ethernet. ONU sẽđảm bảo rằng khụng cú khung nào bị truyền giỏn đoạn. Nếu phần cũn lại của khe thời gian khụng đủ cho khung tiếp theo thỡ khung này sẽđược để lại cho khe thời gian truyền dẫn tiếp theo và để trống một phần khụng sử dụng trong khe thời gian hiện tại.
Bản tin Report sẽđược ONU gửi đi trong cửa sổ truyền dẫn gỏn cho nú cựng với cỏc khung dữ liệu. Cỏc bản tin Report cú thể được gửi một cỏch tự động hay theo yờu cầu của OLT. Cỏc bản tin Report được tạo ra ở lớp trờn lớp điều khiển MAC (MAC Control Client) và được gỏn nhón thời gian tại lớp điều khiển MAC (Hỡnh 2.5). Thụng thường Report sẽ chứa độ dài yờu cầu cho khe thời gian tiếp theo dựa trờn độ dài hàng đợi của ONU. Khi yờu cầu một khe thời gian, ONU cũng cú tớnh đến cả cỏc phần mào đầu bản tin, đú là cỏc khung mào đầu 64 bit và khung mào đầu IFG 96 bit được ghộp vào trong khung dữ liệu.
Hỡnh 2.5: Giao thức MPCP-hoạt động của bản tin Report
Khi bản tin Report đó được gỏn nhón thời gian đến OLT, nú sẽđi qua lớp MAC (lớp chịu trỏch nhiệm phõn bổ băng tần). Ngoài ra, OLT cũng sẽ tớnh lại chu trỡnh đi và về với mỗi nguồn ONU. Sẽ cú một số chờnh lệch nhỏ