1.7.2 .Tình hình FTTx tại Việt Nam
2.4 Công nghệ GPON (Gigabit PON)
2.4.4.2 Lớp hội tụ truyền dẫn 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).
Trong Hình 2.12, 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, quản 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 thơng 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. Ngồi ra các PDU cịn 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).
Khối điều khiển cấp phát băng tần động (DBA control) là khối chức năng chung, có trách nhiệm cấp phát băng tần động cho tồn bộ các ONU.
Hình 2.12 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 thơng 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 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.
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 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 tru yền tải cho lưu lượng quản lý này là
ATM và GEM. Chức năng GTC cung cấp phương tiện để cấu hình các kênh tù y 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).
2.4.4.2.1 Các chức năng chính hệ thống GTC
Hai chức năng chính của lớp hội tụ tru yền dẫn mạng GPON (GTC) chính là điều khiển truy nhập phương tiện và đăng kí ONU.
Điều khiển truy nhập phương tiện (Media access control flow) :
Lớp GTC thực hiện điều khiển tru y 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 2.13 Điều khiển phương tiện trong hệ thống GTC
Khái niệm điều khiển truy nhập phương tiện trong hệ thống GTC được minh họa trong Hình 2.13 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 tru yền dữ liệu. Với cách này, chỉ một ONU có thể truy nhập phương tiện tại thời điểm bất kì, khơng có xung đột trong quá trình tru yền. 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 khiển băng tần bằng cơ chế động.
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 khơng được đăng kí tại OLT qua hệ thống quản lý.
2.4.4.2.2 Các chức năng của các phân lớp trong hệ thống GTC
Phân lớp đóng khung GTC (GTC framing sub-layer) thực hiện ba chức năng:
Ghép kênh và phân kênh: Các thành phần PLOAM, ATM và GEM được ghép kênh vào khung TC đường xuống tù y theo thông tin về ranh giới trong tiêu đề của khung. Mỗi thành phần được trích ra từ một đường lên tù y theo chỉ thị trong tiêu đề.
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.
Chức năng định tuyến nội bộ dựa trên Alloc-ID: Định tu yến dựa trên Alloc-ID được thực hiện đối với dữ liệu đến/từ bộ thích ứng hội tụ truyền dẫn ATM và GEM 2.4.4.2.3 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 tru yền dẫn ATM liên kết với nó cung cấp các giao diện ATM 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.
Bộ thích ứng hội tụ truyền dẫn GEM có thể được cấu hình để tương thích các khung vào nhiều loại giao diện tru yền 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 tru yền nó tới thực thể OMCI và chuyển dữ liệu từ thực thể OMCI tới các bộ thích ứng TC này.
2.4.4.3 Cấu trúc khung GTC
2.4.4.3.1 Cấu trúc khung đường xuống
Hình 2.14 Cấu trúc khung đường xuống hội tụ tru yền dẫn lớp GTC. Khung có chiều dài 125 s cho cả tốc độ dữ liệu 1.24416 Gbit/s và 2.48832 Gbit/s do đó khung dài 19440 byte trong hệ thống tốc độ 1.24416 Gbit/s và dài 38880 byte trong hệ thống tốc độ. Chiều dài của PCB đường xuống là như nhau cho cả hai tốc độ và phụ thuộc vào số lượng cấu trúc cấp phát đối với mỗi khung.
Hình 2.14 Cấu trúc khung đường xuống hội tụ truyền dẫn lớp GTC
2.4.4.3.2 Cấu trúc khung đường lên
Ví dụ cấu trúc khung đường lên được cho trong Hình 2.15 Cấu trúc khung đường lên GTC.
Hình 2 . 1 5 Cấu trúc khung đường lên GTC
Độ dài khung bằng độ dài của khung đường xuống đối với các loại tốc độ. Mỗi khung bao gồm các truyền dẫn cho một hoặc nhiều ONU. BWmap (ánh xạ băng tần) thực hiện sắp xếp các truyền dẫn này. Trong quá trình cấp phát băng tần theo sự điều khiển của OLT, ONU có thể phát từ 1 tới 4 loại tiêu đề PON và dữ liệu người dùng. Các loại tiêu đề này như sau:
Tiêu đề lớp vật lý đường lên (PLOu);
Quản lý vận hành và bảo dưỡng lớp vật lý đường lên (PLOAMu); Chuỗi định mức công suất đường lên (PLSu);
Báo cáo băng tần động đường lên (DBRu).
Tiêu đề khung đường lên GTC chỉ ra chi tiết nội dung của các tiêu đề này.
Hình 2.16 Tiêu đề khung đường lên GTC
OLT sử dụng trường flag trong Bwmap để chỉ ra thông tin PLOAMu, PLSu hay DBRu sẽ được tru yền trong mỗi lần cấp phát băng tần hay không. Lịch truyền các thơng tin này trong OLT cần phải tính đến nhu cầu về băng tần và độ trễ của các kênh phụ thuộc khi thiết lập tần số truyền dẫn.
Mỗi khi một ONU đến lượt sử dụng phương tiện mạng PON từ một ONU khác, nó phải gửi một bản cop y mới của thông tin tiêu đề lớp vật lý đường lên PLOu. Trong trường hợp một ONU được nhận 2 nhận dạng cấp phát (Alloc ID) liên tiếp (thời gian kết thúc của 1 nhận dạng nhỏ hơn 1 so với thời gian bắt đầu của nhận dạng tiếp theo), thì ONU sẽ bỏ qua việc gửi thông tin PLOu cho nhận dạng cấp phát thứ 2. ONU có thể bỏ qua việc gửi này nhiều lần bằng với số nhận dạng cấp phát mà OLT cấp cho nó. Yêu cầu cấp phát quyền tru y nhập liên tục giúp OLT tránh việc bỏ qua các khoảng trống giữa các lần truyền của cùng một ONU. Các cấp phát truy nhập phải liên tục hoặc theo lịch trình nếu chúng xuất phát từ hai ONU khác nhau.
Sau tiêu đề truyền dẫn là dữ liệu tải tin của người dùng được gửi cho đến khi việc cấp phát được chỉ định bởi con trỏ kết thúc (StopTime pointer).
2.4.5 Cấp phát băng tần động DBA
Trong cơ chế cấp phát băng tần động, khi các gói tin GEM có độ dài thay đổi thì sẽ được chuẩn hóa thành các khối có độ dài cố định.
2.4.5.1 Yêu cầu cấp phát băng tần động
Các chức năng DBA được thực hiện đối với mọi loại T-CONT. Các chức năng này được phân loại thành các phần sau:
Phát hiện trạng thái tắc nghẽn do OLT và/hoặc ONU thực hiện
Báo cáo trạng thái tắc nghẽn tới OLT
Cập nhật băng tần đã cấp phát bởi OLT theo các tham số được cung cấp OLT thực hiện cấp quyền theo băng tần đã được cập nhật và theo loại T- CONT
Quản lý đối với hoạt động DBA
2.4.5.2 Hoạt động DBA
Hoạt động DBA bao gồm 2 chế độ: DBA báo cáo trạng thái (SR-DBA) và DBA không báo cáo trạng thái (NSR-DBA) trong mỗi T-CONT. Chức năng báo cáo DBA là tuỳ chọn đối với ONU. Các OLT bắt buộc phải hỗ trợ cả chế độ báo cáo và không báo cáo, do vậy tất cả các ONU được cung cấp các mức độ đối với chức năng
DBA. Các chế độ này được thể hiện bằng tình huống dịch vụ và khả năng của ONU được cho trong bảng sau đây..
SR ONU NSR ONU
DBA OLT SR-DBA hoặc/và NSR-DBA NSR-DBA
Bảng 2.4 : Các chế độ hoạt động DBA
SR-DBA: để báo cáo tắc nghẽn của T-CONT, khi một T-CONT gửi dữ liệu ở
đường lên từ ONU tới OLT, số lượng tế bào hay khối tin trong bộ đệm T-CONT được thiết lập trong trường DBA của báo cáo băng tần đường lên DBRu. Nếu OLT không muốn cho phép truyền dữ liệu cho T-CONT, OLT có thể cấp thời gian cho riêng báo cáo DBRu đó. Tuy nhiên, có thể có trường hợp OLT nhận được báo cáo nhưng khơng áp dụng báo cáo đó đối với việc cập nhật băng tần. Mặt khác, nếu một T-CONT khơng thể báo cáo số tế bào hay gói tin được lưu trữ trong bộ đệm, nó sẽ gửi tới OLT một mã số khơng có giá trị trong trường DBA. Hình 2.17 tổng kết các hoạt động DBA. Trong chế độ này, việc truyền trường tin DBA trong DBRu là bắt buộc nếu OLT yêu cầu vì nếu thiếu trường DBA, khuôn dạng của dữ liệu đường lên không được nhận ra.
NSR-DBA: OLT nhận dạng trạng thái tắc nghẽn của từng T-CONT bằng
cách giám sát dòng lưu lượng đến. Trong chế độ này, trường DBA trong DBRu không được gửi đi do OLT sẽ khơng u cầu. Trong tình huống ngoại lệ khi OLT yêu cầu DBRu thì ONU phải gửi bản tin này mặc dù nội dung thông tin sẽ bị OLT bỏ qua.
Hình 2.17 Hoạt động của SR-DBA
2.4.5.3 Quản lý hoạt động DBA
Để hoạt động cơ chế DBA có một số thông số cần được cung cấp và thỏa thuận bởi các chức năng quản lý. OLT và ONU sử dụng các chức năng quản lý để thỏa thuận về chế độ hoạt động DBA, và đáp lại thích hợp với các yêu cầu của hai bên. Tất cả các thông số DBA sẽ được cung cấp và thỏa thuận bởi giao diện điều khiển quản lý ONU của GPON (GPON OMCI).
2.5 Bảo vệ đối với phần mạng quang thụ động G PON
Kiến trúc bảo vệ của mạng GPON cần thiết trong việc tăng cường độ tin cậy cho mạng truy nhập. Việc triển khai mạng bảo vệ cần được xem xét như một cơ chế tùy chọn vì việc này phụ thuộc vào điều kiện kinh tế của từng nhà khai thác mạng. Có hai loại chuyển mạch bảo vệ tương tự với chuyển mạch bảo vệ trong hệ thống SDH:
Chuyển mạch tự động được kích thích khi phát hiện ra các lỗi như mất tín hiệu, mất khung, giảm tín hiệu (tỉ lệ lỗi bit BER thấp hơn mức ngưỡng quy định) ...
Chuyển mạch bắt buộc được kích hoạt trong quá trình quản trị mạng như định tuyến lại tu yến quang, thay thế sợi quang...
Hình 2.18 Mơ hình hệ thống bảo vệ kép mơ tả mơ hình hệ thống bảo vệ
kép cho mạng tru y nhập. Các phần liên quan đến việc bảo vệ trong mạng GPON có thể là một phần bảo vệ giữa giao diện ODN trong OLT và giao diện ODN trong ONU qua mạng ODN, khơng bao gồm giao diện SNI trong OLT.
Hình 2.18 Mơ hình hệ thống bảo vệ kép
Các yêu cầu đối với chuyển mạch bảo vệ:
Chức năng chuyển mạch bảo vệ nên là chức năng tù y chọn.Trong hệ thống GPON có thể có cả hai loại chuyển mạch bảo vệ trên.
Cơ chế chuyển mạch thường được thực hiện bởi chức năng OAM, vì vậy, trường thơng tin OAM phải được dự trữ trong khung OAM.
Mọi kết nối giữa nốt dịch vụ và thiết bị đầu cuối phải được giữ sau khi chu yển mạch.
Tù y theo yêu cầu cuối cùng việc triển khai nốt dịch vụ POTS yêu cầu quá trình mất khung phải nhỏ hơn 120 ms. Nếu thời gian mất khung dài hơn khoảng thời gian này, nốt dịch vụ sẽ cắt kết nối và yêu cầu thiết lập lại cuộc gọi sau khi chuyển mạch bảo vệ. Do GPON hỗ trợ phát triển các dịch vụ hiện tại như POTS và ISDN, cần phải xem xét thời gian ngắt kết nối này.
2.6 Bảo mật
Trong hệ thống PON thì hướng xuống, dữ liệu được truyền broadcast đến tất cả ONU. Mỗi ONU chỉ có thể truy cập dữ liệu của mình, nhưng nếu người dùng nào có ý định phá hoại thì có thể giả ONU của người dùng khác để truy cập dữ liệu, hệ thống bảo mật PON sẽ ngăn chặn việc này. Giống như các mạng khác, GPON sử dụng thủ tục mật mã để ngăn ngừa việc nghe trộm các tín hiệu khơng mong muốn. Khơng giống như truy cập wireless hay modem, trong mạng PON, bất kì ONU nào
cũng khơng thể thấy được lưu lượng hướng lên của ONU khác. Điều này cho phép làm đơn giản hóa thủ tục mật mã. Đầu tiên là chỉ cần mật mã ở hướng truyền xuống của dữ liệu. Thứ 2 là dữ liệu hướng lên có thể truyền khóa mật mã. GPON sử dụng chuẩn mật mã AES (Advanced Encryption Standard). Đó là một khối mật mã mà nó hoạt động trên một khối dữ liệu 16 byte (128 bit). Đặc biệt chế độ đếm được sử dụng. Khối mật mã giả ngẫu nhiên 16 byte được phát ra và XOR với dữ liệu ngõ vào để tạo ra dữ liệu mật mã ở OLT. Ở ONU, dữ liệu được mật mã này thì XOR với chuỗi giả ngẫu nhiên 16 byte tương tự như ở OLT để tạo lại dữ liệu ban đầu. Với ATM chỉ có 48 byte được mật mã, với GEM chỉ có phần tải GEM được mật mã. OLT khởi tạo việc trao đổi khóa bằng việc gửi bản tin đến ONU thông qua kênh PLOAM. Sau đó ONU sẽ chịu trách nhiệm tạo ra khóa và phát ngược trở về OLT.