a. Tốc độ bit
GPON hỗ trợ các tốc độ sau:
a. Khoảng cách
− Khoảng cách logic: là khoảng cách lớn nhất giữa ONU/ONT và OLT ngoại trừ khoảng vật lý. Trong mạng GPON, khoảng cách logic lớn nhất là 60km.
− Khoảng cách vật lý: là khoảng cách vật lý lớn nhất giữa ONU/ONT và OLT. Trong mạng GPON, có hai tùy chọn cho khoảng cách vật lý và 10km và 20km. Đối với vận tốc truyền lớn nhất là 1.25Gbit/s thì khoảng cách vật lý là 10km.
Tốc độ down (Mbps) Tốc độ up (Mbps) 1244.16 155.52 1244.16 622.08 1244.16 1244.16 2488.32 155.52 2488.32 622.08 2488.32 1244.16 2488.32 2488.32
Bảng 2.1 Tốc độ bit trong GPON
b. Khoảng cách sợi quang chênh lệch
Một OLT sẽ được kết nối tới nhiều ONU/ONT. Khoảng cách sợi quang chênh lệch là sự chênh lệch giữa khoảng cách xa nhất và khoảng cách gần nhất từ ONU đến OLT.
Chương II: Mạng quang thụ động với chuẩn GPON
Trong mạng GPON khoảng cách sợi quang chênh lệch là 20km. Thông số này có ảnh hưởng đến kích thước vùng phủ mạng và cần tương thích với tiêu chuẩn ITU-T Rec. G.983.1.
c. Cấp chia
Đối với nhà khai thác mạng thì tỉ lệ chia càng lớn càng tốt. Tuy nhiên tỉ lệ chia lớn thì đòi hỏi công suất quang phát cao hơn để hỗ trợ khoảng cách vật lý lớn hơn. Tỉ lệ chia 1:64 là tỉ lệ lý tưởng cho lớp vật lý với công nghệ hiện nay. Tuy nhiên trong các bước phát triển tiếp theo thì tỉ lệ 1:128 có thể được sử dụng.
2.2.4. Kỹ thuật truy nhập và phương thức ghép kênha. Kỹ thuật truy nhập a. Kỹ thuật truy nhập
Kỹ thuật truy nhập được sử dụng phổ biến trong các hệ thống GPON hiện nay là đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA). TDMA là kỹ thuật phân chia băng tần truyền dẫn thành những khe thời gian kế tiếp nhau. Những khe thời gian này có thể được ấn định trước cho mỗi khách hàng có thể phân theo yêu cầu tùy thuộc vào phương thức chuyển giao đang sử dụng. Hình 2.8 dưới đây là một số ví dụ về việc sử dụng TDMA trên GPON hình cây. Mỗi thuê bao được phép gửi dữ liệu đường lên trong khe thời gian riêng biệt. Bộ tách kênh sắp xếp số liệu đến theo vị trí khe thời gian của nó hoặc thông tin được gửi trong bản thân khe thời gian. Số liệu đường xuống cũng được gửi trong những khe thời gian xác định.
Hình 2.8 TDMA GPON
GPON sử dụng kỹ thuật TDMA có ưu điểm rất lớn đó là các ONU có thể hoạt động trên cùng một bước sóng, và OLT hoàn toàn có khả năng phân biệt được lưu lượng của từng ONU. OLT cũng chỉ có cần một bộ thu, điều này sẽ dề dàng cho việc triển khai thiết bị, giảm được chi phí cho các quá trình thiết kế, sản xuất, hoạt động và
Chương II: Mạng quang thụ động với chuẩn GPON
bảo dưỡng. Ngoài ra, việc sử dụng kỹ thuật này còn có một ưu điểm là có thể lắp đặt dễ dàng thêm các ONU nếu có nhu cầu nâng cấp mạng.
Một đặc tính quan trọng của GPON sử dụng TDMA là yêu cầu bắt buộc về đồng bộ và lưu lượng đường lên để tránh xung đột dữ liệu. Xung đột này sẽ xảy ra nếu hai hay nhiều gói dữ liệu từ những thuê bao khác nhau đến bộ ghép cùng một thời điểm. Tín hiệu này đè lên tín hiệu kia và tạo thành một bộ ghép. Phía đầu xa không thể nhận dạng được chính xác tín hiệu tới, kết quả là sinh ra một loại lỗi bit và suy giảm thông tin đường lên, ảnh hưởng đến chất lượng của mạng. Tuy nhiên các vấn đề trên đều được khắc phục với cơ chế định cỡ và phân định băng thông động của GPON mà chúng ta sẽ đề cập ở phần sau.
b. Phương thức ghép kênh.
Phương thức ghép kênh trong GPON là ghép kênh song hướng. Các hệ thống GPON hiện nay sử dụng phương thức ghép kênh phân chia không gian. Đây là giải pháp đơn giản nhất đối với truyền dẫn song hướng. Nó được thực hiện nhờ sử dụng những sợi riêng biệt cho truyền dẫn đường lên và xuống.Sự phân cách vật lí của các hướng truyền dẫn tránh được ảnh hưởng phản xạ quang trong mạng và cũng loại bỏ vấn đề kết hợp và phân tách hai hướng truyền dẫn. Điều này cho phép tang được quỹ công suất trong mạng. Việc sử dụng hai sợi quang làm cho việc thiết kế mạng mềm dẻo hơn và làm tang độ khả dụng bởi vì chúng ta có thể mở rộng mạng bằng cách sử dụng những bộ ghép kênh theo bước sóng trên một hoặc hai sợi. Khả năng mở rộng này cho phép phát triển dần dần những dịch vụ mới trong tương lai. Hệ thống này sẽ sử dụng cùng bước sóng, cùng bộ phát và bộ thu như nhau cho hai hướng nên chi phí cho những phần tử quang-điện sẽ giảm.
Nhược điểm chính của phương thức này là cần gấp đôi số lượng sợi, mối hàn và connector và trong GPON hình cây thì số lượng bộ ghép quang cũng cần gấp đôi. Tuy nhiên chi phí về sợi quang, phần tử thụ động và kỹ thuật hàn nối vẫn đang giảm và trong tương lai nó chỉ chiếm tỷ lệ nhỏ trong toàn bộ chi phí hệ thống.
2.2.5. Lớp hội tụ truyền dẫn
Hội tụ truyền dẫn GPON GTC (GPON Transmission Convergence) là lớp giao thức chính trong ngăn xếp giao thức của GPON. Hình 2.10 mô tả cấu trúc phân lớp mạng GPON
a.Một số khái niệm cơ bản
Các khối truyền dẫn T-CONT (Transmission Containers): được sử dụng cho việc quản lý phân định bang thông luồng lên trong khối PON của lớp hội tụ truyền dẫn TC (Transmission Convergence).
Chương II: Mạng quang thụ động với chuẩn GPON
Hình 2.9 Cấu trúc phân lớp mạng GPON
− T-CONT mang các thông tin ATM VPI/VCI và/hoặc cổng GEM và thông báo các trạng thái bộ đệm của chúng cho các OLT tương ứng.
− T-CONT tự động thu nhận các gói tin cho phép được nhận dạng bởi Alloc-ID từ OLT.
− Mỗi T-CONT có thể mạng lưu lượng ATM hoặc GEM với nhiều lớp dịch vụ khác nhau.
− Mỗi T-CONT có thể cung cấp một hoặc nhiều hàng đợi vật lý và sắp xếp chúng vào một bộ nhớ logic đơn.
Lớp hội tụ truyền dẫn được xếp ở vị trí giữa môi trường vật lý và các đối tượng của GPON (ATM client, GEM client,…).
b. Ngăn xếp giao thức
Hình 2.11 biểu diễn ngăn xếp giao thức của toàn hệ thống lớp TC trong GPON (GTC). Lớp GTC gồm có 2 lớp con, lớp con tạo khung GTC (GTC Framing Sublayer) và lớp con tương thích TC (TC Adaption Sub Layer).
Theo một quan điểm khác, GTC chứa mặt phẳng C/M quản lý các luồng lưu lượng người dùng, an ninh, các thuộc tính OAM, và một mặt phẳng U mang lưu lượng người sử dụng. Trong lớp con tạo khung GTC, phân vùng ATM, phân vùng GEM, các phần quản lý vận hành bảo dưỡng lớp vật lý PLOAM (Physical Layer Operations Administrations Maintenance) và OAM nhúng được nhận biết theo vị trí trên khung GTC. Chỉ OAM nhúng được kết cuối tại lớp này để điều khiển qua lớp con này, do thông tin của OAM nhúng được nhúng trực tiếp vào khung GTC. Thông tin PLOAM được xử lý tại khối PLOAM được định vị như một client của lớp con này.
Chương II: Mạng quang thụ động với chuẩn GPON
Hình 2.10 Ngăn xếp giao thức của GTC
Các đơn vị chuyển từ/tới các Đơn vị giao thức dữ liệu PDU thông thường (Protocol Data Unit) của ATM và GEM tại mỗi lớp con tương thích. Ngoài ra, các PDU này chứa dữ liệu kênh OMCI. Dữ liệu này cũng được phân loại thành các mặt phẳng C/M. Các SDU ngoại trừ OMCI trên các phân vùng ATM và GEM được phân loại vào mặt phẳng U.
Lớp tạo khung GTC có cái nhìn bao quát tới tất cả dữ liệu được phát, và lớp tạo khung GTC OLT trực tiếp ngang hàng với tất cả các lớp tạo khung GTC ONU. Hơn nữa, khối điều khiển phân bổ băng thông động (DBA Control) được xem như là khối chức năng chung. Hiện nay, khối này có khả năng đáp ứng toàn bộ DBA thông báo ONU.
Trong hệ thống GTC, OLT và ONU không hoạt động đồng thời ở 2 trạng thái.Chế độ nào được hỗ trợ sẽ được nhân biết tại thời điểm lắp đặt hệ thống. ONU thông báo chế độ hoạt động cơ bản của nó là ATM hay GEM thông qua bản tin Serial_ Number. Nếu OLT có khả năng giao diện tới ít nhất 1 trong các chế độ yêu cầu, nó xử lý để thiết lập kênh OMCI, và thiết bị ONU được nhận ra theo cách thông thường.
Chương II: Mạng quang thụ động với chuẩn GPON
c. Các chức năng chính của GTC
GTC thực hiện hai chức năng quan trọng là điều khiển truy nhập môi trường và đăng ký ONU.
Điều khiển truy nhập môi trường: Hệ thống GTC hỗ trợ điều khiển truy nhập
môi trường cho truy nhập đường lên. Về cơ bản, các khung đường xuống chỉ ra các định vị cho phép đối với lưu lượng trên các khung đường lên đồng bộ với các khung đường xuống. Khái niệm điều khiển truy nhập môi trường trong hệ thống này được minh họa trong Hình 2.11 OLT gửi các con trỏ trong PCBd, các con trỏ này chỉ ra thời điểm mà mỗi ONU bắt đầu và kết thúc việc truyền dẫn luồng lên của nó. Theo cách này, chỉ có một ONU có thể truy nhập môi trường tại bất cứ thời điểm nào. Các con trỏ được gán các đơn vị của byte, cho phép OLT điều khiển môi trường với băng thông tĩnh 64kbit/s. Tuy nhiên, các bước thực hiện của OLT có thể lựa chọn theo tập giá trị của các con trỏ, và thực hiện điều khiển băng thông chính xác qua cơ chế lập lịch động.
Hình 2.11 Điều khiển truy nhập môi trường
Đăng ký ONU: Việc đăng ký OUN được thực hiên theo thủ tục phát hiện tự động. Có hai phương pháp đăng ký ONU.Phương pháp A, Serial Number của ONU được đăng kí tại OLT nhờ hệ thống quản lý.Phương pháp B, Serial Number của ONU không được đăng ký tại ONT nhờ hệ thống quản lý.
d. Chức năng các lớp con trong GTC
GTC gồm hai lớp con là lớp con tạo khung GTC và lớp con tương thích TC.
Lớp con tạo khung GTC có ba chức năng sau:
− Ghép kênh và phân kênh: Các phần PLOAM, ATM và GEM được ghép vào
một khung TC đường xuống theo thông tin biên được chỉ thị trong tiêu đề khung. Mỗi phần được tách ra từ một đường lên theo chỉ thị tiêu đề.
Chương II: Mạng quang thụ động với chuẩn GPON
− Tạo điều kiện để giải mã: Tiêu đề khung TC được tạo ra và định dạng trong
một khung đường xuống. Tiêu đề trong khung đường lên được giải mã.Ngoài ra thực hiện OAM nhúng.
− Chức năng định tuyến trên cơ sở Alloc-ID: Định tuyến trên cơ sở Alloc-ID
được thực hiện đối với các dữ liệu từ/tới các bộ tương thích ATM và GEM TC.
Lớp con tương thích GTC và giao diện của các thực thể lớp trên
Lớp con tương thích hỗ trợ ba bộ tương thích TC, đó là, bộ tương thích ATM TC, bộ tương thích GEM TC và bột tương thích OMCI. Các bộ tương thích ATM và GEM chỉ ra các PDU của ATM và GEM từ mỗi phần trên lớp con tạo khung GTC. Các bộ tương thích này cung cấp các giao diện dưới đây cho phép thực thể lớp trên:
− Giao diện ATM: Lớp con tạo khung GTC và ATM TC adapter liên tục cung cấp
giao diện ATM chuẩn đã chỉ ra trong ITU-T 1.432.1 cho các dịch vụ ATM. Nhìn chung, các thực thể lớp ATM ban đầu có thể được sử dụng như ATM client.
− Các giao diện GEM: GEM TC Adapter có thể được cấu hình để thích ứng các
khung này tới nhiều giao diện truyền dẫn khung khác nhau.
Ngoài ra, các bộ tương thích này nhận ra kênh OMCI theo VPI/VCI trong trường hợp ATM và theo Port-ID trong trường hợp GEM. Bộ tương thích OMCI có thể thay đổi dữ liệu kênh OMCI đối với các bộ tương thích ATM, GEM TC.Bộ tương thích OMCI nhận dữ liệu từ các TC tương thích và chuyển nó tới thực thể OMCI và ngược lại.
2.2.6. Cấu trúc khung
Hình 2.12 minh họa cấu trúc khung GTC TC cho các hướng chiều xuống và chiều lên. Khung đường xuống bao gồm các phần: khối điều khiển vật lý luồng xuống PCBd (Physical Control Block Downstream), phần ATM, phần GEM. Khung đường lên gồm nhiều cụm truyền dẫn (Transmission Burst). Ngoài phần tải tin (Payload), mỗi khung đường lên còn có thể chứa các phần/đoạn PLOAMu, PLSu và DBRu. Khung đường xuống cung cấp thông tin về thời gian ham chiếu cho GPON và thực hiện hoạt động báo hiệu điều khiển cho đường lên.
Chương II: Mạng quang thụ động với chuẩn GPON
Hình 2.12 Cấu trúc tổng quan khung GTC hướng xuống và lên
a. Cấu trúc khung đường xuống
Sơ đồ cấu trúc khung đường xuống được trình bày trên hình 2.13 :
Hình 2.13 Cấu trúc khung đường xuống
Mỗi khung GTC xuống dài 125µs, chứa khối điều khiển vật lý luồng xuống PCBd và phần tải dữ liệu.
Hình 2.13 ở trên chỉ ra chi tiết khuôn dạng của khung đường xuống.Phần mào đầu của PCBd gồm phần cố định và phần thay đổi. Phần cố định gồm các trường: Physical Sync, Ident và PLOAM. Các trường này được bảo vệ bởi 1 byte kiểm tra BIP (Bit Interleaved Parity).Bốn byte đồng bộ vật lý (Physical Sync) chỉ thị bắt đầu của khung đường xuống. Bốn byte trường Ident chỉ thị FEC được sử dụng hay không, ngoài ra nó còn thực hiện nhóm bộ đệm siêu khung, được sử dụng để cung cấp tín hiệu tham chiếu đồng bộ tốc độ thấp. 13 byte của trường PLOAM trong PCBd được sử dụng để thông tin giữa các bản tin OAM lớp vật lý với các ONU. Các chức năng của PLOAM gồm đăng ký và xóa ONU, định cỡ, điều chỉnh công suất, cập nhật khóa mã hóa, thông báo lỗi lớp vật lý,v.v…
Phần thay đổi của PCBd gồm 2 trường Plend chỉ thị độ dài bản đồ băng thông đường lên và phần thông tin ATM trong T-CONT. Mỗi ONU có thể được cấu hình với nhiều T-CONT. Bản đồ US BW xác định băng thông đường lên được phân định cho các thực thể truy nhập. Mỗi thực thể 8 byte truy nhập trong US BW bao gồm Alloc-ID của T-CONT, thời gian bắt đầu và kết thúc phát T-CONT hướng lên và 12 bit cờ chỉ thị cách thức phân định băng tần được sử dụng. Vì khung có khoảng thời gian là
Chương II: Mạng quang thụ động với chuẩn GPON
125µs, nên với các tốc độ khác nhau thì chiều dài khung sẽ khác nhau, ví dụ với tốc độ 1,24416Gbps khung có độ dài là 19,9440byte, với tốc độ 2,48832Gbps khung có độ dài là 38.880 byte. Tuy nhiên khối PCBd là giống nhau đối với cả hai hệ thống.
b. Cấu trúc khung đường lên
Khung đường lên có độ dài 125µs, gồm các khung ảo hướng lên. Các khung ảo hướng lên được tạo bởi các burst từ các ONU khác nhau. Mỗi burst bắt đầu với trường mào đầu lớp vật lý hướng lên (PLOu).
Hình 2.14 Các trường thông tin trong khung đường xuống
Mỗi khung chứa thông tin từ một hoặc nhiều ONU. BW map chỉ thị bản đồ sắp xếp các thông tin này. Trong suốt quá trình phân bố tương ứng với hoạt động điều khiển OLT, ONU có thể truyền từ một tới bốn byte các mào đầu GPON và dữ liệu người dùng. Bốn byte mào đầu bao gồm: Mào đầu vật lý (PLOu); Các hoạt động vận hành và quản trị các tham số vật lý ở đường lên (PLOAMu); điều khiển công suất đường lên (PLSu) và thông báo băng thông động (DBRu).
Chương II: Mạng quang thụ động với chuẩn GPON
Hình 2.15 Cấu trúc khung đường lên
PLOu bắt đầu với một tiền tố (Preamble) giúp cho máy thu chế độ burst tại OLT đồng bộ với máy chủ phát tại ONU. Trường phân định (Delimiter) xác định sự bắt đầu của burst hướng lên.
Hình 2.16 Cấu trúc các trường thông tin khung đường lên
Chiều dài và khuôn dạng của các trường tiền tố và phân định được xác định bởi OLT sử dụng bản tin PLOAM. Trường Ind cung cấp các bào cáo về trạng thái của ONU với OLT.
Mỗi ONU có thể được gán bởi nhiều T-CONT. Nếu một ONU được phân định các khe thời gian kề nhau cho các T-CONT với cái Alloc-ID khác nhau, PLOu chỉ cần phát một lần. Tiếp theo trương PLOu, có ba lựa chọn các trường mào đầu trong mỗi