Giao Thức Điều Khiển Đa Điểm Mpcp (Multi Point Control Protocol)

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:

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 60 trang tài liệu này.

Hình 2.2: Các dạng kiến trúc của PON

Các thành phần chính của một mạng PON là:

 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

2.1.4 Các chuẩn của PON

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.

- G983.7: Thông qua năm 2001, định nghĩa những mở rộng cho giao diện điều kiện cần thiết cho quản lý những chức năng DBA tại ONT.

ITU-T984

 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 giao thức (ATM, GEM, Ethernet).

- G984.1: Mô tả những đặc tính chung của hệ thống GPON như là kiến trúc, tốc độ bít, bảo vệ và bảo mật

- G984.2: Xác định những thông số của GPON tại tốc độ lên là (155Mb/s, 622Mb/s, 1,5 Gb/s, 2,5Gb/s), xuống là (1,5Gb/s và 2,5Gb/s)

- G983.4: Mô tả những đặc tính về khung hội tụ truyền dẫn của GPON, bản tin, phương pháp xác định khoảng, hoạt động, giám sát, những chức năng bảo dưỡng và bảo mật.

IEEE 802.3ah

EPON hay GEPON (Ethernet PON) là một chuẩn IEEE để sử dụng Ethernet cho dữ liệu gói.

Trong các giải pháp mạng PON, giải pháp EPON được hỗ trợ và phát triển nhanh nhất. Nhiều nhà cung cấp dịch vụ đã chọn giải pháp này để làm mạng truy nhập và truyền tải lưu lượng Metro (MEN) để cung cấp đa dịch vụ.

2.1.5 Ưu, nhược điểm của mạng PON

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

2.2.1 Lợi ích của 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

 Nhiều lợi nhuận hơn: EPON có thể hỗ trợ đồng thời các dịch vụ thoại, dữ liệu

và video, cho phép nhà cung cấp nâng cao dịch vụ băng rộng và linh hoạt. Ngoài ra, nó

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.

2.2.2 Nguyên lý hoạt động của EPON

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: Lưu 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: Lưu 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).

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

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.

Từ nhiều ONU có thể yêu cầu khởi tạo cùng một lúc, mô hình khởi tạo tự động là một thủ tục dựa vào sự cạnh tranh. Ở lớp cao hơn nó làm việc như sau:

1. OLT chỉ định một khe khởi tạo, một khoảng thời gian mà không có ONU khởi tạo trước nào được phép truyền. Chiều dài của khe khởi tạo này phải tối thiểu là:

<transmission size> + <maximum round-trip time> - <minimum round-trip time>; với

<transmission size> là chiều dài của cửa sổ truyền mà một ONU không khởi tạo có thể dùng.

2. OLT 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