L ỜI NểI ðẦ U 1-
2.5.1. Kỹ thuật truy nhậ p 2 4-
Kỹ thuật truy nhập ủược sử dụng phổ biến trong cỏc hệ thống GPON hiện nay là ủa truy nhập phõn chia theo thời gian (TDMA).
TDMA là kỹ thuật phõn chia băng tần truyền dẫn thành những khe thời gian kế tiếp nhau. Những khe thời gian này cú thểủược ấn ủịnh trước cho mỗi khỏch hàng hoặc cú thể phõn theo yờu cầu tuỳ thuộc vào phương thức chuyển giao ủang sử dụng. Hỡnh 2-6 dưới ủõy là một vớ dụ về việc sử dụng TDMA trờn GPON hỡnh cõy. Mỗi thuờ bao ủược phộp gửi số liệu ủường lờn trong khe thời gian riờng biệt. Bộ tỏch kờnh sắp xếp số liệu ủến theo vị trớ khe thời gian của nú hoặc thụng tin ủược gửi trong bản thõn khe thời gian. Số liệu ủường xuống cũng ủược gửi trong những khe thời gian xỏc ủịnh.
Hỡnh 2-6: TDMA GPON
GPON sử dụng kỹ thuật TDMA cú ưu ủiểm rất lớn ủú là cỏc ONU cú thể
hoạt ủộng trờn cựng một bước súng, và OLT hoàn toàn cú khả năng phõn biệt
ủược lưu lượng của từng ONU. OLT cũng chỉ cần một bộ thu, ủiều này sẽ dễ
dàng cho việc triển khai thiết bị, giảm ủược chi phớ cho cỏc quỏ trỡnh thiết kế, sản xuất, hoạt ủộng và bảo dưỡng. Ngoài ra, việc sử dụng kỹ thuật này cũn cú một ưu ủiểm là cú thể lắp ủặt dễ dàng thờm cỏc ONU nếu cú nhu cầu nõng cấp mạng
Một ủặc tớnh quan trọng của GPON sử dụng TDMA là yờu cầu bắt buộc vềủồng bộ của lưu lượng ủường lờn ủể trỏnh xung ủột số liệu. Xung ủột này sẽ xảy ra nếu hai hay nhiều gúi dữ liệu từ những thuờ bao khỏc nhau ủến bộ
ghộp cựng một thời ủiểm. Tớn hiệu này ủố lờn tớn hiệu kia và tạo thành tớn hiệu ghộp. Phớa ủầu xa khụng thể nhận dạng ủược chớnh xỏc tớn hiệu tới, kết quả là sinh ra một loạt lỗi bit và suy giảm thụng tin ủường lờn, ảnh hưởng ủến chất lượng của mạng. Tuy nhiờn cỏc vấn ủề trờn ủều ủược khắc phục với cơ
chếủịnh cỡ và phõn ủịnh băng thụng ủộng của GPON mà chỳng ta sẽ ủề cập
ở phần sau.
2.5.2. Phương thức ghộp kờnh
Phương thức ghộp kờnh trong GPON là ghộp kờnh song hướng. Cỏc hệ
đõy là giải phỏp ủơn giản nhất ủối với truyền dẫn song hướng. Nú ủược thực hiện nhờ sử dụng những sợi riờng biệt cho truyền dẫn ủường lờn và xuống. Sự
phõn cỏch vật lớ của cỏc hướng truyền dẫn trỏnh ủược ảnh hưởng phản xạ
quang trong mạng và cũng loại bỏ vấn ủề kết hợp và phõn tỏch hai hướng truyền dẫn. điều này cho phộp tăng ủược quỹ cụng suất trong mạng. Việc sử
dụng hai sợi quang làm cho việc thiết kế mạng mềm dẻo hơn và làm tăng ủộ
khả dụng bởi vỡ chỳng ta cú thể mở rộng mạng bằng cỏch sử dụng những bộ
ghộp kờnh theo bước súng trờn một hoặc hai sợi. Khả năng mở rộng này cho phộp phỏt triển dần dần những dịch vụ mới trong tương lai. Hệ thống này sẽ
sử dụng cựng bước súng, cựng bộ phỏt và bộ thu như nhau cho hai hướng nờn chi phớ cho những phần tử quang-ủiện sẽ giảm.
Nhược ủiểm chớnh của phương thức này là cần gấp ủụi số lượng sợi, mối hàn và connector và trong GPON hỡnh cõy thỡ số lượng bộ ghộp quang cũng cần gấp ủụi. Tuy nhiờn chi phớ về sợi quang, phần tử thụủộng và kỹ thuật hàn nối vẫn ủang giảm và trong tương lai nú chỉ chiếm tỷ lệ nhỏ trong toàn bộ chi phớ hệ thống.
2.6. Phương thức ủúng gúi dữ liệu
GPON ủịnh nghĩa hai phương thức ủúng gúi ATM và GEM (GPON Encapsulation Method). Cỏc ONU và OLT cú thể hỗ trợ cả T-CONT nền ATM hoặc GEM.
Phương thức ủúng gúi dữ liệu GPON (GPON Encapsulation Method Ờ GEM) sử dụng ủể ủúng gúi dữ liệu qua mạng GPON. GEM cung cấp khả
năng thụng tin kết nối ủịnh hướng tương tự ATM. GPON cho phộp hỗ trợ
nhiều loại hỡnh dịch vụ khỏch hàng khỏc nhau. Khỏch hàng ATM ủược sắp xếp trong suốt vào khung GEM trờn cả hai hướng. Khỏch hàng TDM ủược sắp xếp vào khung GEM sử dụng thủ tục ủúng gúi GEM. Cỏc gúi dữ liệu bao gồm cả cỏc khung Ethernet cũng ủược sắp xếp sử dụng thủ tục ủúng gúi
GEM. GEM cũng hỗ trợ việc phõn mảnh hoặc chia nhỏ cỏc khung lớn thành cỏc phõn mảnh nhỏ và ghộp lại ở ủầu thu nhằm giảm trễ cho cỏc lưu lượng thời gian thực. Lưu lượng dữ liệu bao gồm cỏc khung Ethernet, cỏc gúi tin IP, IPTV, VoIP và cỏc loại khỏc giỳp cho truyền dẫn khung GEM hiệu quả và
ủơn giản. GPON sử dụng GEM mang lại hiệu quả cao trong truyền dẫn tải tin IP nhờ sử dụng tới 95% băng thụng cho phộp trờn kờnh truyền dẫn
2.7. định cỡ và phõn ủịnh băng tần ủộng:
2.7.1 Thủ tục ủịnh cỡ (Ranging):
để một ONU cú thể vận hành trong mạng PON nú phải ủược ranging (xỏc
ủịnh cự ly giữa ONU là OLT). Cự ly ranging tối ủa của mạng PON hiện quy
ủịnh là 20km. Khoảng cỏch từ OLT tới ONU là khỏc nhau với mỗi ONU và do ủú trễ khứ hồi RTD (Round Trip Delay) từ mỗi ONU tới OLT là khỏc nhau. Trừ phi trễ khứ hồi RTD ủược xỏc ủịnh chớnh xỏc thỡ ủịnh thời truyền dẫn sẽ khụng thể thực hiện.Vỡ vậy nếu cú một ONU mới kết nối với mạng thỡ trước hết cần ủo RTD. Bằng lệnh của hệ thống vận hành, OLT tựủộng tạo ra của sổ ranging phự hợp ủể ủo trễ và xỏc ủịnh ONU ủể truyền tớn hiệu cho phộp ủo trễ. Chiều dài của cửa sổ ranging ủược thiết lập tựy theo khoảng cỏch giữa OLT và ONU.
Cú hai cỏch xỏc ủịnh ONU cho quỏ trỡnh ranging. Một phương phỏp xỏc
ủịnh duy nhất ONU ủó ủăng ký và phương phỏp khỏc xỏc ủịnh tất cả cỏc ONU chưa ủăng ký. Trong phương phỏp thứ nhất, một ONU với số ID riờng
ủược xỏc ủịnh trong hệ thống vận hành. Trong phương phỏp thứ hai OLT khụng biết số ID riờng của mỗi ONU, khi ủú sẽ cú vài ONU cú thể truyền tớn hiệu cho quỏ trỡnh ủo trễ diễn ra liờn tục. Một biện phỏp giảm xung ủột trong quỏ trỡnh ranging là truyền tớn hiệu cho quỏ trỡnh ủo trễ với một khoảng thời gian chờ ngẫu nhiờn, gần giống như phương phỏp ủược sử dụng trong Ethernet (CSMA/CD). Thậm chớ nếu cú xảy ra xung ủột ngay bước ủầu thỡ
vẫn cú thể tiến hành ủo trễ bằng cỏch lặp lại quỏ trỡnh truyền dẫn hai hay ba lần.
Vỡ dữ liệu thuờ bao khụng ủược truyền trước khi quỏ trỡnh ranging kết thỳc nờn sẽ khụng làm tăng trễ truyền dẫn dữ liệu. Ngoài ra thời gian chờ ngẫu nhiờn ủược sử dụng ủể chống xung ủột khụng ủược bao gồm trong phộp ủo trễ khứ hồi RTD.
Thủ tục ranging của GPON ủược chia thành 2 pha. Ở pha thứ nhất ủăng ký số sờri cho ONU chưa ủăng ký và cấp phỏt ONU-ID cho ONU ủó thực hiện. Số sờri là ID xỏc ủịnh ONU và phải là duy nhất, ủồng thời ONU-ID ủược sử
dụng ủểủiều khiển, theo dừi và kiểm tra ONU.
Hỡnh 2-7: GPON Ranging pha 1
Cỏc bước trong pha thứ nhất:
1. OLT xỏc ủịnh tất cả cỏc ONU hiện ủang hoạt ủộng ủể cho dừng quỏ trỡnh truyền dẫn (cỏc ONU ngừng truyền dẫn Ờ (1) ONU halt)
2. OLT xỏc ủịnh ONU khụng cú ONU-ID ủể yờu cầu truyền số sờri (bản tin yờu cầu số sờri Ờ (2) serial_number request)
3. Sau khi nhận ủược yờu cầu truyền số sờri, ONU khụng cú ONU-ID sẽ truyền số sờri (quỏ trỡnh truyền số sờri Ờ (3) SN transmission) sau khi chờ một khoảng thời gian ngẫu nhiờn (tối ủa 50ms).
4. OLT chỉủịnh một ONU-ID tới ONU chưa ủăng ký mà OLT ủó nhận
ủược số sờri (bản tin chỉủịnh ONU-ID Ờ (4) assign ONU-ID).
Trong pha tiếp theo RTD ủược ủo cho mỗi ONU ủó ủăng ký mới. Thờm vào ủú pha này cũng ủược ỏp dụng cho cỏc ONU bị mất tớn hiệu trong quỏ trỡnh thụng tin.
Hỡnh 2-8: GPON Ranging pha 2
Cỏc bước trong pha thứ hai bao gồm:
5. OLT xỏc ủịnh tất cả cỏc ONU ủang thụng tin ủể cho dừng quỏ trỡnh truyền dẫn luồng lờn (cỏc ONU ngừng truyền dẫn Ờ (5) ONU halt)
6. Sử dụng cỏc số sờri, OLT xỏc ủịnh một ONU nhất ủịnh và chỉ ONU
ủú ủược truyền tớn hiệu cho quỏ trỡnh ủo trễ (bản tin yờu cầu ranging Ờ (6) ranging request)
7. ONU cú số sờri trựng với số sờri OLT ủó xỏc ủịnh sẽ truyền tớn hiệu cho quỏ trỡnh ủo trễ (quỏ trỡnh truyền ranging Ờ (7) ranging transmission), bao gồm cả ONU-ID ủó chỉủịnh trong pha 1.
8. OLT ủo RTD phụ thuộc vào thời gian mà tớn hiệu sử dụng cho phộp
ủo trễ ủược thu. Hơn nữa, sau khi xỏc nhận sự kết hợp giữa số sờri và ONU-ID là ủỳng, OLT thụng bỏo trễ cõn bằng (Equalization Delay = Teqd Ờ RTD) tới ONU (bản tin thời gian ranging Ờ (8) Ranging_time message). Trong ủú Tepd là hằng số và giỏ trị RTD lớn nhất ủược xỏc
ủịnh trong mạng PON. Vớ dụ với khoảng cỏch tối ủa 20km thỡ Teqd = 200ms.
9. ONU lưu giỏ trị trễ cõn bằng và tạo trễ ủịnh thời cho chuỗi dữ liệu truyền dẫn luồng lờn với giỏ trị này.
2.7.2 Phương thức cấp phỏt băng thụng:
Tại hướng lờn băng thụng ủược sử dụng bởi cỏc ONU khụng chỉ phụ
thuộc vào bối cảnh lưu lượng tại cỏc ONU cú liờn quan mà ủồng thời liờn quan ủến lưu lượng tại cỏc ONU khỏc trong mạng. Vỡ sử dụng mụi trường chia sẻ băng thụng nờn lưu lượng truyền bởi mỗi ONU cú khả năng bị xung
ủột và quỏ trỡnh truyền lại làm giảm hiệu suất. Do ủú hướng lờn GPON sử
dụng phương thức cấp phỏt băng thụng ủộng DBA (Dynamic Bandwidth Assignment). Cỏc khung truyền dẫn hướng lờn ủược chia thành 5 loại I → V Ờ TCONT (Transmission Container) sử dụng ủể quản lý việc cấp phỏt băng thụng hướng lờn. Dịch vụ loại I Ờ TCONT trờn cơ sở ủược cấp phỏt băng thụng cốủịnh hay là dịch vụ yờu cầu băng thụng cốủịnh, khụng ủược phục vụ
bởi DBA. Loại II Ờ TCONT cho dịch vụ cú tốc ủộ bit thay ủổi với yờu cầu về
trễ và jitter như truyền hỡnh và VoIP. Loại III Ờ TCONT cho cỏc dịch vụủược
ủảm bảo về trễ. Loại IV Ờ TCONT cho lưu lượng best-effort. Loại V Ờ TCONT là kết hợp của hai hay nhiều loại x Ờ TCONT ở trờn. Bỏo cỏo mẫu lưu lượng gửi tới OLT bởi mỗi ONU bao gồm mẫu của mỗi loại TCONT và chờ sự cấp phỏt từ phớa OLT. OLT sẽ dựa vào loại TCONT ủể ra quyết ủịnh cấp phỏt băng thụng hướng lờn cho ONU.
Hỡnh 2-9: Bỏo cỏo và phõn bố băng thụng trong GPON Thủ tục cấp phỏt núi chung gồm cỏc bước sau:
1. ONU lưu dữ liệu thuờ bao cho lưu lượng hướng lờn vào bộủệm 2. Khối dữ liệu chứa trong bộủệm ủược bỏo tới OLT như một yờu cầu
tại một thời ủiểm quy ủịnh bởi OLT
3. OLT xỏc ủịnh thời gian bắt ủầu truyền dẫn và khoảng thời gian truyền cho phộp (1/4 cửa sổ truyền dẫn) tới ONU như một sự cấp phộp
Hỡnh 2-10: Thủ tục cấp phỏt băng thụng trong GPON
2.8. Bảo mật và mó húa sửa lỗi
Bảo mật: Do mạng GPON là mạng ủiểm Ờ ủa ủiểm nờn dữ liệu hướng xuống cú thể ủược nhận bởi tất cả cỏc ONU. Cụng nghệ GPON sử dụng bảo mật hướng xuống với chuẩn mật mó tiờn tiến AES (Advanced Encrytion Standard). Dữ liệu thuờ bao trong khung luồng xuống ủược bảo vệ thụng qua lược ủồ mật mó húa AES và chỉ phần tải lưu lượng trong khung ủược mó hoỏ. Với hướng lờn xem như liờn kết ủiểm Ờ ủiểm và khụng sử dụng mó húa bảo mật.
Sửa lỗi tiến FEC (Forward Error Correction): Cụng nghệ GPON sử dụng phương phỏp sửa lỗi tiến FEC. FEC mang lại kết quả tăng quỹ ủường truyền lờn 3ữ4dB (ủộ lợi mó húa) vỡ vậy cho phộp tăng tốc ủộ bit và khoảng cỏch giữa OLT và cỏc ONU cũng như hỗ trợ tỉ số chia lớn hơn trong mạng. FEC
ủược tựy chọn sử dụng trong cả hướng lờn và hướng xuống, dựng mó Reed Solomon thường là RS (255,239).
2.9. Khả năng cung cấp băng thụng
a. Hướng xuống:
Yờu cầu băng thụng của cỏc dịch vụ cơ bản:
Băng thụng yờu cầu của một kờnh HDTV = 18 Mbit/s
Băng thụng yờu cầu của một kờnh SDTV = 3 Mbit/s
Truy cập Internet tốc ủộ cao = 100 Mbit/s trờn mỗi thuờ bao với tỷ lệ dựng chung 20:1
Voice IP tốc ủộ 100 Kbit/s
Trong ủú tốc ủộ hướng xuống của GPON = 2,488 Mbit/s ì hiệu suất 92% = 2289 Mbit/s. Trong ứng dụng nhiều nhúm người sử dụng (MDU: multiple- dwelling-unit), với tỷ lệ chia là 1:32, GPON cú thể cung cấp dịch vụ cơ bản bao gồm truy cập Internet tốc ủộ cao và Voice ủến 32 ONU, mỗi ONU cung cấp cho 8 thuờ bao.
b. Hướng lờn:
ITU G 984 GPON khụng những cú khả năng hỗ trợ tất cả cỏc yờu cầu về
hệ thống mạng mà cũn cung cấp một cơ chế QoS riờng cho lớp PON vượt ra ngoài cỏc phương thức Ethernet lớp 2 và phõn loại dịch vụ (Class of Service - CoS) IP lớp 3 ủểủảm bảo việc phõn phỏt cỏc thụng tin voice, video và TDM chất lượng cao thụng qua mụi trường chia sẻ trờn nền TDMA. Tuy nhiờn, cỏc cơ chế CoS ở lớp 2 và lớp 3 chỉ cú thểủạt mức tối ủa là QoS ở lớp truyền tải. Nếu lớp truyền tải cú ủộ trễ và dung sai lớn thỡ việc phõn chia mức ưu tiờn dịch vụ khụng cũn ý nghĩa. đối với TDMA PON, dung lượng cung cấp QoS hướng lờn sẽ bị hạn chế khi tất cả cỏc ONU của PON sử dụng hết băng thụng hướng lờn và ưu tiờn của nú trong TDMA. Hướng lờn GPON cú thụng lượng
ủến 1,25 Gbits/s.
GPON sử dụng băng thụng ngoài băng ủể cấp phỏt bản ủồ với khỏi niệm khối lưu lượng (T-CONT) cho hướng lờn. Khung thời gian hướng lờn và
hướng xuống sử dụng khung tiờu chuẩn viễn thụng 8 kHz (125 às), và cỏc dịch vụủược ủúng gúi vào cỏc khung theo nguyờn bản của nú thụng qua quỏ trỡnh mụ hỡnh ủúng gúi GPON (GEM). Giống như trong SONET/SDH, GPON cung cấp khả năng chuyển mạch bảo vệ với thời gian nhỏ hơn 50ms.
điều cơ bản làm cho GPON cú trễ thấp là do tất cả lưu lượng hướng lờn TDMA từ cỏc ONU ủược ghộp vào trong một khung 8 KHz. Mỗi khung hướng xuống bao gồm một bản ủồ cấp phỏt băng thụng hiệu quả ủược gửi quảng bỏ ủến tất cả cỏc ONU và cú thể hỗ trợ tớnh năng tinh chỉnh cấp phỏt băng thụng. Cơ chế ngoài băng này cho phộp GPON DBA hỗ trợ việc ủiều chỉnh cấp phỏt băng thụng nhiều lần mà khụng cần phải sắp xếp lại ủể tối ưu húa tận dụng băng thụng.
c. Băng thụng hữu ớch:
Cụng nghệ GPON hỗ trợ tốc ủộ lờn tới 1,25 Gbit/s hoặc 2,5 Gbit/s hướng xuống, và hướng lờn, hỗ trợ nhiều mức tốc ủộ trong khoảng từ 155 Mbit/s
ủến 2,5 Gbit/s. Hiệu suất sử dụng băng thụng ủạt trờn 90%.