2.2. Mạng quang thụ động PON
3.1.3. Khung truyền dẫn GPON
Mỗi khung hướng xuống GTC dài 125 μs ở cả tốc độ khung là 1.24416 Gbps và 2.44832 Gbps, chứa khối điều khiển vật lý (PBCd- Physical Control Block downstream) và phần tải được mô tả ở hình 3.5
Header của khối điều khiển vật lý bao gồm phần cố định và phần có thể thay đổi.
Phần cố định chứa vùng đồng bộ vật lý, vùng ID và vùng PLOAM. Phần có thể thay đổi bao gồm chiều dài tải ở hướng xuống (Plend- Payload Length downstream) và bộ nhớ băng thông hướng lên. Chi tiết các vung được mô tả ở hình 3.7.
Hình 3.5: Khung hướng xuống GTC
Vùng đồng bộ vật lý
Vùng đồng bộ vật lý được cố định là 4 byte và nó bắt đầu ở mỗi khối PCBd.
ONU sử dụng phần này để tìm vị trí bắt đầu khung. ONU thực hiện cơ chế đồng bộ như hình 3.6. ONU bắt đầu trạng thái tìm kiếm và tìm ra Psync trong hàng đợi. Mỗi lần nó tìm ra Psync thì nó sẽ chuyển thành pre-sync và thiết lập bộ đếm cài giá trị là 1.
Sau đó, ONU sẽ tìm Psync khác sau chu kỳ 125μs. Cứ mỗi Psync đúng bộ đếm sẽ tăng thêm 1. Nếu Psync không đúng ONU sẽ truyền ngược lại trạng thái tìm kiếm. Trong trạng thái pre-sync, nếu bộ đếm truyền đúng tới M1 thì ONU sẽ truyền đến trạng thái đồng bộ sync. Mỗi lần ONU đến trạng thái sync, ONU biểu thị nó đã tìm ra cấu trúc
Mai Hữu Xuân- Kỹ Thuật Thông Tin và Truyền Thông K53 Page 51 khung hướng xuống và bắt đầu xử lý thông tin PCBd. Nếu ONU phát hiện vùng Psync M2 kế tiếp không đúng, nó sẽ biểu thị là mất khung và trở về trạng thái tìm kiếm.
Hình 3.6: Cơ chế trạng thái đồng bộ ONU
Vùng ID
Vùng ID có 32 bit trong đó một bit dùng để kiểm tra lỗi khung FEC ở hướng xuống, một bit để dành và 30 bit chỉ thị cấu trúc khung lớn hơn. Bộ đếm siêu khung này được dùng cho hệ thống mã hóa dữ liệu của người dùng và cũng có thể được dùng để cung cấp tín hiệu tham chiếu đồng bộ tốc độ thấp. 30 bit của vùng ID dùng để đếm và mỗi ID của khung sẽ lớn hơn khung trước đó. Bất cứ khi nào bộ đếm tăng tới giá trị tối đa thì nó sẽ quay về 0 cho khung tiếp theo.
Vùng quản lý, vận hành và bảo dưỡng lớp vật lý PLOAM
Vùng PLOAM có 13 byte trong khối điều khiển vật lý, nó chứa các bản tin OAM lớp vật lý. Hoạt động , quản lý và bảo dưỡng OAM liên quan đến các cảnh báo gây ra bởi các sự kiện được truyền qua các bản tin trong vùng PLOAM 13 byte. Tất cả kích hoạt đều liên quan đến bản tin được ánh xạ trong vùng PLOAM.
ONU ID đánh địa chỉ cho mỗi ONU riêng. Trong lúc sắp xếp, ONU sẽ được gán một số gọi là ONU ID. Số này có giá trị từ 0 đến 253. Lúc chưa được sắp xếp vùng này có giá trị là 0xFF để quảng bá cho tất cả ONU.
Bản tin ID chỉ thị loại bản tin. Dữ liệu được dùng cho phần tải của bản tin truyền dẫn hội tụ GPON (GTC).
CRC dùng để kiểm tra lỗi nội dung.
Vùng BIP
Mai Hữu Xuân- Kỹ Thuật Thông Tin và Truyền Thông K53 Page 52 Vùng BIP có 8 bit chứa số bit chẵn lẻ được chèn vào tất cả các byte truyền đi, đầu thu cũng tính số bit được chèn vào là chẵn hay lẻ, sau đó so sánh với kết quả của BIP được truyền để đo số lỗi trên đường link.
Vùng chiều dài tải ở hướng xuống
Vùng chiều dài tải ở hướng xuống (Plend) chỉ định chiều dài bộ nhớ băng thông và phần dành riêng cho ATM trong container truyền dẫn. Vùng này được gửi hai lần, trong đó 12 bit đầu biểu diễn chiều dài bộ nhớ băng thông. Điều này giới hạn số ID phân bố có thể được gán chỉ lên tới 4095. Chiều dài phần dành riêng cho ATM được biểu diễn ở 12 bit tiếp theo. Điều này cho phép hướng lên 4095 cell ATM trong một khung và tốc độ lên tới 10Gbps. 8 bit cuối kiểm tra CRC. Đầu thu của vùng plend sẽ thực hiện phát hiện và sửa lỗi.
Vùng bộ nhớ băng thông
Vùng bộ nhớ băng thông là một mảng có cấu trúc 8 byte. Mỗi vùng trong mảng này biểu thị phần băng thông cho một container truyền dẫn riêng. Toàn bộ số vùng trong bộ nhớ được biểu diễn ở chiều dài tải Plend. Khuôn dạng mỗi vùng được mô tả ở hình 3.7.
Vùng phân bổ ID chứa 12 bit chỉ thị CON-T riêng mà nó được gán thời gian luồng lên của mạng PON. Tiếp theo là vùng cờ chứa 12 bit chỉ thị cách phân phối đã dùng (hình 3.7 biểu diễn các chức năng của 12 bit cờ). Tiếp đó là bit 11 gửi PLSu (Power Levelling Sequence upstream): nếu bit này được cài đặt, ONU sẽ gửi thông tin PLSu trong lúc phân bổ. Nếu không được cài đặt thì ONU sẽ không gửi thông tin PLSu lúc phân bổ. Bit 10 gửi thông tin PLOAMu: nếu bit này được cài đặt, ONU sẽ gửi thông tin PLOAMu trong lúc phân bổ và ngược lại sẽ không gửi thông tin PLOAMu này nếu không được cài đặt. Bit 9 sử dụng sửa lỗi FEC (Forward Error Correction): nếu bit này được cài đặt thì ONU sẽ tính toán và chèn FEC trong lúc phân bổ. Bit 7 và 8 gửi báo cáo băng thông động DBRu ( Dynamic Bandwidth Report upstream): phụ thuộc vào nội dung 2 bit ONU sẽ gửi DBRu phù hợp với vị trí ID hay không; 00 không gửi DBRu, 01 gửi DBRu mode 0 (2 byte), 10 gửi DBRu mode 1 (3 byte), 11 gửi DBRu mode 2 (5 byte). Cuối cùng là bit 0-6 là các bit dự phòng.
Vùng StartTime chứa 16 bit chỉ thị thời gian bắt đầu phân bổ. Thời gian này được tính bằng byte, bắt đầu khung là 0. Điều này giới hạn kích thước của khung lên là
Mai Hữu Xuân- Kỹ Thuật Thông Tin và Truyền Thông K53 Page 53 65,536 byte. Điều này đủ để đánh địa chỉ cho tốc độ hướng lên tới 2.488 Gbps. Thời gian bắt đầu trỏ đến nơi bắt đầu truyền dữ liệu không bao gồm thời gian overhead của lớp vật lý.
Vùng Stoptime chứa 16 bit chỉ thị thời gian kết thúc phân bổ. Thời gian này được tính bằng byte, bắt đầu là khung 0. Thời gian kết thúc trỏ đến byte dữ liệu cuối cùng được kết hợp với việc phân bổ này.
Vùng CRC: cấu trúc phân bổ được bảo vệ sử dụng CRC-8
Hình 3.7: Mô tả chi tiết khung hướng xuống GTC
Vùng tải
Vùng tải truyền dẫn hội tụ có hai phần: phần dành riêng cho ATM và phần dành riêng cho GEM.
Phần dành riêng cho ATM chứa 53 cells ATM. Kích thước phần này được đưa vào vùng Plend dành cho ATM. Do đó vùng này cũng có kích thước là bội số 53 byte.
Các cell ở hướng xuống thì được lọc ở ONU dựa vào chỉ số nhận dạng đường ảo VPI chứa trong mỗi cell.
Phần dành riêng cho GEM chứa một số khung GEM phác họa thành đa khung.
Kích thước của phần dành riêng GEM thì bằng toàn bộ chiều dài khung trừ đi khối điều khiển PCBd và phần ATM. Khung hướng xuống được lọc ở ONU dựa vào 12 bit Port-ID chứa trong mỗi phân đoạn khung.
b. Cấu trúc khung hướng lên
Mai Hữu Xuân- Kỹ Thuật Thông Tin và Truyền Thông K53 Page 54 Cấu trúc khung hướng lên được biểu diễn ở hình 3.8. Chiều dài khung thì giống như khung hướng xuống. Mỗi khung chứa một số truyền dẫn từ một hay nhiều ONU.
Bộ nhớ băng thông chỉ định việc sắp xếp truyền dẫn này. Mỗi chu kỳ phân phối phải dựa theo sự điều khiển của OLT, ONU có thể truyền một đến bốn overhead và dữ liệu người dùng. Bốn loại overhead là:
Overhead lớp vật lý (PLOu- Physical Layer Overhead).
Các hoạt động, quản lý và bảo dưỡng lớp vật lý PLOAMu (Physical Layer Operations, Administration and Management upstream).
San bằng công suất (PLSu- Power Levelling Sequence upstream).
Báo cáo băng thông động (DBRu- Dynamic Bandwidth Report upstream).
Hình 3.8: Khung hướng lên GTC
Hình 3.9 chỉ ra chi tiết các overhead. OLT chỉ thị thông qua cờ trong bộ nhớ băng thông có hay không thông tin vùng PLOAMu, PLSu hay DBRu được gửi trên mỗi vùng phân bổ. Trạng thái của PLOu thì ẩn trong vùng sắp xếp khi phân phối. Quy luật là mỗi lần một ONU chuyển qua môi trường mạng PON.
Hình 3.9: Mô tả chi tiết khung hướng lên GTC
Mai Hữu Xuân- Kỹ Thuật Thông Tin và Truyền Thông K53 Page 55
Vùng overhead lớp vật lý hướng lên
Vùng overhead lớp vật lý hướng lên gồm các vùng là lời mở đầu, vùng ranh giới và 3 vùng dữ liệu tương ứng với ONU. Để duy trì kết nối với ONU, OLT sẽ thử cấp việc truyền lên của mỗi ONU trong khoảng thời gian tối thiểu. Khoảng thời gian này được xác định bởi các thông số dịch vụ của ONU. OLT sẽ định dạng và điều khiển lời mở đầu và ranh giới trong các bản tin overhead. Vùng BIP có 8 bit.
Trước khi ONU-ID được gán, ONU đặt giá trị không xác định là 255 trong vùng này. OLT có thể kiểm tra vùng này để xác nhận địa chỉ phân bố và truyền đúng đến ONU. Vùng ID cung cấp trạng thái ONU thời gian thực báo cáo cho OLT. Khi ONU chỉ ra một PLOAM khẩn cấp đang đợi, OT sẽ cấp một vị trí ở hướng lên cho phép ONU gửi bản tin PLOAM. Thòi gian đáp lại sẽ ít hơn 5ms.
Vùng vận hành, quản lý và bảo dưỡng lớp vật lý PLOAMu
Các hoạt động quản lý và bảo dưỡng lớp vật lý PLOAMu có 13 byte chứa các bản tin PLOAM đã được mô tả ở phần PLOAMd
Vùng san bằng công suất PLSu
Vùng san bằng công suất có kích thước 120 byte, ONU sử dụng cho việc đo công suất, chức năng giúp điều chỉnh mức công suất ONU. Vùng này được gửi khi có chỉ thị cờ. Cơ chế điều khiển công suất thì có lợi trong hai trường hợp là khởi tạo công suất ban đầu của bộ phát ONU ( chỉ xảy ra lúc kích hoạt ONU) và thay đổi công suất cảu bộ phát ONU (xảy ra lúc hoạt động cũng như lúc kích hoạt). PLSu có thể được yêu cầu ở bất kỳ thời điểm nào. Ở nhiều trường hợp trong lúc kích hoạt, OLT có thể cài đặt bit PLSu để quảng bá cho phép ONU thiết lập bộ phát. Nếu ONU không sử dụng vùng PLSu thì ONU sẽ không kích hoạt bộ phát, điều này làm giảm sự đụng độ.
Vùng báo cáo băng thông động DBRu
Cấu trúc DBRu chứa thông tin T-CONT. Vùng này được gửi khi có chỉ thị cờ.
Vùng DBA chứa trạng thái lưu lượng của T-CONT. Vùng 8, 16 hay 32 bit được dùng cho mục đích này. Vùng CRC: cấu trúc DBRu được bảo vệ sử dụng CRC-8. Đầu thu của DBRu sẽ thực hiện phát hiện và sửa lỗi CRC-8. Nếu CRC chỉ thị rằng lỗi không thể sửa được thì thông tin trong DBRu sẽ bị loại bỏ.
Phần tải
Mai Hữu Xuân- Kỹ Thuật Thông Tin và Truyền Thông K53 Page 56 Phần tải đưa lên có thể là cell ATM, khung GEM hay báo cáo DBA. Phần tải ATM hướng lên có 53 byte. Chiều dài của phần tải này phải nhỏ hơn chiều dài overhead được yêu cầu. OLT sắp xếp các con trỏ để phần tải ATM luôn là 53 bytes.
Nếu tải không đủ 53 bytes thì nó sẽ độn thêm cho đủ 53 byte, các cell ATM ở hướng lên được trình bày như hình 3.10.
Hình 3.10: Các cell ATM ở hướng lên.
Phần tải hướng lên GEM chứa một số khung GEM (hình 3.11). Chiều dài của phần tải này phải nhỏ hơn chiều dài của overhead được yêu cầu.
Phần tải hướng lên DBA chứa báo cáo phân bổ băng thông động từ ONU như hình 3.12. Báo cáo băng thông động đầu tiên được xếp hàng ở các byte đầu tiên tại vị trí bắt đầu phân bổ, tất cả báo cáo thì liên tiếp nhau. Nếu chiều dài phân bổ không khớp với toàn bộ chiều dài báo cáo thì ONU sẽ bỏ bớt phần cuối của báo cáo hay đệm thêm các bit 0 ở phần cuối nếu không đủ. Chú ý rằng ONU phair phản hồi việc phân bổ tải DBA thâm chí nếu mode này của DBA không hỗ trợ thì nó vẫn duy trì phần tải này.
Hình 3.11: Các khung GEM ở hướng lên.
Hình 3.12: Báo cáo DBA ở hướng lên.
3.1.4. Phân bổ băng tần động DBA trong GPON
Mai Hữu Xuân- Kỹ Thuật Thông Tin và Truyền Thông K53 Page 57 Phương pháp cơ bản nhất của phân phối băng thông hướng lên là phân bổ bằng nhau giữa các ONU. Phương pháp này chưa hiệu quả, đặc biệt là lưu lượng gói bởi nhu cầu băng thông của các ONU thì ít khi bằng nhau tại mỗi thời điểm. việc tận dụng toàn bộ băng thông có thể được thực hiện nếu băng thông hướng lên được phân phối động tùy theo nhu cầu của ONU. Trong khi ITU-T không quy định thuật toán DBA, G.983.4 quy định khung và cơ chế để thực hiện DBA trong hệ thống BPON và GPON.
G.983.4 quy định hai cơ chế gán băng tần động như sau:
Với phương pháp đầu tiên, ONU đóng vai trò là bị động, OLT giám sát băng thông của mỗi ONU được sử dụng dựa trên số cell ATM nhàn rỗi và khung GEM nhàn rỗi mà nó nhận trong khung GTC hướng lên. Vì lý do này, phương pháp này được coi như là “ điều chỉnh cell nhàn rỗi”. Phương pháp này còn được gọi là báo cáo không trạng thái, có nhiều băng thông hơn được gán cho ONU nếu việc tận dụng băng thông vượt quá ngưỡng quy định. Thuận lợi của phương pháp này là làm đơn giản hóa ONU và tránh việc sử dụng băng thông hướng lên cho việc báo cáo nhu cầu băng thông.
Phương pháp thứ hai, ONU báo cáo trạng thái bộ đếm đến OLT. Do vậy, nó được gọi là báo cáo trạng thái bộ đệm hay báo cáo trạng thái SR (Status Reporting). Chỉ thị nhu cầu băng thông trong loại T-CONT được truyền trong vùng overhead lớp vật lý cụ thể hơn là vùng báo cáo băng thông động DBRu. OLT sử dụng thông tin báo cáo trạng thái để quyết định phân bổ băng thông động phù hợp cho mỗi vị trí ID.