2.2.2.1 Phân lớp thích ứng dịch vụ XGTC
Phân lớp thích ứng dịch vụ XGTC chịu trách nhiệm đóng gói, ghép kênh và phân định SDU lớp trên trong q trình truyền dẫn qua PON. Ở phía phát, phân lớp thích ứng
dịch vụ XGTC chấp nhận các dữ liệu dịch vụ tầng trên dưới dạng các khung dữ liệu người dùng hoặc lưu lượng OMCI thực hiện việc phân đoạn nếu cần thiết, gán XGEM Port-ID cho các SDU hoặc SDU fragment và sử dụng phương pháp đóng gói dữ liệu XG-PON để tạo thành các khung XGEM. Việc mã hóa cho các tải tin khung XGEM là tùy chọn và chuỗi các khung XGEM tạo thành tải tin của khung XGTC truyền ở đường xuống hoặc trong các burst XGTC ở hướng đường lên.
Ở phía thu, phân lớp thích ứng dịch vụ XGTC tiếp nhận tải tin từ các burst và khung XGTC, thực hiện việc phân định các khung XGEM, cũng như là lọc các khung dựa vào các XGEM Port-ID, việc giải mã tải tin nếu như phía phát thực hiện mã hóa, tập hợp các SDU và chuyển chúng đến các client tương ứng theo yêu cầu.
2.2.2.2 Phân lớp định khung XGTC framing
Phân lớp định khung XGTC chịu trách nhiệm xây dựng và phân tích các trường của khung XGTC chức năng quản lý PON cần thiết. Các định dạng khung được thiết kế để các khung và các phần tử của chúng được căn chỉnh theo ranh giới từ 4 byte.
Ở phía phát, phân lớp định khung nhận các các tập khung XGEM tạo nên các tải tin XGTC từ phân lớp thích ứng dịch vụ XGTC, và xây dựng các khung XGTC đường xuống hoặc burst XGTC đường lên bằng cách cung cấp các trường tiêu đề bao gồm các thông tin quản lý việc ghép khung TDMA, thông tin quản lý băng thông cũng như các thông tin điều khiển, vận hành và quản lý khác.
Ở phía thu, phân lớp định khung XGTC nhận các khung hoặc burst XGTC, phân tích các trường tiêu đề, trích xuất các luồng bản tin PLOAM và chuyển các tải tin XGTC tới phân lớp thích ứng dịch vụ. Luồng kênh bản tin PLOAM đến được gửi đến bộ xử lý PLOAM. Thông tin EOAM (Embedded OAM) trong phạm vi liên quan đến quản lý băng thơng đường lên (phân tích cú pháp BWmap) và báo hiệu phân bổ băng thông động (DBA) được xử lý trong chính phân lớp đóng khung, cung cấp các điều khiển một phần đối với phân lớp thích ứng PHY (định thời chùm PHY hướng lên và điều khiển hồ sơ), và phân lớp thích ứng dịch vụ (chỉ báo khóa mã hóa). Phần cịn lại của thơng tin EOAM được gửi đến các thực thể điều khiển bên ngồi lớp con đóng khung, chẳng hạn như khối quản lý nguồn ONU và giám sát hiệu suất
2.2.2.3 Phân lớp thích ứng tầng vật lý
Phân lớp thích ứng vật lý bao gồm các chức năng sửa đổi dòng bit điều chế máy phát quang với mục tiêu cải thiện các thuộc tính phát hiện, tiếp nhận và phân định của tín hiệu được truyền qua mơi trường quang.
Ở phía phát, phân lớp thích ứng vật lý nhận các khung XGTC (ở chiều xuống) hoặc burst XGTC (ở chiều lên) từ phân lớp định khung và tiến hành phân tách khung hay burst nhận được thành các khối dữ liệu FEC rồi tính tốn và ghép các trường chẵn lẻ FEC vào mỗi khối dữ liệu FEC. Thực hiện xáo trộn nội dung được bảo vệ bởi FEC, bổ sung trước khối đồng bộ vật lý thích hợp cho q trình truyền tải đường xuống (PSBd) hoặc đường lên (PSBu) và cung cấp liên kết thời gian của luồng bit kết quả.
Hình 2.7 Khối đồng bộ vật lý đường xuống (PSBd)
Hình 2.7 biểu diễn cấu trúc của một khối đồng bộ vật lý đường xuống. Khối PSBd có kích thước 24 bytes bao gồm các cấu trúc 8 bytes riêng biệt: Psync, cấu trúc superframe counter (SFC) và PON-ID.
Hình 2.8 Khối đồng bộ vật lý đường lên
Khối đồng bộ vật lý đường lên bao gồm 2 phần là phần Preamble và Delimiter như trong hình 2.8 cho phép bộ thu quang của OLT điều chỉnh mức tín hiệu quang và phân tách các burst. Chiều dài và kiểu của phần Preamble và Delimiter tạo thành biên dạng
của burst. Tập hợp các biên dạng burst được phép được chỉ định trước bởi OLT bằng cách sử dụng bản tin Profile PLOAM. Cấu hình cụ thể sẽ được sử dụng với burst PHY cụ thể được OLT chọn trong trường BurstProfile trong phân bổ BWmap tương ứng.
Ở phía thu, phân lớp đáp ứng dịch vụ thực hiện đồng bộ vật lý và phân định các luồng bit, giải mã nội dung của khung hoặc burst PHY, thực hiện sửa lỗi FEC và trích xuất các ký hiệu sửa lỗi chẵn lẻ (FEC), cung cấp các khung XGTC kết quả (theo đường xuống) hoặc burst XGTC bùng nổ (theo đường lên) đến phân lớp định khung XGTC.
Phân lớp này thực hiện mã hóa, giải mã mức thấp nhất cho các khung XGTC trên kênh vật lý. Phân lớp này cũng cung cấp các chức năng đồng bộ vật lý, đồng chỉnh định thời cho việc ghép, tách khung. Ngoài ra, một trong các chức năng rất quan trọng của phân lớp thích ứng vật lý là chức năng sửa lỗi trước FEC bao gồm việc phân chia thành các khối dữ liệu FEC, tính tốn trường chẵn lẻ FEC cũng như thực hiện sửa lỗi dựa trên các mã FEC.
2.3 Đóng khung lớp hội tụ truyền dẫn
2.3.1 Đóng khung đường xuống
Khung XGTC đường xuống có kích thước cố định 135432 byte và bao gồm tiêu đề XGTC và phần tải tin XGTC. Tải tin XGTC được hình thành ở phía truyền và được xử lý ở phía nhận bởi phân lớp thích ứng dịch vụ. Hình 2.10 mơ tả cấu trúc của khung XGTC đường xuống trong đó tiêu đề khung XGTC đường xuống bao gồm các trường HLend có kích thước cố định và hai trường có kích thước thay đổi: (BWmap) và PLOAM đường xuống (PLOAMd).
Hình 2.10 Cấu trúc khung XGTC đường xuống
HLend là một cấu trúc 4 byte điều khiển kích thước của các trường có kích thước thay đổi trong XGTC. Nó bao gồm 3 trường con là:
- BWmap length: kích thước 11 bit xác định số lượng cấu trúc phân bổ trong phần BWmap.
- PLOAM count: kích thước 8 bit xác định số lượng các bản tin PLOAM trong phân vùng PLOAMd.
- HEC: kích thước 13 bit, trường phát hiện và sửa lỗi cho cấu trúc Hlend. Phân vùng BWmap là một tập các cấu trúc phân bổ 8 byte. Số lượng cấu trúc phân bổ trong BWmap được cho trong trường BWmap length. Chiều dài thực tế của BWmap là 8xN bytes. Hình 2.11 đã thể hiện cấu trúc của phân vùng BWmap bao gồm các cấu trúc phân bổ và chi tiết các trường có trong cấu trúc phân bổ.
Hình 2.11 Cấu trúc phân vùng BWmap
Một cấu trúc phân bổ bao gồm các trường:
- Alloc-ID: 14 bit xác định người nhận phân bổ băng thông
- Flags: 2 bit. Bao gồm 2 chỉ số là DBRu và PLOAMu dùng cho báo hiệu. - StrartTime: 16 bit xác định byte đầu tiên của burst XGTC đường lên trong
khung PHY đường lên.
- GrantSize: kích thước 16 bit xác định chiều dài của dữ liệu tải tin XGTC với giá trị DBRu được truyền trong phân bổ cụ thể.
- Trường FWI: cho phép OLT đánh thức ONU đang ở chế độ công suất thấp, nếu như ONU hỗ trợ quản lý qua giao thức.
- Trường BurstProfile: trường kích thước 2 bit bao gồm chỉ số của burst profile được sử dụng bởi phân lóp đáp ứng PHY của ONU để hình thành PHY burst.
- Trường HEC: trường kiểm tra lai ghép xác định và sửa lỗi cho cấu trúc phân bổ
Phân vùng PLOAMd bao gồm các bản tin PLOAM như trong hình 2.12. Chiều dài của mỗi bản tin PLOAM là 48 bytes. Số lượng bản tin PLOAM trong phân vùng PLOAMd được xác định trong trường PLOAM count của cấu trúc Hlend được trình bày ở trên. Chiều dài thực tế của PLOAMd là 48xP bytes.
Hình 2.12 Cấu trúc phân vùng PLOAMd
2.3.2 Đóng khung XGTC đường lên
Theo chiều lên, giao diện giữa phân lớp đóng khung XGTC và phân lớp thích ứng XGTC PHY được thể hiện bằng một burst XGTC đường lên. Một burst XGTC đường lên được truyền bởi một ONU nhất định có kích thước được xác định động và bao gồm tiêu đề burst XGTC đường lên, một hoặc nhiều khoảng phân bổ băng thông, mỗi khoảng được liên kết với một Alloc-ID cụ thể và cuối cùng là trailer XGTC. Kích thước của mỗi khoảng phân bổ được quy định bởi cấu trúc phân bổ cụ thể của BWmap.
Hình 2.13 Cấu trúc và các trường trong burst XGTC đường lên
Mỗi khoảng thời gian phân bổ băng thông chứa phần tải tin XGTC và có thể chứa phần chi phí phân bổ trước phần tải tin XGTC. Tải tin XGTC được hình thành ở phía truyền và được xử lý ở phía nhận bởi thực thể lớp con thích ứng dịch vụ tương ứng.
2.3.2.1 Tiêu đề burst XGTC
Bao gồm phần 4 byte cố định và phần khơng cố định. Phần khơng cố định có các bytes zero hoặc một bản tin PLOAM 48 bytes, tùy thuộc giá trị của cờ PLOAMu của cấu trúc phân bổ BWmap tương ứng.
Phần kích thước cố định bao gồm các trường:
- ONU-ID: kích thước 10 bit bao gồm giá trị ONU-ID duy nhật của ONU. OLT có thể kiểm tra trường này so với BWmap để xác định chính xác ONU đang truyền.
- Ind: trường 9 bit cung cấp báo hiệu lỗi của trạng thái ONU - Trường HEC: phát hiện và sửa lỗi tiêu đề XGTC.
- Trường PLOAMu: nếu có sẽ chưa một bản tin PLOAM, được kiểm soát bởi OLT với cờ PLOAMu của cấu trúc phân bổ đầu tiên trong tập bust phân bổ
2.3.2.2 Khối DBRu
Khối này có thể có hoặc khơng, nếu có chi phí phân bổ bao gồm cấu trúc DBRu. Sự có mặt của DBRu được điều khiển bởi OLT với cờ DBRu của cấu trúc phân bổ tương ứng trong BWmap. Cấu trúc DBRu 4 byte mang một báo cáo trạng thái bộ đệm được liên kết với một Alloc-ID. Gồm 2 trường con là BufOcc và CRC trong đó:
- Trường BufOcc dài 3 bit bao gồm tổng số lưu lượng SDU thể hiện bằng từ 4 bytes
- Trường CRC: Cấu trúc DBRu được bảo vệ sử dụng CRC-8. Phía thu sẽ thực hiện phát hiện sửa lỗi CRC-8, nếu xác định lỗi thì DBRu bị loại bỏ
2.3.2.3 Phần đuôi XGTC burst đường lên
Bao gồm một trường BIP dài 4 byte được tính dựa trên tồn burst XGTC. Bộ thu OLT xác thực BIP để để ước tính BER trên liên kết quang đường lên. rằng ước tính BER dựa trên BIP chỉ có thể áp dụng khi FEC bị tắt. Bất cứ khi nào FEC ngược dịng được bật trong lớp con thích ứng PHY, thay vào đó, ước tính BER thơ sẽ được thu thập dựa trên kết quả hiệu chỉnh FEC
2.3.3 Kỹ thuật đóng gói tin XG-PON (XGEM)
Trong hệ thống XG-PON, các SDU bao gồm các khung dữ liệu người dùng và các khung quản lý PON mức cao (OMCI) được truyền trong phần tải tin XGTC của các khung XGTC đường xuống và các XGTC bursts đường lên sử dụng phương thức đóng gói XG-PON hay cịn gọi là XGEM. XGEM hỗ trợ phân mảnh, đóng gói, phân định SDU và có thể sử dụng đồng thời ở cả đường lên và đường xuống.
2.3.3.1 Định khung XGEM
a) Cấu trúc khung XGTC
Hình 2.14 cấu trúc tải tin XGTC payload
Phần tải tin XGTC được mang trong các khung XGTC đường xuống và các XGTC bursts đường lên. Kích thước của tải tin XGTC trong khung XGTC đường xuống bằng kích thước khung XGTC (được cố định và bằng 135432 byte) nhỏ hơn kích thước của tiêu đề khung XGTC đã cho. Kích thước của mỗi phần tải tin XGTC trong một cụm đường lên nhất định bằng kích thước của phân bổ tương ứng trừ đi chi phí phân bổ. Tải tin XGTC chứa một hoặc nhiều khung XGEM. Cấu trúc của một tải tin XGTC được thể hiện như trong hình 2.14.
Kích thước của tải tin XGTC trong khung XGTC đường xuống bằng kích thước khung XGTC trừ kích thước của tiêu đề khung XGTC đã cho. Kích thước của mỗi phần tải tin XGTC trong một cụm ngược dịng nhất định bằng kích thước của phân bổ tương ứng trừ đi chi phí phân bổ. Tải tin XGTC chứa một hoặc nhiều khung XGEM và mỗi khung XGEM kích thước tối thiểu 16 bytes bao gồm hai phần là tiêu đề Header và tải tin Payload.
b) Tiêu đề khung XGEM
Hình 2.15 mơ tả cấu trúc của một khung XGEM và thể hiện chi tiết các trường trong tiêu để khung XGEM. Tiêu đề khung XGEM có kích thước là 8 bytes và gồm một số trường như: PLI, Key Index, XGEM port-ID, Options, LF, HEC.
Trong đó:
- Trường PLI (Payload length indication): kích thước 14 bits mang thơng tin về chiều dài tính theo byte của SDU chứa bên trong phần tải tin XGEM. - Trường Key Index: kích thước 2 bits xác định khóa mã hóa sử dụng mã hóa
tải tin XGEM, cùng với giá trị trường XGEM Port-ID, trường Key Index chỉ ra kiểu khóa mã hóa là khóa unicast hay broadcast. Các giá trị có thể có của trường Key Index là:
• 00: Payload khơng được mã hóa.
• 01: Payload được mã hóa với khóa Unicast. • 10: Payload được mã hóa với khóa Broadcast. • 11: Được sử dụng trong tương lai.
Nếu Key Index chứa một giá trị dành riêng hoặc một khóa khơng hợp lệ thì tải tin của khung XGEM sẽ bị loại bỏ.
- Trường XGEM port-ID: kích thước 16 bits xác định XGEM Port của khung. - Trường Options: kích thước 18 bits, hiện tại vẫn chưa được sử dụng. Trường
này sẽ được gán giá trị 0x00000 bởi bộ phát và bị bỏ qua tại bộ thu.
- Trường LF (Last fragment): Kích thước 1 bit. Xác định phân đoạn cuối cùng. Nếu SDU bị phân mảnh và phân đoạn được đóng gói vào trong khung XGEM là phân đoạn cuối cùng của SDU được phân mảnh hoặc một SDU hồn chỉnh được đóng gói vào trong 1 khung XGEM thì trường LF được đặt bit 1, nếu khơng thì sẽ được đặt là 0.
- Trường HEC (Hybird error correction): Kích thước 13 bits. Trường sửa lỗi và phát hiện lỗi cho tiêu đề XGEM, là sự kết hợp của mã BCH hoạt động trên 63 bits ban đầu của tiêu đề và một bit chẵn lẻ.
c) Tải tin XGEM (XGEM Payload)
Hình 2.16 Định dạng tải tin XGEM.
Hình 2.16 đã thể hiện cấu trúc của khung XGEM và cấu trúc tải tin XGEM. Tải tải XGEM là có độ dài thay đổi dựa theo trường PLI của tiêu đề XGEM. Đối với khung XGEM non-idle, độ dài P của trọng tải XGEM, tính bằng byte, có liên quan đến giá trị L, được truyền trong trường PLI dưới dạng:
𝑃 = { 4 ∗ ⌈𝐿 4⌉ 𝑛ế𝑢 𝐿 ≥ 8 8 𝑛ế𝑢 0 < 𝐿 < 8 0 𝑛ế𝑢 𝐿 = 0
Tải tin XGEM có thể bao gồm từ 1 đến 7 bytes đệm ở những vị trí quan trọng. Bộ phát sẽ điền các bytes đệm với giá trị 0x55. Các bytes đệm này sẽ bị loại bỏ ở phía nhận khung XGEM.
Ngồi ra cịn có các khung Idle XGEM (khung trống). Bất cứ khi nào phía phát khơng có SDU hay phân đoạn SDU để gửi hoặc kích thước của SDU hay phân đoạn SDU vượt quá kích thước phần tải tin XGTC và không thể thực hiện phân mảnh, máy phát sẽ tạo ra các khung Idle XGEM để lấp đầy không gian phần tải tin XGTC.
Khung Idle XGEM là bất kỳ khung XGEM nào có giá trị của cổng XGEM port- ID bằng 0xFFFF.
Trường PLI của khung idle XGEM mang kích thước thực tế của tải tin khung và bằng bội số bất kỳ của 4, có giá trị từ 0 cho đến tối đa kích thước SDU được hỗ trợ tối đa.
Nội dung tải tin XGEM của một khung Idle XGEM được thiết lập bởi bộ phát. Các khung Idle XGEM được truyền khơng mà mã hóa với trường Key-Index =00, cho biết
khơng có mã hóa và trường LF = 1. Phía nhận sẽ bỏ qua các trường Key-Index và LF của tiêu đề và tải tin của khung XGEM có trường XGEM port-ID là 0xFFFF.
Ngồi ra, nếu khơng gian khả dụng ở cuối phần tải tin XGTC nhỏ hơn kích thước tiêu đề XGEM (tức là bằng 4 byte), bộ phát sẽ tạo một khung short idle XGEM kích thước 4 byte với giá trị hoàn toàn bằng 0.