Mô hình FTTH trên nền công nghệ GPON

Mô hình FTTH trên nền công nghệ GPON

KHOA VIỄN THÔNG II

_

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

HỆ CHÍNH QUY NIÊN KHÓA: 2007-2012

Đề tài :

PHÂN TÍCH THIẾT KẾ MẠNG FTTH THEO

CÔNG NGHỆ GPON

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

CƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VIỄN THÔNG II

_

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

HỆ CHÍNH QUY NIÊN KHÓA: 2007-2012

- Chương I: TỔNG QUAN MẠNG TRUY NHẬP FTTH

- Chương II: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON

- Chương III: BÀI TOÁN THIẾT KẾ FTTH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ GPON

- Chương IV: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ BÀI TOÁN THIẾT KẾ

Sinh viên thực hiện: HUỲNH VĂN TỤ

MỤC LỤC

MỤC LỤC HÌNH

MỤC LỤC BẢNG

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP FTTH 4

1.1 FTTH, AON, PON 4

1.1.1 Công nghệ AON 4

1.2 So sánh giữa AON và PON 9

CHƯƠNG II: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON 11

2.1 BPON chuẩn ITU-G.983 11

2.1.1 Kiến trúc các lớp 11

2.1.2 Định dạng khung truyền dẫn 13

2.1.2.1 Khung ATM 14

2.1.2.2 Khung hướng xuống 15

2.1.2.3 Khung hướng lên 16

2.1.3 Bảo mật trong BPON 17

2.1.4 Chuyển mạch bảo vệ trong BPON 18

2.2 EPON chuẩn IEEE-802.3ah 19

2.2.1 Kiến trúc các lớp trong EPON 19

2.2.1.1 Lớp vật lý 20

2.2.1.2 Giao diện môi trường Gigabit độc lập 22

2.2.1.3 Lớp liên kết dữ liệu 22

2.2.2 Cấu trúc khung truyền dẫn của EPON 23

2.2.3 Giao thức điều khiển đa điểm (MPMC) trong EPON 24

2.3 GPON chuẩn ITU-G.984 26

2.3.1 Kiến trúc các lớp trong GPON 26

2.3.2.3 Phân tích mào đầu của GEM 34

2.3.3 Phân bổ băng tần động (DBA) trong GPON 35

CHƯƠNG III: BÀI TOÁN THIẾT KẾ FTTH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ GPON 36

3.1 Tính khả năng phục vụ của một OLT 36

3.2 Tính toán tính khả thi và mô hình khuyến nghị với bộ khuếch đại 39

CHƯƠNG IV: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ BÀI TOÁN THIẾT KẾ 45

4.1 Phân tích bài toán “Tính khả năng phu ̣c vu ̣ của OLT” 45

4.2 Phân tích bài toán “Tính khả thi và mô hình khuyến nghi ̣” 50

4.2.1 Phân tích 1: Ảnh hưởng của tỉ lệ chia 51

4.2.2 Phân tích 2: Ảnh hưởng của khoảng cách từ OLT đến ONT 54

4.2.3 Phân tích 3: Sự ảnh hưởng của công suất phát lên mô hình triển khai 55

4.2.4 Phân tích 4: Trường hợp cần chú ý khi thiết kế 56

KẾT LUẬN 58

TỪ VIẾT TẮT

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Hình 1.1: Cấu trúc AON 5

Hình 1.2: Cấu trúc AON Ethernet 5

Hình 1.3: Cấu trúc mạng FTTH dựa trên công nghệ PON 6

Hình 1.4: Nguyên lí thu/phát ONT 8

Hình 1.5 Các kiểu kiến trúc của PON 8

Hình 1.6: Vùng ODN 9

Hình 2.1 Kiến trúc các lớp trong BPON 12

Hình 2.2: Cấu trúc khung ATM 14

Hình 2.3: Cấu trúc khung hướng xuống của BPON 15

Hình 2.4: Đi ̣nh da ̣ng cell PLOAM hướng lên 17

Hình 2.5: Mô hình chuyển ma ̣ch bảo vê ̣ trong PON 19

Hình 2.6: Kiến trúc các lớp trong EPON 20

Hình 2.7: Cấu trúc khung truyền dẫn của EPON 23

Hình 2.8: Bản tin GATE hướng xuống 25

Hình 2.9: Bản tin REPORT hướng lên 26

Hình 2.10: Kiến trúc các lớp trong GPON 27

Hình 2.11 : Phân lớp đóng khung GTC 29

Hình 2.12: Cấu trúc khung hướng xuống 30

Hình 2.13: Cấu trúc khung GTC hướng lên 33

Hình 2.14: Cấu trúc khung và mào đầu của khung GEM 34

Hình 3.1: Sự phân bố OLT 38

Hình 3.2: Mô hình kiến trúc 2 tầng splitter 40

Hình 3.3: Liên kết vâ ̣t lí từ OLT đến ONT 41

Hình 3.4: Các vùng suy hao của sợi quang 42

Hình 3.5: Bô ̣ khuếch đa ̣i SAO11b 44

Hình 4.1: P-OLT 7432 46

Hình 4.2: Mô hình 2 52

MỤC LỤC BẢNG

Bảng 2.1: Các mã PTI 34

Bảng 3.1: Tỉ lệ chia và các mức tốc độ điển hình 37

Bảng 3.2: Thông số các loa ̣i connecter 41

Bảng 3.3: Tiêu chuẩn ITU-T G.652 về suy hao sơ ̣i quang 42

Bảng 3.4: Thông số splitter PLC 43

Bảng 3.5: Vùng bước sóng khuếch đại của OFA 44

Bảng 4.1: Bảng suy hao của splitter 50

Bảng 4.2: Thông số khuyến nghi ̣ của ONT và OLT 51

Tại Việt Nam, nhu cầu sử dụng dịch vụ Viễn thông ngày càng cao do mức sống được nâng lên đồng thời công việc và nhu cầu giải trí ngày càng đòi hỏi chất lượng các dịch vụ phải không ngừng được tăng lên

Chúng ta có thể lấy sự gia tăng nhu cầu về Internet ra làm một ví dụ Theo “Báo cáo Netcitizens Việt Nam năm 2011” của Cimigo, xét về tốc độ tăng trưởng, “Việt Nam

là quốc gia có tỷ lệ tăng trưởng Internet nhanh nhất trong khu vực và nằm trong số các quốc gia có tỷ lệ tăng trưởng cao nhất trên thế giới Từ năm 2000, số lượng người sử dụng Internet đã nhân lên 120 lần Cách đây 10 năm, tỷ lệ sử dụng Internet của Việt Nam nằm cách xa hầu hết các nước Châu Á khác”

Chính vì những nhu cầu không ngừng tăng lên cùng với yêu cầu về chất lượng đã đặt ra cho Viễn thông bài toán tăng tốc độ truyền dẫn

Ngày nay người ta đã quen với một công nghệ xuất hiện từ 10 năm trước ở Việt Nam là ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line – đường dây thuê bao số bất đối xứng) ADSL ra đời trở thành một điểm nhấn trong tốc độ truyền dẫn tại Việt Nam Tuy nhiên, hiện nay với yêu cầu băng thông ngày càng cao thì ADSL hầu như “đuối sức” Tại Việt Nam, đề án "Đưa Việt Nam sớm trở thành nước mạnh về công nghệ thông tin và truyền thông" của Thủ tướng Chính phủ tại Quyết định số 1755/QĐ-TTg ngày 22/09/2010 đã chỉ ra định hướng, tầm nhìn cho sự phát triển ngành băng rộng tại Việt Nam đến năm 2015 là: Cơ bản hoàn thành mạng băng rộng đến các xã, phường trên cả nước, kết nối Internet đến tất cả các trường học, tỉ lệ người dân sử dụng Internet đạt trên 50%

Vì vậy, “Trong năm 2010, người ta nói nhiều tới việc băng rộng di động mà cụ thể

là 3G lên ngôi sẽ khiến cho ADSL phải suy thoái Nhưng theo nhiều chuyên gia, đây lại không phải là điều đáng lo ngại nhất, mà đối thủ sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới “năng lực” phát triển của ADSL trong năm 2011 và các năm tới lại là FTTx (công nghệ truyền dẫn cáp quang) và FTTH (Internet cáp quang chuẩn) Theo Báo cáo viễn thôngViệt Nam, trong năm 2009 trên thế giới đã có 39,4 triệu hộ gia đình sử dụng FTTH, con số này tăng lên 51,4 triệu hộ trong năm 2010 và dự kiến sẽ đạt gần 90 triệu hộ gia đình sử dụng cáp quang vào năm 2012 Dự đoán, FTTH sẽ là ngành kinh doanh cốt lõi của các nhà cung cấp dịch vụ Internet”.[8]

Tuy nhiên, FTTH vẫn còn khó khăn khi giá cước đắt hơn ADSL nên việc triển

lượt là: Cáp quang tới giao điểm; Cáp quang tới tủ thiết bị; Cáp quang tới tòa nhà; Cáp quang tới tận nhà FTTx có thể là mạng truyền dẫn quang thụ động – PON (Passive Optical Network), trong đó tất cả các thành phần quang chủ động (active) giữa tổng đài

CO (Central Office) và người sử dụng sẽ không còn tồn tại mà thay vào đó là các thiết

bị quang thụ động (passive), để điều hướng lưu lượng trên mạng dựa trên việc phân tách năng lượng của các bước sóng quang học tới các điểm đầu cuối trên đường truyền Mặc khác, FTTx cũng có thể là mạng truyền dẫn quang chủ động AON (Active Optical Network)

Trong 4 dạng FTTx, thì FTTH là hoàn chỉnh nhất về công nghệ, tiêu chuẩn quốc

tế và tối ưu tiện ích cho người dùng Trong FTTH gồm có EPON (Ethernet PON), BPON (Broadband PON) và GPON (Gigabit PON) Xét trên phương diện tốc độ truyền dẫn thì EPON có tốc độ 1Gbps cho cả 2 hướng (IEEE 802.3 (802.3ah)), BPON có tốc

độ 155,52 Mbps cho hướng lên, 155,52 hoặc 622,08Mbps cho hướng xuống (ITU-T G.983) GPON có tốc độ cao nhất lên tới 2,488 Gbps cho cả 2 hướng (ITU-T G.984)

Nêu rõ được những ưu điểm của PON đồng thời làm rõ các chuẩn công nghê ̣ được dùng trong PON như BPON , EPON và GPON về tốc đô ̣ truyền dẫn , cấu trúc khung truyền và các vấn đề được đề câ ̣p trong các chuẩn được ITU -T và IEEE đưa ra

Đưa ra hai bài toán thiết kế thực tế dựa trên công nghê ̣ GPON và phân tích kết quả của hai bài toán ấy nhằm làm rõ những vấn đề nhất định trong việc chọn GPON làm công nghê ̣ truyền dẫn, cung cấp di ̣ch vu ̣ cho khách hàng

Với các nội dung chính như trên, để hoàn thành mục tiêu, bài báo cáo được phân làm các chương với các đề mục cụ thể như sau:

 Chương I: TỔNG QUAN MẠNG TRUY NHẬP FTTH

 Chương II:TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON

 Chương III:BÀI TOÁN THIẾT KẾ FTTH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ GPON

 Chương IV:PHÂN TÍCH KẾT QUẢ BÀI TOÁN THIẾT KẾ

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP FTTH

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP FTTH

1.1 FTTH, AON, PON

Như đã nói ở trên,mạng FTTH là mạng truy nhập cáp quang Trong đó có hai phương án triển khai FTTH là PON và AON Mỗi phương án đều có ưu, nhược điểm riêng Một nhược điểm rất lớn của mạng quang tích cực AON chính là ở thiết bị chuyển mạch Với công nghệ hiện tại, thiết bị chuyển mạch bắt buộc phải chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu điện để phân tích thông tin rồi tiếp tục chuyển ngược lại để truyền

đi Điều này sẽ làm giảm tốc độ truyền dẫn tối đa có thể trong hệ thống FTTH Nếu xét

về chi phí để bảo dưỡng thiết bị thì PON lợi thế hơn hẳn khi các thiết bị chủ động trong AON được thay bằng các thiết bị thụ động

Đồng thời, AON có nhiều ưu điểm như: tầm kéo dây xa (lên đến 70km mà không cần bộ lặp (repeater)), tính bảo mật cao (do việc can thiệp nghe lén (eavesdropping) trên đường truyền gần như là không thể), dễ dàng nâng cấp băng thông thuê bao khi cần, dễ xác định lỗi Tuy nhiên, công nghệ AON cũng có khuyết điểm là chi phí cao do: việc vận hành các thiết bị trên đường truyền đều cần nguồn cung cấp, mỗi thuê bao là một sợi quang riêng, cần nhiều không gian chứa cáp

Trong khi đó, với PON đường truyền chính sẽ đi từ thiết bị trung tâm OLT (Optical Line Termination) qua một thiết bị chia tín hiệu (Splitter) và từ thiết bị này mới kéo đến nhiều người dùng (có thể chia từ 32 – 64 thuê bao) Splitter không cần nguồn cung cấp, có thể đặt bất kỳ đâu nên nếu triển khai cho nhiều thuê bao thì chi phí giảm đáng kể so với AON Do Splitter không cần nguồn nên hệ thống cũng tiết kiệm điện hơn và không gian chứa cáp cũng ít hơn so với AON Tuy nhiên, PON cũng có nhiều khuyết điểm như khó nâng cấp băng thông khi thuê bao yêu cầu (do kiến trúc điểm đến nhiều điểm sẽ ảnh hưởng đến những thuê bao khác trong trường hợp đã dùng hết băng thông), khó xác định lỗi hơn do một sợi quang chung cho nhiều người dùng, tính bảo mật cũng không cao bằng AON (có thể bị nghe lén nếu không mã hóa dữ liệu)

1.1.1 Công nghệAON

AON có cấu trúc “point to point” (điểm - điểm), trong đó kết nối giữa khách hàng

và CO thông qua thiết bị đầu cuối ONT là một kết nối trực tiếp trên một sợi quang Những yêu cầu kết nối từ phía khách hàng thông qua sự định tuyến của các router, switch, multiplexer tại CO sẽ đi ra mạng dịch vụ bên ngoài AON sử dụng bước sóng 1550nm để truyền tín hiệu hướng xuống (từ CO đến phía khách hàng) và 1310nm để truyền tín hiệu cho hướng lên (từ phía khách hàng đến CO) Một cấu trúc của AON đơn giản được thể hiện trong Hình 1.1

Hình 1.1: Cấu trúc AON

Một nhược điểm rất lớn của mạng quang chủ động chính là ở thiết bị chuyển mạch Với công nghệ hiện tại, thiết bị chuyển mạch bắt buộc phải chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu điện để phân tích thông tin rồi tiếp tục chuyển ngược lại để truyền

đi, điều này sẽ làm giảm tốc độ truyền dẫn tối đa có thể trong hệ thống FTTX Ngoài ra

do đây là những chuyển mạch có tốc độ cao nên các thiết bị này có chi phí đầu tư lớn, không phù hợp với việc triển khai đại trà cho mạng truy cập

Việc cùng lúc xử lí các yêu cầu truy nhập hướng lên của người dùng ra mạng dịch

vụ bên ngoài cũng như việc phân tích để chuyển luồng dữ liệu từ các dịch vụ đến người dùng có thể gây quá tải trong xử lí hoặc xung đột tại OLT của CO Để tránh xung đột tín hiệu ở đoạn phân chia từ nhà cung cấp tới người dùng, cần phải sử dụng một thiết bị điện có tính chất “đệm” cho quá trình này Từ năm 2007, một loại mạng cáp quang phổ biến đã nảy sinh là Ethernet tích cực (Active Ethernet) Đó chính là bước đi đầu tiên cho sự phát triển của chuẩn 802.3ah nằm trong hệ thống chuẩn 802.3 được gọi là Ethernet in First Mile (EFM) Mạng Ethernet tích cực này sử dụng chuyển mạch Ethernet quang để phân phối tín hiệu cho người sử dụng Nhờ đó, cả phía nhà cung cấp

và khách hàng đã tham gia vào một kiến trúc mạng chuyển mạch Ethernet

Các Ethernet Switch sẽ giúp giảm xung đột do xử lí tín hiệu tại CO, nó cần cấp nguồn để hoạt động Việc chuyển mạch tại đây dựa trên lớp 2 và lớp 3 của cấu trúc khung Ethernet Mạng AON như vừa nói có thể được miêu tả trong Hình 1.2

ONT

1550 nm

1310 nm

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP FTTH

1.1.2 Công nghệPON

PON – Passive Optical Network, hay còn được gọi là mạng quang thụ động, một trong những công nghệ được sử dụng trong FTTH Như đã nói ở trên,trong PON tất cả các thành phần quang chủ động (active) giữa tổng đài CO (Central Office) và người sử dụng sẽ không còn tồn tại mà thay vào đó là các thiết bị quang thụ động (passive), để điều hướng lưu lượng trên mạng dựa trên việc phân tách năng lượng của các bước sóng quang học tới các điểm đầu cuối trên đường truyền PON là công nghệ truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA), các user với yêu cầu truy nhập của mình được phân biệt bằng các khe thời gian Cấu trúc một mạng truy nhập FTTH dựa trên công nghệ PON có thể được trình bày trong Hình 1.3

Hình 1.3: Cấu trúc mạng FTTH dựa trên công nghệ PON

ONT

Splitter 1:N

PON

Các thành phần trong mạng FTTH trên công nghệ PON gồm có:

OLT (Optical Line Termination)

 Đặt ở trung tâm chuyển mạch (CO – Central Office) có nhiệm vụ giao tiếp với các mạng dịch vụ và kết nối các yêu cầu truy nhập của người dùng ra các mạng này

 Có hai chức năng chính: truyền dữ liệu từ mạng dịch vụ và phân phối cho user Đồng thời sẽ ghép kênh các dữ liệu user trước khi gửi ra các mạng dịch vụ

 Dung lượng mà 1 ONT có thể phục vụ được dựa trên số card hướng xuống của mỗi ONT Nếu mỗi ONT có X card, mỗi card có Y port, và tỉ lệ Splitter là 1:N thì số thuê bao (số kết nối giữa ONT và OLT) được tính:

Số thuê bao = X x Y x N

Ví dụ: P-OLT 7432 của hãng Alcatel có 14 card hướng xuống, mỗi card có 4 port, tỉ lệ Splitter là 1:64 thì số ONT có thể phục vụ lên đến:

14 x 4 x 64=3584 ONT

ONT (Optical Network Termination)

 Đặt cuối đường dây, trước thiết bị người dùng đóng vai trò như “người thông dịch” cho các dữ liệu cũng như các các yêu cầu truy nhập từ phía người dùng chuyển lên

 Gồm có các loại:

- SFU ONT: là thiết bị đặt ở bên ngoài nhà thuê bao, dùng cho các hộ gia đình nhỏ Có hai giao tiếp chính là giao tiếp POTS cho điện thoại và giao tiếp 10/100 bT Ethernet

- MDU ONT: phục vụ cho khu dân cư, các tòa nhà, chung cư với nhiều yêu cầu về dịch vụ Nó sẽ cung cấp nhiều giao tiếp hơn 1 SFU ONT và hỗ trợ giao tiếp dịch vụ nhiều hơn

- B-ONT: các ONT loại B thường được cung cấp cho các doanh nghiệp hoặc một cụm các doanh nghiệp loại nhỏ Nó có khả năng giao tiếp dịch vụ triple – play (voice, data, video)

 Nếu nhìn trên phương diện vật lí, ONT có nhiệm vụ chuyển đổi quang-điện tín hiệu từ nhà cung cấp dịch vụ xuống khách hàng và ngược lại Tuy nhiên, bước sóng hướng lên và hướng xuống khác nhau mà tín hiệu chỉ được truyền trên

mô ̣t sợi quang duy nhất nên tại ONT, xen giữa quá trình chuyển đổi quang điện

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP FTTH

Hình 1.4: Nguyên lí thu/phát ONT VGW (Voice Gateway): giao tiếp giữa PON tới mạng PSTN/TDM

V-ONT (the Voice ONT): nhận và khuếch đại/ khôi phục tín hiệu video từ mạng

Video/Audio

EMS (The Element Management Systems): giao tiếp từ các mạng khác đến mạng lõi

SBC

ODN (Optical Distribution Network): mạng phân phối quang, là tập hợp nhiều

splitter được sắp xếp theo kiểuCây, Bus, Ring…tùy theo mục đích phục vụ của nhà cung cấp dịch vụ (Hình 1.5)

Kiến trúc thường được sử dụng hiện nay là cấu trúc hình cây, như Hình

1.6

Hình 1.5 Các kiểu kiến trúc của PON

(a) Kiến trúc hình cây (sử dụng bộ 1:N) (c) Kiến trúc vòng ring (sử dụng bộ ghép 2x2)

(b) Kiến trúc bus (sử dụng bộ ghép 1:2) (d) Kiến trúc hình cây với một trung kế thừa (sử dụng bộ chia 2:N)

Bộ phát

Diplexer Optical block

Bộ nhận

1310 nm

1490 nm

1.2 So sánh giữa AON và PON

Trong phần này, sẽ phân tích những đặc điểm giữa PON và AON dựa vào những các tiêu chí: tốc độ hỗ trợ tối đa, khoảng cách truyền dẫn, vấn đề giữa số lượng sợi quang sử dụng với số thuê bao, vấn đề vận hành bảo dưỡng, vấn đề bảo mật, vấn đề cung cấp băng thông để từ đó rút ra kết luận vì sao PON lại được lựa chọn triển khai mạnh mẽ hơn AON

 Xét về khoảng cách truyền dẫn và tốc độ hỗ trợ tối đa

Về khoảng cách: AON có thể hỗ trợ chiều dài tối đa 70 km và PON hỗ trợ tối đa

20 km từ OLT đến ONT Tuy nhiên, nếu xét trên phạm vi phục vụ cho một vùng dân cư

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUY NHẬP FTTH

Về tốc độ hỗ trợ tối đa: hiện nay AON hỗ trợ tối đa từ 100 Mbps-1 Gbps cho mỗi

thuê bao ở hướng xuống, trong khi PON với chuẩn GPON có thể hỗ trợ lên đến 2,488 Gbps cho cả 2 hướng lên và hướng xuống (nếu không dùng splitter, triển khai theo mô hình point to point)

 Xét về số lượng sợi quang sử dụng với số thuê bao phục vụ

Về số lượng sợi quang sử dụng, có thể thấy một điều rõ ràng rằng số sợi quang được sử dụng trong AON nhiều hơn số sợi quang sử dụng trong PON nếu xét về chiều dài với cùng số thuê bao

 Vấn đề bảo dưỡng

Các thiết bị như Acess Node trong AON cần cấp nguồn và số lượng sợi quang nhiều nên AON cần không gian chứa cáp lớn nếu như triển khai Trong khi đó với PON, một sợi quang từ CO sẽ được chia sẻ với các thuê bao qua một thiết bị thụ động (không cần cấp nguồn) là Splitter

 Vấn đề tăng băng thông cho thuê bao

Đối với AON việc tăng băng thông cho một thuê bao nếu có yêu cầu thì đơn giản hơn PON rất nhiều Bởi vì, với AON, việc tăng băng thông của một thuê bao không ảnh hưởng đến băng thông tối đa của các thuê bao khác, nhưng với PON, nếu băng thông của một thuê bao tăng lên, đồng nghĩa rằng băng thông tối đa cho các thuê bao khác sẽ giảm xuống

CHƯƠNG II: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON

Nếu xét về phương thức truy cập trong PON thì PON gồm có hai loại chính: truy cập phân chia theo thời gian (TDM/TDMA-PON) và truy cập phân chia theo bước sóng (WDM/WDMA-PON) Trong bài báo cáo Đồ án Tốt nghiệp này, công nghệ truy cập PON được phân tích là TDM/TDMA PON với các công nghệ APON/BPON (ATM PON/Broadband PON, GPON(Gigabit PON) và EPON(Ethernet PON)

2.1 BPON chuẩn ITU-G.983

 Còn được gọi là APON (ATM PON)

 BPON sử dụng phương pháp truy nhập phân chia theo thời gian cho các user,

và sử dụng cell ATM trong truyền dẫn

 Khoảng cách truyền dẫn từ các OLT đến các ONT là từ 10 – 20 km

 BPON sử dụng bước sóng 1310 nm cho hướng lên và 1490 nm cho hướng xuống Riêng bước 1550 nm được dùng cho luồng video ở hướng xuống

 Theo khuyến nghị G 983.1 năm 1988 quy định tốc độ download cho BPON là 622,08 Mb/s và upload là 155,52 Mb/s G 983.1 tháng 05/2005 qui định thêm tốc độ 1244,16 Mb/s cho hướng download Đồng thời quy định rõ sử dụng hai sợi quang cho một kết nối, tuy nhiên vì bước sóng sử dụng ở hướng xuống và hướng lên không giống nhau nên trên thực tế có thể dùng chung một sợi quang

 Có ba loại thiết kế cho ODN (mạng phân phối quang) giữa OLT và các ONT phụ thuộc vào suy hao của ODN

CHƯƠNG II: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON

Hình 2.1 Kiến trúc các lớp trong BPON

 Lớp vật lý:

 Chính là ODN, kết nối vật lý giữa OLT và các ONT Làm nhiệm vụ chuyển đổi quang - điện, điều chế, giải điều chế các bước sóng 1310 nm, 1490 nm và 1550

nm đề truyền đi trên môi trường vật lý

 Đồng bộ giữa truyền và nhận chuỗi tín hiệu trên cơ sở đồng bộ giữa đầu thu và đầu phát

 Các qui định cho lớp vật lý:

- Khoảng cách giữa OLT và ONU tối đa là 20km

- Bước sóng 1260 - 1360 nm cho hướng lên, 1480 - 1580 nm cho hướng xuống

- Tốc độ bit: 155,52 hoặc 622,08 Mb/s cho hướng xuống và 155,52 Mb/s cho hướng lên

- Dạng lưu lượng: song hướng cho tín hiệu số và chỉ duy nhất hướng xuống cho tín hiệu analog dùng truyền video

- Tỷ lệ splitter: hỗ trợ đến 1:32, giới hạn bởi suy hao của ODN

 Lớp hội tụ truyền dẫn (Transmission Convergence Layer - TC):

Có bốn chức năng chính là phân định tế bào, tạo chuỗi xác thực để kiểm soát lỗi header, tách tốc độ tế bào và tạo thích ứng cho khung truyền dẫn TC gồm có hai lớp con:

 Lớp con thích nghi (Adaptation) là lớp phụ thuộc môi trường truyền dẫn, đóng

vai trò chức năng trung gian giữa lớp vật lý và lớp cao hơn Nó sẽ chuẩn bị một cell ATM để truyền trong ba bước Đầu tiên đưa các mẫu đồng bộ tới trường payload Tiếp theo, thêm vào trường SN (Sequence Number) và SNP (Sequence Number Protection) nhằm cho đầu thu biết đã nhận được cell đúng thứ tự hay không Cuối cùng thêm vào các byte giả sao cho vùng Payload đủ 48 byte vì một cell ATM luôn cố định 48 byte Payload và 5 byte Header

Data Link Network Transport Session Presentation Application

OSI BPON

 Lớp con truyền dẫn PON (PON Transmission) chịu trách nhiệm đồng bộ bit,

đồng bộ byte Đối với hướng truyền, thực hiện ghép header và sau đó chuyển khung truyền dẫn xuống lớp vật lý Đối với hướng nhận, thực hiện tách header, sau đó chuyển dòng cell ATM lên lớp cao hơn để xử lý

 Lớp tuyến (Path layer)

BPON dựa trên ATM là một kết nối có hướng, đồng nghĩa rằng phải có một kênh

ảo trong quá trình truyền dữ liệu Lớp tuyến sẽ quy định rõ điều này bằng hai thông số trong một khung ATM là VPI (Vitual Path Identifier) và VCI (Vitual Curcuit Identifier) Các cell ATM sẽ được chuyển mạch dựa trên hai thông số trên

2.1.2 Định dạng khung truyền dẫn

Tùy theo tốc độ truyền dẫn mà một khung BPON cũng có cấu trúc khác nhau Tuy nhiên chiều dài mỗi khung đều là 125 µs Đối với tốc độ 155,52 Mb/s sẽ có 56 cell trong một khung (gồm có 53 cell ATM và 2 cell PLOAM - Physical Layer Operation, Administration and Maintenance) Đối với tốc độ 622,08 Mb/s (gấp 4 lần) thì số cell trong một khung sẽ tăng lên 4 lần là 224 cell (gồm 216 cell ATM và 8 cell PLOAM) Với khuyến nghị G 983.1 tháng 05/2005 có khuyến nghị thêm một tốc độ truyền dẫn ở hướng xuống là 1244,16 Mb/s (8 x 155,52 Mb/s) thì số lượng cell sẽ là 448 cell (có 432 cell ATM và 16 cell PLOAM)

Cell PLOAM đóng vai trò hết sức quan trọng trong hoạt động truyền dẫn của BPON Ở khung hướng xướng, trong trường hợp việc gán băng thông động (DBA) được thiết lập cell PLOAM qui định các Grant cho phép các ONT gửi một hay nhiều cell kế tiếp đến các TCON ở các khung hướng lên, PLOAM chứa các thông tin do các ONT gửi cho các OLT về trạng thái hàng đợi, hỗ trợ các OLT trong việc gán băng thông động

Có hai vấn đề gây nên sự khác biệt giữa khung hướng xuống và khung hướng lên: đối với khung hướng xuống, chính vì có đến ba tốc độ (155,52;622,08;1244,16 Mb/s) nên số lượng cell ATM cũng như cell PLOAM trong một khung thời gian cũng khác nhau như đã nói ở trên Nhưng đối với hướng lên, cần chú ý đến ở đây là cấu trúc một cell PLOAM hướng lên thì khác cấu trúc một cell PLOAM hướng xuống

CHƯƠNG II: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON

2.1.2.1 Khung ATM

Dữ liệu được truyền dẫn trong BPON được đóng vào các khung ATM Vì thế cần

BPON

Hình 2.2: Cấu trúc khung ATM

Cell ATM có cấu trúc như hình trên, gồm có 48 Byte phần Payload chứa dữ liệu

và 5 Byte header dùng để chuyển mạch các khung ATM Có hai loại cell ATM là ATM UNI (cell do thiết bị đầu cuối gửi lên node chuyển mạch) và ATM NNI (cell giữa hai node chuyển mạch), cell ATM NNI không có trường GFC Trong Header của ATM có những thành phần sau:

 GFC (Generic Flow Control):Cung cấp chức năng mang tính chất nội bộ khi

có nhiều thiết bị (thường là thiết bị đầu cuối) chia sẻ chung một giao diện ATM Trường này thường không được thiết lập, có giá trị mặc định là 0 (nhị phân: 0000)

 Virtual Path Identifier (VPI):Cùng với các VCI sẽ chịu trách nhiệm xác định

đích kế tiếp khi các cell được chuyển qua một dãy các bộ chuyển mạch ATM trên đường đến đích cuối cùng của nó

 Virtual Channel Identifier (VCI):Cùng với các VPI sẽ chịu trách nhiệm xác

định đích kế tiếp khi các cell được chuyển qua một dãy các bộ chuyển mạch ATM trên đường đến đích cuối cùng của nó

 Payload Type (PT): Bit đầu tiên của PT dùng để chỉ định cell chứa dữ liệu

người dùng hay thông tin điều khiển (nếu cell chứa dữ liệu người dùng thì nó có giá trị là 0 và sẽ có giá trị 1 nếu cell chứa thông tin điều khiển) Bit thứ hai cho biết trạng thái tắc nghẽn (có giá trị là 0 nếu không tắc nghẽn và bằng 1 nếu có tắc nghẽn) Bit thứ ba xác định xem cell có phải là cell cuối cùng của chuỗi

 Cell Loss Priority (CLP):Trong quá trình truyền đi trên mạng sẽ có hiện tượng

tắc nghẽn xảy ra, CLP cho biết liệu cell nào sẽ được bỏ và cell nào sẽ tiếp tục được chuyển đi đến đích nếu có tắc nghẽn nghiêm trọng (CLP=0 được ưu tiên

và cell có CLP=1 sẽ phải bỏ trong trường hợp này)

 Header Error Control (HEC):Là giá trị của checksum của 4 byte đầu tiên

trong header, HEC có thể sửa được một lỗi trong 5 byte của header vì thế có thể giữ được các cell thay vì loại bỏ nó do lỗi

ID

20-26 4-10 12-18

Định dạng khung truyền hướng xuống tốc độ 155,52 Mb/s

53 bytes

125µs; 56 cell; 53 bytes mỗi cell

ATM 1

Cell ATM 27

Cell ATM 28

Cell ATM 54

1 khe thời gian

Định dạng Cell PLOAM hướng xuống

PO N_

ID

C R

C

C R

C

C R

C

C R

C

CHƯƠNG II: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON

Cell PLOAM (Physical Layer Operation, Administration and Maintenance): Quản

lí và bảo dưỡng lớp vật lý Mỗi cell PLOAM theo sau nó là 27 cell ATM

 5 byte header: 4 byte đầu tiên có giá trị cố định là 0000, byte HEC (header error correction) tiếp theo dùng để sửa lỗi (nếu có) của header nhằm xác định chính xác bit đầu tiên của khung PLOAM

 Trường IDENT cho biết liệu cell PLOAM này có phải là cell đầu tiên trong luồng hướng xuống hay không

 Hai byte đồng bộ khung SYNC được sử dụng để các OLT phát một tín hiệu tham chiếu 1Khz đến các ONT

 Một cell PLOAM có tổng cộng 27 grant, một bộ 6 hoặc 7 byte grant được bảo

vệ bằng chuỗi CRC (cyclic redundancy check) Một grant sẽ cho ONT biết khi nào được gửi một chuỗi cell ATM dữ liệu hoặc cũng có thể yêu cầu ONT chạy lại tiến trình ranging

 MSG_PON_ID sẽ nói cho một Node biết là cell này có phải là dành cho node

ấy không và MSG_ID chỉ ra loại thông tin chứa trong trường thông điệp 10 byte (10 message field) theo sau

 10 message field: OLT sẽ nói cho ONT biết thời gian ranging được thay đổi hoặc cũng có thể dùng cho các cài đặt khác tùy thuộc vào mục đích

 BIP (Bit-Interleaved Parity): giúp các ONT giám sát tỉ lệ bit lỗi bằng phương pháp kiểm tra bit chẵn lẻ

2.1.2.3 Khung hướng lên

Dù là cell ATM hay cell PLOAM ở hướng lên thì trước cell đó đều có 3 byte overhead Trong đó 4 bit đầu tiên có chức năng tạo một khoảng thời gian bảo vệ nhằm tránh xung đột trong trường hợp quá trình Ranging có sự sai lệch Đồng thời 3 byte overhead này tạo một khoảng thời gian cần thiết để các OLT đọc biên độ của tín hiệu, cung cấp một khoảng thời gian cho quá trình đồng bộ byte cho các cell ATM

CHƯƠNG II: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON

4 fixed bytes

10 message bytes 17 laser control field (LCF)

C

M ES SA G E_

ID

MS G_

PO N_

ID

ID E N

T

C R

C

BI

P

Số thứ tự của byte trong khung

Trong khung hướng lên một cell PLOAM có cấu trúc như Hình 2.4

Hình 2.4: Đi ̣nh da ̣ng cell PLOAM hướng lên

 Cũng có 5 byte header và tiếp theo là 1 byte IDENT để xác định bit đầu tiên của khung

 MSG_PON_ID và MSG_ID cũng được dùng cho mục đích tương tự như ở hướng xuống là xác định ONT và chỉ rõ loại thông tin điều khiển được chứa trong cell PLOAM này

 10 message byte field: trường này chứa các thông tin OAM (Operation, Administration and Maintenance) cũng như các báo hiệu khác của ONT gửi lên cho OLT 10 byte này được kiểm soát lỗi dựa vào 1 byte CRC tiếp theo

 LCF (laser control field – trường điều khiển laser): 17 byte của trường này có nhiệm vụ cung cấp các thông tin về mức công suất laser và tỉ lệ suy hao, việc

ấy giúp cho OLT điều chỉnh công suất phát laser hợp lí nhằm đảm bảo công suất cho đầu thu (phía ONT)

 RCF (receiver control field – trường điều khiển máy thu): 16 byte của trường này sẽ giúp cho OLT biết được một mức ngưỡng hợp lí nhằm điều chỉnh để phân biệt được hai mức tín hiệu 0 và 1 trong tín hiệu

 BIP (bit-interleaved parity): có cùng nhiệm vụ như trường BIP trong cell PLOAM ở hướng xuống, giám sát tỉ lệ lỗi bit trong cell này

2.1.3 Bảo mật trong BPON

BPON có hai cơ chế bảo mật, hay nói cách khác các cơ chế này nhằm chắc chắn rằng luồng dữ liệu hướng xuống được nhận bởi ONT được chỉ định chứ không phải bất

ID

MS G_

PO N_

ID

ID

E N

T

C R

C

BI

P

Số thứ tự của byte trong khung

Định dạng Cell PLOAM hướng lên

CHƯƠNG II: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON

ONT sẽ gửi một cell có chứa khóa (3 byte) Khóa này sẽ thay đổi theo chu kì mỗi giây

Tuy nhiên, có một vấn đề cần nói ở đây là cứ mỗi lần một ONT gửi dữ liệu lên thì

sẽ có tín hiệu phản xạ quay trở lại như một bản sao của chính nó (phản xạ từ các splitter, mối hàn, connector), các ONT khác có thể phát hiện và kẻ xấu có thể phân tích dòng dữ liệu này Và không có một qui chuẩn cụ thể cho vấn đề này, điều này chỉ được khuyến nghị rằng trong vấn đề thiết kế, làm sao cho phần suy hao do phản xạ từ các Splitter, connector và các mối hàn phải nhỏ hơn 32dB

2.1.4 Chuyển mạch bảo vệ trong BPON

Luồng dữ liệu truyền trên một mạng cần được liên tục Điều gì xảy ra nếu tuyến truyền dẫn vật lý mà ở đây là sợi quang bị đứt?

Chính điều ấy khẳng định sự cần thiết cho vấn đề chuyển mạch bảo vệ Trong khuyến nghị G.983.1 có ba phương án cho chuyển mạch bảo vệ trong PON

 Mô hình 1: Splitter được dùng là loại 1:N, chỉ có một ngõ vào nhưng có hai sợi

quang từ OLT kết nối đến splitter nên trước khi đưa vào splitter, hai sợi phải được ghép chung lại Khi một trong hai sợi bị đứt, OLT sẽ điều khiển để lưu lượng chuyển qua sợi còn lại

 Mô hình 2: Tại OLT bây giờ được trang bị hai bộ thu phát tín hiệu, một bộ

hoạt động và một bộ dự phòng Hai sợi quang từ hai bộ này kết nối đến splitter loại 2:N Khi sợi quang đang hoạt động bị đứt, OLT sẽ điều khiển để bộ dự phòng hoạt động và lưu lượng sẽ được chuyển qua kết nối giữa bộ này và splitter

 Mô hình 3: Cả OLT và ONT đều được trang bị hai bộ thu phát tín hiệu, một bộ

hoạt động và một bộ dự phòng Splitter bây giờ là loại 1:N nhưng được lắp đặt hai bộ Khi một trong hai sợi quang giữa OLT và splitter hoặc giữa splitter và ONT bị đứt thì OLT và ONT sẽ điều khiển cho bộ thu phát dự phòng hoạt động đồng thời sẽ có cảnh báo từ ONT cho OLT và ngược lại trong trường hợp này Trong cả ba mô hình, nếu xảy ra một trong ba trường hợp OLT, ONT hoặc các splitter bị hỏng thì dĩ nhiên lưu lượng sẽ bị mất Đồng thời, trong cả ba mô hình trên, khi sợi quang bị đứt thì chắc chắn rằng sẽ có một phần nào đó lưu lượng sẽ bị mất Việc lưu lượng bị thất thoát nhiều hay ít tùy thuộc vào khả năng xử lí chuyển mạch nhanh hay chậm

Hình 2.5: Mô hình chuyển ma ̣ch bảo vê ̣ trong PON

2.2 EPON chuẩn IEEE-802.3ah

EPON – Ethernet passive optical network – có thể hiểu là PON mà dữ liệu được đóng thành các khung và truyền đi dựa trên chuẩn Ethernet Ở đây, bài báo cáo phân tích EPON dựa trên chuẩn IEEE-802.3ah với các mục chính: kiến trúc các lớp trong EPON, định dạng khung truyền dẫn, giao thức điều khiển đa điểm và vấn đề RANGING

O/E O/E

O/E O/E

Mô hình 2

Optical

CHƯƠNG II: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON

Điều đó đồng nghĩa rằng, dữ liệu của user sẽ được xử lý với giao thức của năm tầng trên không có gì khác so với khung truyền dẫn IP và ATM Tuy nhiên hai lớp Physical layer và Data Link layer trong EPON sẽ đảm nhận trách nhiệm đóng gói dữ liệu thành định dạng truyền theo khung Ethernet, đồng thời thống nhất giữa truyền nhận

để chuyển dữ liệu yêu cầu truy nhập của user ở hướng uplink và tách dữ liệu từ khung Ethernet chuyển đến cho user ở hướng downlink

Hình 2.6: Kiến trúc các lớp trong EPON

2.2.1.1 Lớp vật lý

Trong lớp vật lí gồm có ba lớp con chính như sau

 Lớp con mã hóa vật lý - The physical coding sublayer (PCS)

 Có thể hiểu lớp con này sẽ mã hóa chuỗi dữ liệu từ các lớp cao hơn trước khi truyền đến hướng uplink Đồng thời sẽ giải mã và kiểm soát tỷ số BER hợp lý trước khi đưa dữ liệu lên các lớp cao hơn với hướng downlink

 Mã được sử dụng là mã khối Reed-Solomon, trong đó tầng này xử lý dữ liệu theo phương thức như sau: đối với dữ liệu từ các tầng cao hơn được chuyển xuống, nó sẽ đưa vào bộ đệm, sau đó tách ra từng khối 239 byte, thêm vào 16 byte parity để thành khối dữ liệu 255 byte trước khi chuyển ra Và nó sẽ làm điều ngược lại đối với dữ liệu được chuyển đến, có nghĩa rằng, nó sẽ biến đổi khung 255 byte thành 239 byte dữ liệu trước khi chuyển lên các tầng cao hơn

 Nếu tỷ số bit lỗi ở quá trình nhận là 10-4 hoặc cao hơn, nó sẽ xử lý để tỷ số này giảm xuống còn 10-12 trước khi đưa lên tầng trên

Reconciliation layer

MAC instance

MAC client

MAC client

PCS

PMD PMA

 Lớp con gắn với môi trường vật lý - The Physical Medium Attachment (PMA) Sublayer

 Việc quá nhiều một chuỗi bit “0” hay bit “1” liên tiếp được truyền đi có thể gây

ra việc mất đồng bộ giữa đầu thu và đầu phát do không thể khôi phục xung clock chính xác

 PMA sublayer sẽ khắc phục tình trạng trên bằng cách dùng mã hóa đường dây 8b10b của Franaszek–Widmer

 Phương pháp mã hóa đường dây này có thể hiểu như sau: với một chuỗi dữ liệu được chuyển từ tầng trên xuống, từng khối 8 bit trước khi được đưa qua PCS sublayer, nó sẽ được thêm vào 2 bit để chuyển thành khối 10 bit Và nó sẽ làm điều ngược lại trước khi dữ liệu từ PCS sublayer chuyển lên

 Trong EPON yêu cầu, tốc độ đường downstream và upstream cân bằng là 1,0 Gbps Sau khi mã hóa đường dây, dữ liệu sẽ được tăng lên 25%, tương ứng tốc

 Các thông số trong EPON được PMD đảm nhận [1]

- Tốc độ bit: 1,25 Gb/s cả hai luồng hướng lên và hướng xuống

- Bước sóng: 1260 to 1360 nm chiều lên, 1480 to 1580 nm chiều xuống

- Loại lưu lượng: tín hiệu số

- Tỷ lệ chia: tối thiểu là 1:16, có thể nhiều hơn khi sử dụng sửa lỗi FEC (Forward Error Correction)

- Sự suy hao tối đa cho phép trong mạng phân phối quang ODN (Optical Distribution Network) là:

 Luồng hướng lên tại bước sóng 1310 nm: 5 – 20 dB hoặc 10 – 24 dB tương ứng với chiều dài của ODN là 10 hoặc 20 km

 Luồng hướng xuống tại bước sóng 1550 nm: 5 – 19.5 dB hoặc 10 – 23.5

dB tương ứng với chiều dài ODN là 10 hoặc 20 km

CHƯƠNG II: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON

 Hướng xuống: -24/+4 dBm và -27/+4 dBm tương ứng 10 và 20 km chiều dài ODN

 Hướng lên: -24/+2 dBm và -24/+7 dBm tương ứng 10 và 20 km chiều dài ODN

- Tỷ lệ bit lỗi cho phép: 10-12

- Tỷ lệ suy hao laser: >6dB

 Và trước khi dữ liê ̣u được đưa ra ma ̣ng lõi , GMII sẽ đảm nhận nhiệm vụ ghép

tất cả các dữ liệu yêu cầu truy nhập từ các user chuyển lên để truyền ra các giao tiếp vật lý với tốc độ Gigabit

Hay nói cách khác, GMII và RS được cấu hình để thực hiện nhiệm vụ của OLT

2.2.1.3 Lớp liên kết dữ liệu

 MAC ( Media Access Control)

MAC gồm có hai phần MAC (Media Access Control) và LLC (Logical Link Control)

- MAC bao gồm các thông số thống nhất giữa truyền và nhận giữa OLT và ONU, bao gồm cả cấu trúc khung sẽ được chuyển đi và khe thời gian được cấp phát

- LLC là lớp con độc lập với môi trường truyền Đóng vai trò như là một giao tiếp giữa lớp liên kết dữ liệu và tầng mạng, làm nhiệm vụ framing bao gồm việc đóng gói ở hướng truyền và giải gói ở hướng nhận

 Điều khiển MAC đa điểm - Multipoint MAC Control (MPMC)

Trong kiến trúc phân lớp của EPON có nhiều đối tượng MAC client, nhưng chỉ có một đối tượng MPMC Điều đó đồng nghĩa rằng với nhiều giao thức đa truy nhập từ các user sẽ được MPMC layer xử lý sao cho các yêu cầu truy nhập này trên đường upstream

sẽ không xung đột hoặc chồng lấp lên nhau

Muốn làm được điều ấy thì trong lần khởi đầu đầu tiên sẽ có một quá trình tự động phát hiện và gán các LLID (logical link ID) cho một cặp MAC instance (của OLT) và MAC client (của ONU) Do đó mỗi LLID là duy nhất trong quá trình xử lý của MPMC layer

2.2.2 Cấu trúc khung truyền dẫn của EPON

Hình 2.7: Cấu trúc khung truyền dẫn của EPON

Trong EPON, khung Ethernet được sử dụng để truyền dữ liệu với cấu trúc khung như Hình 2.7

Preamble /

SFD

Destination address

Preamble / SFD

Source address

Preamble / SFD

Mode + LLID

LLID 8 bits

CRC 8 bits

SLD 1 bytes

LLID 7 bits

Mode 1 bits

bytes

CHƯƠNG II: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON

- Mode + LLID: với 1 bit đầu tiên được định nghĩa nhằm phân biệt dữ liệu ngõ ra từ một OLT hay từ một ONU Mode bit sẽ bằng 1 nếu là ngõ ra từ một ONU và bằng 0 nếu từ OLT

- 7 bit LLID tiếp theo nhằm phân biệt các chỉ số LLID, nó có thể phân biệt

27=128 địa chỉ MAC Instance nguồn và đích và 28=256 MAC client

- CRC (cyclic redundancy check) 8bit: kiểm soát lỗi cho trường LLID

- Địa chỉ ở đây chính là địa chỉ MAC Mỗi thiết bị đều có một địa chỉ MAC duy nhất

- Cả Destination address và Source address đều có chiều dài là 48 bit (6 bytes), trong đó 1 bit đầu tiên để cho biết khung Ethernet là multicast/ broadcast (có giá trị bằng 1) hay unicast (có giá trị bằng 0)

- 47 bit tiếp theo được chia thành 2 khối: 23 bit cao được gán cho nhà sản xuất, 24 bit thấp hơn được gán cho thiết bị

Administration and Maintenance) và chiều dài dữ liệu trong vùng Data

bytes

trường dữ liệu bằng phương pháp phát hiện lỗi trong khung dữ liệu nhận được

2.2.3 Giao thức điều khiển đa điểm (MPMC) trong EPON

Có nhiều loại yêu cầu dịch vụ theo hướng uplink từ các user buộc các OLT phải phân bố khe thời gian và băng thông hợp lý, thông báo và điều khiển các ONU để chúng có thể truyền dữ liệu đúng khe thời gian được cấp

Để làm việc ấy, giao thức điều khiển đa điểm MPMC (Multipoint MAC Control) trong EPON được thực hiện dưới hai cơ chế của hai bản tin điều khiển MAC là GATE

và REPORT

 Bản tin điều khiển GATE – hướng xuống

- Khi một OLT trong mạng EPON khởi động lần đầu tiên, nó sẽ truyền các bản tin GATE theo hướng Downstream dạng broadcast nhằm phát hiện ra các ONU từ các bản tin phúc đáp ngược lại

- Với mỗi ONU sẽ có duy nhất giá trị LLID được gán

- Từ Hình 2.8, cơ chế thực hiện một bản tin GATE được hiểu đơn giản như sau: OLT sẽ gán một cặp giá trị Start time và Stop time có chiều dài 64

bytes, đồng thời một giá trị xung đồng hồ tại thời điểm ấy sẽ được ghi vào bản tin này để thực hiện quá trình đồng bộ với các ONU

- Có thể hiểu bản tin GATE là một bản tin mang tính chất phát hiện các liên kết luận lý và cấp phát một cách công bằng những yêu cầu trên liên kết luận

lý ấy

- Ngoài các bản tin GATE cấp phát khe thời gian cho các LLID xác định, OLT cũng sẽ phát ra các bản tin GATE ngẫu nhiên nhằm phát hiện các ONU mới kết nối vô hệ thống

 Bản tin điều khiển REPORT – hướng lên

- Khi các ONT được xác định qua các liên kết luận lý LLID, điều ấy đồng nghĩa rằng từ đây các ONT có thể yêu cầu OLT cấp phát khe thời gian dựa trên việc báo cáo thông tin trạng thái của nó về hàng đợi và thông tin đồng

hồ nhằm giúp tối ưu quá trình đồng bộ

- Để thực hiện được điều ấy, các bản tin điều khiển REPORT 64 bytes với cấu trúc như sau sẽ được gửi từ các ONT tới OLT

- Từ Hình 2.9, thông tin của bản tin điều khiển REPORT với thông tin về hàng đợi nhằm cho OLT biết một yêu cầu hiện tại của nó về khe thời gian và băng thông mà nó cần Đồng thời một giá trị xung đồng hồ tại thời điểm ấy sẽ được ghi vào bản tin để phục vụ cho việc đồng bộ

- Sẽ có trường hợp xung đột xảy ra do nhiều bản tin REPORT được gửi ra cùng lúc, lúc này các ONT sẽ không nhận được bản tin GATE cấp phát khe thời gian cần thiết để nó truyền dữ liệu Trong trường hợp ấy, nó sẽ gửi lại bản tin REPORT sau một khoảng thời gian ngẫu nhiên

MAC Control Client

TS

Write registers

Clock register

Slot start register

Slot stop register

CHƯƠNG II: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ PON

Hình 2.9: Bản tin REPORT hướng lên

2.3 GPON chuẩn ITU-G.984

Cũng như BPON và EPON, phần tiếp theo sẽ phân tích công nghệ GPON dựa vào các tiêu chí: Kiến trúc các lớp, định dạng khung tuyền dẫn và đi sâu phân tích nhiệm vụ các trường trong khung truyền dẫn của GPON

2.3.1 Kiến trúc các lớp trong GPON

GPON là từ viết tắt của Gigabit Passive Optical Network, là một trong số những công nghệ được sử dụng trong công nghệ FTTH nói chung và PON nói riêng

Về cơ bản, GPON có hai lớp chính: lớp hội tụ truyền dẫn – Transmission Convergence (TC) Layer và lớp phụ thuộc môi trường vật lí – Physical Medium Dependent (PMD) Layer TC layer và PMD layer tương ứng với hai lớp Data link và physical trong mô hình OSI

MA_CONTROL.Indication (REPORT)

MAC PHY

MAC Control

Q0 Q1

TS

Measure Round – Trip Time

Clock register RTT register

MAC Control Client

Q0 Q1

MA_CONTROL.request (REPORT)

MAC PHY

MAC Control

Q0 Q1

TS

Timestamp REPORT message

Clock register

MAC Control Client

Q0 Q1

Generate REPORT message

Hình 2.10: Kiến trúc các lớp trong GPON

User ATM cells

Transmission Convergence (TC) Adaptationsublayer GPON TC Framing sublayer

GPON Physical Medium Dependent (PMD) Layer

Transmission Convergence (TC) Layer

User Frame (Packets)

s

Alloc-ID filter Alloc-ID filter

GEM partition ATM partition

PLOAM partition

Frame header

GTC framing sublayer

Multiplexing/Demultiplexing based on frame location

Trans missi

on Conv erge nce layer