Mỗi khung đường xuống GTC chứa khối điều khiển vật lí (PCBd- downstream Physical Control Block) và phần tải (ATM partition và GEM partition) được mơ tả ở hình 3-16.
Mỗi khung đường xuống GTC dài 125 μs cho cả tốc độ dữ liệu 1.24416 Gbit/s và 2.48832 Gbit/s, do đó khung có chiều dài 19440 byte trong hệ thống tốc độ 1.24416 Gbit/s và 38880 byte trong hệ thống tốc độ 2.48832 Gbit/s.
Đồ án tốt nghiệp 40 Sinh viên: Bùi Thị Phong
OLT phát quảng bá khung đường xuống đến ONU, sau khi nhận khung, ONU sẽ mở khối PCBd để nhận các thông tin liên quan, như thông tin PLOAMd hay thông tin cấp phát băng thơng luồng lên. Cịn đối với phần tải tin, ONU mở phần tải tin thuộc về nó dựa trên Port-ID hay VPI/VCI.
Chi tiết các trường được mơ tả ở hình 3-17.
Hình 3-17: Mô tả chi tiết cấu trúc khung đường xuống
3.6.1.2.1. Trường Psync
Đồ án tốt nghiệp 41 Sinh viên: Bùi Thị Phong
Trường đồng bộ vật lí Psync (Physical Synchrnous) được cố định là 4 byte và nó bắt đầu ở mỗi khối PCBd. ONU sử dụng phần này để tìm vị trí bắt đầu của khung truyền xuống. Mã của trường Psync 0xB6AB31E0. ONU thực hiện cơ chế đồng bộ như hình 3-18.
ONU bắt đầu trạng thái tìm kiếm. ONU tìm ra Psync trong hàng đợi. Mỗi lần nó tìm ra Psync thì nó sẽ chuyển thành pre-sync và thiết lập bộ đếm cài giá trị là 1. Sau đó ONU sẽ tìm Psync khác sau chu kì 125 μs. Cứ mỗi Psync đúng, bộ đếm sẽ tăng thêm 1. Nếu Psync không đúng, ONU sẽ truyền ngược lại trạng thái tìm kiếm. Trong trạng thái pre-sync, nếu bộ đếm truyền đúng tới M1 thì ONU sẽ truyền đến trạng thái đồng bộ sync. Mỗi lần ONU đến trạng thái sync, ONU biểu thị nó đã tìm ra cấu trúc khung down và bắt đầu xử lí thơng tin PCBd. Nếu ONU phát hiện trường Psync M2 kế tiếp khơng đúng, nó sẽ biểu thị là mất khung và trở về trạng thái tìm kiếm.
3.6.1.2.2. Trường ID (Ident)
Trường ID có 4 byte trong đó 1 bit dùng để thơng báo cho ONU nếu dữ liệu được mật mã FEC (Forward Error Corection) ở hướng đường xuống, 1 bit để dự trữ và 30 bit còn lại để đếm số khung (Superframe Counter). 30 bit của trường ID dùng để đếm khung và mỗi ID của khung sẽ lớn hơn khung trước đó. Bất cứ khi nào bộ đếm tăng tới giá trị tối đa (230 khung) thì nó sẽ quay về 0 cho khung tiếp theo.
3.6.1.2.3. Trường PLOAMd (Physical Layer Operation Aministrative Managemant) Managemant)
Trường PLOAM có 13 byte trong PCBd, nó được dùng để gửi bản tin OAM lớp vật lí (PLOAM message) đến các ONU, PLOAM có nhiệm vụ điều khiển, quản lý, định cỡ (ranging), cảnh báo tranh chấp, kích hoạt ONU.
Việc ranging được dùng để các ONU truyền khung ở thời gian chính xác, tính tốn trễ truyền giữa ONU và OLT, để tránh xung đột dữ liệu.
Khi có một ONU mới được chỉ thị trong hệ thống GPON, sự kích hoạt ONU là cần thiết. Những thông tin liên quan được truyền đi bao gồm ONU-ID, serial-number, Port-ID, thông tin lời mở đầu và trường ranh giới.
Đồ án tốt nghiệp 42 Sinh viên: Bùi Thị Phong
1 byte ONU-ID, đánh địa chỉ cho mỗi ONU riêng. Trong lúc sắp xếp, ONU sẽ được gán một số gọi là ONU-ID. Số này có giá trị từ 0 đến 253??. Lúc chưa được sắp xếp trường này có giá trị là 0xFF để quảng bá cho tất cả ONU.
1 byte Message ID chỉ thị loại bản tin sẽ được đóng gói trong phần tải tin.
10 byte Data được dùng cho phần bản tin thực sự của bản tin PLOAM.
1 byte CRC dùng để bảo vệ bản tin PLOAM từ lỗi truyền dẫn.
3.6.1.2.4. Trường BIP (Bit Interleaved Parity)
Trường BIP có 8 bit chứa số bit chẵn lẻ được chèn vào của tất cả byte truyền đi, đầu thu cũng tính số bit được chèn vào là chẵn hay lẻ sau đó so sánh với kết quả của BIP được truyền để đo số lỗi trên đường link.
3.6.1.2.5. Trường chiều dài tải ở hướng xuống Plend (Payload Length downstream) downstream)
Trường chiều dài tải ở hướng xuống có 4 byte chỉ định chiều dài bộ nhớ băng thông US BW và chiều dài phần dành riêng cho ATM trong container truyền dẫn (T- CONT). Trường này được gửi 2 lần:
12 bit đầu biểu diễn chiều dài bộ nhớ băng thông. Điều này giới hạn số ID cấp phát (Alloc-ID) có thể được gán giới hạn đến 4095 (212-1).
Chiều dài phần dành riêng cho ATM được biểu diễn ở 12 bit tiếp theo. Điều này cho phép up lên 4095 cell ATM trong một khung và tốc độ lên tới 10 Gbps. Vì vậy, chiều dài phần tải ATM trong khung là bội số của 53.
8 bit cuối kiểm tra CRC, có nhiệm vụ phát hiện lỗi truyền dẫn. Nó được tính tốn bởi đa thức g(x)=x8+x2+x+1.
3.6.1.2.6. Trường bộ nhớ băng thông đường lên US BW (Upstream BW Map)
Trường BW Map chứa những trường mô tả những khe truy cập cho ONU. Mỗi trường truy cập như vậy gồm 8 byte, được gọi là T-CONT, biểu thị sự cấp phát băng thông ở luồng đường lên. Mỗi khối chứa Alloc-ID của một T-CONT và một trường cờ 12 bit. Toàn bộ số trường trong bộ nhớ được biểu diễn ở chiều dài tải Plend. Khuôn dạng mỗi trường được mơ tả ở hình 3-17.
Trường Alloc-ID chứa 12 bit chỉ thị T-CONT và ONU riêng mà nó được gán thời gian bắt đầu và kết thúc trong hướng up lên của mạng PON.
Đồ án tốt nghiệp 43 Sinh viên: Bùi Thị Phong
Trường cờ chứa 12 bit chỉ thị sự cấp phát đã dùng (Hình 3-17 biểu diễn các chức năng của 12 bit cờ).
Bit 11 gửi PLSu (Power Levelling Sequence Upstream): nếu bit này được cài đặt (1), ONU sẽ gửi thông tin PLSu trong lúc cấp phát. Nếu khơng được cài đặt (0) thì ONU sẽ khơng gửi thơng tin PLSu trong lúc cấp phát.
Bit 10 gửi PLOAMu: nếu bit này được cài đặt (1), ONU sẽ gửi thông tin PLOAMu trong lúc cấp phát. Nếu không được cài đặt (0) thì ONU sẽ khơng gửi thông tin PLOAMu trong lúc cấp phát.
Bit 9 sử dụng sửa lỗi FEC (Forward Error Correction): nếu bit này được cài đặt (1) ONU sẽ tính tốn và chèn FEC trong lúc cấp phát.
Bit 7 và 8 gửi DBRu (Dynamic Bandwidth Report upstream): phụ thuộc vào nội dung 2 bit ONU sẽ gửi DBRu phù hợp với vị trí ID hay khơng.
00: không gửi DBRu
01: gửi DBRu mode 0 (2 byte) 10: gửi DBRu mode 1 (3 byte) 11: gửi DBRu mode 2 (5 byte).
Bit 0-6: dự trữ.
Trường StartTime chứa 16 bit chỉ thị thời gian bắt đầu cấp phát. Thời gian này tính bằng byte, bắt đầu khung là zero. Trường này 16 bit nên giới hạn kích thước của khung up lên là 65,536 byte (216) đánh địa chỉ cho tốc độ up lên tới 2.488 Gbps.
Trường StopTime chứa 16 bit chỉ thị thời gian kết thúc cấp phát. Thời gian này được tính bằng byte, bắt đầu khung là zero. Thời gian kết trúc trỏ đến byte dữ liệu cuối cùng được kết hợp với việc cấp phát này.
Trường CRC: kiểm tra và sửa lỗi, bảo đảm tính tồn vẹn dữ liệu trong truyền dẫn.
3.6.1.2.7. Trường tải (Payload)
Trường tải 2 phần: phần dành riêng cho ATM và phần dành riêng cho GEM.
Phần dành riêng cho ATM: chứa 53 cell ATM. Kích thước phần này được đưa vào trường Plend dành cho ATM. Do đó trường này cũng có kích thước là bội số 53 byte. Các cell truyền xuống thì được lọc ở ONU dựa vào VPI chứa ở mỗi cell.
Đồ án tốt nghiệp 44 Sinh viên: Bùi Thị Phong
Phần dành riêng cho GEM: chứa một số khung GEM phác họa thành đa khung. Kích thước của phần dành riêng GEM thì bằng toàn bộ chiều dài khung trừ đi khối điều khiển PCBd và phần ATM. Khung down được lọc ở ONU dựa vào12- bit Port-ID chứa trong mỗi phân đoạn khung.
3.6.2. Khung đường lên
3.6.2.1. Truyền dẫn đường lên
Khi có những gói tin được truyền từ phía mạng người dùng lên mạng dịch vụ thông qua phần mạng GPON thì sự truyền dẫn đường lên xảy ra như trong hình 3-19.
Hình 3-19: Truyền dẫn đường lên Truyền dẫn đường lên gồm các bước sau: Truyền dẫn đường lên gồm các bước sau: Truyền dẫn đường lên gồm các bước sau:
ONU nhận lưu lượng Ethernet từ phía mạng người dùng.
ONU kiểm tra bộ nhớ cấp phát băng thông được chứa trong trường PCBd từ luồng xuống trước đó. Theo mỗi T-CONT và bộ nhớ cấp phát, ONU biết được bao nhiêu băng thơng đã được cấp phát đến nó và các khe thời gian liên quan.
ONU gói lưu lượng Ethernet vào trong tải GEM và thêm tiêu đề GEM cần thiết. Nếu bản tin OMCI cần được truyền từ ONU đến OLT, nó sẽ được đóng gói trong tiêu đề GEM.
ONU đính kèm các trường PLOu, PLOAMu, PLSu, DBRu theo những đòi hỏi khác nhau bao gồm gửi đáp ứng PLOAM, thông tin liên quan đến mức công suất, và thông tin báo cáo băng thông động.
ONU gửi các khung đã được đóng gói đến splitter. Tất cả các khung ONU sẽ được gói vào trong khung đường lên và gửi đến OLT.
Đồ án tốt nghiệp 45 Sinh viên: Bùi Thị Phong
Khi OLT nhận được khung, nó sẽ chia khung thành nhiều đơn vị theo ONU-ID trong trường PLOu. OLT sẽ kiểm tra các trường PLOAMu, PLSu, DBRu và gửi đáp ứng nếu cần thiết.
OLT nhận các khung GEM, kiểm tra bản tin OMCI trong tiêu đề GEM và cập nhật những thực thể quản lý liên quan nếu cần thiết.
OLT kiểm tra bảng tra cứu và nhận địa chỉ đích liên quan theo Alloc-ID.
Cuối cùng OLT nhận các tải GEM là những khung Ethernet từ mạng người dùng. Khung Ethernet sẽ được truyền đến mạng dịch vụ theo địa chỉ đích.
3.6.2.2. Cấu trúc khung đường lên
Mỗi khung đường lên chứa các truyền dẫn từ một hoặc nhiều ONU. Chiều dài khung là 125 μs. Cấu trúc khung up được biểu diễn ở hình 3-20.
Đồ án tốt nghiệp 46 Sinh viên: Bùi Thị Phong
Hình 3-21: Mơ tả chi tiết cấu trúc khung đường lên
Cấu trúc khung up gồm bốn overhead và phần payload: Overhead lớp vật lí (PLOu- Physical Layer Overhead Upstream), các hoạt động, quản lí và bảo dưỡng lớp vật lí (PLOAMu-Physical Layer Operations, Administration and Management Upstream), san bằng công suất (PLSu- Power Levelling Sequence Upstream), và báo cáo băng thông động (DBRu-Dynamic Bandwidth Report Upstream).
3.6.2.2.1. Trường overhead lớp vật lí up lên (PLOu)
Trường overhead lớp vật lí up lên gồm trường mở đầu (Preamable), trường ranh giới (Delimiter) và 3 trường dữ liệu tương ứng với ONU (BIP, ONU-ID, Ind).
Trường PLOu bắt đầu với trường mở đầu để giúp cho bộ thu ở OLT đồng bộ với bộ phát ở ONU. Trường ranh giới tiếp theo sau đó báo hiệu bắt đầu của một luồng đường lên.
Trường Ind trong PLOu cung cấp những báo cáo trạng thái thời gian thực
ONU đến OLT, hình 3-21 biểu diễn bản tin trạng thái được mã hóa.
Như được trình bày ở phần trước, một ONU có thể được cấu hình với nhiều T- CONT. Nếu một ONU được cấp phát nhiều khe thời gian liên tục cho nhiều T-CONT
Đồ án tốt nghiệp 47 Sinh viên: Bùi Thị Phong
với những Alloc-ID khác nhau, thì PLOu chỉ cần được truyền một lần, được mơ tả ở hình 3-20 cho ONT A.
Trường BIP có 8 bit chứa số bit chẵn lẻ được chèn vào của tất cả byte truyền đi cho đến BIP cuối cùng của ONU, ngoại trừ các byte lời mở đầu và ranh giới. Đầu thu của OLT sẽ tính số bit được chèn vào là chẵn hay lẻ cho mỗi burst ONU sau đó so sánh với kết quả của BIP nhận được để tính ra số lỗi trên đường link.
Trường ONU-ID có 8 bit chứa số nhận dạng duy nhất ONU đang gửi dữ liệu. Trước khi ONU-ID được gán, ONU đặt giá trị không xác định là 255 trong trường này. OLT có thể kiểm tra trường này để xác nhận địa chỉ phân bố và truyền đúng đến ONU.
Chú ý rằng khi ONU chỉ ra một PLOAM khẩn cấp đang đợi, OLT sẽ cấp một vị trí up lên cho phép ONU gửi bản tin PLOAM. Thời gian đáp lại sẽ ít hơn 5 ms.
3.6.2.2.2. Trường PLOAMu
Các hoạt động, quản lí và bảo dưỡng lớp vật lí PLOAMu có 13 byte chứa các bản tin PLOAM đã được mô tả ở phần PLOAMd.
3.6.2.2.3. Trường PLSu (Chuỗi định mức cơng suất)
Trường PLSu có kích thước 120 byte, ONU sử dụng cho việc đo và điều khiển mức cơng suất của laser. Nó được sử dụng trong suốt q trình kích hoạt ONU. Khi được u cầu bởi OLT, PLSu sẽ được truyền bất cứ lúc nào. Chức năng giúp điều chỉnh mức cơng suất ONU. Trường này được gửi khi có chỉ thị cờ. Cơ chế điều khiển cơng suất thì có lợi trong 2 trường hợp là khởi tạo cơng suất ban đầu của bộ phát ONU (chỉ xảy ra lúc kích hoạt ONU) và thay đổi công suất của bộ phát ONU (xảy ra lúc hoạt động cũng như lúc kích hoạt). PLSu có thể được u cầu ở bất kì thời điểm nào. Ở nhiều trường hợp trong lúc kích hoạt, OLT có thể cài đặt bit PLSu để quảng bá cho phép ONU thiết lập bộ phát. Nếu ONU không sử dụng trường PLSu thì ONU sẽ khơng kích hoạt bộ phát. Điều này làm giảm sự đụng độ.
3.6.2.2.4. Trường báo cáo băng thông động DBRu
Trường DBRu được liên kết với một T-CONT cho việc báo cáo trạng thái lưu lượng luồng lên của T-CONT được cấp phát. Trường DBRu chứa báo cáo băng thông động DBA, báo cáo này được sử dụng để thông báo đến OLT về số lượng dữ liệu đang xếp trong hàng đợi T-CONT ở mỗi ONU.
Đồ án tốt nghiệp 48 Sinh viên: Bùi Thị Phong
Báo cáo DBA có 3 mode (mode 0, mode 1,và mode 2) tương ứng với chiều dài trường báo cáo băng thông động DBA là 1, 2, và 4 bytes (hay tương ứng với 2, 3, 5 byte của trường DBRu). Việc chứa báo cáo DBA trong DBRu cho phép ONU cập nhật một cách liên tục lưu lượng của T-CONT cụ thể. Bản báo cáo DBA chứa các tế bào ATM hay khối GEM (có chiều dài 48 byte), đang ở trạng thái chờ trong bộ đệm luồng lên.
Trường CRC: cấu trúc DBRu được bảo vệ sử dụng CRC-8. Đầu thu của DBRu sẽ thực hiện phát hiện và sửa lỗi CRC-8. Nếu CRC chỉ thị rằng lỗi khơng thể sửa được thì thơng tin trong DBRu sẽ bị loại bỏ.
3.6.2.2.5. Phần tải
Phần tải up lên có thể là cell ATM, khung GEM, hay báo cáo DBA.
Các cell ATM có định dạng khung được quy định bởi ITU-T I.361. Phần tải ATM up lên có 53 byte. OLT sắp xếp các con trỏ để phần tải ATM luôn là 53 byte. Nếu tải vẫn cịn thừa chỗ trống thì thì nó sẽ độn thêm cho đủ 53 byte.
Hình 3-22: ATM upload
Phần tải up lên GEM chứa một số khung GEM gồm tiêu đề GEM và phần tải tin, được biểu diễn trong hình 3-24.
Phần tải up lên DBA chứa báo cáo cấp phát băng thông động từ ONU. Báo cáo băng thông động đầu tiên được xếp hàng ở các byte đầu tiên tại vị trí bắt đầu cấp phát. Tất cả báo cáo thì liên tiếp. Nếu chiều dài cấp phát khơng khớp với toàn bộ chiều dài báo cáo thì ONU sẽ bỏ bớt phần cuối của báo cáo hay đệm thêm các bit zero ở phần cuối nếu không đủ. Chú ý rằng ONU phải phản hồi việc phân bố tải DBA thậm chí nếu mode này của DBA khơng hỗ trợ thì nó vẫn duy trì phần tải này, như hình 3-23.
Đồ án tốt nghiệp 49 Sinh viên: Bùi Thị Phong
Hình 3-23: DBA payload
3.7. Phương thức đóng gói dữ liệu GEM
Phương thức đóng gói dữ liệu GPON (GPON Encapsulation Method – GEM) sử dụng để đóng gói dữ liệu qua mạng GPON. GEM hỗ trợ việc phân mảnh hoặc chia nhỏ các khung lớn thành các phân mảnh nhỏ và ghép lại ở đầu thu nhằm giảm trễ các lưu lượng thời gian thực.
Hình 3-24: Các khung GEM trong phần tải luồng lên
Ở hướng xuống, các khung GEM được mang đi trong GEM partition của phần tải của luồng xuống (Hình 3-15). Ở hướng lên, các khung GEM được mang đi trong GEM partition của phần tải luồng lên (Hình 3-24).