Đồ án tìm hiểu mạng truy nhập quang thụ động ethernet EPON

Nội dung của đề tài này được chia làm ba chương theo cơ cấu như sau: Chương 1: TỔNG QUANG VỀ MẠNG TRUY NHẬP QUANG Chương 2: MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG ETHERNET – EPON Chương 3: THIẾT

LỜI CẢM ƠN

Suốt trong thời gian học tập vừa qua, được sự quan tâm, giúp đỡ của trường Cao Đẳng Công Nghệ Thông Tin hữu nghị Việt - Hàn, khoa Công Nghệ Thông Tin Ứng Dụng, nay em đã hoàn thành khoá học của mình Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô trong khoa Công Nghệ Thông Tin Ứng Dụng và các khoa có liên quan

đã tận tình chỉ bảo, cung cấp cho em những kiến thức cần thiết và bổ ích trong suốt quá trình học tập Cảm ơn Trường Cao Đẳng CNTT hữu nghị Việt Hàn đã tạo điều kiện cho em học tập trong suốt thời gian qua

Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến thầy Dương Hữu Ái

đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp này

Sinh viên thực hiện

BÙI NGỌC LÂM

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC HÌNH ẢNH iv

DANH MỤC BẢNG vi

DANG MỤC TỪ VIẾT TẮT vii

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP QUANG 2

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG 2

1.2 CẤU HÌNH CƠ BẢN CỦA MẠNG TRUY NHẬP QUANG 3

1.3 CẤU HÌNH THAM CHIẾU MẠNG TRUY NHẬP QUANG 3

1.4 CÁC KHỐI CHỨC NĂNG CƠ BẢN 4

1.4.1 Khối kết cuối đường quang OLT 4

1.4.2 Khối mạng quang ONU 4

1.4.3 Mạng phân phối quang ODN 5

1.4.3.1 Bộ tách/ghép quang 5

1.4.3.2 Mạng cáp quang thuê bao 5

1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 6

CHƯƠNG II: MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG ETHERNET – EPON 7

2.1 MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG PON 7

2.1.1 Khái niệm mạng quang thụ động PON 7

2.1.2 Đặc điểm của hệ thống 7

2.1.3 Cấu trúc mạng quang thụ động PON 7

2.1.4 Các chuẩn của PON 10

2.1.5 Ưu, nhược điểm của mạng PON 11

2.2 GIỚI THIỆU VỀ MẠNG EPON 12

2.2.1 Lợi ích của mạng EPON 12

2.2.2 Nguyên lý hoạt động của EPON 13

2.2.3 Giao thức điều khiển đa điểm MPCP (Multi Point Control Protocol) 14

2.2.4 EPON với kiến trúc 802 18

2.2.4.1 Point to Point Emulation (PtPE) 19

2.2.4.2 Share Medium Emulation 20

2.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 21

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ MẠNG TRUY NHẬP EPON DỰA TRÊN PHẦN MỀM OPTISYSTEM 22

3.1 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM OPTISYSTEM 22

3.1.1 Giới thiệu chung 22

3.1.2 Các ứng dụng của phần mềm OptiSystem 22

3.1.3 Các đặc điểm chính của phần mềm OptiSystem 23

3.1.3.1 Thư viện các phần tử 23

3.1.3.2 Các công cụ hiển thị 24

3.1.3.3 Khả năng kết hợp với các công cụ phần mềm khác 24

3.1.3.4 Mô phỏng phân cấp với các hệ thống con 24

3.1.3.5 Ngôn ngữ SCIPT mạnh 25

3.1.3.6 Thiết kế nhiều lớp 25

3.1.3.7 Trang báo cáo 25

3.1.3.8 Quét tham số và tối ưu hóa 25

3.2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG MẠNG EPON 25

3.2.1 Các th ông số thiết lập mạng EPON 25

3.2.2 Sơ đồ hệ thống mạng EPON 29

3.3 PHÂN TÍCH MẠNG TRUY NHẬP EPON DỰA TRÊN PHẦN MỀM OPTISYSTEM 31

3.3.1 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng mạng quang 31

3.3.1.1 Tỉ số lỗi Bit Ber 31

3.3.1.2 Hệ số phẩm chất Q 33

3.3.1.3 Đồ thị mắt 34

3.3.1.4 Mối quan hệ giữa tỉ lệ lỗi bit với đồ thị mắt 35

3.3.2 Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến mạng quang 35

3.3.2.1 Đo kiểm các thông số cơ bản của mạng 35

3.3.2.2 Ảnh hưởng của khoảng cách 38

3.3.2.3 Ảnh hưởng của công suất phát 40

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Mạng truy nhập quang 2

Hình 1.2: Cấu hình của mạng truy nhập quang 3

Hình 1.3 Cấu hình tham chiếu của mạng truy nhập quang 3

Hình 1.4: Các khối chức năng của OLT 4

Hình 1.5: Các khối chức năng của ONU 4

Hình 1.6: Các bộ ghép 8x8 được tạo ra từ các bộ ghép 2x2 5

Hình 1.7: Cấu trúc cơ bản mạng cáp quang thuê bao 5

Hình 2.1: Mô hình chung của mạng quang thụ động PON 8

Hình 2.2: Các dạng kiến trúc của PON 8

Hình 2.3: Bộ chia công suất quang 10

Hình 2.4: Lưu lượng hướng xuống trong EPON 13

Hình 2.5: Lưu lượng hướng lên trong EPON 14

Hình 2.6: Thời gian Round-trip 15

Hình 2.7: Giao thức MPCP-hoạt động của bản tin Gate 16

Hình 2.8: Giao thức MPCP-hoạt động của bản tin Report 17

Hình 2.9: Trường LinkID được nhúng trong mào đầu 18

Hình 2.10: Hướng xuống trong PtPE 19

Hình 2.11: Hướng lên trong PtPE 19

Hình 2.12: Cầu giữa các ONU trong PtPE 20

Hình 2.13: Hướng truyền xuống trong SME 20

Hình 2.14: Hướng truyền lên trong SME 21

Hình 3.1: Giao diện người sử dụng của OptiSystem 22

Hình 3.2: Thiết lập các thông số cho đường xuống 27

Hình 3.3: Thiết lập các thông số cho đường lên 28

Hình 3.5: Sơ đồ kết nối mạng EPON 29

Hình 3.6: Cấu trúc khối ONU 30

Hình 3.7: Mối liên quan giữ tín hiệu nhận được và hàm phân bố xác suất 31

Hình 3.8: Mối quan hệ giữa hệ số phẩm chất Q và tỉ lệ lỗi bit BER 33

Hình 3.9: Hệ số Q tính theo biên độ 34

Hình 3.10: Công suất đo tại đầu ra của OLT khi Pphát =1 dBm 35

Hình 3.11: Công suất đo tại đầu vào của ONU 1 khi Pphát = 1dBm 36

Hình 3.12: Đồ thị Min BER tại người sử dụng 1 trong trường hợp 1 36

Hình 3.13: Đồ thị mắt tại người sử dụng 1 trong trường hợp 1 37

Hình 3.14: Đồ thị hệ số phẩm chất Q tại người sử dụng 1 trong trường hợp 1 37

Hình 3.15: Đồ thị Min BER tại người sử dụng 1 trong trường hợp 2 38

Hình 3.16: Đồ thị mắt tại người sử dụng 1 trong trường hợp 2 39

Hình 3.17: Đồ thị hệ số phẩm chất Q tại người sử dụng 1 trong trường hợp 2 39

Hình 3.18: Công suất đo được tại đầu ra của bộ OLT khi Pphát = -1dBm 40

Hình 3.19: Công suất đo được tại đầu vào của bộ ONU1 khi Pphát = -1dBm 40

Hình 3.20: Đồ thị Min BER tại người sử dụng 1 trong trường hợp 3 41

Hình 3.21: Đồ thị mắt tại người sử dụng 1 trong trường hợp 3 41

Hình 3.22: Đồ thị hệ số phẩm chất Q tại người sử dụng 1 trong trường hợp 3 42

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1: Kết quả đo tại người sử dụng 1 trong trường hợp 1 36 Bảng 3.2: Kết quả đo tại người sử dụng 1 trong trường hợp 2 với L = 15km 38 Bảng 3.3: Kết quả đo tại người sử dụng 1 trong trường hợp 3 với Pphát = -1dBm 40

DANG MỤC TỪ VIẾT TẮT

ADSL Asymmetric Digital Subscriber

APON ATM Passive Optical Network Mạng quang thụ

đông ATM BER

Bit Error Rate (The ITU-T uses Bit

CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with

Collision Detect

Đa truy nhập cảm nhận sóng mang có phát hiện xung đột DBA Dynamic Bandwidth Alocation Cấp phát băng thông động

DSL Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao

số EMS Element Management System Hệ thống quản lý

EPON Ethernet Passive Optical Network Mạng quang thụ

động Ethernet

MAN Metropolitan Area Network Mạng khu vực thủ đô

MAC Media Access Control Lớp điều khiển truy

ODN Optical Distribution Network Mạng phân phối

Terminal/Termination

Thiết bị đầu cuối mạng ONU Optical Network Unit Đơn vị mạng quang

PON Passive Optical Network Mạng quang thụ

động

POTS Plain Old Telephone System Hệ thống điện thoại

kiểu cũ

PtPE Point-to-Point Emulation

điểm

SONET Synchoronous Optical Network Mạng quang đồng bộ

TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia

theo thời gian

UNI User Network Interface Giao diện người sử

dụng mạng

rộng

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của các khu vực kinh tế, các tổ chức xã hội đã tạo ra nhu cầu rất lớn trong việc sử dụng các dịch vụ tiện ích, thoại, hình ảnh và dữ liệu Sự phát triển của các loại hình dịch vụ mới, đòi hỏi hạ tầng mạng truy nhập phải đáp ứng các yêu cầu về băng thông rộng, tốc độ truy nhập cao Vậy nên mạng quang là một giải pháp cần thiết và quan trọng để giải quyết các vấn đề trên Trong đó, mạng truy nhập quang thụ động EPON là một giải pháp triển vọng đầy hứa hẹn trong mạng truy nhập để làm giảm bớt hiện tượng tắc nghẽn mạng Với những ưu điểm vượt trội của mình, EPON (Ethernet Passive Optical Network) đã tạo ra một sự chuyển biến rõ rệt trong mạng truy nhập Đây cũng là giải pháp mà đề tài này đề cập cho mạng truy nhập tại Việt Nam Nội dung của đề tài này được chia làm ba chương theo cơ cấu như sau:

Chương 1: TỔNG QUANG VỀ MẠNG TRUY NHẬP QUANG

Chương 2: MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG ETHERNET – EPON Chương 3: THIẾT KẾ MẠNG TRUY NHẬP EPON DỰA TRÊN PHẦN MỀM OPTISYSTEM

Tuy đã cố gắng trong quá trình thực hiện đề tài này, nhưng vẫn còn nhiều hạn chế về kiến thức nên không thể tránh khỏi những thiếu sót Em mong được sự góp ý, chỉ dẫn của thầy cô để đề tài được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn thầy Dương Hữu Ái người đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong quá trình làm đề tài này

Sinh viên thực hiện

BÙI NGỌC LÂM

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP QUANG

Mạng truy nhập quang được chia làm hai loại cơ bản là mạng truy nhập quang tích cực AON và mạng truy nhập quang thụ động PON Mạng AON sử dụng các thiết

bị tích cực như các bộ chia tích cực hoặc các bộ ghép kênh ở đoạn phân bố của mạng truy nhập Mạng PON không chứa bất kỳ một phần tử tích cực nào mà cần phải có sự chuyển đổi điện - quang Thay vào đó, PON sẽ chỉ bao gồm: sợi quang, các bộ chia, bộ kết hợp, bộ ghép định hướng, thấu kính, bộ lọc Điều này giúp cho PON có một số ưu điểm như: không cần nguồn điện cung cấp nên không bị ảnh hưởng bởi lỗi nguồn, có

độ tin cậy cao và không cần phải bảo dưỡng do tín hiệu không bị suy hao nhiều như đối với các phần tử tích cực

H ình 1.1: Mạng truy nhập quang

1.2 CẤU HÌNH CƠ BẢN CỦA MẠNG TRUY NHẬP QUANG

Cấu hình mạng cơ bản của mạng truy nhập quang được trình bày ở hình 1.2:

Hình 1.2: Cấu hình của mạng truy nhập quang

 FTTCab-Cáp quang tới tủ đấu dây; FTTC-Cáp quang tới cụm thuê bao;

FTTB-Cáp quang tới toà nhà; FTTH-Cáp quang tới tận nhà

Cấu hình tham chiếu của mạng truy nhập quang được trình bày trên hình 1.3:

Hình 1.3 Cấu hình tham chiếu của mạng truy nhập quang

Cấu trúc trên hình 1.3 bao gồm 4 khối cơ bản: đầu cuối đường quang (OLT), mạng phối dây quang (ODN), khối mạng quang (ONU) và khối chức năng phối hợp

Điểm tham chiếu chủ yếu gồm có: điểm tham chiếu phát quang S, điểm tham chiếu thu quang R, điểm tham chiếu giữa các nút dịch vụ V, điểm tham chiếu đầu cuối thuê bao

T và điểm tham chiếu a ở giữa các ONU Giao diện bao gồm: giao diện quản lý mạng Q3 và giao diện giữa thuê bao với mạng UNI

Hệ thống mạng truy nhập quang bao gồm ba thành phần cơ bản: OLT, ONU và ODN Hệ thống AON có các khối chức năng đơn giản, cơ bản hơn so với hệ thống PON Ở đây chỉ nêu các khối chức năng của PON

Các khối OLT chính được mô tả trong hình 1.4:

Hình 1.4: Các k hối chức năng của OLT

1.4.2 Khối mạng quang ONU

Cấu hình điển hình của một ONU được mô tả trong hình 1.5:

Hình 1.5: Các khối chức năng của ONU

1.4.3 Mạng phân phối quang ODN

1.4.3.2 Mạng cáp quang thuê bao

Mạng cáp thuê bao quang được xác định trong phạm vi ranh giới từ giao tiếp sợi quang giữa thiết bị OLT đến thiết ONU/ONT Cấu trúc mạng cáp quang thuê bao xem trong hình 1.7:

Hình 1.7: Cấu trúc cơ bản mạng cáp quang thuê bao

1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG

Mạng truy nhập quang là mạng truy nhập có nhiều ưu điểm như: Dung lượng lớn, kích thước và trọng lượng cáp nhỏ, không bị nhiễu điện, tính bảo mật cao, giá thành cáp quang rẻ, chất lượng truyền dẫn tốt, an toàn cho thiết bị, tốc độ truy nhập cao, nâng cấp băng thông dễ dàng Vì vậy nó phù hợp để triển khai các dịch vụ băng rộng (truy cập Internet tốc độ cao, truyền hình độ nét cao…) giữa các khối kết cuối đường dây ở xa (ONU) và kết cuối mạng (OLT)

CHƯƠNG II: MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG

Mạng quang thụ động PON là một mạng quang không có các phần tử điện phụ hay thiết bị quang điện tử PON là công nghệ sử dụng các bộ chia quang (Splitter) để nối tới rất nhiều thiết bị đầu cuối mạng quang Như vậy, trong PON sẽ bao gồm: Sợi quang, các bộ chia, bộ kết hợp, bộ ghép định hướng, bộ lọc

2.1.2 Đặc điểm của hệ thống

 Đặc trưng của hệ thống PON là thiết bị thụ động phân phối sợi quang đến từng nhà thuê bao sử dụng bộ chia splitter có thể lên tới 1:128

 PON hỗ trợ giao thức ATM, Ethernet

 PON hỗ trợ các dịch vụ voice, data và video tốc độ cao

 Khả năng cung cấp băng thông cao

 Trong hệ thống PON băng thông được chia sẻ cho nhiều khách hàng điều này

sẽ làm giảm chi phí cho khách hàng sử dụng

 Khả năng tận dụng công nghệ WDM, ghép kênh phân chia theo dải tần và cung cấp băng thông động để giảm thiểu số lượng cáp quang cần thiết để kết nối giữa OLT và splitter

 PON thực hiện truyền dẫn 2 chiều trên 2 sợi quang hay 2 chiều trên cùng 1 sợi quang

 PON có thể hỗ trợ cấu trúc mạng hình cây, sao, bus và ring

Cấu trúc mạng PON cơ bản gồm các thành phần là OLT, splitter quang, ONU/ONT OLT chính là thiết bị đầu cuối phía nhà sản xuất, có nhiệm vụ kết nối tất

cả các loại dịch vụ lại và truyền tín hiệu thông qua sợi cáp quang Tín hiệu từ OLT sẽ đến các splitter quang Splitter quang được sử dụng để phân chia công suất từ một sợi duy nhất đến x người sử dụng (x có thể là 32, 64 hoặc 128, điều đó phụ thuộc vào hệ

số chia của splitter) trên một khoảng cách tối đa là 20 km Để thu được tín hiệu từ OLT, tại phía người sử dụng cần có các bộ ONU/ONT

Hình 2.1: Mô hình chung của mạng quang thụ động PON

Từ mô hình chung ở trên, mạng PON còn được triển khai dưới các dạng kiến trúc như sau:

 OLT: Đây là thiết bị kết cuối kênh quang đặt tại Center Office Nó là thành phần quan trọng nhất trong hệ thống PON, cung cấp các giao diện truy nhập PON cho thiết bị ONU phía người sử dụng và các giao diện khác cho tín hiệu phía đường lên

 ONU: Đây là thiết bị lắp đặt tại phía khách hàng Nó là điểm cuối của mạng quang FTTH ONU có nhiệm vụ chuyển tín hiệu quang từ giao diện PON thành các chuẩn tín hiệu cho các thiết bị mạng, tín hiệu truyền hình, tín hiệu thoại được sử dụng tại thuê bao

 ONT: Đây là thiết bị đầu cuối phía người sử dụng, là điểm cuối cùng của ODN

 ODN: Hệ thống phân phối cáp quang tính từ sau OLT đến ONU/ONT Cụ thể,

hệ thống phân phối quang ODN bao gồm các thành phần sau đây:

- Măng xông quang

- Dây nhảy quang

- Hộp phối quang ODF

- Splitter (bộ chia/ghép quang) Ở đây bộ chia/ghép quang chính là bộ chia công suất quang Dùng để chia một tín hiệu quang ở đầu vào thành nhiều tín hiệu ở đầu ra Các hệ số chia thông thường là 1:4, 1:8… Đây là bộ chia thụ động tức là không phải cấp nguồn Suy hao trong bộ chia phụ thuộc vào hệ số chia Hệ số chia càng lớn thì suy hao càng lớn Với hệ số chia là 1:2 thì suy hao khoảng 3 dB, với hệ số chia là 1:32 thì suy hao tối thiểu là 15dB Suy hao này chính là suy hao xen tạo ra bởi sự chưa hoàn hảo trong quá trình xử lý Hình 2.3 cho biết nguyên lý chung của bộ chia công suất quang Giả sử tại đầu vào có 3 bước sóng λ1 ở đường xuống, λ2, λ3 ở đường lên, với

bộ chia công suất có hệ số chia là 1:2 thì đầu ra có 2 cửa ra, một cửa có bước sóng vào

là λ2và bước sóng ra là λ1, một cửa khác lại có bước sóng vào là λ3và bước sóng ra là λ1

Hình 2.3: Bộ chia công suất quang

 ITU-TG983

 APON (ATM Passive Optical Network) - Mạng quang thụ động ATM Đây là chuẩn mạng quang thụ động đầu tiên Từng được sử dụng chủ yếu cho các ứng dụng thương mại trên nền ATM

 BPON (Broadband 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 rộng

và lớn hơn, tính chọn lọc cao Đồng thời tạo ra giao diện quản lý chuẩn gọi là OMCI, giữa OLT và ONU/ONT, cho phép các mạng cung cấp hỗn hợp, cụ thể :

- G983.1: Năm 1998, trình bày về lớp vật lý cưa hệ thống APON/BPON

- G983.2: Năm 1999, đặc tính của giao diện điều kiện và quản lý ONT

- G983.3: Thông quan năm 2001, đặc tính mở rộng cung cấp những dịch vụ thông qua phân bổ bước sóng

- G983.4: Thông qua năm 2001, mô tả những cơ chế cần thiết để hỗ trợ phân bổ băng tần động trong các ONT của cùng một mạng PON

- G983.5: Thông qua năm 2002, xác định những cơ chế chuyển mạch bảo vệ cho BPON

- G983.6: Thông qua năm 2002, định nghĩa những mở rộng cho giao diện điều kiện cần thiết cho quản lý những chức năng chuyển mạch tại ONT

 Ưu điểm

 Sử dụng các thiết bị thụ động nên không cần cấp nguồn, giá thành rẻ

 Giảm chi phí bảo dưỡng và vận hành

 Tốc độ download và upload cao

 Giảm chi phí sợi quang và giảm chi phí các thiết bị cho phép nhiều người dùng chia sẻ chung một sợi

 Nhược điểm

 Giới hạn băng thông cho các thuê bao vì splitter chia đều băng thông

 Giới hạn vùng phủ sóng: Tối đa là 20 km, phụ thuộc vào số lượng splitter (càng nhiều splitter thì khoảng cách truyền càng giảm)

 Khó dự đoán giá thành khi có thuê bao phát sinh

 Khi có OLT mới cần lắp đặt thì giá thành đối với mỗi thuê bao có kết nối đến OLT đó sẽ tăng lên cho đến khi các port của OLT lấp đầy

2.2 GIỚI THIỆU VỀ MẠNG EPON

EPON là sự kết hợp giữa mạng truy cập quang thụ động PON và kỹ thuật Ethernet nên nó mang ưu điểm của cả hai công việc này Việc triển khai EPON mang lại lợi ích rất to lớn bao gồm:

 Băng thông cao hơn: EPON sẽ cung cấp băng thông cao nhất cho người dùng trong bất kỳ hệ thống truy cập quang thụ động nào Tốc độ lưu lượng hướng xuống là 1Gbps và lưu lượng lên từ 64 ONU có thể vượt quá 800 Mbps Với khả năng cung cấp băng thông rất lớn như vậy, EPON có một số lợi ích sau:

 Số lượng thuê bao trên một mạng PON lớn

 Băng thông trên mỗi thuê bao nhiều

 Khả năng cung cấp video

 Chất lượng dịch vụ tốt hơn

 Chi phí đầu tư thấp hơn: Hệ thống EPON đang khắc phục giữa chi phí và hiệu suất bằng sợi quang và các lênh kiện Ethernet EPON cung cấp các chức năng và đặc tính sợi quang với giá có thể so sánh được với DSL và cáp đồng T1s Hơn nữa, việc giảm chi phí đạt được nhờ kiến trúc đơn giản, hiệu quả hoạt động cao và chi phí bảo dưỡng thấp EPON chuyển giao những cơ hội giảm giá sau:

 Loại trừ những phần tử ATM và SONET phức tạp và đắc đỏ

 Các lênh kiện quang thụ động sống lâu đã giảm được chi phí bảo dưỡng

 Những giao diện Ethernet chuẩn loại trừ nhu cầu cho DSL và Modem cáp bổ sung

cũng cung cấp các dịch vụ truyền thống như POST, T1, 10/100 Base-T, hỗ trợ các dịch

vụ trên nền ATM, TDM (Time Division Multiplexing) và SONET

Chuẩn IEEE 802.3 định nghĩa hai cấu hình cơ bản cho một mạng Ethernet Một cấu hình trong đó các trạm sử dụng chung môi trường truyền dẫn với giao thức đa truy cập sóng mang có phát hiện xung đột (CSMA/CD) và cấu hình còn lại, các trạm sẽ giao tiếp với nhau thông qua một chuyển mạch sử dụng các tuyến kết nối điểm- điểm

và song công Tuy nhiên, EPON có một số đặc tính mà khiến cho nó không thể triển khai trên một trong hai cấu hình này mà thay vào đó ta phải kết hợp cả hai

Ở hướng xuống, EPON hoạt động như một mạng quảng bá Khung Ethernet được truyền bởi OLT qua bộ chia quang thụ động đến từng ONU (với N trong khoảng từ 4 đến 64) ONU sẽ lọc bỏ các gói tin không phải là của nó nhờ vào địa chỉ MAC (Media Access Control) trước khi truyền các gói tin còn lại đến người dùng

Hình 2.4: L ưu lượng hướng xuống trong EPON

Ở hướng lên, vì đặc tính định hướng của bộ kết hợp quang thụ động, khung dữ liệu từ bất kỳ ONU nào chỉ đến OLT và không đến các ONU khác Trong trường hợp

đó, ở hướng lên: đặc tính của EPON giống như kiến trúc điểm - điểm Tuy nhiên, không giống như mạng điểm - điểm thật sự, các khung dữ liệu trong EPON từ các ONU khác nhau được truyền đồng thời vẫn có thể bị xung đột Vì vậy, ở hướng lên (từ người dùng đến mạng), ONU cần sử dụng một vài cơ chế tránh xung đột dữ liệu và chia sẽ dung lượng kênh quang hợp lý Ở đây, luồng dữ liệu hướng lên được phân bố theo thời gian

Hình 2.5: L ưu lượng hướng lên trong EPON

Nếu không có khung nào trong bộ đệm để điền vào khe thời gian thì 10 bit đặc tính rỗng sẽ được truyền Sự sắp xếp định vị khe thời gian hợp lý có thể định vị tĩnh (TDMA cố định) hoạt động dựa vào hàng đợi tức thời trong từng ONU (thực hiện thống kê) Có nhiều mô hình định vị như là định vị dựa vào quyền ưu tiên của dữ liệu, dựa vào chất lượng dịch vụ QoS hay dựa vào mức dịch vụ cam kết (SLAs: Service Level Agreements)

Để hỗ trợ việc định vị khe thời gian bởi OLT, giao thức MPCP đang được nhóm IEEE 802.3ah phát triển MPCP không xây dựng một cơ chế phân bổ băng tần cụ thể,

mà thay vào đó, nó là một cơ chế hỗ 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 được gởi từ OLT đến ONU để ấn định một khe thời gian truyền Bản tin Report được ONU sử dụng để truyền đạt các thông tin về trạng thái hiện tại của nó (như mức chiếm dữ của bộ đệm) đến OLT, giúp OLT có thể phân bổ khe thời gian một cách hợp

lý Cả hai bản tin Gate và Report đều là các khung điều khiển MAC (loại 88-08) và

được xử lý bởi lớp con điều khiển MAC

Có hai mô hình hoạt động của MPCP: tự khởi tạo và hoạt động bình thường Trong mô hình tự khởi tạo được dùng để dò các kết nối ONU mới, nhận biết trễ Round-trip và địa chỉ MAC của ONU đó Trong mô hình bình thường được dùng để phân bổ cơ hội truyền dẫn cho tất cả các ONU được khởi tạo

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 gởi 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 2.6, 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

Hình 2.6 : Thời gian Round-trip

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 xảy 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 2.7)

Hình 2.7 : Giao thức MPCP-hoạt động của bản tin Gate

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

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 gởi 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 2.8) 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

Hình 2.8 : Giao thức MPCP-hoạt động của bản tin Report

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

2.2.4 EPON với kiến trúc 802

Kiến trúc IEEE 802 định nghĩa hai phương thức: Share Medium và song công Trong phương thức chia sẽ trung gian (Share Medium), tất cả các trạm được kết nối đến miền truy nhập đơn, ở đó 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, đó là sự kết nối PtP kết nối hai trạm và cả hai trạm có thể phát và nhận đồng thời Dựa vào định nghĩa đó, các cầu không bao giờ chuyển tiếp khung quay trở lại cổng vào của nó Nói khác, nó cho rằng tất cả các trạm được kết nối đến cùng một cổng của cầu và có thể truyền thông với nhau mà không cần thông qua cầu Phương thức này đã tạo ra khả năng các

người dùng được kết nối đến 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

Để giải quyết vấn đề này và đảm bảo thích hợp với các mạng Ethernet khác, các thiết bị gắn liền với EPON sẽ có ở lớp con thêm vào, dựa trên cấu hình của nó sẽ chọn Share Medium hoặc Point to Point Medium Lớp con này được xem như là lớp con Share Medium Emulation Lớp con này phải ở dưới lớp MAC để đảm bảo hoạt động của Ethernet MAC hiện tại được định nghĩa trong chuẩn P802.3 của IEEE Hoạt động của lớp Emulation dựa vào tagging của Ethernet với tag duy nhất cho mỗi ONU (hình 2.9) Những tag này được gọi là LinkID và được đặt vào trong mào đầu trước mỗi khung

Hình 2.9: Tr ường LinkID được nhúng trong mào đầu