4.4.1 Cấu trúc siêu khung của ADSL
Thông tin dữ liệu ADSL đợc phát giữa ATU-R và ATU-C đợc tổ chức vào các frame và sau đó thành superframe. Một superframe gồm 68 frame có những chức năng khác nhau.
Mỗi siêu khung đợc truyền trong 17ms không phụ thuộc vào tốc độ đờng truyền. Mỗi khung cũng đợc truyền trong khoảng thời gian 250às. Nh vậy độ dài của mỗi khung và siêu khung thay đổi theo chất lợng đờng truyền, cụ thể là tốc độ đợc xác định tại thời điểm khởi tạo đờng truyền và các thời điểm kiểm tra và thay đổi tốc độ sau đó. Tuỳ theo trạng thái đờng dây lúc bắt đầu chuyển đổi, số tần số hỗ trợ và lợng dữ liệu đợc mã hoá trong mỗi tần số sẽ thay đổi. Các tần số trong vùng nhiễu của phổ đợc bỏ đi, việc mã hoá và phân tải sẽ đảm bảo dữ liệu đợc truyền tối u trên mỗi tần số phù hợp với các trạng thái riêng biệt của đờng dây.
Một khung dữ liệu ADSL đợc chia làm hai phần, phần dữ liệu nhanh (fast data) và phần dữ liệu interleave.
Cấu trúc khung của bộ đệm dữ liệu nhanh:
Phần dữ liệu nhanh có cấu trúc kiểm soát lỗi đơn giản đợc dùng để truyền các dữ liệu yêu cầu trễ nhỏ và cho phép có lỗi nh tín hiệu video, audio. Phần dữ liệu này đợc truyền sau một phần gọi là byte nhanh chứa thông tin sửa lỗi CRC và có thể là bit chỉ thị. Tiếp đó là trờng sửa lỗi FEC nhằm sửa lỗi tại chỗ vì hầu hết các loại dữ liệu âm thanh, hình ảnh không cho phép gửi các frame có lỗi.
Byte đầu tiên của khung là byte đồng bộ đờng nhanh (fast byte) luôn có thậm chí khi không có kênh logic nào sử dụng đờng nhanh.
Nó có 4 trờng hợp sử dụng:
Mang thông tin CRC cho siêu khung( trong khung 0). Mang các bit chỉ định (indicator bit).(khung 1,34,35)
Mang dữ liệu kênh EOC (2-33 và 36- 67 khi bit có trọng số thấp nhất là 1). Thông tin điều khiển đồng bộ (2-33 và 36- 67 khi bit có trọng số thấp nhất là 1).
Dữ liệu từ bộ đệm nhanh đợc chèn liên tục vào các byte tiếp sau fast byte. Đó là các byte chứa các kênh mang yêu cầu (hình 4.12). Nếu kênh mang nào không dùng thì sẽ không có dữ liệu chèn vào khung tơng ứng. Nếu nh không có dữ liệu nào đợc gửi đi, thì khung chỉ chứa fast byte.
Phần bộ đệm dữ liệu nhanh kết thúc bằng các byte (AEX và LEX) là các byte đợc sử dụng để chèn các byte mở rộng và mã sửa lỗi FEC để cung cấp một số cách đo lờng chống lỗi mà không cần truyền lại khung.
Sinh viên: Trần Quốc Toản Lớp ĐT5-K43 Khung 2 Khung 1 Khung 66 Khung 67 Khung đồng bộ Khung 35 Khung 34 Siêu khung (17 ms) Bộ đệm khung dữ liệu 968/60 x 250às crc 0-7 trong byte nhanh và đồng bộ Ib0-7 trong byte Ib8-15 trong byte Ib16-23 trong
byte (Ib= bit chỉ thị)
Bộ đệm dữ liệu nhanh Bộ đệm dữ liệu xen
Fast byte
Các byte FEC Byte dữ liệu
nhanh Byte dữ liệu xen 1 byte
K
F bytes
Khung dữ liệu ghép, điểm A
RF bytes
Các byte NF
Đầu ra FEC (điểm B) hoặc khung dữ liệu đầu vào mã hoá chùm điểm (điểm C)
Các byte NI
Khung dữ liệu đầu vào mã hoá chùm điểm (điểm C)
Khung 0
Bộ đệm khung dữ liệu (68/69 x 250às)
Hình 4.10: Cấu trúc siêu khung ADSL
Hình 4.11: Tạo khung đờng nhanh đờng xuống
Trong đờng lên cấu trúc khung có dạng:
Chú ý:
- Mỗi một kênh logic đợc phân một số byte dữ liệu xác định, nếu một kênh logic không sử dụng đờng nhanh, số lợng các byte đợc phân chia cho kênh đó bằng 0. Vì vậy sẽ không có những byte trống trong khung.
- Tốc độ các khung:
Sinh viên: Trần Quốc Toản Lớp ĐT5-K43
Các byte NF
Đầu ra FEC (điểm B) hoặc khung dữ liệu đầu vào mã hoá chùm điểm (điểm C) Các byte KF
Ghép khung dữ liệu (điểm A)
byte
1 byte B(AS0)F byte B(AS1)F byte B(AS2)F byte B(AS3)F byte B(LS0)F byte B(LS1)F byte B(LS2)F
byte A F byte L F byte R F Fast
byte AS0 AS1 AS2 AS3 LS0 LS1 LS2 AEX LEX Các byte FEC
FastByte LSO LS1 LS2 LEX
. 4000 17 68 = = s dataframe ms dataframes fdataframe
- Tốc độ dữ liệu của một kênh số liệu :
kbps bytes n s dataframe byte bits bytes n Rchannel = i( )ì8 ì4000 = i( )ì32
Cấu trúc khung của đờng xen:
Phần dữ liệu xen đợc dành cho các lu lợng không nhạy cảm với trễ nhng không cho phép có lỗi ví dụ nh các thông tin số liệu thuần tuý.
Các dữ liệu từ bộ đệm xen đợc chèn vào khung sau các dữ liệu nhanh. Các bit sửa lỗi đợc xen kẽ vào các thông tin rồi gửi đi.
Giống nh đối với đờng nhanh, cấu trúc khung của nó hoàn toàn tơng tự, sự khác nhau chỉ ở byte đồng bộ (syncbyte).
Hình 4.12: Tạo khung đờng xen đờng xuống
Trong đờng lên, cấu trúc khung giống nh đờng nhanh, chỉ khác nhau ở syncbyte và fastbyte.
Chức năng của syncbyte:
- Mang thông tin CRC cho toàn siêu khung (khung 0).
- Mang thông tin điều khiển đồng bộ cho việc thêm vào hay loại bỏ những byte mở rộng từ các kênh logic sử dụng đờng ghép xen.
- Những thông tin khi byte LEX của đờng nghép xen đợc sử dụng để mang 1 byte cho kênh mào đầu AOC.
Sinh viên: Trần Quốc Toản Lớp ĐT5-K43
Các byte KI
Ghép khung dữ liệu (điểm A) Byte đồng
bộ AS0 AS1 AS2 AS3 LS0 LS1 LS2 AEX LEX
byte 1 byte B I (AS0) byte B I (AS1) byte BI (AS2) byte BI (AS3) byte BI (LS0) byte BI (LS1) byte B I (LS2) byte AI byte LI Ghép khung
dữ liệu #0 Ghép khungdữ liệu #1 Ghép khungdữ liệu #s-1 Các byte FEC
Khung dữ liệu
đầu ra FEC #0 đầu ra FEC #1Khung dữ liệu đầu ra FEC # S-1Khung dữ liệu Các byte KI Các byte KI Các byte KI Các byte RI
Các byte NI Các byte NI Các byte NI
- Mang kênh AOC khi không có kênh logic nào sử dụng đờng ghép xen. Khi không có kênh nào sử dụng đờng ghép xen, thông tin đồng bộ kênh logic sử dụng đờng ghép xen là không cần thiết. Trong trờng hợp này cả 2 byte AEX và LEX đợc sử dụng để mang kênh AOC từ khung 1đến khung 67.
4.4.2 Các chế độ phân phối của ADSL
Để sử dung ADSL truyền dữ liệu cho các ứng dụng khác nhau, dữ liệu đợc đóng gói vào các frame theo 4 chế độ phân phối khác nhau: chế độ bit đồng bộ, chế độ adapter mạng số liệu gói, chế đội mạng số liệu gói điểm nối điểm và chế độ ATM:
Hình 4.13 Các chế độ phân phối của ADSL
- Trong các chế độ trên, chế độ bit đồng bộ là đơn giản nhất. Trong chế độ này, số liệu truyền đợc đóng gói vào khung ADSL không có định dạng nào đặc biệt, bất cứ bit đầu vào nào sẽ sinh ra một bit ra y hệt nh vậy. 4 thiết bị bit đồng bộ (nh modem, leased line...) khác nhau có thể kết nối vào ATU-R và sử dụng các kênh mang AS0 tới AS3. Về phía nhà cung cấp dịch vụ, ATU-C chỉ làm một chức năng chuyển đổi duy nhất từ chuỗi bit nhận đợc từ các kênh LS và kênh C vào một mạng chuyển mạch kênh thông thờng.
- Trong chế độ adapter mạng số liệu gói (packet adapter), sự thay đổi duy nhất so với chế độ bit đồng bộ nói trên xảy ra ở phía thuê bao. Thiết bị ATU-R khi
Sinh viên: Trần Quốc Toản Lớp ĐT5-K43
ATU-C Các kênh tốc độ bit cố định Ghép kênh chia thời gian
Dịch vụ chuyển
mạch kênh ATU-C Tới 4 giao diện sử dụng bit đồng bộ
Chế độ bit đồng bộ
ATU-C Các kênh tốc độ bit cố định đa hợp gói (packet ltiplexing) Dịch vụ chuyển
mạch kênh ATU-C liệu gói ở Mạng số
nhà thuê bao Adapter mạng số liệu gói Có thể kết hợp hay tách rời Chế độ adapter mạng số liệu gói
ATU-C Các kênh tốc độ bit cố định đa hợp gói (packet ltiplexing) Dịch vụ chuyển
mạch gói ATU-C Mạng số liệu gói ở nhà
thuê bao Adapter mạng
số liệu gói
Chế độ mạng số liệu gói điểm nối điểm
Có thể kết hợp hay tách rời
ATU-C Các kênh tốc độ bit cố định đa hợp tế bào (cell multiplexing) Dịch vụ chuyển
mạch ATM ATU-C liệu ATM ở Mạng số
nhà thuê bao Adapter mạng số liệu gói Có thể kết hợp hay tách rời Chế độ ATM 63
đó có chức năng chuyển đổi từ chuỗi bit thông thờng sang các gói số liệu. Trong tr- ờng hợp này, mạng ở phía nhà thuê bao phải có chức năng hỗ trợ mạng dữ liệu gói. Tín hiệu số liệu có thể đợc truyền duy nhất trên một kênh mang, ví dụ LS1 mà vẫn cho phép nhiều thiết bị khác nhau sử dụng chung đờng truyền.
- Chế độ phân phối thứ ba là chế độ mạng số liệu gói điểm nối điểm (end-to- end packet mode). Trong chế độ này, ATU-C thay vì kết nối vào mạng chuyển mạch kênh nh trờng hợp trên sẽ kết nối vào mạng chuyển mạch gói và trên đờng truyền, các gói số liệu đợc đóng gói vào trong các khung ADSL. Mạng chuyển mạch gói có thể là mạng X.25 hoặc một mạng IP. Hiện nay, ứng dụng chế độ này đang đợc nghiên cứu và ứng dụng vào việc cung cấp dịch vụ Internet tốc độ cao tới thuê bao.
- Cuối cùng là chế độ ATM điểm nối điểm. Với phơng thức này, các tế bào ATM đợc đóng gói trong các khung ADSL và truyền đi tới đầu bên kia. Nội dung của tế bào ATM có thể là dữ liệu âm thanh, hình ảnh, số liệu đơn thuần hay chính là các gói IP (ADSL có khuyến nghị cho việc sử dụng dịch vụ IP điểm nối điểm trên ADSL-PPP). ở phía thuê bao, các tế bào ATM đợc tách khỏi các khung tới một thiết bị có giao diện ATM hay đợc tách thành dạng ban đầu trớc khi đóng vào tế bào ATM rồi phân bổ trên mạng dữ liệu ở phía thuê bao. ATU-C trong trờng hợp này th- ờng là một bộ phận của thiết bị dồn kênh truy nhập DSL (DSLAM).
Từ những chế độ phân phối trên, mạng ADSL có thể đợc tổ chức thành một số cấu hình khác nhau với những hình thức số liệu khác nhau tới nhiều vị trí trên mạng. Năm 1998, Diễn đàn ADSL đã thống nhất đa ra 6 cấu hình cơ bản của mạng nh hình.Hình thức dữ liệu gói đợc quan tâm nhiều nhất hiện nay là IP. (hình 4.13)
Trong cấu hình thứ nhất, mạng ADSL này chỉ đóng vai trò một tuyến truyền dẫn thụ động, thực hiện ghép kênh phân chia theo thời gian và cung cấp một tốc độ bit không đổi trên các kênh ADSL .
Trong cấu hình thứ 2, các gói tin đợc truyền từ đầu cuối tới đầu cuối qua mạng thờng là các gói IP. Có thể truyền tải các gói Video theo yêu cầu miễn là hai bên hiểu đợc khuôn dạng của gói. Ưu điểm của nó là cho phép mạng có thể kết hợp các luồng gói, chuyển mạch các gói từ và tới các điểm đầu cuối khác nhau.
Trong cấu trúc thứ 3, đây là sự kết hợp của STM và ATM, DSLAM vẫn xử lý các kênh TDM nhng phía sau DSLAM lại xử lý các tế bào ATM cần chuyển tới server với các thông tin đợc cung cấp tới ngời dùng.
Hình 4.13: Các cấu hình mạng ADSL cơ bản.
Trong cấu hình thứ 4, mạng ADSL vẫn sử dụng ATM nhng sẽ sử dụng các gói tin (IP hay các loại khác) trên chính các tuyến ADSL. Mô hình này rất quan trọng vì nó loại bỏ các ống dẫn bit thụ động đồng thời duy trì năng lực tích hợp các loại lu lợng của mạng đờng trục ATM.
Trong cấu hình mạng thứ 5, đây là sự trộn ngẫu nhiên của ATM và IP cho phép các nhà cung cấp vẫn duy trì mode gói ở phía dịch vụ, khách hàng trong khi đó vẫn tận dụng đợc mạng ATM mới nâng cấp
Mạng cuối cùng là chế độ ATM đầu cuối đến đầu cuối, mạng này tận dụng đợc tất cả các u điểm của ATM mà không có chế độ chuyển đổi gói nh các mạng ghép ở trên và nó là mạng trong tơng lai khi mà ATM đã phát triển hoàn toàn.
4.4.3 Ngẫu nhiên hoá
ADSL sử dụng các bộ ngẫu nhiên hoá để hạn chế việc xuất hiện các chuỗi toàn số 0 hoặc 1 gây ra mất định thời tại phía thu. Ngoài ra, quá trình này còn giúp cho các thuật toán xử lý tín hiệu số có thể thực hiện với lợng dữ liệu lớn hơn. Các bộ cân bằng, bộ triệt tiếng vọng, các phơng pháp hoán đổi bit, nhận dạng kênh, và các vòng lặp khôi phục định thời đều có lợi nếu sử dụng bộ tạo ngẫu nhiên.
2 luồng dữ liệu fast và interleaved từ 2 bộ đệm đa ra sẽ đợc ngẫu nhiên hoá riêng rẽ bằng thuật toán sau:
23 18 − − ⊕ ⊕ = n n n n d d d d' ' ' Trong đó: dn là đầu ra thứ n từ bộ đệm
d'n là đầu ra thứ n từ bộ ngẫu nhiên hoá tơng ứng.
Quá trình ngẫu nhiên hoá có thể đợc thực hiện độc lập với đồng bộ ký hiệu.
Sinh viên: Trần Quốc Toản Lớp ĐT5-K43 Các dịch vụ băng rộng Mạng băng rộng (ATM, TCP/IP...) DSLAM Mạng phân bố số liệu ở nhà thuê bao ATU-C ATU-R Chế độ truyền đồng bộ (TDM bit đồng bộ) Dữ liệu gói
ATM điểm nối điểm
Dữ liệu gói ATM Dữ liệu gói ATM Dữ liệu gói
ATM Chế độ truyền đồng bộ (TDM bit đồng bộ)
4.5 Khởi tạo và vận hành
4.5.1 Tiêu đề ADSL
a. Kênh tiêu đề AOC (ADSL Operation Channel):
Mục đính của kênh AOC là chuyển đổi thông tin hoạt động cần thiết cho việc thiết lập lại cấu hình để thay đổi trạng thái đờng dây giữa ATU- C và ATU-R. Kênh AOC nằm trong byte đồng bộ của phần ghép xen khung ADSL. Mỗi khung AOC có độ dài 13 bit gồm 5 bit lệnh và 8 bit dữ liệu.
Tất cả các bản tin AOC đều chứa 1 header xác nhận kiểu và chiều dài của bản tin. Bản tin AOC này đợc lặp lại 5 lần liên tiếp, phía thu chỉ trả lời bản tin AOC chỉ khi nhận đợc 3 bản tin xác nhận trong khoảng thời gian truyền 5 bản tin đó. Ngời gửi phải thêm vào ít nhất 20 khoảng trống vào giữa hai nhóm liên tiếp, mỗi nhóm gồm 5 bản tin nhận dạng liên tục. Sau đây là một ví dụ về thông tin đợc chuyển đổi qua AOC sử dụng giao thức truyền này:
- Bit swapping: Tạo điều kiện cho hệ thống ADSL thay đổi số lợng bit gán cho kênh con DMT hoặc thay đổi năng lợng truyền của một kênh con mà không làm ngắt luồng dữ liệu. Tỷ lệ lỗi bit ở mỗi kênh sẽ đợc giữ ngang bằng nhau và đợc duy trì bằng cách di chuyển liên tục các bit ra khỏi các kênh có tỷ lệ lỗi bit cao đến các kênh có tỷ lệ lỗi bit thấp. Cả 2 ATU ở 2 phía đều có thể khởi đầu cho bit swapping. Thủ tục này ở hai hớng lên và xuống là độc lập nhau và có thể thực hiện đồng thời. ATU nào khởi đầu bit swapping sẽ truyền 1 bản tin yêu cầu và chờ nhận một bản tin xác nhận từ phía bên kia.
b. Kênh hoạt động (Embedded Operation Channel):
EOC hỗ trợ việc đọc và ghi các đăng ký chứa thông tin hoạt động trên ATU- R và ATU-C. Các đang ký theo tiêu chuẩn cho phép truy nhập miền EOC đợc thực hiện nhờ sử dụng các bit trong byte fast của các khung từ 2 đến 32 và từ 36 đến 67 trong một siêu khung. Khung EOC gồm 13 bit trong đó có 5 bit tiêu đề và 8 bit tải, tải có thể là bit dữ liệu hay lệnh đợc gửi cho phía bên kia. Khác với AOC, bản tin EOC luôn đợc khởi đầu từ ATU-C đa tới ATU-R trừ bản tin sự cố mất nguồn.
Sau đây là một số ví dụ về các thông tin đợc chuyển qua EOC sử dụng giao thức EOC:
- ATU- R tự kiểm tra: Bản tin này đợc bắt đầu khi ATU-C yêu cầu ATU- R thực hiện việc tự kiểm tra. Kết quả kiểm tra này sẽ đợc lu lại tại thanh ghi của ATU- R mà ATU-C có thể đọc đợc.