3.2.2 Cỏc đặc tả cho APON
APON là sự kết hợp giữa phương thức truyền tải khụng đồng bộ ATM với mạng truy nhập quang thụ động PON.
Mạng APON sử dụng cụng nghệ ATM là giao thức truyền tin. Cụng nghệ ATM cung cấp sự mềm dẻo theo khỏi niệm độ trong suốt dịch vụ và phõn bổ băng tần,ngồi ra cũn cú những tớnh năng rất hữu ớch cho hoạt động khai thỏc và bảo dưỡng cỏc kết nối từ đầu cuối đến đầu cuối nhờ đú giảm được chi phớ hoạt động của mạng. Cỏc ưu điểm của ATM được kết hợp với mụi trường truyền dẫn là sợi quang với tài nguyờn băng tần dường như là vụ hạn đĩ tạo ra một mạng truy nhập băng rộng được biết tới như là BPON (Broadband PON-mạng PON băng rộng).
Như mọi hệ thống khỏc, APON cũng được chia thành cỏc lớp, lớp con với cỏc nhiệm vụ cụ thể. Cỏc lớp này thuộc một trong hai mặt bằng. Một là mặt bằng dữ liệu cú nhiệm vụ phõn phối lưu lượng đến và đi từ cỏc thiết bị đầu cuối, trong trường hợp này là cỏc cổng tại OLT và ONU. Hai là mặt bằng điều khiển, hay mặt bằng OAM hay hệ thống hỗ trợ hoạt động (OSS), thực hiện cỏc chức năng vận hành, điều khiển, quản lý. Những chức năng này cú tớnh chất khụng liờn tục, vớ dụ như là cỏc chức năng OAM: khởi tạo, khụi phục lỗi, bỏo cỏo trạng thỏi, với trường hợp mạng quang cú cỏc chức năng riờng biệt như điều chỉnh cụng suất laser.
Trong bài viết, ta sẽ liệt kờ thụng tin điều khiển chứa trong cỏc trường tiờu đề, tiờu đề con, hay cỏc phần thụng tin mào đầu trước lưu lượng người dựng. Ta phải hiểu rằng, thụng tin tiờu đề thuộc về 1 lớp sẽ khụng được nhỡn thấy bởi cỏc lớp ở trờn tại cả phớa gửi và phớa nhận. Ta đĩ miờu tả cấu trỳc ngữ phỏp cỏc bản tin bằng cỏch liệt kờ từng bit, từng byte trong format bản tin. Thực tế, chỉ cần xem bản tin của một lớp núi gỡ, nghe gỡ ta cú thể hồn tồn biết chức năng của giao thức lớp đú.
OLT ODN ONU1 ONUn . . . R/S Oru , Ord R/S Oru , Ord Olu , Old R/S
Facebook: Khoi.utc@gmail.com 41
Hoạt động của APON cũng sẽ được đề cập đến qua bài viết thụng qua việc mụ tả quỏ trỡnh trao đổi bản tin giữa cỏc thực thể ngang hàng theo thời gian, việc trao đổi cỏc lệnh và cỏc đỏp ứng giữa cỏc lớp liền kề theo chiều dọc trong ngăn xếp giao thức.
3.2.3 Cấu trỳc phõn lớp APON
Mụ hỡnh phõn lớp mạng ATM gồm cú lớp mụi trường truyền dẫn và lớp đường, lớp mụi trường truyền dẫn phõn chia thành lớp mụi trường vật lý và lớp hội tụ truyền dẫn.
Trong mạng ATM-PON lớp đường tương ứng với lớp đường ảo của lớp ATM Lớp dưới cựng là lớp phương tiện vật lý thực hiện giao tiếp với phần quang của mạng (hay chớnh là mạng phõn phối quang ODN). Lớp này thực hiện cỏc chức năng: chuyển đổi điện-quang, nhận/truyền cỏc tớn hiệu đến/đi ở phương tiện vật lý tại một trong ba bước súng quang (1310, 1490, 1550nm), kết nối với sợi quang của ODN. Cấu trỳc của lớp tũn theo tập cỏc tham số quang điện đĩ được chuẩn húa.
Lớp đường Chuyển đổi tế bào ATM và cỏc khung dữ
liệu người dựng Lớp Mụi trường truyền dẫn Lớp hội tụ truyền dẫn
Lớp con Thớch ứng Lớp thớch ứng của B-ISDN
Lớp con truyền dẫn PON -Xắp xếp -Cấp phỏt khe tế bào -Cấp phỏt băng tần -Bảo mật và an tồn -Đồng chỉnh khung -Đồng bộ cụm(Burst) -Đồng bộ bit/byte Lớp vật lý -Tương thớch E/O -Ghộp bước súng -Kết nối sợi quang Hỡnh 3.7: Cấu trỳc phõn lớp mạng APON
Giữa lớp phương tiện vật lý và lớp đường (giao điện mà qua đú tế bào ATM được phõn phối tới lớp khỏch hàng) là lớp hội tụ truyền dẫn TC (tương ứng với lớp 2 trong mụ hỡnh OSI). Lớp TC được phõn chia thành lớp con truyền dẫn PON và lớp con thớch ứng nằm ở trờn, tương ứng với lớp con hội tụ truyền dẫn của mụ hỡnh B-ISDN. Lớp con thớch ứng được chuẩn húa dựa trờn chuẩn ATM trờn cơ sở cỏp đồng truyền thống [ITU I.732]. Chức năng của lớp này là chuyển đổi giữa khung 125s mức người dựng (đơn vị dữ liệu giao thức PDU) và tế bào ATM.
Facebook: Khoi.utc@gmail.com 42
3.2.3.1 Lớp vật lý
Lớp này khụng giống như cỏc lớp trờn là cỏc thành phần phần cứng chứ khụng phải là phần mềm. Phần cứng này được định nghĩa bởi cỏc chuẩn [G.983.1 & G.983.3] và tũn theo cỏc tham số sau:
Tốc độ bit: 155.52 hoặc 622.08Mb/s ở đường xuống và 155.52Mb/s đường lờn
Bước súng: 1260 đến 1360nm đường lờn, 1480 đến 1580nm đường xuống
Dạng lưu lượng: số ở cả hai hướng, hỗ trợ tương tự ở đường xuống
Tỉ lệ chia cụng suất quang: lờn đến 32, con số này bị giới hạn bởi suy hao ODN
3.2.3.2 Lớp hội tụ truyền dẫn TC
Lớp con truyền dẫn PON của lớp hội tụ truyền dẫn
Lớp con truyền dẫn TS hồn tồn làm việc với tế bào. Theo hướng về, lớp này nhận cỏc tế bào từ tớn hiệu điện do lớp phương tiện vật lý đưa đến, đồng bộ tại mức bit và byte, giới hạn tế bào và khung được xỏc định, mào đầu được tỏch và xử lý, chuyển cỏc luồng tế bào lờn lớp cao hơn tiếp theo. Theo hướng đi, quỏ trỡnh xử lý diễn ra ngược lại. Trong lớp này, giao thức sắp xếp được sử dụng để đảm bảo rằng cỏc tế bào đến từ cỏc ONU khỏc nhau khụng chồng lấp lờn nhau. Hai chức năng quan trọng khỏc mà chỳng ta sẽ thảo luận ở sau là gỏn băng tần động (DBA) và mật mĩ
Lớp con thớch ứng của lớp hội tụ truyền dẫn
Đõy là lớp trong đú cú sự chuyển đổi diễn ra giữa tế bào ATM và PDU (cú thể là: SONET/SDH, xDSL, cỏc PDU dựa trờn khung 125s [ITU I.732] của cỏc cụng ty điện thoại). Lớp này khụng cung cấp giao diện với cỏc lưu lượng trờn cơ sở gúi như Ethernet hay IP. Để cung cấp những giao diện này ta phải cú 1 phần mềm chuyển đổi thờm vào, phần này khụng ở trong phạm vi chuẩn.
3.3 EPON
3.3.1 Kiến trỳc EPON
Kiến trỳc IEEE 802 cho rằng tất cả mọi trạm truyền thụng trong từng phần của một mạng LAN đều được kết nối tới một thiết bị dựng chung. Trong một thiết bị dựng chung, tất cả cỏc trạm đều được coi như thuộc về một phạm vi truy nhập đơn, ở đõy phần lớn cỏc trạm cú thể phỏt tớn hiệu ở một thời gian và tất cả cỏc trạm khỏc cú thể nhận tớn hiệu trong tồn bộ khoảng thời gian đú.
Những vựng đa truy nhập cú thể được nối liền với nhau bằng một thiết bị được gọi là bridge. Những bridge lựa chọn chuyển tiếp những gúi tin để tạo ra một cấu trỳc của mạng LAN bao gồm tồn bộ cỏc vựng truy nhập. Việc lựa chọn chuyển tiếp sẽ ngăn chặn việc truyền dẫn một gúi tin trong những vựng mà khụng chứa bất cứ một trạm đớch của
Facebook: Khoi.utc@gmail.com 43
gúi tin này. Cầu nối của nhiều LAN đuợc sử dụng mở rộng để cung cấp khả năng quản lý độc lập của những vựng truy nhập, để tăng số trạm hoặc phạm vi vật lý của một mạng xa hơn giới hạn của những phần LAN riờng biệt, và để cải thiện số lượng đầu vào.
Trong một trường hợp ở xa, một vựng truy nhập cú thể bao gồm một trạm. Tiờu biểu là nhiều vựng trạm đơn được kết nối bằng liờn kết điểm - điểm (P2P) tới một bridge, cấu hỡnh của một LAN chuyển mạch.
Dựa vào khỏi niệm vựng truy nhập, những bridge khụng bao giờ chuyển tiếp một khung trở lại cổng lối vào của nú. Trong trường hợp vựng truy nhập bao gồm nhiều trạm, nú được cho rằng tồn bộ cỏc trạm đĩ kết nối tới cổng giống nhau trờn bridge cú thể liờn lạc với một trạm khỏc khụng thụng qua bridge. Trong truờng hợp LAN chuyển mạch, khụng thể cú sự dễ dàng tiếp nhận trong vựng truy nhập của nơi gửi, vỡ khụng cú khung nào được chuyển tiếp trở lại.
Cú một vấn đề cần quan tõm trong phương thức hoạt động bridge này đú là: Người dựng đĩ kết nối tới những ONU khỏc trong cựng một PON khụng thể thuộc cựng LAN và khụng cú khả năng liờn lạc với một người dựng khỏc ở lớp 2 (lớp liờn kết dữ liệu). Nguyờn nhõn là phương tiện PON khụng cho phộp cỏc ONU liờn lạc theo một hướng khỏc, bởi tớnh định hướng của những bộ tỏch/ghộp thụ động. OLT chỉ cú một cổng đơn kết nối tới tất cả cỏc ONU, và một bridge được đặt vào trong OLT sẽ khụng bao giờ chuyển tiếp một khung dữ liệu trở lại cổng mà nú đi vào. Nhiệm vụ trong IEEE 802.3ah, vấn đề này đặt ra một cõu hỏi về EPON tũn theo kiến trỳc IEEE 802, đặc biệt với cầu nối P802.1D.
Trong EPON cú những cấu hỡnh như sau :
Mụ hỡnh cấu hỡnh điểm điểm (P2PE).
Mụ hỡnh chia sẻ phương tiện (SME)
Mụ hỡnh kết hợp P2PE và SME.
Giải phỏp cuối cựng
Facebook: Khoi.utc@gmail.com 44
Hỡnh 3.8: Ngăn xếp EPON.
Ngăn xếp của EPON đĩ cú một sự thay đổi lớn so với Ethernet 802.3 ban đầu bởi vỡ những những chuẩn cấu hỡnh của cỏc PON. Ở lần xuất bản trước của chuẩn 802.3 đĩ sử dụng cấu hỡnh điểm - điểm (P2P) mà ở đõy cỏc mạng PON yờu cầu cấu hỡnh điểm - đa điểm (P2MP). Ngăn xếp EPON mới với một sự thớch ứng cho P2MP được chỉ ra ở hỡnh 3.8. Ở đõy cú bổ sung lớp điều khiển MAC đa điểm.
3.3.3 Giao thức EPON.
Để xử lý cỏc yờu cầu về lưu lượng trong luồng lờn, EPON sử dụng giao thức điều khiển đa điểm MPCP. Đõy là giao thức dựa trờn việc truyền cỏc khung, dựa trờn việc truyền cỏc bản tin điều khiển lớp MAC 64 byte. Cỏc bản tin này kết hợp với lưu lượng đường xuống để cung cấp việc truyền dẫn tựy ý cho cỏc khung Ethernet 802.3. Cỏc chức năng của MPCP là :
Yờu cầu và phõn bổ băng tần
Thỏa thuận cỏc tham số
Quản lý và định thời luồng xuống từ cỏc ONU để trỏnh đụng độ
Sắp xếp và tối ưu húa cỏc khe thời gian luồng xuống để giỏm sỏt độ trễ
Tự động khụi phục và đăng ký cỏc ONU
Facebook: Khoi.utc@gmail.com 45
Cỏc kỹ thuật PON rất hạn chế trong việc chống nghe lộn và chống ăn cắp cỏc dịch vụ , những đề nghị về cơ cấu bảo mật trong tiờu chuẩn 802.3ah khụng cú được những hỗ trợ cần thiết, thay vào đú là cỏc tiờu chuẩn về cơ cấu bảo mật trong 802.1ae. Do cỏc tiờu chuẩn này khụng hồn thành vào đỳng lỳc cỏc tiờu chuẩn về EPON ra đời nờn hầu hết cỏc mạng EPON được triển khai trờn thế giới hiện nay đều sử dụng một cơ chế bảo mật duy nhất. Trong vài trường hợp, cỏc nhà cung cấp dịch vụ viễn thụng lớn đưa ra cơ chế bảo mật riờng của mỡnh, cơ chế này khụng những đỏp ứng được cỏc yờu cầu kỹ thuật cần thiết mà cũn cú thể được coi là mụi trường giỏm sỏt nội hạt. Vớ dụ, hệ thống mật mĩ húa thụng tin AES khụng cú kế hoạch bảo mật khi được ứng dụng tại Trung Quốc và cỏc nhà cung cấp EPON đĩ phải sử dụng phương phỏp xỏo trộn do cụng ty viễn thụng Trung Quốc cung cấp để bảo mật cho đường xuống.
Cơ cấu mật mĩ húa của EPON được dựa trờn thuật toỏn mật mĩ húa tiờn tiến AES (Advance Encryption Standard) do viện kỹ thuật và tiờu chuẩn của Hoa Kỳ xuất bản [FIPS197]. AES cho phộp sử dụng cỏc từ khúa 128 bit, 192 bit hay 256 bit. Cấu trỳc khung Ethernet bao gồm cả phần mở đầu và IPG khụng bị thay đổi để phự hợp với cỏc tiờu chuẩn của IEEE và trỏnh những bổ sung sau này của tiờu chuẩn IEEE 802.3. Để đảm bảo tớnh cỏ nhõn cao, phương phỏp này mật mĩ húa tồn bộ một khung Ethernet, bao gồm cả phần header Ethernet và trường FCS. Cỏc bản tin OAM và MPCP cũng được mật mĩ húa.
3.3.5 Những bước phỏt triển tiếp theo
Những tiềm năng của EPON là gỡ? Cõu hỏi này đĩ được trả lời bởi nhúm làm việc IEEE 802.3 vào thỏng 3 năm 2006 khi họ thành cụng trong việc nghiờn cứu đạt được cấu hỡnh EPON 10 Gb/s.
EPON 10 Gb/s là một bước tiến mới trong việc tăng dung lượng, nú hỗ trợ hiệu quả cho việc truyền tớn hiệu truyền hỡnh chất lượng cao và nhu cầu hỗ trợ mạng đường trục vụ tuyến thế hệ kế tiếp. Nghiờn cứu của IEEE 802.3 về EPON 10 Gb/s tập trung vào định nghĩa một lớp vật lý điểm – đa điểm mới, duy trỡ lớp MAC, điều khiển MAC và tất cả cỏc lớp bờn trờn khụng bị thay đổi theo phạm vi rộng nhất cú thể. Điều này cú nghĩa là cỏc súng mang vẫn cú kiến trỳc như cũ và cú độ tương thớch với hệ thống quản lý mạng (NMS), cỏc hoạt động của lớp PON, quản lý và hệ thống OAM...
Nhúm nghiờn cứu EPON 10 Gb/s đĩ đặt ra những mục tiờu cho cả truyền dẫn trờn đường dõy đối xứng và bất đối xứng. Hệ thống đối xứng sẽ hoạt động ở tốc độ 10 Gb/s ở cả luồng lờn và luồng xuống. Hệ thống bất đối xứng sử dụng luồng xuống 10 Gb/s và luồng lờn 1 Gb/s, đa số giống như cỏc tiờu chuẩn sẵn cú của IEEE 802.3ah cho luồng lờn.
Facebook: Khoi.utc@gmail.com 46
Điểm nhấn mạnh của cấu trỳc đối xứng là ở hoạt động truyền dẫn theo chế độ cụm ở tốc độ 10 Gb/s. Mĩ húa đường dõy 64b/66b được dựng trong lớp vật lý Ethernet 10 Gb/s là cần thiết ở FEC.
EPON 10 Gb/s được đỏnh giỏ là cú tớnh hiệu quả kinh tế cao, nú cung cấp băng thụng lớn hơn mạng CATV sử dụng DOSIS 3.0. Đõy chớnh là nguyờn nhõn chủ yếu làm cho EPON 10 Gb/s là một cụng nghệ cú khả năng thay thế cho cỏc mạng CATV thế hệ tiếp theo. Nú cũng cho phộp thay đổi một cỏch đột biến băng thụng dữ liệu sẵn cú cho cỏc thuờ bao mà khụng cần việc người quản lý đường dõy thay đổi cỏch phõn phối video sẵn cú.
3.4 Metro Ethernet
3.4.1 Lợi ớch khi dựng dịch vụ Ethernet
Nhiều nhà cung cấp dịch vụ đĩ cung cấp dịch vụ Metro Ethernet. Một số nhà cung cấp đĩ mở rộng dịch vụ Ethernet vuợt xa phạm vi mạng nội thị (MAN) và vuơn đến phạm vi mạng diện rộng (WAN). Hàng ngàn thuờ bao đĩ được sử dụng dịch vụ Ethernet và số lượng thuờ bao đang tăng lờn một cỏch nhanh chúng. Những thuờ bao này bị thu hỳt bởi những lợi ớch của dịch vụ Ethernet đem lại, bao gồm:
Tớnh dễ sử dụng.
Hiệu quả về chi phớ (cost effectiveness).
Linh hoạt.
3.4.1.1 Tớnh dễ sử dụng
Dịch vụ Ethernet dựa trờn một giao diện Ethernet (Ethernet interface) chuẩn, phổ biến dựng rộng rĩi trong cỏc hệ thống mạng cục bộ (LAN). Hầu như tất cả cỏc thiết bị và mỏy chủ trong LAN đều kết nối dựng Ethernet, vỡ vậy việc sử dụng Ethernet để kết nối với nhau sẽ đơn giản húa quỏ trỡnh hoạt động và cỏc chức năng quản trị, quản lớ và cung cấp(OAM &P).
3.4.1.2 Hiệu quả về chi phớ
Dịch vụ Ethernet làm giảm chi phớ đầu tư (CAPEX-capital expense) và chi phớ vận hành (OPEX-operation expense):
Một là, do sự phổ biến của Ethernet trong hầu hết tất cả cỏc sản phẩm mạng nờn giao diện Ethernet cú chi phớ khụng đắt.
Hai là, ớt tốn kộm hơn những dịch vụ cạnh tranh khỏc do giỏ thành thiết bị thấp, chi phớ quản trị và vận hành thấp hơn.
Ba là, nhiều nhà cung cấp dịch vụ Ethernet cho phộp những thuờ bao tăng thờm băng thụng một cỏch khỏ mềm dẻo.. Điều này cho phộp thuờ bao thờm băng thụng khi cần thiết và họ chỉ trả cho những gỡ họ cần.
Facebook: Khoi.utc@gmail.com 47
3.4.1.3 Tớnh linh hoạt
Dịch vụ Ethernet cho phộp những thuờ bao thiết lập mạng của họ theo những cỏch hoặc là phức tạp hơn hoặc là khụng thể thực hiện với cỏc dịch vụ truyền thống khỏc. Vớ dụ: một cụng ty thuờ một giao tiếp Ethernet đơn cú thể kết nối nhiều mạng ở vị trớ khỏc