Mang Quang Thu Dong Gpon

Tiểu luận môn học: Mạng và các cộng nghệ truy nhập Mạng quang thụ động GPON

MỤC LỤC

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT........................................................................................3

LỜI NÓI ĐẦU...........................................................................................................4

CHƯƠNG I................................................................................................................5

TỔNG QUAN VỀ MẠNG THỤ ĐỘNG PON (Passive Optical Network)..........5

1.1 PON LÀ GÌ ?....................................................................................................5

1.2 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ PON.........................................................6

1.3 CÁC CÔNG NGHỆ PON..............................................................................8

1.3.1 A-PON 9

1.3.2 B-PON 9

1.3.3 E-PON 10

1.3.4 G-PON 10

CHƯƠNG II............................................................................................................11

CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG GPON.........................................11

2.1 GIỚI THIỆU CHUNG..................................................................................11

2.2 CẤU TRÚC KHUNG TRONG MẠNG G-PON.........................................12

2.2.1 Hệ thống GPON12

2.2.2 Lớp truyền dẫn hội tụ GPON13

2.2.2.1 Chức năng của GTC.........................................................................13

2.2.2.2 Tốc độ bit của GPON........................................................................14

2.2.3 Khung truyền dẫn GPON 15

2.2.3.1 Cấu trúc khung hướng xuống..........................................................15

2.2.3.2 Cấu trúc khung hướng lên...............................................................20

2.2.4 Phân bổ băng tần động DBA trong GPON 23

SVTH: Nhóm 13 Lớp : L11CQVT07-B-1-


2.3 PHÂN BỔ BĂNG THÔNG TRONG MẠNG GPON:...............................24

2.3.1. Phân bổ băng thông động 24

2.3.1.1 PON DBA trừu tượng.......................................................................25

2.3.1.2 Yêu cầu chức năng DBA..................................................................26

2.3.1.3 Các phương pháp DBA....................................................................26

2.3.1.4 Mô tả toán học của DBA..................................................................26

2.3.2 Báo hiệu trạng thái DBA và cấu hình 34

2.3.2.1 Bản tin DBRu....................................................................................34

2.3.2.2 Đặc trưng chiếm giữ bộ đệm............................................................35

2.3.2.3 Các kiểu dạng DBRu........................................................................36

2.4 THÔNG SỐ KỸ THUẬT..............................................................................38

2.5 KỸ THUẬT TRUY NHẬP VÀ PHƯƠNG THỨC GHÉP KÊNH............39

2.5.1 Kỹ thuật truy nhập 39

2.5.2 Phương thức ghép kênh 39

2.6 PHƯƠNG THỨC ĐÓNG GÓI DỮ LIỆU...................................................40

2.7 ĐỊNH CỠ VÀ PHÂN ĐỊNH BĂNG TẦN ĐỘNG......................................40

2.7.1 Thủ tục định cỡ 40

2.7.2 Phương pháp cấp phát băng thông 43

2.8 BẢO MẬT VÀ MÃ HÓA LỖI.....................................................................44

KẾT LUẬN..............................................................................................................46

CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................47



THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt

PON Passive Optical Network Mạng quang thụ động.

OLT Optical line terminal Thiết bị đầu cuối kênh

ONT Optical network terminal Thiết bị đầu cuối mạng

ONU Optical network unit Đơn vị mạng quang

OND

GPON Gigabit Passive Optical

Network

Mạng quang thụ động tốc

độ gigabit

APON ATM Passive Optical

Network

PON tren nen ATM

BPON Broadband Passive

Optical Network

Mạng quang thụ động

băng thông rộng

EPON Ethernet Passive Optical

Network

Mạng quang thụ động

chuẩn Ethernet

WDM Wavelength Division

Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo

bước sóng

FTTH Fiber to the home

FTTB Fiber to the building Cáp quang tới tòa nhà

FTTC Fiber to the curt cáp quang tới khu dân cư

CO Center office Văn phòng trung tâm



LỜI NÓI ĐẦU

Từ xưa đến nay thông tin liên lạc luôn đóng một vai trò quan trọng trong đời

sống con người. Ngoài việc cung cấp cho con người các dịch vụ thiết thực, phục vụ

cho nhu cầu đời sống của con người, thông tin còn có ý nghĩa quyết định đến thành

công của một doanh nghiệp và sự phát triển của con người trong tương lai.

Trong những năm qua, hạ tầng mạng Viễn thông đã phát triển nhanh cả về

công nghệ và chất lượng cung cấp dịch vụ. Viễn thông đã trải qua một quá trình

phát triển lâu dài với nhiều bước ngoặt trong phát triển công nghệ và phát triển

mạng lưới. Việt Nam cũng như các nước trên thế giới, hiện nay có rất nhiều nhà

khai thác Viễn thông khác nhau với sự đa dạng của công nghệ và cấu hình mạng

cũng như cung cấp dịch vụ.

Ngày nay, cùng với sự phát triển chóng mặt của khoa học kỹ thuật đã và đang gặt

hái được rất nhiều những thành công rực rỡ thì những nhu cầu về giải trí, học tập và

nắm bắt thông tin của con người cũng ngày một tăng lên. Nắm bắt được những nhu

cầu ấy các nhà khai thác Viễn thông đang đưa ra được rất nhiều những công nghệ

khác nhau nhằm đáp ứng nhu cầu khách hàng và công nghệ GPON là một trong

những công nghệ đang phát triển

Trong tiểu luận môn học này em xin trình bày một cách tổng quan về hệ

thống GPON trong công nghệ PON.

Tiểu luận: “ Mạng quang thụ động GPON” chia làm hai chương gồn:

Chương I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG THỤ ĐỘNG PON (Passive Optical

Network)

Chương II: CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG GPON

Em xin chân thành cảm ơn Cô Dương thị thanh Tú đã tận tình hướng dẫn để

nhóm em hoàn thành tiểu luận môn học này.

EM XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN!



CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ MẠNG THỤ ĐỘNG PON (Passive Optical Network)

1.1 PON LÀ GÌ ?

PON là từ viết tắt của Passive Optical Network hay còn gọi là mạng quang

thụ động. Công nghệ mạng quang thụ động PON còn được hiểu là mạng công nghệ

quang truy nhập giúp tăng cường kết nối giữa các nốt mạng truy nhập của nhà cung

cấp dịch vụ và người sử dụng. Mạng quang thụ động (PON) hay còn gọi là mạng

quang không nguồn là phần mạng truy nhập dùng sợi quang làm môi trường truyền

dẫn. Ở trên môi trường truyền dẫn quang này chỉ có các thiết bị thụ động (không

nguồn) như là sợi quang và bộ tách/ghép

PON là một kiến trúc mạng điểm-đa điểm, sử dụng các bộ chia quang thụ

động (không có nguồn cung cấp) để chia công suất quang từ một sợi quang tới các

sợi quang cung cấp cho nhiều khách hàng, thường tỷ lệ chia là 4,8,16,32,64,

128...tùy thuộc vào cấu hình mạng. Một mạng PON bao gồm một OLT(Optical Line

Terminal – Đầu cuối quang) đặt tại tổng đài của nhà cung cấp dịch vụ và các

ONU(Optical Network Unit – Đơn vị mạng quang) đặt tại phía khách hàng.

PON ra đời nhằm hướng tới việc khắc phục hiện tượng nghẽn cổ chai băng

thông ở mạng truy nhập hiện nay. Bằng cách đưa ra khoảng băng thông giữa T1

(1,5 Mbps) và OC3 (155 Mbps) để phục vụ cho mạng truy nhập (xem hình 1.0),

PON đã giải quyết được vấn đề mà trước đây các kỹ thuật truy nhập khác không

làm được.



Hình 1.0: Khoảng băng thông đáp ứng của các loại dịch vụ

1.2 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ PON

Mạng quang thụ động PON được trình bày như Hình1.1 sử dụng phần tử

chia quang thụ động trong phần mạng phân bố nằm giữa thiết bị đường truyền

quang Otical Line Terminal (OLT) và thiết bị kết cuối mạng quang Optical network

Unit (ONU).

Hình 1.1: Mô hình mạng quang thụ động

Trong đó các thuật ngữ trong hình được chú thích như sau:

Passive slitter : Bộ chia thụ quang thụ động

Feeder Fiber : Cáp Feeder


64 k 144 k 1.5 M 45 M 155 M 1 G

POTS ISDN DSL T1 T3 OC-3

Khoảng băng thông đáp ứng của PON

Băng thông

(bps)Dịch vụ


Central office : Trung tâm nhà cung cấp dịch vụ

Distribution fiber : Phân phối quang

Management system : Hệ thống quản lý

Passive splitter : Bộ chia thụ động

Các phần tử thụ động của PON đều nằm trong mạng phân bố quang, bao

gồm các phần tử như sợi quang, các bộ tách /ghép quang thụ động, các đầu nối và

các mối hàn quang. Các phần tử tích cực như OLT(Optical Line Termination - Thiết

bị đầu cuối dường dây quang) được đặt tại CO và các ONU(Optical Network Unit -

Đơn vị mạng quang) hoặc một thiết bị đầu cuối mạng quang Optical Network

Termination (ONT) được đặt tại đầu xa của mạng PON. Một ONT được dùng khi

dây quang mở rộng đến tận nhà khách hàng, trong khi ONU được dùng khi thiết bị

đầu cuối sợi quang được đặt trong 1 tủ viễn thông gần 1 cụm dân cư hoặc các công

ty. Các kết nối từ ONU đến nhà khách hàng có thể bằng các phương tiện khác như

cáp đồng trục hoặc đôi dây xoắn.

Tín hiệu trong PON có thể được phân ra và truyền đi theo nhiều sợi quang

hoặc được kết hợp lại và truyền đi trên một sợi quang thông qua bộ ghép quang, phụ

thuộc tín hiệu đó đi theo hướng lên hay xuống của mạng quang thụ động PON.

Hình trên mô tả kiến trúc của một mạng PON thực tế, trong đó 1 mạng

quang kết nối tất cả thiết bị chuyển mạch trong Central Office (CO – Trung tâm nhà

cung cấp dịch vụ). Trong đó giao diện với mạng PON bao gồm PSTN, các IP

router, VoD server, Ethernet switch, các ATM switch, và trung tâm lưu trữ dữ liệu

bao gồm các bộ phận như các chuỗi đĩa cứng dung lượng lớn…Bắt đầu với CO, một

sợi quang đơn mode chạy thẳng đến 1 bộ chia (splitter) công suất quang gần 1 căn

hộ, hoặc 1 tòa nhà văn phòng,…Bộ chia có nhiệm vụ chia ra thành N đường riêng

biệt đến các thuê bao. Nếu bộ chia được thiết kế để chia công suất tới và nếu P là

công suất quang vào bộ chia, thì mức công suất đến mỗi thuê bao là P/N. Ta có thể



thiết kế bộ chia công suất với các tỷ số khác nhau và có thể có nhiều bộ chia trên 1

con đường tùy thuộc ứng dụng.

Kết nối CO và bộ chia quang được gọi là cáp feeder. Một bộ chia quang có thể

phục vụ đến 32 thuê bao. Và được đặt cách CO khoảng 10km hoặc trong vòng 1km

tính từ các thuê bao trong 1 vùng lân cận, một khu vực công ty. Sợi quang phân

phối được tập trung tại bộ chia quang. Từ đó chúng có thể kết nối trực tiếp đến user

hoặc chạy trong một sợi cáp đa lõi đến một hộp ghép gọi là đầu cuối truy nhập. Tại

đây, các dây cáp riêng kết nối đến từng khách hàng.

Thông thường các hệ thống PON truyền dữ liệu cả hướng xuống và hướng lên

trong cùng một sợi quang. Trên mỗi sợi mặc dù các bộ nối định hướng cho phép sử

dụng cùng một bước sóng cho cả 2 hướng, tuy nhiên đối với các hệ thống truyền tải

tốc độ cao để đảm bảo chất lượng thì thông thường mỗi hướng sử dụng một bước

sóng riêng. Trong các mạng PON các bước sóng được sử dụng là 1490nm hoặc

1550nm cho hướng xuống và 1310nm cho tín hiệu đường lên.

1.3 CÁC CÔNG NGHỆ PON

Các công nghệ chính là APON (ATM PON), BPON (Broadband PON),

EPON (Ethernet PON), GPON (Gigabit PON) và WDM PON. Tất cả chuẩn này

đều dựa theo kiến trúc PON cơ bản ở trên. Điểm khác biệt chính nằm ở trong các

giao thức truyền của chúng. Bảng sau cho ta một số đặc tính của mỗi phương pháp

và chuẩn mà chúng hỗ trợ.



Bảng 1.2:So sánh đặc tính của các mạng PON

1.3.1 A-PON

Đây là chuẩn mạng quang thụ động đầu tiên. Từng được sử dụng chủ yếu cho

các ứng dụng thương mại và trên nền ATM.

APON là sự kết hợp giữa phương thức truyền tải không đồng bộ ATM với mạng

truy nhập quang thụ động PON. Tốc độ hoạt động là 155,52Mbps hoặc

622,08Mbps. Băng tần cho mỗi thuê bao là 4,8Mbps trong hệ thống 155,52Mbps và

19,4Mbps trong hệ thống 622.08Mbps.

1.3.2 B-PON

B-PON là chuẩn trên nền APON. Được bổ xung để hỗ trợ cho WDM ghép

kênh phân chia theo bước sóng, cấp phát băng thông đường lên động và lớn hơn, và



tính chọn lọc. Nó cũng cung cấp một giao diện quản lý chuẩn OMCI giữa OLT và

ONU/ONT cho phép nhiều nhà cung cấp dịch vụ cùng hoạt động.

ITU-T G.984

1.3.3 E-PON

E-PON là giao thức mạng truy nhập đầy đủ dịch vụ FSAN (Full Service

Access Network – Tổ chức điều hành mạng truy nhập dịch vụ đầy đủ), EPON

(Ethernet PON) là một chuẩn IEEE để sử dụng Ethernet cho dữ liệu gói. Tuy nhiên

cơ chế duy trì và phục hồi mạng của giải pháp EPON còn chậm nên chỉ có thể áp

dụng cho mạng có quy mô vừa và nhỏ.

1.3.4 G-PON

GPON (Gigabit PON) là một sự phát triển của chuẩn BPON. Nó hỗ trợ tốc

độ cao hơn, tăng cường bảo mật và chọn lớp 2 giao thức (ATM, GEM, Ethernet).

Mạng GPON đầu tiên được FSAN chuẩn hoá vào năm 2001 với băng tần là 1Gb/s.

Kiến trúc của mạng GPON cho phép các dịch vụ thoại và dữ liệu được truyền tải

với tốc độ lên đến 2.5Gb/s. Băng tần dành cho mỗi thuê bao là 31.25 Mb/s cho

luồng xuống khi mạng hoạt động với tốc độ 2.5Gb/s,và 15.625 Mb/s khi mạng hoạt

động với tốc độ 1Gb/s.



CHƯƠNG II

CÔNG NGHỆ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG GPON

2.1 GIỚI THIỆU CHUNG

Mạng GPON đầu tiên được FSAN chuẩn hoá vào năm 2001 với băng tần là

1Gb/s. Mạng GPON cho phép các dịch vụ thoại và dữ liệu được truyền tải với tốc

độ lên đến 2.5Gb/s. Băng tần dành cho mỗi thuê bao là 31.25 Mb/s cho luồng xuống

khi mạng hoạt động với tốc độ 2.5Gb/s,và 15.625 Mb/s khi mạng hoạt động với tốc

độ 1Gb/s.

GPON (Gigabit Passive Optical Network) định nghĩa theo chuẩn IUT-T G984.

GPON được mở rộng từ chuẩn BPON G983 bằng cách tăng băng thông, nâng hiệu

suất băng thông nhờ sử dụng gói lớn, có độ dài thay đổi và tiêu chuẩn hóa quản lý.

Thêm nữa, chuẩn cho phép vài sự lựa chọn của tốc độ bít: cho phép băng thông

luồng xuống là 2,488Mbit/s và băng thông luồng lên là 1,244Mbit/s. Phương thức

đóng gói GPON-GEM cho phép đóng gói lưu lượng người dùng rất hiệu quả, với sự

phân đoạn khung cho phép chất lượng dịch vụ QoS cao hơn phục vụ lưu lượng nhạy

cảm như truyền thoại và video. GPON hỗ trợ tốc độ cao hơn, tăng cường bảo mật và

chọn lớp 2 giao thức (ATM,

GEM, Ethernet tuy nhiên trên thực tế ATM chưa từng được sử dụng). Điều đó cho

phép GPON phân phối thêm các dịch vụ tới nhiều thuê bao.

• GPON hỗ trợ đầy đủ các dịch vụ bao gồm thoại (TDM), các dịch vụ

Ethernet như Video, Data…

• Phạm vi về mặt vật lý của mạng là 20km, trong khi đó phạm vi về mặt

logic của mạng lên tới 60km

• Hỗ trợ cho việc lựa chọn các tốc độ bit khác nhau bao

gồm:622Mb/s,1.25Gb/s, 2.5Gb/s cho luồng xuống và 1.25 Gb/s dành cho luồng lên.

• Khả năng vận hành khai thác bảo dưỡng cao.

Với các ưu điểm trên GPON là hệ thống mạng truy nhập quang thụ động tiên

tiến nhất hiện nay, có khả năng hỗ trợ truyền nhiều dịch vụ, với khả năng thiết lập

các chế độ vận hành quản lý và bảo dưỡng tốt nhất.



2.2 CẤU TRÚC KHUNG TRONG MẠNG G-PON

2.2.1 Hệ thống GPON

GPON sử dụng lớp con truyền dẫn hội tụ (GTC- GPON Transmission

Convergence), khung GTC có thể đóng gói các cell ATM. Không giống như

APON/BPON, khung GTC có thể đóng gói trực tiếp các gói dữ liệu thông qua

phương pháp đóng gói GPON (GEM- GPON Encapsulation Method). Phần tải

khung GTC chứa cả ATM và GEM.

Mặc dù G-PON hỗ trợ truyền tải tin ATM, nhưng nó cũng đưa vào một cơ

chế thích nghi tải tin mới mà được tối ưu hóa cho truyền tải các khung Ethernet

được gọi là phương thức đóng gói G-PON (G-PON Encapsulation Method - GEM).

GEM là phương thức dựa trên thủ tục đóng khung chung trong khuyến nghị G.701,

ngoại trừ việc GEM tối ưu hóa từ mào đầu để phục vụ cho ứng dụng của PON, cho

phép sắp xếp các dữ liệu Ethernet vào tải tin GEM và hỗ trợ sắp xếp TDM.

G-PON sử dụng cấu trúc khung GTC (G-PON Transmission Conversion)

cho cả hai hướng xuống và hướng lên. Khung hướng xuống bắt đầu với một từ mào

đầu PLOAM, tiếp sau đó là vùng tải tin GEM hoặc các tế bào ATM.

PLOAM gồm có thông tin cấu trúc khung và sắp đặt băng thông cho

ONT/ONU gửi dữ liệu trong khung hướng lên tiếp theo.

Khung hướng lên bao gồm các nhóm khung gửi từ các ONT. Mỗi một

nhóm được bắt đầu với từ mào đầu lớp vật lý mà có chức năng tương tự trong B-

PON, nhưng cũng bao hàm tổng hợp các yêu cầu băng thông của các ONT. Các yêu

cầu băng thông chi tiết hơn được gửi đi kèm với các nhóm hướng lên khi có yêu cầu

từ OLT.

OLT gán các thời gian cho việc gửi dữ liệu hướng lên từ cho mỗi ONT/ONU.

Tối ưu hóa cho truyền tải các khung Ethernet bằng phương thức GEM

(GPON Encapsulation Method).

Sử dụng cấu trúc khung GTC (GPON Tranmission Coversion) cho cả hai

hướng lên và xuống.



2.2.2 Lớp truyền dẫn hội tụ GPON

2.2.2.1 Chức năng của GTC

Chức năng chính của lớp truyền dẫn hội tụ GPON (GTC- GPON

Transmission Convergence) là để cung cấp ghép kênh vận chuyển giữa OLT và

ONU. Các chức năng khác bao gồm:

Thích nghi với giao thức tín hiệu lớp con, các chức năng hoạt động, quản lí

và bảo dưỡng lớp vật lí PLOAM, giao diện phân phối băng tần động, sắp xếp và

đăng kí ONU, sửa lỗi (mặc định), mật mã luồng dữ liệu hướng xuống (mặc định) và

kênh thông tin cho giao diện quản lý và điều khiển ONT/ONU.

Hệ thống GTC cung cấp điều khiển đa truy nhập cho lưu lượng hướng lên. Trong

khái niệm cơ bản, các khung hướng xuống chỉ thị vùng được phép truyền lưu lượng

lên trong khung hướng lên đồng bộ với khung hướng xuống.



Hình 2.0 : Khái niệm điều khiển đa truy nhập GPON

Khái niệm điều khiển đa truy nhập GPON được mô tả ở Hình 2.0. OLT gửi

các con trỏ trong khối điều khiển vật lí PCBd, các con trỏ này chỉ thị thời gian bắt

đầu và kết thúc mà mỗi container truyền dẫn (T-CONT) có thể dùng để truyền dữ

liệu hướng lên. Bằng cách này, chỉ có một ONU truy nhập mạng tại bất kì thời điểm

nào không có sự tranh chấp trong hoạt động bình thường. Các con trỏ được đưa vào

các khối byte, cho phép OLT điều khiển môi trường mạng với tốc độ 64 kbps. Tuy

nhiên, chuẩn cho phép nhà khai thác dịch vụ thêm các tốc độ lớn hơn.

2.2.2.2 Tốc độ bit của GPON

Khi tốc độ bit tăng lên đến hàng gigabit thì cần có bộ phát công suất cao và

do đó dẫn đến là cũng cần có bộ thu có độ nhạy cao hơn. Điều này có thể được khắc

phục bằng cách sử dụng cơ chế cân bằng công suất. Cơ chế cân bằng công suất hỗ

trợ cho việc điều chỉnh các mức công suất của ONU làm giảm vùng chênh lệch

công suất nhận được ở OLT. Một ONU ở gần OLT thì suy hao thấp, Sẽ khởi tạo

nhỏ hơn công suất ONU ở xa.



Bảng 2.1: Liệt kê tốc độ bit trong GPON

2.2.3 Khung truyền dẫn GPON

2.2.3.1 Cấu trúc khung hướng xuống

Mỗi khung hướng xuống GTC dài 125 μs ở cả tốc độ khung là 1.24416

Gbit/s và 2.48832 Gbit/s, chứa khối điều khiển vật lí (PCBd- downstream Physical

Control Block) và phần tải được mô tả ở hình 2.2

Header của khối điều khiển vật lí bao gồm phần cố định và phần có thể thay

đổi. Phần cố định chứa vùng đồng bộ vật lí, 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 vùng được mô tả ở Hình 2.3

Hình 2.2 : Khung hướng xuống GTC



Vùng đồng bộ vật lí

Vùng đồng bộ vật lí 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 2.4. ONU bắt đầu trạng thái tìm kiếm. ONU 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 kì 125 μs. 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 khung hướng xuống và bắt đầu xử lí 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.

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 ngừơi 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 lí, nó chứa các bản tin

OAM lớp vật lí. Hoạt động, quản lí 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 khung.

Vùng BIP

Vùng BIP có 8 bit chứa số bit chẵn lẻ được chèn vào của tất cả 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

2 lần. Trong đó 12 bit đầu biểu diễn chiều dài bộ nhớ băng thông. Điều này giới hạn

số ID phân bổ 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 10 Gbps. 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 2.3



Hình 2.3: Mô tả chi tiết khung hướng xuống GTC

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 . 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 trong lúc phân bổ. Bit 10 gửi

PLOAMu: nếu bit này được cài đặt, ONU sẽ gửi thông tin PLOAMu trong lúc phân

bổ. Nếu không được cài đặt thì ONU sẽ không gửi thông tin PLOAMu trong lúc

phân bổ. Bit 9 sử dụng sửa lỗi FEC (forward error correction): nếu bit này được cài

đặt 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. Và 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: để dành.



Hình 2.4 : Cơ chế trạng thái đồng bộ ONU

Vùng StartTime chứa 16 bit chỉ thị thời gian bắt đầu phân bổ. Thời gian này

tính bằng byte, bắt đầu khung là 0. Điều này giới hạn kích thước của khung lên là

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 lí.

Vùng StopTime chứa 16 bit chỉ thị thời gian kết thúc phân bổ. Thời gian

này được tính bằng byte, bắt đầu khung là 0. Thời gian kết trúc 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.

Vùng tải

Vùng tải truyền dẫn hội tụ có 2 phần: phần dành riêng cho ATM và phần

dành riêng cho GEM.

Phần dành riêng cho ATM: chứa 53 cell 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.

2.2.3.2 Cấu trúc khung hướng lên

Cấu trúc khung hướng lên được biểu diễn ở Hình 2.4.5. 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 kì

phân phối phải 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 lí (PLOu- Physical layer overhead).

Các hoạt động, quản lí và bảo dưỡng lớp vật lí (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 2.5 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 2.4.5: Khung hướng lên GTC

Vùng overhead lớp vật lí hướng lên

Vùng overhead lớp vật lí 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, OLT sẽ cấp một vị trí ở hướng lên

cho phép ONU gửi bản tin PLOAM. Thời gian đáp lại sẽ ít hơn 5 ms.

Vùng vận hành, quản lý và bảo dưỡng lớp vật lý PLOAMu

Các hoạt động, quản lí và bảo dưỡng lớp vật lí PLOAMu có 13 byte chứa

các bản tin PLOAM đã được mô tả ở phần PLOAMd.

Hình 2.5 : Mô tả chi tiết khung hướng lên GTC

Vùng san bằng công suất PLSu

Trình tự san bằng công suất PLSu 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 2 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 của bộ phát ONU (xảy ra lúc hoạt động cũng như lúc kích hoạt).

PLSu có thể được yêu cầu ở bất kì 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 sẻ bị loại bỏ.

Phần tải

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 2.6

Hình 2.6 : Các cell ATM ở hướng lên

Phần tải hướng lên GEM chứa một số khung GEM (Hình 2.6.1). Chiều dài

của phần tải này phải nhỏ hơn chiều dài overhead được yêu cầu.



Phần tải hướng lên DBA chứa báo cáo phân bổ băng thông động từ ONU

như trong Hình 2.7. 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 phải

phản hồi việc phân bố tải DBA thậm chí nếu mode này của DBA không hỗ trợ thì

nó vẫn duy trì phần tải này.

Hình 2.6.1 Các khung GEM ở hướng lên

Hình 2.7 : Báo cáo DBA ở hướng lên

2.2.4 Phân bổ băng tần động DBA trong GPON

Phương pháp cơ bản nhất của phân phối băng thông hướng lên là phân bổ

bằng nhau giữa các ONU. Phương pháp này không 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 2 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 lí 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.

Với phương pháp thứ 2, ONU báo cáo trạng thái bộ đệm 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 lí 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 phù hợp cho

mỗi vị trí ID.

2.3 PHÂN BỔ BĂNG THÔNG TRONG MẠNG GPON:

2.3.1. Phân bổ băng thông động

Dynamic Bandwidth Allocation(DBA) trong mạng GPON là quá trình OLT tái

phân bổ băng thông truyền lên của các ONU dựa trên trạng thái hoạt động và các

thỏa thuận lưu lượng. Trạng thái hoạt động có thể được thông báo tường minh qua

các báo cáo trạng thái bộ đệm hoặc không tường minh bằng cách truyền các khung

idle GEM khi ONU đến lượt truyền.

Lợi ích của DBA thể hiện ở 2 điểm sau:

Mạng có thể hoạt động với số lượng thuê bao lớn hơn do hiệu suất sử

dụng băng thông tăng.



Các thuê bao có thể hưởng các dịch vụ gia tăng, như là yêu cầu băng

thông thay đổi với đỉnh băng thông vượt qua mức băng thông có thể phân bổ

trong kiểu phân bổ tĩnh.

2.3.1.1 PON DBA trừu tượng

Trong G-PON, thực thể nhận của phân bổ băng thông luồng lên được đặc trưng

bởi một allocation ID (Alloc-ID). Bất chấp số lượng Alloc-ID đã phân bổ tới mỗi

ONU, số lượng các cổng GEM được ghép trên mỗi Alloc-ID, cấu trúc hàng đợi vật

lý và logic được thiết lập bởi ONU, lưu lượng tổng được OLT kết hợp với mỗi

Alloc-ID như một bộ đệm logic và, cho mục đích phân phối băng thông, xem xét tất

cả Alloc-ID như các thực thể ngang hàng cùng cấp độ trong cấu trúc logic.

Hình 2.8:PON DBA trừu tượng

Mỗi bộ đệm logic Alloc-ID, module chức năng DBA của OLT suy ra từ sự

chiếm giữ thông tin củng như thông qua các bản tin thông báo trạng thái inband

hoặc bằng cách quan sát các thành phần idle của upstream. Sau đó, nó cung cấp ngõ



vào cho bộ phận lập lịch trong OLT chịu trách nhiệm tạo ra Bwmaps. Bwmaps

được thông tin đến các ONU trong luồng xuống.

2.3.1.2 Yêu cầu chức năng DBA

Suy luận từ trạng thái bộ đệm

Cập nhật băng thông phân bổ dựa trên trạng thái bộ đệm và quan sát

thông số băng thông thiết bị.

Phân bổ băng thông dựa trên băng thông cập nhật tức thời

Quản lý hoạt động DBA

2.3.1.3 Các phương pháp DBA

Tùy thuộc cơ cấu suy luận tình trạng bộ đệm, 2 phương pháp DBA là:

SR-DBA dựa trên các thông báo về tình trạng bộ đệm được xem xét

bởi OLT và các ONU đáp ứng

TM DBA dựa trên sự quan sát OLT của các khung GEM idle và so

sánh của nó với đáp ứng Bwmaps.

OLT nên hỗ trợ sự kết hợp cả TM và SR DBA và có khả năng hoạt động với

mạng PON có cả SR và NSR ONU.

2.3.1.4 Mô tả toán học của DBA

Phần này giới thiệu một kiểu phân bổ băng thông chỉ rõ hành vi mục tiêu của cơ

chế. Đó là mô hình tham khảo fluid có thể được dùng để kiểm tra các trường hợp để

ước lượng một DBA

a.Tóm tắt các ký hiệu

C: dung lượng luồng lên của giao diện PON (bps)

A: lượng thông tin đến bộ đệm (b)

B: sự chiếm giữ bộ đệm logic (b)



D: Mô tả phân bổ lưu lượng

RF: Băng thông cố định (bps)

RA: Băng thông assured (bps)

RM: Băng thông tối đa (bps)

RG: Băng thông guaranteed, động (bps)

RL: Lưu lượng tải đề nghị, động (bps)

RNA: Băng thông không đảm bảo, động (bps)

RBE: Băng thông best-effort, động (bps)

SNA: Băng thông thặng dư cho phân bổ băng thông không đảm bảo, động (bps)

SBE: Băng thông thặng dư cho phân bổ băng thông best-effort, động (bps)

χAB: chỉ số 3 cấp cho phân bổ băng thông thêm {None, NA, BE}

P: Mức ưu tiên cho phân bổ băng thông best-effort

ω: Trọng số của phân bổ băng thông best-effort

b.Tải đề nghị:

Mỗi Alloc-ID có thể biểu thị đặc tính thay đổi dựa vào lưu lượng tải đề nghị,

RL(t), được định nghĩa là tốc độ trung bình mà tại đó bộ đệm logic của 1 Alloc-ID

được phục vụ đến hết trong khoảng thời gian cho trước ∆, đại diện một hằng số hệ

thống ( nhỏ nhất là 1, nhưng thường sử dụng là thời gian của 8 khung):

RL(t)=



Trong đó B(t) là sự chiếm giữ bộ đệm logic tại thời điểm t, và thành phần tùy

chọn A(t,t+∆) tượng trưng cho các lưu lượng mới đến trong khoảng thời gian

(t,t+∆).

Miêu tả lưu lượng:

Mỗi Alloc-ID được dành sẵn với mô tả lưu lượng gồm 3 thông số : băng thông

cố định, băng thông đảm bảo (assured bandwith), và băng thông tối đa, cũng như

chỉ số 3 cấp dành cho băng thông thêm: non-assured sharing, best-effort sharing,

hoặc none. Do đó miêu tả lưu lượng của Alloc-ID i được đại diện bởi 4 thành phần:

Di=(RiF,Ri

A,RiM,i

AB)

Băng thông cố định, RF ≥ 0, đại diện cho phần băng thông dành riêng trên

đường uplink mà OLT phân bổ tĩnh cho Alloc-ID nào đó, bất kể yêu cầu lưu lượng

riêng và lưu lượng tổng thể trên PON.

Băng thông đảm bảo, RA ≥ 0,đại diện cho phần băng thông trên uplink mà OLT

sẽ phân bổ cho Alloc-ID nào đó khi Alloc-ID chưa thỏa mãn nhu cầu lưu lượng, bất

chấp lưu lượng tổng thể trên mạng PON. Nếu nhu cầu lưu lượng được thỏa mãn,

OLT có thể tái phân bổ phần băng thông còn lại cho các Alloc-ID thích hợp.

Băng thông tối đa, RM>0, đại diện cho giới hạn lên trong tổng băng thông có thể

phân bổ cho Alloc-ID dưới một vài điều kiện lưu lượng.

Từ các định nghĩa trên ta có thể suy ra

RMi ≥ RF

i + RAi

χABi = NA, chỉ khi RM

i > RFi + RA

i >0

χABi = BE, chỉ khi RM

i > RFi + RA

i ≥0

Ngoài ra, đặc tính lưu lượng tổng quát nên thỏa mãn điều kiện ổn định căn bản:

∑( RFi + RA

i) ≤ C



c. Các thành phần của băng thông được phân bổ:

Băng thông Ri (t) ≥ 0, được phân bổ động đến mỗi Alloc-ID dưới dạng bao gồm

2 thành phần guaranteed và additional. Băng thông additional có thể là non-assured

hoặc best-effort:

Ri(t)=RiG(t)+Ri

NA (t)

Cho Alloc-iD với χABi = NA, và

Ri(t)=RiG(t)+Ri

BE(t)

Cho Alloc-ID với χABi = BE.

d. Phân bổ băng thông đảm bảo:

Khi điều kiện ổn định cơ bản được thỏa, thành phần bảo đảm của phân bổ băng

thông động cho bởi:

RGi(t)=min{RF

i+RAi;max{RF

i;RLi(t)}}

Và sẵn sàng cho Alloc-ID bất chấp tình trạng chung của lưu lượng. Do đó, RFi

đặc trưng cho biên dưới của phân bổ băng thông đảm bảo (guaranteed) RGi(t), và RA

i

+RFi là biên trên.



Hình 2.9 Các giá trị phân bổ băng thông cho các tải khác nhau

Phân bổ băng thông không đảm bảo:

Băng thông không đảm bảo, RNA, là một dạng băng thông thêm vào mà OLT

có thể phân bổ động đến một Alloc-ID thích hợp tỉ lệ với tổng băng thông cố định

và đảm bào của Alloc-ID.

Lượng băng thông dư có thể được phân bổ vào các băng thông không đảm bảo

tương đương với tỷ lệ của dung lượng đường lên mà còn trống sau khi các thành

phần băng thông đảm bảo đã phân bổ động đến tất cả Alloc-IDs. Công thức tính:

SNA(t)= C - ∑ min {RiF + Ri

A;max{RiF;Ri

L(t)}}

Tiêu chuẩn cân bằng của chia sẻ băng thông không đảm bảo được cho bên dưới.

Dưới các điều kiện cụ thể của lưu lượng tải, 2 Alloc-ID thích hợp (χAB = NA),

không bão hòa (RG (t) + RNA(t) < min{RM ; RL(t)}) i và j sẽ được cấp băng thông

không đảm bảo thỏa mãn phương trình:



=

Phân bổ băng thông best effort

Băng thông best-effort là một dạng của băng thông thêm vào mà OLT có thể

phân bổ động đến các Alloc-ID thích hợp tỷ lệ với thành phần không đảm bảo của

băng thông dự trữ tối đa.

Lượng băng thông dư có thể phân bổ dưới dạng băng thông best-effort tương

đương với phần dung lượng đường lên còn lại sau khi đã tính các thành phần cho

băng thông đảm bảo và băng thông không đảm bảo. Công thức:

SBE(t) = C - {RMi ; max{Ri

F;RiL(t)}} - {Ri

F+RiA;

max{RiF;Ri

L(t)}}

Tiêu chuẩn công bằng trong phân chia băng thông Best-effort dựa trên công

thức dưới. Dưới các điều kiện cụ thể của tải lưu lượng, 2 Alloc-ID thích hợp (χAB =

BE), chưa bão hòa (RG(t) + RBE(t) < min{RM ; RL(t)}) i và j sẽ được phân bổ băng

thông best-effort thỏa mãn điều kiện:

=

Nếu (RG (t) + RBE(t) ≥ min{RM ; RL(t)}), băng thông phân phối động sẽ là

R(t) = min{RM ; RL(t)}

Độ ưu tiên của các thành phần băng thông được phân phối:

1. Băng thông cố định .

2. Băng thông đảm bảo.

3. Băng thông không đảm bảo.

4. Băng thông best-effort.



Đầu tiên,OLT nên phân bổ băng thông cố định đến các Alloc-ID trong PON,

bất chấp tải đề nghị và tình trạng lưu lượng tổng quan. Sau đó, OLT hoàn tất đăng

ký phần băng thông cam kết bằng việc phân bổ băng thông đảm bảo cho các Alloc-

ID cho đến khi đạt mức dự trữ RA hoặc yêu cầu lưu lượng được thỏa mãn. Sau đó,

OLT phân bổ băng thông không đảm bảo cho các Alloc-Id

chưa bão hòa thích hợp cho đến khi tất cả các Alloc-IDs đạt ngưỡng bão hòa hoặc

băng thông dư SNA(t) cạn kiệt. Cuối cùng, OLT phân bổ băng thông BE đến các

Alloc-ID chưa bão hòa.

Kiểu phân bổ băng thông mở rộng

OLT có thể tùy chọn dự trữ cho các Alloc-ID dựa trên mô tả lưu lượng:

Di=(RiF,Ri

A,RiM,i

AB,Pi,i)

Mô tả lưu lượng mở rộng thiết lập thêm 2 thông số:

Mức ưu tiên best-effort Pi và trọng số best-effort ωi được sử dụng trong trường

hợp AB = BE. Tiêu chuẩn công bằng trong best-effort thiết lập dựa trên các thông

số này và công thức được tính như sau:

Miễn là có ít nhất 1 Alloc-ID thích hợp (AB = BE) với một mức ưu

tiên best-effort cao hơn duy trì trạng thái chưa bão hòa (RG(t) + RBE(t) <

min{RM ; RL(t)}), chia sẻ băng thông đã được phân bổ của Alloc-ID nào đó

với Pi sẽ bằng 0.

Nếu không có Alloc-ID thích hợp với một ưu tiên đủ lớn để duy trì

trạng thái chưa bão hòa, 2 Alloc-ID i và j thích hợp (χAB = BE), không bão

hòa với độ ưu tiên cho trước sẽ được phân bổ băng thông best-effort thỏa

mãn điều kiện:

=

Kiểu phân bố băng thông mở rộng có thể làm giảm quy tắc ưu tiên trên bằng

cách gán tất cả các Alloc-ID liên quan vào cùng một nhóm ưu tiên giống nhau .Hơn



nữa, kiểu phân bổ băng thông mở rộng còn cho phép chỉ rõ hành vi mong muốn của

hệ thống khi có nhiều Alloc-ID trong một ONU phù hợp với nhóm ưu tiên của dịch

vụ,và các Alloc-ID trong cùng một nhóm ưu tiên trong mạng PON được phục vụ

với trọng số tỉ lệ cơ bản.

Ví dụ trong hình sau,tất cả các T-CONT được giả sử ở trạng thái best-effort và

được cung cấp độ ưu tiên Pi và trọng số best-effort i.

Hình 2.10: Ví dụ về xếp hàng và cấu trúc ưu tiên trong phân bổ băng thông

mở rộng

Các mô tả lưu lượng Alloc-ID và loại T-CONT

Tổng quát, băng thông và thành phần thích hợp của mô tả lưu lượng Alloc-ID

có thể có các mối quan hệ qua lại khác nhau với mỗi cái khác. Năm thông số kết

hợp của mô tả lưu lượng Alloc-ID, trong điều kiện thực tế, quan trọng hơn các

thông số khác để xác định và kết hợp với các loại T-CONT. Định nghĩa của 5 loại

T-CONT được cho trong bảng dưới



Bảng 2.11:Các loại T-CONT

T-CONT loại 1 đặc trưng bởi chỉ các thành phần băng thông cố định, không

được chia sẻ băng thông dư. Thích hợp mang các lưu lượng có tốc độ cố định ( hoặc

tốc độ thay đổi với tốc độ biên tương đối thấp ), lưu lượng nhạy với trễ hoặc jitter.

T-CONT loại 2 đặc trưng bởi duy nhất băng thông bảo đảm, không được chia

băng thông dư. Phù hợp vận chuyển các loại lưu lượng on-off với tốc độ biên được

xác định , không có các yêu cầu nghiêm ngặt về trễ và jitter.

T-CONT loại 3 đặc trưng bởi băng thông đảm bảo và phân chia băng thông

không đảm bảo. Vận chuyển các loại lưu lượng dạng tốc độ thay đổi dạng burst yêu

cầu đảm bảo tốc độ trung bình.

T-CONT loại 4 đặc trưng bởi chia sẻ băng thông best-effort nhưng không có sự

dự trữ băng thông cố định và băng thông đảm bào. Phù hợp với vận chuyển lưu

lượng burst thay đổi không nhạy với trễ.

T-CONT loại 5 là tổng hợp các loại T-CONT khác có thể áp dụng cho tất cả các

luông lưu lượng tổng quát.

2.3.2 Báo hiệu trạng thái DBA và cấu hình

2.3.2.1 Bản tin DBRu

DBA report chiếm từ 1 đến 2 byte trong bản tin DBRu đã tính trước khi ONU

truyền upstream. OLT yêu cầu truyền DBRu bằng cách đặt điểm mã đúng trong

trường các cờ của một cấu trúc allocation trong Bwmap. Bản tin DBRu chỉ ra lượng

thông tin có trong bộ đệm logic tương ứng Alloc-Id của cấu trúc allocation đó.



Cấu trúc allocation chứa yêu cầu DBRu cũng có thể chứa allocation thông

thường đối với Alloc-ID cho trước. Nhận thấy sự không rõ ràng tồn tại, nhưng chưa

được đánh đại chỉ, sự tự quyết của ONU báo cáo tình trạng chiếm giữ bộ đệm logic

trước hoặc sau khi allocation hiện tại được phục vụ.Các yêu cầu sau là cần thiết

ONU sẽ theo phù hợp các ngữ nghĩa đã chọn của DBRu report.

Thuật toán OLT DBA sẽ tạo ra các ngữ nghĩa thô của DBRu report.

DBRu report không được tính vào bất kỳ .

2.3.2.2 Đặc trưng chiếm giữ bộ đệm

ONU đánh dấu tình trạng chiếm giữ bộ đệm logic kết hợp với Alloc-ID theo các

khối báo cáo. Kích thước khối báo cáo nên giống nhau đối với tất cả Alloc-ID trên

cùng giao diện PON. Kích thước của khối báo cáo được thông báo qua kênh OMCI

vào lúc ONU kích hoạt và có một giá trị mặc định là 48 byte.

Nếu có k gói của một loại nào đó với chiều dài Li byte (i=1,…,k) được chứa

trong bộ đệm logic ứng với 1 Alloc-ID, sự chiếm giữ bộ đệm của loại đó, R, được

tính như sau:

R=ceil( )

Trong đó B là kích thước khối báo cáo, và ceil(X) là hàm trả về giá trị số

nguyên nhỏ nhất mà lớn hơn hoặc bằng X.

Bản tin DBRu trong việc truyền luồng lên, giá trị chiếm giữ bộ đệm được mã

hóa trong một trường octet kích thước cố định. Mã hóa không tuyến tính này được

cho bỡi bảng sau:



Bảng 2.12:Mã hóa trong trường báo cáo DBA

2.3.2.3 Các kiểu dạng DBRu

Có 2 kiểu định dạng DBRu:

Mode 0: một trường một octet chứa mã không tuyến tính của tất cả

lượng thông tin trong bộ đệm logic ứng với 1 Alloc-ID

Mode 1: 2 trường một octet, trường đầu tiên chứa mã hóa không tuyến

tính của lượng thông tin được đánh dấu “vàng” khi vào buffer, và trường còn

lại chứa mã hóa không tuyến tính của thông tin được đánh dấu “xanh” khi

vào buffer.

Trong khi báo cáo của mode 0 có thể được ứng dụng cho các Alloc-Id không

hạn chế, báo cáo của mode 1 được ứng dụng các Alloc-ID thích hợp cho chia sẻ

băng thông không đảm bảo hoặc best-effort và các luồng lưu lượng cấu thành của

nó phụ thuộc sự điều chĩnh lưu lượng tại ONU. Bộ điều chỉnh lưu lượng mỗi luồng

của ONU sẽ tương đương gáo rò token song song, thiết lập các kiểm tra CIR và EIR

trên mỗi gói thông tin đến. Bộ điều chỉnh lưu lượng sẽ nhận vào một gói đến bộ

đệm là “xanh” nếu nó vượt qua kiểm tra CIR, và “vàng” nếu trượt kiểm tra CIR

nhưng qua kiểm tra EIR. Bộ điều chỉnh lưu lượng sẽ loại bỏ các gói trượt cả CIR và

EIR và đánh dấu là “đỏ”.

Trong phần trên, phân bổ băng thông DBA dựa trew6n thông tin động được trao

đổi với OLT sử dụng các báo cáo mode 0.



Đặc biệt mô hình có thiết lập khái niệm tải yêu cầu RL(t) = [B(t) + A(t,t+∆)]/∆,

nhưng không đề cập đến màu của các thành phần của tải yêu cầu, có thể được định

nghĩa như sau:

RLgr(t)=

RLye(t)=

Trong đó “gr” và “ye” tương ứng là xanh và vàng; B(t) là lượng lưu lượng theo

màu tương ứng trong bộ đệm tại thời gian t, và thành phần A(t, t+∆) chỉ rõ lưu

lượng tương ứng theo màu đến trong khoảng thời gian (t, t+∆) với khoảng cố định

∆.

Hình 2.13 Phân chia màu lưu lượng trong bộ đệm

Giả sử bộ điều chỉnh phân biệt theo bốn thông số: CIR, CBS, EIR, EBS, cho

phép tốc độ thông tin đỉnh là PIR=CIR+EIR và xem xét một luồng lưu lượng đơn

vào bộ đệm. Trong tình trạng giả thuyết của một quá lưu lượng đến lý tưởng, trơn,

thành phần xanh của tải yêu cầu có thể được tìm chính xác theo công thức:

RLgr(t)=min{RL(t);CIR}



Trong hình vẽ trên, cho ta thấy các thành phần theo màu của lưu lượng được

điều chỉnh so với tổng lưu lượng yêu cầu trước khi điều chỉnh, hình a là trong

trường hợp lý tưởng. Trong thực tế, tuy nhiên , lưu lượng có dạng các burst, và việc

truyền dạng burst gây méo các thành phần màu của lưu lượng trong bộ đệm. Cho

các thông số của bộ điều chỉnh, thành phần xanh của tải yêu cầu có thể được giới

hạn như sau:

RL(t)min RLgr(t) min {RL(T);CIR}

2 bất đẳng thức xác định một vùng trong sơ đồ các thành phần màu nơi lưu

lượng có thể là vàng hoặc xanh tùy thuộc đặc tính của quá trình đến.

2.4 THÔNG SỐ KỸ THUẬT

Bước sóng 1260-1360nm đường lên,1480-1500nm đường xuống .

Đa truy cập hướng theo TDMA.

Cấp phát băng thông động DBW (Dynamic Bandwith Allocation).

Loại lưu lượng: dữ liệu số.

Khung truyền dẫn GEM.

Dịch vụ đầy đủ: (Ethernet, TDM, POST ).

Tỉ lệ chia thụ động: tối đa là 1:128.

Giá trị BER lớn nhất: .

Phạm vi công suất luồng xuống: -3 đến 2 dBm (10km ODN), Từ 2 đến 7

dBm (20km ODN).

Loại cáp tiêu chuẩn ITU-T Rec.G625.

Suy hao tối đa giữa các ONU là: 15 Db.

Cụ ly cáp tối đa: 20km DFB laser luồng lên, 10km với Fabry-perot.


http://img197.imageshack.us/i/image017u.gif/


Hình 2.14. TDMA GPON.

GPON sử dụng TDMA có các ưu điểm:

Các ONU có thể hoat động cùng bước sóng .

Các OLT cũng chỉ cần một bộ thu.

Giảm chi phí đầu tư ,bảo dưỡng .

Đễ dàng lắp đặt thêm các ONU nếu có nhu cầu mở rộng mạng.

Yêu cầu sử dụng khi dùng kỹ thuật TDMA

Động bộ lưu lượng để tránh xung đột dữ liêu khi có hai gói dữ liệu đến bộ

nghép cùng một thời điểm.

2.5 KỸ THUẬT TRUY NHẬP VÀ PHƯƠNG THỨC GHÉP KÊNH

2.5.1 Kỹ thuật truy nhập Kỹ thuật truy nhập phổ biến là TDMA .

TDMA là kỹ thuật chia băng tần thành các khe thời gian kế tiếp nhau.Những

khe này có thể ấn định trước cho mỗi khách hàng

2.5.2 Phương thức ghép kênh


http://img207.imageshack.us/i/image018r.gif/


Phương thức ghép kênh là ghép kênh song hướng .Hiện nay các hệ thông

GPON đều sử dụng ghép kênh phân chia không gian .Nó thực hiện nhờ sử dụng

những sợi riêng biệt cho truyền dẫn đường lên và đường xuống

Ưu điểm Nhược điểm

- Tăng được quỹ công suất trong mạng

- Việc sử dụng hai sợi quang làm cho việc thiết kế mềm dẻo

hơn.

- Khả năng mở rộng trong tương lai.

- Chi phí giảm do sủ dụng cùng bước sóng ,bộ phát và bộ thu.

- Cần gấp đôi số

lượng sợi,

connector .

2.6 PHƯƠNG THỨC ĐÓNG GÓI DỮ LIỆU

GPON định nghĩa hai phương thức đóng gói dữ liệu ATM và GEM (GPON

Encapsulation Metho)

Phương thức đóng gói GEM sư dụng đóng gói qua mạng GPON, cung cấp

khả năng đóng gói tướng tự ATM.Hỗ trợ nhiều dịch vụ khác nhau ,khách hàng

ATM được sắp xếp trong suốt vào khung GEM sử dụng thủ tục đóng gói GEM .Lưu

lượng dữ liệu bao gồm các khung Ethernet ,gói tin IP,IPTV ,VoiIP , và các loại

khác giúp cho truyền dẫn khung GEM hiệu quả và đơn giản .

2.7 ĐỊNH CỠ VÀ PHÂN ĐỊNH BĂNG TẦN ĐỘNG

2.7.1 Thủ tục định cỡ

Để một ONU có thể hoạt động trong mạng PON nó phải được ranging (xác

định cự ly giữa OLT và ONU ) .Cự ly ranging tối đa là 20km . Thủ tục ranging

được chia làm 2 pha .Ở pha thứ nhất đăng kí số sêri cho UNU chưa đăng kí và cấp

phát ONU-ID cho ONU đã thực hiện .Số ID phải là duy nhất đồng thời ONU-ID

được sử dụng để điều khiển ,theo dõi và kiểm tra ONU.



Hình 2.15. GPON ranging pha 1

Các pha trong bước thứ nhất :

B1. OLT xác định tất cả các ONU đang hoạt động để cho ngừng quá trình truyền

dẫn ((1)ONU halt).

B2 . OLT xác định tất cả các ONU chưa có ID để yêu cầu truyền số serial ((2)

Serial_number request).

B3. Sau khi nhận được yêu cầu truyền số serial ,ONU không có ID sẽ truyền sêri

( (3) SN- transmission ) sau khi chờ một khoảng tối đa là 50ms.

B4. OLT chỉ định một ONU-ID tới một ONU chưa đăng kí mà OLT đã nhận được

seri ((4) –assign ONU-ID).

Trong pha tiếp theo RTD được đo cho mỗi ONU đăng kí mới ,pha này cũng áp

dụng cho các ONU bị mất trong quá trình thông tin.


http://img256.imageshack.us/i/image019zpc.jpg/


Hình 2.16. GPON ranging pha 2.


http://img856.imageshack.us/i/image020g.jpg/


Các bước trong pha thứ hai bao gồm:B5. OLT xác định tất cả các ONU đang hoạt động để cho ngừng quá trình truyền dẫn ((5) ONU halt).B6. Sử dụng các số seri ,OLT xác định một ONU nhất định và chỉ cho ONU đó được truyền cho quá trình trễ ((6) ranging request ).B7. ONU có cùng số sêri với OLT đã được xác định cho quá trình trế ((7) ranging tranmssion ) ,bao gồm cả ONU-ID trong pha 1.B8. OLT đo RTD phụ thuộc vào thời gian mà tín hiệu sử dụng cho phép đo trễ được thu .Sau khi số sêri và ONU-ID là đúng ,OLT thông báo trễ cân bằng ((9)–Equalization Delay ) tới ONU ((8)- ranging_ time message ).B9.ONU lưu giá trị trễ cân bằng và tạo trễ định thời cho chuỗi dữ liệu luồng lên với giá trị này .

2.7.2 Phương pháp cấp phát băng thông

Hình 2.17. Báo cáo và phân bố băng thông trong GPON

Thủ tục cấp phát băng thông

B1. ONU lưu dữ liệu thuê bao cho lưu lượng hướng lên vào bộ đệm

B2. Khối dữ liệu trong bộ đệm được báo tới OLT như một yêu cầu tại một thời

điểm OLT quy định


http://img37.imageshack.us/i/image021f.gif/


B3.OLT xác định thời gian bắt đầu truyền dẫn và khoảng thời gian truyền cho phép

(1/4 cửa sổ truyền dẫn ) tới ONU như một sự cấp phép

B4 ONU nhận sự cấp phép và truyền khối dữ liêu đã xác định .

Hình 2.18 .Thủ tục cấp phát băng thông trong GPON.

2.8 BẢO MẬT VÀ MÃ HÓA LỖI

Do GPON là mạng điển – đa điểm nên dữ liệu hướng xuống có thể nhận bởi

tất cả các ONU. Trong hệ thống PON thì hướng xuống, dữ liệu được truyền

broadcast đến tất cả ONU. Mỗi ONU chỉ có thể truy cập dữ liệu của mình, nhưng

nếu người dùng nào có ý định phá hoại thì có thể giả ONU của người dùng khác để

truy cập dữ liệu, hệ thống bảo mật PON sẽ ngăn chặn việc này. Giống như các

mạng khác, GPON sử dụng thủ tục mật mã để ngăn ngừa việc nghe trộm các tín

hiệu không mong muốn. Không giống như truy cập wireless hay modem, trong

mạng PON, bất kì ONU nào cũng không thể thấy được lưu lượng hướng lên của

ONU khác. Điều này cho phép làm đơn giản hóa thủ tục mật mã. Đầu tiên là chỉ cần

mật mã ở hướng truyền xuống của dữ liệu. Thứ 2 là dữ liệu hướng lên có thể truyền

khóa mật mã. GPON sử dụng chuẩn mật mã AES (Advanced Encryption Standard).


http://img809.imageshack.us/i/image022o.jpg/


Đó là một khối mật mã mà nó hoạt động trên một khối dữ liệu 16 byte (128 bit).

Đặc biệt chế độ đếm được sử dụng. Khối mật mã giả ngẫu nhiên 16 byte được phát

ra và XOR với dữ liệu ngõ vào để tạo ra dữ liệu mật mã ở OLT. Ở ONU, dữ liệu

được mật mã này thì XOR với chuỗi giả ngẫu nhiên 16 byte tương tự như ở OLT để

tạo lại dữ liệu ban đầu. Với ATM chỉ có 48 byte được mật mã, với GEM chỉ có

phần tải GEM được mật mã. OLT khởi tạo việc trao đổi khóa bằng việc gửi bản tin

đến ONU thông qua kênh PLOAM. Sau đó ONU sẽ chịu trách nhiệm tạo ra khóa và

phát ngược trở về OLT.

Sửa lối tiến FEC (Forward Error Correction) : Công nghệ GPON sử dụng

phương pháp sửa lỗi tiến FEC. FEC mang lại kết quả tăng quỹ đường truyền lên 3-

4dB ( độ lợi mã hóa) vì vậy cho phép tăng tốc độ bit và khoảng cách giữa OLT va

ONU cũng như hỗ trợ tỉ số chia lớn hơn trong mạng. FEC được tùy chọn sử dụng

trong cả hướng lên và hướng xuống, dung Mã Reed Solomon thường là RS.



KẾT LUẬN

Ngành công nghiệp viễn thông đang có tốc độ phát triển hết sức nhanh chóng

và sự cạnh tranh trong lĩnh vực mạng thông tin diễn ra rất gay gắt. Khi sự cạnh

tranh gia tăng, điều quan trọng đối với các công ty viễn thông là phải xác định lại vị

thế của mình trong thị trường viễn thông và có chiến lược phát triễn mới để duy trì

khách hàng của mình cũng như thu hút khách hàng của những nhà cung cấp khác.

Với những ưu điểm về tốc độ, băng thông cũng như chi phí lắp đặt, GPON không

thể nằm ngoài chiến lược phát triển của các nhà khai thác viễn thông cho mạng truy

nhập.

Qua đề tài này, em đã đưa ra được các mô hình mạng truy nhập quang với

những ưu điểm vượt trội về tốc độ, băng thông cũng như chất lượng, hứa hẹn sự

phát triển vượt bậc cho mạng truy nhập. Đó là các vấn đề cốt lõi nhất khi triển khai

mạng cáp quang thuê bao. Tuy nhiên, do sự hạn chế về thời gian, tài liệu tham khảo

cũng như khả năng hiểu biết của bản thân, những kết quả đạt được chỉ dừng lại ở

mức lý thuyết. Em mong muốn sau này mình có cơ hội đi sâu vào thực tiễn để hoàn

thành dự định trong tương lai.



CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Bài giảng “Mạng và các công nghệ truy nhâp – Biên soạn: Ths. Dương Thị

Thanh Tú

[2] http://en.wikipedia.org/wiki/Passive_optical_network

[3] -www.vntelecom.org

[4] Quang Minh, Công nghệ và chuẩn hóa mạng quang thụ động

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

............................................................................................................................................

............................................................................................................................................

............................................................................................................................................

............................................................................................................................................


http://en.wikipedia.org/wiki/Passive_optical_network


............................................................................................................................................

............................................................................................................................................

............................................................................................................................................

............................................................................................................................................

............................................................................................................................................

............................................................................................................................................

............................................................................................................................................

............................................................................................................................................

............................................................................................................................................

............................................................................................................................................

............................................................................................................................................

............................................................................................................................................

............................................................................................................................................

............................................................................................................................................

............................................................................................................................................

Ngày.......tháng..... năm 2012


Documents

Mang Quang Thu Dong Gpon