Ngoài kiến trúc MAC thông thường trong Ethernet, mạng PON sử dụng một số giao thức khác trong việc ñiều khiển lưu lượng mạng và tránh xung ñột.
2.1.5.1 Giao thức ñiều khiển ña ñiểm MPCP(Multi-Point Control Protocol)
ðể hổ trợ việc ñịnh vị khe thời gian bởi OLT, giao thức MPCP ñang ñược nhóm IEEE 802.3ah phát triển. MPCP không xây dựng một cơ chế phân bổ băng tần cụ thể, mà thay vào
ñó, nó là một cơ chế hổ trợ thiết lập các thuật toán phân bổ băng tần khác nhau trong EPON. Giao thức này dựa vào hai bản tin Ethernet: Gate và Report. Bản tin Gate ñược gởi từ OLT ñến ONU ñểấn ñịnh một khe thời gian truyền. Bản tin Report ñược ONU sử dụng ñể truyền ñạt các thông tin về trạng thái hiện tại của nó (như mức chiếm dữ của bộ ñệm) ñến OLT, giúp OLT có thể phân bổ khe thời gian một cách hợp lý. Cả hai bản tin Gate và Report ñều là các khung ñiều khiển MAC (loại 88-08) và ñược xử lý bởi lớp con ñiều khiển MAC.
Có hai mô hình hoạt ñộng của MPCP: tự khởi tạo và hoạt ñộng bình thường. Trong mô hình tự khởi tạo ñược dùng ñể dò các kết nối ONU mới, nhận biết trễ Round-trip và ñịa chỉ
MAC của ONU ñó. Trong mô hình bình thường ñược dùng ñể phân bổ cơ hội truyền dẫn cho tất cả các ONU ñược khởi tạo.
Từ nhiều ONU có thể yêu cầu khởi tạo cùng một lúc, mô hình khởi tạo tự ñộng là một thủ tục dựa vào sự cạnh tranh. Ở lớp cao hơn nó làm việc như sau:
1. OLT chỉ ñịnh một khe khởi tạo, một khoảng thời gian mà không có ONU khởi tạo trước nào ñược phép truyền. Chiều dài của khe khởi tạo này phải tối thiểu là: <transmission size> + <maximum round-trip time> - <minimum round-trip time>; với <transmission size> là chiều dài của cửa sổ truyền mà một ONU không khởi tạo có thể dùng.
2. OLT gởi một bản tin khởi tạo Gate báo hiệu thời gian bắt ñầu của khe khởi tạo và chiều dài của nó. Trong khi chuyển tiếp bản tin này từ lớp cao hơn ñến lớp MAC, MPCP sẽ
3. Chỉ các ONU chưa khởi tạo mới ñáp ứng bản tin khởi tạo Gate. Trong lúc nhận bản tin khởi tạo Gate, một ONU sẽ thiết lập thời gian ñồng hồ của nó theo nhãn thời gian ñến trong bản tin khởi tạo Gate.
4. Khi ñồng hồ trong ONU ñến thời gian bắt ñầu của khe thời gian khởi tạo (cũng ñược phân phối trong bản tin Gate), ONU sẽ truyền bản tin của chính nó (khởi tạo Report). Bản tin Report sẽ chứa ñịa chỉ nguồn của ONU và nhãn thời gian tượng trưng cho thời gian bên trong của ONU khi bản tin Report ñược gởi.
5. Khi OLT nhận bản tin Report từ một ONU chưa khởi tạo, nó nhận biết ñịa chỉ MAC của nó và thời gian Round-trip. Nhưñược minh họa ở hình 1.13, thời gian Round-trip của một ONU là thời gian sai biệt giữa thời gian bản tin Report ñược nhận ở OLT và nhãn thời gian chứa trong bản tin Report.
Hình 2.13. Thời gian Round-trip
Từ nhiều ONU chưa khởi tạo, có thể ñáp ứng cùng bản tin khởi tạo Gate, bản tin Report có thể xung ñột. Trong trường hợp ñó, bản tin Report của ONU bị xung ñột sẽ không thiết lập bất kỳ khe nào cho hoạt ñộng bình thường của nó. Nếu như ONU không nhận ñược khe thời gian trong khoảng thời gian nào ñó, nó sẽ kết luận rằng sự xung ñột ñã xãy ra và nó sẽ thử khởi
tạo lại sau khi bỏ qua một số bản tin khởi tạo Gate ngẫu nhiên. Số bản tin bỏñược chọn ngẫu nhiên từ một khoảng thời gian gấp ñôi sau mỗi lần xung ñột.
Dưới ñây chúng ta mô tả hoạt ñộng bình thường của MPCP:
1. Từ lớp cao hơn (MAC control client), MPCP trong OLT ñưa ra yêu cầu ñể truyền bản tin Gate ñến một ONU cụ thể với các thông tin như sau: thời ñiểm ONU bắt ñầu truyền dẫn và thời gian của quá trình truyền dẫn (hình 1.14).
Hình 2.14. Giao thức MPCP-hoạt ñộng của bản tin Gate
2. Trong lớp MPCP (của cả OLT và ONU) duy trì một ñồng hồ. Trong khi truyền bản tin Gate từ lớp cao hơn ñến lớp MAC, MPCP sẽ gán vào bản tin này nhãn thời gian ñược lấy theo ñồng hồ của nó.
3. Trong khi tiếp nhận bản tin Gate có ñịa chỉ MAC phù hợp (ñịa chỉ của các bản tin Gate ñều là duy nhất), ONU sẽ ghi lên các thanh ghi trong nó thời gian bắt ñầu truyền và khoảng thời gian truyền. ONU sẽ cập nhật ñồng hồ của nó theo thời gian lưu trên nhãn của bản
tin Gate nhận ñược. Nếu sự sai biệt ñã vượt quá ngưỡng ñã ñược ñịnh trước thì ONU sẽ cho rằng, nó ñã mất sựñồng bộ và sẽ tự chuyển vào mode chưa khởi tạo. Ở mode này, ONU không
ñược phép truyền. Nó sẽ chờñến bản tin Gate khởi tạo tiếp theo ñể khởi tạo lại.
4. Nếu thời gian của bản tin Gate ñược nhận gần giống với thời gian ñược lưu trên nhãn của bản tin Gate, ONU sẽ cập nhật ñồng hồ của nó theo nhãn thời gian. Khi ñồng hồ
trong ONU chỉ ñến thời ñiểm bắt ñầu của khe thời gian truyền dẫn, ONU sẽ bắt ñầu phiên truyền dẫn. Quá trình truyền dẫn này có thể chứa nhiều khung Ethernet. ONU sẽñảm bảo rằng không có khung nào bị truyền gián ñoạn. Nếu phần còn lại của khe thời gian không ñủ cho khung tiếp theo thì khung này sẽñược ñể lại cho khe thời gian truyền dẫn tiếp theo và ñể trống một phần không sử dụng trong khe thời gian hiện tại.
Bản tin Report sẽ ñược ONU gởi ñi trong cửa sổ truyền dẫn gán cho nó cùng với các khung dữ liệu. Các bản tin Report có thể ñược gởi một cách tự ñộng hay theo yêu cầu của OLT. Các bản tin Report ñược tạo ra ở lớp trên lớp ñiều khiển MAC (MAC Control Client) và
ñược gán nhãn thời gian tại lớp ñiều khiển MAC (Hình 1.15). Thông thường Report sẽ chứa ñộ
dài yêu cầu cho khe thời gian tiếp theo dựa trên ñộ dài hàng ñợi của ONU. Khi yêu cầu một khe thời gian, ONU cũng có tính ñến cả các phần mào ñầu bản tin, ñó là các khung mào ñầu 64 bit và khung mào ñầu IFG 96 bit ñược ghép vào trong khung dữ liệu.
Khi bản tin Report ñã ñược gán nhãn thời gian ñến OLT, nó sẽ ñi qua lớp MAC (lớp này chịu trách nhiệm phân bổ băng tần). Ngoài ra, OLT cũng sẽ tính lại chu trình ñi và về với mỗi nguồn ONU như trong hình 1.15. Sẽ có một số chênh lệch nhỏ của RTT mới và RTT ñược tính từ trước bắt nguồn từ sự thay ñổi trong chiết suất của sợi quang do nhiệt ñộ thay ñổi. Nếu sự
chênh lệch này là lớn thì OLT sẽ ñược cảnh báo ONU ñã mất ñồng bộ và OLT sẽ không cấp phiên truyền dẫn cho ONU cho ñến khi nó ñược khởi tạo lại.
Hiện nay giao thức MPCP vẫn ñang tiếp tục ñược xây dựng và phát triển bởi nhóm 802.3ah của IEEE. ðây là nhóm có nhiệm vụ phát triển và ñưa ra các giải pháp Ethernet cho các thuê bao của mạng truy nhập.
2.1.5.2. PON với kiến trúc IEEE 802
Kiến trúc IEEE 802 ñịnh nghĩa hai phương thức: Share Medium và song công. Trong phuơng thức chia sẽ trung gian (Share Medium), tất cả các trạm ñược kết nối ñến miền truy nhập ñơn, ở ñó phần lớn một trạm có thể phát tại một lúc và tất cả các trạm có thể nhận bất cứ
lúc nào. Trong phương thức song công, ñó là sự kết nối ñiểm-ñiểm kết nối hai trạm và cả hai trạm có thể phát và nhận ñồng thời. Dựa vào ñịnh nghĩa ñó, các cầu không bao giờ chuyển tiếp khung quay trở lại cổng vào của nó. Nói khác, nó cho rằng tất cả các trạm ñược kết nối ñến cùng một cổng của cầu và có thể truyền thông với nhau mà không cần thông qua cầu. Phương thức này ñã tạo ra khả năng các người dùng ñược kết nối ñến các ONU khác nhau trong cùng mạng PON và có thể truyền thông với nhau mà dữ liệu không cần xử lý ở lớp 3 hoặc lớp cao hơn.
• Point to Point Emulation
Trong mô hình này, OLT phải có N cổng MAC, một cổng cho một ONU( hình 2.16). Khi một khung ñược gửi xuống (từ OLT ñến ONU), lớp con PtPE trong OLT sẽ chèn LinkID kết hợp với cổng MAC cụ thể vào khung dữ liệu. Các khung sẽñược chia sẽ cho từng ONU nhưng chỉ một lớp MAC của nó. Ở lớp MAC của các ONU còn lại sẽ không nhận ñược khung này. Trong khả năng này, nó sẽ xuất hiện nếu chỉ khi khung ñược gửi theo kết nối PtP chỉ cho một ONU.
Chèn LinkID kết hợp với cổng MAC Chấp nhận khung nếu LinkID phù hợp Từ chối khung nếu LinkID không phù hợp Tách khung theo cổng trong LinkID Chèn LinkID ñược ấn ñịnh cho ONU
Hình 2.16. Hướng xuống trong PtPE
Ở hướng lên, ONU sẽ chèn LinkID ñược ấn ñịnh của nó vào mào ñầu của mỗi khung ñược chuyển. Lớp con PtPE trong OLT sẽ tách khung ñể nhận biết cổng MAC chính xác dựa vào LinkID duy nhất cho mỗi ONU.(hình 2.17)
Hình 2.17. Hướng lên trong PtPE
Cấu hình PtPE thích hợp với cầu khi mỗi ONU ñược kết nối ñến một cổng ñộc lập của cầu. Cầu ñược ñặt trong OLT sẽ chuyển tiếp lưu lượng vào trong ONU giữa các cổng của nó.
Hình 2.18. Cầu giữa các ONU trong PtPE
• Share Medium Emulation
Trong SME, bất kỳ một Node nào (OLT hay ONU) sẽ chuyển khung dữ liệu và sẽ ñược nhận ở tất cả các Node (OLT và ONU). Trong hướng xuống, OLT sẽ chèn một LinkID quảng bá mà mọi ONU ñều chấp nhận (hình 1.19). ðểñảm bảo hoạt ñộng Share Medium cho hướng lên, lớp con SME trong OLT phải nhản ánh tất cả các khung trở lại hướng xuống ñể tất cả các ONU nhận chính khung dữ liệu của nó thì lớp con SME ở ONU chỉ thừa nhận khung nếu LinkID của khung ñó khác với LinkID của nó.
Chèn LinkID quảng bá
Chấp nhận tất cả các khung ngoại trừ
Chấp nhận tất cả các khung và phản hồi lại hướng xuống
Khi truyền khung, chèn LinkID Khi nhận khung, từ
chối LinkID của chính nó
Hình 2.19. Hướng truyền xuống trong SME
Hình 2.20. Hướng truyền lên trong SME
SME chỉ yêu cầu một cổng MAC trong OLT. Chức năng vật lý của lớp này (lớp con SME) là cung cấp truyền thông ONU ñến ONU, không cần cầu liên kết.
Kết luận:
Bằng sự kết hợp với chuẩn 802 cũ, mạng PON mở ra một hướng ñi mới cho thế hệ mạng quang thụ ñộng. Mạng PON sẽ sử dụng kết hợp 2 mô hình mạng ñiểm-ñiểm và ñiểm-ña ñiểm nhằm tối ưu hóa việc truyền tải dữ liệu và các dịch vụ video trong thời gian thực với chất lượng cao.
Chương 3:
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ PON-3G ðỂ QUY TỐI ƯU HOÁ VỊ TRÍ VÀ TẦN SỐ
MẠNG TRUYỀN DẪN 3G – WCDMA TẠI KHU VỰC TP BẮC GIANG