3.5. Cấu trúc phân lớp của mạng quang GPON
3.5.1. Lớp truyền dẫn hội tụ GPON (GTC)
3.5.1.1. Cấu trúc
Lớp truyền dẫn hội tụ GPON (GTC- GPON Transmission Convergence) bao gồm 2 phân lớp: Phân lớp tương thích hội tụ truyền dẫn (TC Adaption Sub-Layer) và phân lớp đóng khung GTC (GTC framing Sub-Layer).
Phân lớp đóng khung GTC có nhiệm vụ nhận ra khung và mô tả dữ liệu trong khung. Trong phân lớp này, phần dành riêng cho ATM, GEM, OAM và PLOAM được phân biệt theo vị trí trong khung tín hiệu GTC. Chỉ có phần OAM (Operation Administrater Maintenance) được gắn trực tiếp vào tiêu đề của khung GTC.
Phân lớp tương thích hội tụ truyền dẫn (GTC) có nhiệm vụ lọc dữ liệu được truyền theo VPI/VCI hay Port-ID. Trong phân lớp này, các gói tin dịch vụ SDU
Đồ án tốt nghiệp 31 Sinh viên: Bùi Thị Phong
(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 tự tương ứng. Ngồi ra các PDU cịn bao gồm dữ liệu kênh giao diện điều khiển và quản lý ONU, OMCI (ONU Management and Control Interface).
Khối điều khiển cấp phát băng thông động (DBA control) là khối chức năng chung, cấp phát băng thơng động cho tồn bộ các ONU.
Trong lớp hội tụ GTC, OLT và ONU khơng cần thiết phải có cả 2 chế độ hỗ trợ giao thức, ATM hay GEM. ONU thông báo chế độ làm việc ATM hay GEM thơng qua bảng 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 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 và sẽ được thơng báo khơng tương thích với hệ thống đang hoạt động.
Ở một phương diện khác, lớp GTC gồm hai mặt phẳng C/M Plane và U Plane.
3.5.1.1.1. Mặt phẳng điều khiển/quản lý (C/M Plane)
Mặt phẳng điều khiển và quản lý trong phân lớp GTC có chức năng điều khiển và quản lý luồng lưu luợng người dùng: bảo mật, điều khiển phương tiện, đăng kí ONU... Gồm 3 phần: OAM, PLOAM và OMCI. Ở phân lớp đóng khung GTC, những phần khác nhau của khung được phân kênh và được xử lý. Nếu có các gói OAM (Operation Administrater Maintenance) thì chúng sẽ được xử lý ngay. Những gói này được dùng cho thông tin điều khiển khẩn cấp như chức năng cấp phát băng thông, chức năng chuyển mạch chính, chức năng báo cáo cấp phát băng thông động (DBA), thông tin OAM được gắn trực tiếp vào tiêu đề của khung GTC.
Bản tin PLOAM mang thông tin vận hành, quản lý, bảo dưỡng lớp vật lý cho phần mạng PON, được xử lý tại khối PLOAM trong trường thông tin được giành riêng chỗ trong khung GTC. Kênh này cung cấp các chức năng quản lý mạng PON, không được truyền bởi bản tin OAM, như định cỡ (ranging), kích hoạt ONU, thiết lập kênh quản lý OMCC (ONU Management and Control Channel, kênh để truyền bản tin OMCI), và truyền tải cảnh báo.
Mỗi ONU có một giao diện vận hành, điều khiển quản lý được gọi là OMCI (ONU Management and Control Interface). OMCI có nhiệm vụ giám sát, điều khiển,
Đồ án tốt nghiệp 32 Sinh viên: Bùi Thị Phong
cấu hình tất cả các ONT/ONU bao gồm quản lý cấu hình (port, giao diện mạng), quản lý lỗi (truyền cảnh báo thông qua bản tin OMCI), quản lý thực thi (GEM/ATM), quản lý bảo mật.
Hình 3-11: User và C/M Plane
3.5.1.1.2. Mặt phẳng người dùng U Plane
Mặt phẳng người sử dụng (U Plane) mang lưu lượng người dùng trong hệ thống GPON. Luồng lưu lượng người dùng (ATM/GEM) được chuyển đến ATM client/GEM client.
Ở hướng đường xuống, các gói GEM hay cell ATM được mang đi sử dụng phần ATM payload partition hay GEM payload partition đến tất cả các ONU, sau đó phân lớp đóng khung ONU sẽ mở gói GEM hay trích lấy các cell ATM đó, và đưa đến các bộ thích ứng GEM TC Adapter hay ATM TC Adapter tương ứng để lọc loại lưu lượng dựa trên Port-ID và PTI nếu lưu lượng là GEM và dựa trên VPI/VCI nếu lưu lượng là ATM. Sau đó, OLT gửi lưu lượng đến ONU ATM client/GEM client.
Ở hướng đường lên, OLT cấp phát băng thông cho các ONU, bằng cách cấp phát các T-CONT, mỗi T-CONT sẽ được cấp một Alloc-ID. Lưu lượng GEM và ATM được mang đi trong một hay nhiều T-CONT đó. Các lưu lượng là gói GEM hay
Đồ án tốt nghiệp 33 Sinh viên: Bùi Thị Phong
cell ATM sẽ được chuyển đến bộ tương thích GEM TC Adapter hay ATM TC Adapter sau đó chuyển đến OLT GEM client hay OLT ATM client tương ứng.
Port ID gồm 12 bit được dùng để xác định lưu lượng đường xuống người dùng trong trường hợp lưu lượng là GEM. VPI được sử dụng trong trường hợp lưu lượng là ATM. Để lọc lưu lượng luồng đến, Alloc-ID được sử dụng, là những số duy nhất định nghĩa cho mỗi T-CONT, được cấp phát bởi OLT và được gán trong mỗi khung dữ liệu. Chỉ những khung nào có Alloc-ID hợp lệ mới được xử lý.
3.5.1.2. Chức năng chính của lớp truyền dẫn GTC
3.5.1.2.1. Khái niệm container truyền dẫn T-CONT (Transmission Container)
T-CONT là khối truyền dẫn (Transmission Container) bao gồm nhiều luồng lưu lượng, được xác định bởi số nhận dạng Alloc-ID, Alloc-ID được ấn định bởi OLT.
Hình 3-12: Một T-CONT đại diện cho một liên kết logic giữa OLT và một ONU Một ONU riêng lẽ có thể được ấn định với một hoặc nhiều T-CONT (Hình 3-Một ONU riêng lẽ có thể được ấn định với một hoặc nhiều T-CONT (Hình 3- Một ONU riêng lẽ có thể được ấn định với một hoặc nhiều T-CONT (Hình 3- 12).
T-CONT được sử dụng để quản lý cấp phát băng thông đường lên trong phần mạng PON của lớp hội tụ truyền dẫn. T-CONT thường được sử dụng để tối ưu việc sử dụng băng thông đường lên trong mạng PON và điều khiển QoS bằng cách cấp phát băng thông với số khe thời gian khác nhau.
Mỗi T-CONT đại diện cho một liên kết logic giữa ONU và OLT. Một ONU có thể được cấp phát một hoặc nhiều T-CONT.
Mỗi T-CONT mang kênh ATM hoặc/và cổng GEM và báo cáo trạng thái bộ đệm tới OLT. Lưu lượng ATM và GEM khơng có cùng số định dạng Alloc ID.
Đồ án tốt nghiệp 34 Sinh viên: Bùi Thị Phong
Một T-CONT có thể cung cấp cho một hoặc nhiều hàng đợi vật lý và tổng hợp chúng vào một bộ đệm logic duy nhất. Mỗi báo cáo trạng thái, DBA T-CONT tổng kết trạng thái của bộ đệm logic của T-CONT đó.
Tiêu chuẩn GPON định nghĩa hai chế độ hoạt động khác nhau, ATM và GEM (GPON Encapsulation Mode). Chế độ đóng gói GEM cũng tương tự như thủ tục đóng khung chung GFP (Generic Framing Procedure là phương thức tạo khung và đóng gói áp dụng cho loại dữ liệu bất kì, đã được ITU-T chuẩn hóa). Một T-CONT có thể dựa trên ATM hoặc dựa trên GEM. T-CONT dựa trên ATM ghép các đường dẫn ảo hoặc kênh ảo lại, được định nghĩa bởi VPI và VCI, trong khi đó, T-CONT dựa trên chế độ đóng khung GEM lại chứa những kết nối được xác định bởi các port 12 bit, được minh họa như hình 3-13.
Hình 3-13: T-CONT dựa trên ATM và ATM dự trên GEM
3.5.1.2.2. Chức năng chính của lớp truyền dẫn hội tụ
Lớp GTC được dùng để điều khiển truy nhập môi trường Media Access Control Flow (MAC), được minh họa trong hình 3-14.
Hoạt động của quá trình điều khiển truy nhập môi trường như sau: OLT gắn các con trỏ (pointer) vào khối điều khiển vật lý đường xuống PCBd để chỉ ra thời điểm ONU (hay T-CONT) bắt đầu và kết thúc việc truyền dữ liệu. Bằng cách này, tại một thời điểm chỉ có một ONU có thể truy nhập mạng và khơng có xung đột trong q trình truyền. Các con trỏ được cho dưới dạng đơn vị là byte, cho phép OLT điều khiển phương tiện hiệu quả theo các mức băng thông cố định 64 Kbit/s. Tuy nhiên, một số OLT có thể lựa chọn cách thiết lập các giá trị cho con trỏ ở tốc độ lớn hơn.
Ngồi ra, lớp GTC cịn có các chức năng khác như:
Thích nghi với giao thức tín hiệu lớp con.
Các chức năng hoạt động, quản lí và bảo dưỡng lớp vật lí PLOAM.
Đồ án tốt nghiệp 35 Sinh viên: Bùi Thị Phong
Sắp xếp và đăng kí ONU.
Sửa lỗi (mặc định).
Mật mã luồng dữ liệu down xuống (mặc định).
Kênh thơng tin cho OMCI.
Hình 3-14: Chức năng điều khiển truy nhập môi trường