00: không gửi DBRu 01:gửi chế độ 0 DBRu (2 byte)
2.3.3. Giao thức điểu khiển đa điểm (MPCP)
Để hỗ trợ sự cấp phát khe thời gian bởi OLT, giao thức điều khiển đa điểm (MPCP) đã được phát triển bởi lực lượng đặc nhiệm IEEE 802.3ah. Giao thức này dựa trên 2 bản tin Ethernet : GATE và REPORT. Bản tin GATE được gửi từ OLT tứi một ONU và đã sử dụng để ấn định một khe thời gian truyền dẫn. Bản tin REPORT đã được sử dụng bởi một ONU để truyền tải điều kiện cục bộ của chính nó (như là sự chiếm hữu bộ đệm…) tới OLT để giúp ra quyết định cấp phát thông minh. Cả 2 bản tin GATE và REPORT đều là khung điều khiển MAC (loại 88-08) và được xử lý bởi lớp con điều khiển MAC.
Có 2 chế độ hoạt động của MPCP : tự động phát hiện (sự khởi tạo) và hoạt động bình thường. Chế độ tự động phát hiện được sử dụng để phát hiện các ONU mới được kết nối và học trễ khứ hồi và địa chỉ MAC của ONU đó, có thể trừ vài thông số thêm vào cần được xác định nữa. Chế độ bình thường được sử dụng để tạo cơ hội truyền dẫn tới tất cả các ONU khởi tạo.
Vì nhiều hơn một ONU có thể yêu cầu sự khởi tạo tại một thời điểm, tự động phát hiện là một quá trình dựa trên sự tranh chấp. Ở mức cao, nó hoạt động như sau:
1. OLT chỉ định một khe khởi tạo, một khoảng thời gian mà không có ONU khởi tạo trước nào được 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 gửi một bản tin khởi tạo Gate báo hiệu thời gian bắt đầu của khe khởi tạo và chiều dài của nó. Trong khi chuyển tiếp bản tin này từ lớp cao hơn đến lớp MAC, MPCP sẽ gán nhãn thời gian được lấy theo đồng hồ của nó. 3. Chỉ các ONU chưa khởi tạo mới đáp ứng bản tin khởi tạo Gate. Trong lúc
nhận bản tin khởi tạo Gate, một ONU sẽ thiết lập thời gian đồng hồ của nó theo nhãn thời gian đến trong bản tin khởi tạo Gate.
4. Khi đồng hồ trong ONU đến thời gian bắt đầu của khe thời gian khởi tạo (cũng được phân phối trong bản tin Gate), ONU sẽ truyền bản tin của chính nó (khởi tạo Report). Bản tin Report sẽ chứa địa chỉ nguồn của ONU và
nhãn thời gian tượng trưng cho thời gian bên trong của ONU khi bản tin Report được gởi.
5. Khi OLT nhận bản tin Report từ một ONU chưa khởi tạo, nó nhận biết địa chỉ MAC của nó và thời gian Round-trip. Như được minh họa ở hình 2.19, thời gian Round-trip của một ONU là thời gian sai biệt giữa thời gian bản tin Report được nhận ở OLT và nhãn thời gian chứa trong bản tin Report.
Từ nhiều ONU chưa khởi tạo, có thể đáp ứng cùng bản tin khởi tạo Gate, bản tin Report có thể xung đột. Trong trường hợp đó, bản tin Report của ONU bị xung đột sẽ không thiết lập bất kỳ khe nào cho hoạt động bình thường của nó. Nếu như ONU không nhận được khe thời gian trong khoảng thời gian nào đó, nó sẽ kết luận rằng sự xung đột đã 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 bỏ được chọn ngẫu nhiên từ một khoảng thời gian gấp đôi sau mỗi lần xung đột.
Dưới đây chúng ta mô tả hoạt động bình thường của MPCP:
1. Từ lớp cao hơn (MAC control client), MPCP trong OLT đưa ra yêu cầu để truyền bản tin Gate đến một ONU cụ thể với các thông tin như sau: thời điểm ONU bắt đầu truyền dẫn và thời gian của quá trình truyền dẫn (hình
2 Trong lớp MPCP (của cả OLT và ONU) duy trì một đồng hồ. Trong khi truyền bản tin Gate từ lớp cao hơn đến lớp MAC, MPCP sẽ gán vào bản tin này nhãn thời gian được lấy theo đồng hồ của nó.
3. Trong khi tiếp nhận bản tin Gate có địa chỉ MAC phù hợp (địa chỉ của các bản tin Gate đều là duy nhất), ONU sẽ ghi lên các thanh ghi trong nó thời gian bắt đầu truyền và khoảng thời gian truyền. ONU sẽ cập nhật đồng hồ của nó theo thời gian lưu trên nhãn của bản tin Gate nhận được. Nếu sự sai biệt đã vượt quá ngưỡng đã được định trước thì ONU sẽ cho rằng, nó đã mất sự đồng bộ và sẽ tự chuyển vào mode chưa khởi tạo. Ở mode này, ONU không được phép truyền. Nó sẽ chờ đến bản tin Gate khởi tạo tiếp theo để khởi tạo lại.
4. Nếu thời gian của bản tin Gate được nhận gần giống với thời gian được lưu trên nhãn của bản tin Gate, ONU sẽ cập nhật đồng hồ của nó theo nhãn thời gian. Khi đồng hồ trong ONU chỉ đến thời điểm bắt đầu của khe thời gian truyền dẫn, ONU sẽ bắt đầu phiên truyền dẫn. Quá trình truyền dẫn này có thể chứa nhiều khung Ethernet. ONU sẽ đảm bảo rằng không có khung nào bị truyền gián đoạn. Nếu phần còn lại của khe thời gian không đủ cho khung tiếp theo thì khung này sẽ được để lại cho khe thời gian truyền dẫn tiếp theo và để trống một phần không sử dụng trong khe thời gian hiện tại.
Bản tin Report sẽ được ONU gửi đi trong cửa sổ truyền dẫn gán cho nó cùng với các khung dữ liệu. Các bản tin Report có thể được gởi một cách tự động hay theo yêu cầu của OLT. Các bản tin Report được tạo ra ở lớp trên lớp điều khiển MAC (MAC Control Client) và được gán nhãn thời gian tại lớp điều khiển MAC (Hình 2.21). Thông thường Report sẽ chứa độ dài yêu cầu cho khe thời gian tiếp theo dựa trên độ dài hàng đợi của ONU. Khi yêu cầu một khe thời gian, ONU cũng có tính đến cả các phần mào đầu bản tin, đó là các khung mào đầu 64 bit và khung mào đầu IFG 96 bit được ghép vào trong khung dữ liệu.
Khi bản tin Report đã được gán nhãn thời gian đến OLT, nó sẽ đi qua lớp MAC (lớp chịu trách nhiệm phân bổ băng tần). Ngoài ra, OLT cũng sẽ tính lại chu trình đi và về với mỗi nguồn ONU. Sẽ có một số chênh lệch nhỏ của RTT mới và RTT được tính từ trước bắt nguồn từ sự thay đổi trong chiết suất của sợi quang do nhiệt độ thay đổi. Nếu sự chênh lệch này là lớn thì OLT sẽ được cảnh báo ONU đã mất đồng bộ và OLT sẽ không cấp phiên truyền dẫn cho ONU cho đến khi nó được khởi tạo lại.
Hiện nay giao thức MPCP vẫn đang tiếp tục được xây dựng và phát triển bởi nhóm 802.3ah của IEEE. Đây là nhóm có nhiệm vụ phát triển và đưa ra các giải pháp Ethernet cho các thuê bao của mạng truy nhập.
2.4.KẾT LUẬN
Chuẩn EPON phân biệt với BPON và GPON bằng việc sử dụng ngăn xếp Ethernet, do đó dịch vụ được cung cấp bởi EPON là Ethernet. Giống như ATM hoặc GEM, Ethernet có khả năng đóng gói các giao thức khác.
Cả BPON và GPON sử dụng giao thức ATM trong đó BPON sử dụng nó ở lớp mạng và GPON chỉ cung cấp điểm dịch vụ cho ATM. Lớp mạng của GPON sử dụng định dạng khung của chính nó để truyền dữ liệu. Trong thời điểm hiện tại GPON có tốc độ truyền dẫn lớn nhất, theo sau là EPON. Tốc độ truyền dẫn của BPON đã lạc hậu trong khi EPON và GPON có thể nâng cấp lên tốc độ cao hơn. Một hạn chế khác của BPON là thiếu sự phát triển thêm của ITU-T, điều này không còn chủ động nữa vì GPON ít nhiều đã thay thế BPON. Vì thế phần sau ta sẽ tập trung phân tích sự khác biệt giữa GPON và EPON
Điểm khác biệt sâu sắc giữa EPON và GPON ở lớp 2. Sự khác nhau chính giữa GPON và EPON là sự hỗ trợ của mạch TDM. GPON chia tín hiệu đường xuống và đường lên thành các khung 125-µs. Khung dữ liệu được đóng gói sử dụng phương thức đóng gói GEM với dung lượng các phân đoạn, cho phép mạch TDM với băng thông được đảm bảo và độ chi tiết của 64kbps được tạo ra giữa OLT và các ONU. Mặt khác, trong một hệ thống EPON, các khung thuần Ethernet có chiều dài biến đổi được sử dụng ở lớp vận tải. Để thực hiện các mạch TDM băng thông cố định cần mô phỏng mạch.
Trong khi EPON được tối ưu hóa để truyền tải gói thuần Ethernet, quá trình đóng gói GEM lại cho phép sự tương thích một cách dễ dàng hơn các tín hiệu định dạng khác. Trong một hệ thống EPON, báo cáo băng thông và chức năng grant được thực hiện sử dụng MPCPDU. Mỗi cổng ONU logic với mỗi LLID khác nhau yêu cầu khung Gate và Report riêng biệt của chính nó, cái mà là khung Ethernet đầy đủ. Càng nhiều ID logic được cấp, thì tiêu đề của MPCP càng cao. Ngược lại, báo cáo băng thông và chức năng grant của GPON có thể có trong tiêu đề PCB của khung GTC. Mỗi tiêu đề PCBd bao gồm thông tin cấp phát băng thông cho tất cả các T-CONT được cấp. Điều này khiến cho tiêu đề GPON rất hiệu quả khi so sánh với EPON.
GPON hỗ trợ một loạt các mức tốc độ, có thể hỗ trợ tốc độ đường lên và đường xuống bất đối xứng, trong khi EPON chỉ hỗ trợ một tốc độ 1Gbps. EPON chỉ hỗ trợ lớp A và B của phân mức của ODN, trong khi GPON có thể hỗ trợ lớp A,B và C vì thế GPON có thể hỗ trợ lên tới tỉ số chia 128 và lên tới khoảng cách truyền dẫn 20km.
Với cả hai chuẩn PON, tiêu đề cố định được thêm vào để truyền tải dữ liệu người dùng vào trong dạng gói. Trong EPON, dữ liệu được truyền trong gói có chiều dài biến đổi lên tới 1518byte theo giao thức Ethernet chuẩn IEEE 802.3. Trong GPON
dựa trên ATM, dữ liệu được truyền trong cell 53byte chiều dài cố định (với 48byte tải tin và 5byte tiêu đề). Định dạng này khiến cho GPON không hiệu quả để mang lưu lượng được định dạng như IP, những cuộc gọi truyền dữ liệu này được phân đoạn thành những gói có chiều dài thay đổi 65 535byte.Đối với mạng GPON mang lưu lượng IP, các gói bị chia thành những đoạn 48byte với 5byte header cho mỗi đoạn. Quá trình này tốn nhiều thời gian và phức tạp và thêm chi phí cho OLT ở tổng đài trung tâm cũng như ONU ở nhà khách hàng. Hơn nữa, 5byte băng thông bị lãng phí cho mỗi đoạn 48 byte tạo ra mào đầu được xem nhu chi phí phải trả cho cell ATM (đây là trường hợp dóng gói ATM của GPON). Ở những chế độ đóng gói khác, được gọi là GEM, không phải tốn chi phí phải trả cho cell ATM. Ngược lại để sử dụng gói có chiều dài thay đổi, Ethernet mang lưu lượng IP và có thể giảm đáng kể mào đầu liên quan đến ATM.
Xét về mặt kinh tế, sử dụng EPON cho phép nhà cung cấp loại trừ thiết bị ATM và SONET đắt tiền và phức tạp và để đơn giản mạng, giá thành thấp hơn cho thuê bao. EPON cung cấp kết nối liền mạch cho bất kì loại truyền thông nào dựa trên IP hay các truyền thông gói khác. Bởi vì thiết bị Ethernet có mặt ở khắp nơi từ mạng nhà trên tất cả các đường tới mạng đường trục vùng miền, quốc gia và quốc tế. Sự thực hiện EPON có hiệu quả kinh tế cao. Dựa vào sự tiến bộ liên tục trong tốc độ truyền dẫn dựa trên Ethernet–ngày nay lên tới 10 Gigabit Ethernet- mức dịch vụ EPON cho người dùng có thể từ luồng T1(1,5Mbps) lên tới 1 Gbps. Thêm vào đó, khung Ethernet chứa tỉ lệ dữ liệu cho mào đầu cao hơn GPON, nên EPON vẫn có thể sử dụng hiệu quả với sợi quang giá thành thấp. Trong khi đó GPON lại yêu cầu cáp quang độ chính xác cao (=> giá thành đắt) để cho sự định thời được chính xác. Sau đây là bảng so sánh 2 công nghệ này.
Bảng 2.6. so sánh EPON và GPON
EPON GPON
Tốc độ dữ liệu đường xuống (Mbps) 1 000 1 244 hoặc 2 488
Tốc độ dữ liệu đường lên (Mbps) 1 000 155, 622, 1244 hoặc 2 488
Đóng gói tải tin Thuần Ethernet GEM, ATM
Từ đó có thể thấy giữa hai chuẩn EPON và GPON, mỗi chuẩn lại có ưu và nhược điểm riêng, vấn đề EPON hay GPON cái nào tốt hơn vẫn đang còn rất nhiều tranh cãi…
CHƯƠNG 3