6 Cấu trúc phân lớp của mạng quang GPON
6.2 Lớp hội tụ truyền dẫn GTC
6.2.1Tổng quan
Ngăn xếp giao thức cho lớp hội tụ truyền dẫn GPON (GTC) được minh họa trong Hình 7 Ngăn xếp giao thức hệ thống GTC. Lớp GTC bao gồm hai phân lớp: phân lớp đóng khung GTC (GTC framing sub-layer) và phân lớp tương tích hội tụ truyền dẫn (TC adaption sub-layer). Nhìn từ quan điểm khác thì GTC bao gồm một mặt quản lý và điều khiển C/M thực hiện quản lý dòng lưu lượng người dùng, bảo mật và các đặc tính OAM và một mặt phẳng người sử dụng (U-plane) thực hiện truyền lưu lượng người dùng.
Trang 28/56
Trong hình 7, phần ATM, GEM, OAM và PLOAM trong phân lớp đóng khung GTC được phân biệt theo vị trí trong một khung tín hiệu GTC. Chỉ có phần OAM mang thông tin vận hành, quàn lý và bảo dưỡng được kết cuối tại phân lớp đóng khung GTC để lấy các thông tin điều khiển cho phân lớp này vì thông tin trong phần OAM được gắn trực tiếp vào tiêu đề của khung GTC. Thông tin vận hành, quản lý và bảo dưỡng lớp vật lý PLOAM (Physical layer Operation Administration and Maintenance) được xử lý tại khối PLOAM trong phân lớp này. Các gói tin dịch vụ SDU (Service Data Unit) trong phần ATM và GEM được chuyển thành/từ gói tin giao thức PDU (Protocol Data Unit) của phần ATM và GEM tại mỗi phân lớp thích ứng hội tụ tương ứng. Ngoài ra các PDU còn bao gồm dữ liệu kênh OMCI, được xem xét ở phân lớp hội tụ này và được trao đổi với thực thể giao diện điều khiển và quản lý ONU (OMCI-ONU Management and Control Interface). Các thực thể OAM, PLOAM và OMCI thuộc mặt quản lý và điều khiển (C/M plane). Các SDU ngoại trừ phần OMCI và ATM, GEM thuộc mặt người sử dụng (U plane).
Lớp đóng khung GTC là trong suốt đối với tất cả mọi dữ liệu được phát và lớp đóng khung GTC trong OLT là lớp ngang cấp trực tiếp với các lớp đóng khung GTC trong ONU.
Khối điều khiển cấp phát băng tần động (DBA control) là khối chức năng chung, có trách nhiệm cấp phát băng tần động cho toàn bộ các ONU.
G-PON Physical Media Dependent (GPM) layer GTC framing sub-layer
ATM TC adapter GEM TC adapter OMCI adapter PLOAM GEM client OMCI ATM client TC adaptation sub-layer
G-PON Transmission Convergence (GTC) layer
DBA control
Hình 7 Ngăn xếp giao thức hệ thống GTC
Trong lớp hội tụ GTC, OLT và ONU không cần thiết phải có cả 2 chế độ hỗ trợ giao thức ATM hay GEM. Việc nhận dạng chế độ nào đang được yêu cầu ngay khi cài đặt hệ thống. ONU thông báo chế độ làm việc ATM hay GEM thông qua bản tin Serial_Number. Nếu OLT có thể giao tiếp với một trong số các chế độ mà ONU đưa ra thì nó sẽ tiến hành thiết lập kênh giao diện điều khiển và quản lý ONU (OMCI) và
Trang 29/56
thiết bị ONU sẽ xuất hiện trong mạng. Nếu OLT không hỗ trợ chế độ hoạt động mà ONU đưa ra thì ONU sẽ được xếp vào hàng đợi nhưng sẽ được thông báo không tương thích với hệ thống đang hoạt động.
6.2.2 Ngăn xếp giao thức trong mặt phẳng điều khiển/quản lý (C/M planes)
Mặt phẳng điều khiển và quản lý trong phân lớp GTC bao gồm 3 phần:
- OAM và PLOAM: quản lý các chức năng phụ thuộc phương tiện vật lý PMD và các lớp GTC.
- OMCI: cung cấp hệ thống quản lý đồng bộ các lớp cao hơn (lớp dịch vụ)
Kênh OAM được thực hiện bởi các thông tin trong tiêu đề của khung GTC. Kênh này có đường truyền với trễ nhỏ để truyền các thông tin điều khiển khẩn cấp vì mỗi mẩu tin đều được ánh xạ vào một trường riêng biệt trong tiêu đề của khung GTC. Các chức năng sử dụng kênh này bao gồm: chức năng cấp phát băng thông, chức năng chuyển mạch chính, chức năng báo hiệu cấp phát băng tần động. Các thông tin chi tiết về kênh này sẽ được đề cập đến trong mục về chi tiết khung GTC.
Kênh PLOAM bao gồm các thông tin được dành riêng chỗ trong khung GTC. Kênh này được dùng cho tất cả các thông tin quản lý GTC và PMD khác không được gửi qua kênh OAM.
Kênh OMCI được dùng để quản lý các lớp dịch vụ nằm trên lớp GTC. GTC cung cấp 2 lựa chọn về giao diện truyền tải cho lưu lượng quản lý này là ATM và GEM. Chức năng GTC cung cấp phương tiện để cấu hình các kênh tùy chọn này sao cho đáp ứng được khả năng của thiết bị bao gồm nhận dạng luồng giao thức truyền tải (VPI/VCI hoặc Port-ID).
Trang 30/56
– BW granting – Key switching – DBA
Multiplexing based on frame location PLOAM
partition ATM partition GEM partition
Frame header Alloc-ID filter Embedded OAM
ATM TC adapter GEM TC adapter VPI/VCI filter Port-ID filter OMCI adapter OMCI PLOAM GTC framing sub-layer TC adaptation sub-layer Alloc-ID filter
Hình 8 Các khối chức năng trong mặt điều khiển và quản lý
6.2.3Ngăn xếp giao thức trong mặt phẳng người dùng
Luồng lưu lượng trong mặt phẳng người dùng được xác định bằng loại lưu lượng (ATM hoặc GEM) và tên luồng ảo (VPI) hay nhận dạng cổng (Port-ID). Hình 8 tổng kết các nhận dạng theo lưu lượng và theo VPI/Port-ID. Loại lưu lượng được thể hiện ở phần đường xuống hoặc số nhận dạng đường lên (allocation ID hay Alloc-ID) mang dữ liệu. Port-ID gồm 12 bit được dùng để xác định luồng trong trường hợp lưu lượng là GEM. VPI được sử dụng đối với trường hợp lưu lượng là ATM.
T-CONT là khối truyền dẫn (transmission container) bao gồm nhiều luồng lưu lượng, được xác định bởi nhận dạng Alloc-ID. T-CONT có chức năng cấp phát băng tần và điều khiển QoS bằng cách cấp phát băng tần với số khe thời gian khác nhau. Lưu lượng ATM và GEM không thể có cùng nhận dạng Alloc-ID.
Trang 31/56
Hình 9 Ngăn xếp giao thức cho mặt phẳng người dùng
Tổng kết các hoạt động trong mỗi luồng lưu lượng như sau: 1) Lưu lượng ATM trong lớp GTC
Ở đường xuống, các tế bào ATM được truyền trong phần ATM (ATM partition) tới tất cả các ONU. Phân lớp đóng gói ONU thu các tế vào và bộ tương thích hội tụ truyền dẫn ATM (ATM TC adapter) lọc các tế bào dựa trên nhận dạng đường ảo VPI. Chỉ có các tế bào với VPI thích hợp mới được đưa tới chức năng ATM client.
Ở đường lên, lưu lượng ATM được truyền trong một hoặc nhiều T-CONTs. Mỗi T-CONT được liên kết với một lưu lượng ATM hoặc GEM duy nhất. OLT nhận các thông tin gắn với T-CONT có nhận dạng là Alloc-ID, và các tế bào được chuyển tiếp tới bộ thích ứng hội tụ truyền dẫn ATM (ATM TC adapter) và sau đó đến ATM client.
2) Lưu lượng GEM trong lớp GTC
Ở đường xuống, các khung GEM được truyền trong phần GEM (GEM partition) và tới tất cả các ONU. Phân lớp đóng gói ONU lọc các khung và bộ tương thích hội tụ truyền dẫn GEM (GEM TC adapter) lọc các tế bào dựa trên port-ID. Chỉ có các
Trang 32/56
khung có Port-ID thích hợp mới được cho chuyển tới chức năng GEM client.
Ở đường lên, lưu lượng GEM được truyền trên một hoặc nhiều T-CONT. Mỗi T- CONT được liên kết với một lưu lượng ATM hoặc GEM duy nhất. OLT nhận các thông tin gắn với T-CONT, và các tế bào được chuyển tiếp tới bộ thích ứng hội tụ truyền dẫn GEM (GEM TC adapter) và sau đó đến GEM client.
6.2.4Các chức năng chính hệ thống GTC
Sau đây là hai chức năng chính của lớp hội tụ truyền dẫn mạng GPON (GTC)
6.2.4.1 Điều khiển truy nhập phương tiện (Media access control flow)
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 10 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 10. 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.
Trang 33/56
6.2.4.2 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.
6.2.5Các chức năng của các phân lớp trong hệ thống GTC 6.2.5.1 Phân lớp đóng khung GTC (GTC framing sub-layer) 6.2.5.1 Phân lớp đóng khung GTC (GTC framing sub-layer)
Phân lớp đóng khung GTC thực hiện ba chức năng sau đây:
1.Ghép kênh và phân kênh
Các thành phần PLOAM, ATM và GEM được ghép kênh vào khung TC đường xuống tùy theo thông tin về ranh giới trong tiêu đề của khung. Mỗi thành phần được trích ra từ một đường lên tùy theo chỉ thị trong tiêu đề.
2.Tạo tiêu đề và giải mã
Tiêu đề khung TC được tạo và định dạng trong khung đường xuống. Tiêu đề trong khung đường lên được giải mã.
3.Chức năng định tuyến nội bộ dựa trên Alloc-ID
Định tuyến dựa trên Alloc-ID được thực hiện đối với dữ liệu đến/từ bộ thích ứng hội tụ truyền dẫn ATM và GEM
6.2.5.2 Phân lớp thích ứng GTC và giao diện với các thực thể lớp trên
Phân lớp thích ứng bao gồm 3 bộ thích ứng phân lớp hội tụ: bộ thích ứng hội tụ truyền dẫn ATM (ATM TC adapter), bộ thích ứng hội tụ truyền dẫn GEM (GEM TC adapter) và bộ thích ứng giao diện điều khiển quản lý ONU (OMCI adapter). Các bộ thích ứng hội tụ ATM và GEM xem xét các PDU của phần ATM và GEM trong phân lớp đóng khung GTC và ánh xạ các PDU vào từng phần.
Các bộ thích ứng cung cấp giao diện sau đây cho các thực thể lớp trên: 1) Giao diện ATM
Phân lớp đóng khung GTC và bộ thích ứng hội tụ truyền dẫn ATM liên kết với nó cung cấp các giao diện TAM chuẩn theo tiêu chuẩn ITU-T Rec. I.432.1 cho các dịch vụ ATM. Các thực thể lớp ATM thường có thể được sử dụng như là các ATM client.
2) Giao diện GEM
Bộ thích ứng hội tụ truyền dẫn GEM có thể được cấu hình để tương thích các khung vào nhiều loại giao diện truyền khung khác nhau.
Các bộ thích ứng còn nhận dạng các kênh OMCI theo tên kênh ảo/tên đường ảo (VPI/VCI) đối với ATM và theo Port-ID đối với GEM. Bộ thích ứng OMCI có thể trao đổi dữ liệu kênh OMCI cho các bộ thích ứng ATM TC và GEM TC. Bộ thích ứng OMCI nhận dữ liệu từ các bộ thích ứng TC này và truyền nó tới thực thể OMCI và chuyển dữ liệu từ thực thể OMCI tới các bộ thích ứng TC này.
Trang 34/56
6.2.6 Dòng lưu lượng và chất lượng dịch vụ QoS
Mục này đưa ra mối quan hệ giũa lớp GTC và lưu lượng người dùng, và các đặc điểm về chất lượng dịch vụ QoS do GTC quản lý trong mạng PON.
6.2.6.1 Mối liên hệ giữa GTC và quản lý dữ liệu người dùng
1. Dịch vụ ATM
Hệ thống GTC thực hiện quản lý lưu lượng đối với các T-CONT và mỗi T-CONT được nhận dạng bởi 1 Alloc-ID. Một T-CONT có thể bao gồm 1 hoặc nhiều đường ảo và mỗi đường ảo VP có thể bao gồm một hoặc nhiều kênh ảo VC. OLT giám sát lưu lượng trên mỗi T_CONT và thực hiện điều chỉnh việc cấp phát băng tần sao cho tài nguyên mạng PON được phân bố hợp lý. Hệ thống GTC không theo dõi và duy trì các mối liên hệ QoS giữa các VP và VC mà các ATM client tại mỗi đầu cuối của mạng PON sẽ thực hiện chức năng này.
2. Dịch vụ GEM
Hệ thống GTC thực hiện quản lý lưu lượng đối với các T-CONT và mỗi T-CONT được nhận dạng bởi 1 Alloc-ID. Một T-CONT có thể bao gồm 1 hoặc nhiều GEM Port-ID. OLT giám sát lưu lượng trên mỗi T_CONT và thực hiện điều chỉnh việc cấp phát băng tần sao cho tài nguyên mạng PON được phân bố hợp lý. Hệ thống GTC không theo dõi và duy trì các mối liên hệ QoS giữa các Port-ID mà các GEM client tại mỗi đầu cuối của mạng PON sẽ thực hiện chức năng này.
6.2.6.2 Khái niệm cấp phát tài nguyên
Tài nguyên có thể được cấp phát cho các liên kết logic theo phương thức tĩnh hoặc động. Trong trường hợp cấp phát tài nguyên động, OLT sẽ khảo sát tình trạng tắc nghẽn bằng cách kiểm tra các báo cáo cấp phát tài nguyên động (DBA) từ ONU và/hoặc từ chính luồng lưu lượng tới. Do đó OLT có thể cấp phát đầy đủ tài nguyên cho các ONU. Các chức năng chính của bộ cấp phát tài nguyên động DBA trong GPON được cho trong bảng 6.
G-PON DBA
Đơn vị điều khiển T-CONT
Nhận dạng T-CONT Alloc-ID
Đơn vị báo cáo - Tế bào ATM đối với phần ATM
- Các khung có độ dài cố định (mặc định là 48 bytes) đối với phần GEM
Cơ chế báo cáo Trường OAM (báo cáo băng tần động
đường lên DBRu) trong chế độ 0 và báo cáo trạng thái loại T-CONT là phương thức mặc định.
Báo cáo DBRu trong chế độ 1 và 2 và báo cáo DBA cua ONU là phương thức tùy chọn.
Trang 35/56
Lưu ý:
chế độ 0: gửi 2 byte DBRu chế độ 1: gửi 3 byte DBRu chế độ 2: gửi 5 byte DBRu
Chi tiết về các chế độ được tham chiếu đến tài liệu ITU-T G.984.3 mục 8.4.2
Bảng 6 Các chức năng chính của G-PON DBA
Trong trường hợp cấp phát băng tần tĩnh, OLT sẽ cấp phát băng tần theo băng tần cung cấp, chi tiết phương thức này tham chiếu đến tài liệu ITU-T G.983.1
6.2.6.3 Đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS
Chức năng cấp phát tài nguyên động DBA cung cấp nhiều loại QoS khác nhau. Lớp hội tụ GPON đưa ra 5 loại T-CONT với các đặc tính tương tự như T-CONT trong tiêu chuẩn ITU-T G.983.4 như sau:
T-CONT loại 1: có băng tần cố định, băng tần được dành riêng và được cấp phát theo chu kỳ với tốc độ cố định và trễ truyền dẫn được điều khiển. Các tham số mô tả về lưu lượng cho T-CONT loại 1 là băng tần cố định: đặt trước. T-CONT loại 1 có thể đáp ứng với mọi loại QoS. Các OLT không hỗ trợ DBA có thể sử dụng T-CONT loại 1 để đảm bảo QoS. Các OLT có hỗ trợ DBA sử dụng T-CONT loại 1 này để hỗ trợ lưu lượng thời gian thực. Các OLT hỗ trợ DBA luôn cung cấp băng tần cố định cho các kết nối trên T-CONT loại 1 mà không cần kiểm tra có thông tin cần truyền hay không.
T-CONT loại 2: có băng tần cung cấp được đảm bảo. Băng tần được đảm bảo nghĩa là băng tần trung bình được cấp phát cố định trong các khoảng thời gian xác định. Băng tần này khác với băng tần cố định trong T-CONT loại 1 được điều khiển cho một dải độ trễ nhỏ. T-CONT loại 1 đảm bảo độ trễ truyền và sự thay đổi trễ và tốc độ truyền còn T-CONT loại 2 chỉ đảm bảo tốc độ truyền. Chỉ các OLT hỗ trợ DBA mới hỗ trợ T-CONT loại 2. Các tham số mô tả về lưu lượng cho T-CONT loại 2 là: băng tần đảm bảo: đặt trước. Ứng dụng cho T-CONT loại 2: có thể hỗ trợ tất cả các mức QoS trừ mức 1 (dịch vụ phi thời gian thực).
T-CONT loại 3: có băng tần đảm bảo và băng tần không đảm bảo. T-CONT loại 3 sẽ