2 Nguyên lý hoạt động mạng truy cập quang thụ động EPON

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 9: 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 4.2



Hình 10: Lưu lượng hướng lên trong EPON



25



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).

•



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

Để hổ 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 hổ 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:

-



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

26



tối thiểu là: + ; với là chiều dài của cửa

-



sổ truyền mà một ONU không khởi tạo có thể dùng.

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.

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.

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.

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

4.3, 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.



27



Hình11: 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 xãy ra và nó sẽ thử khởi tạo lại sau khi bỏ qua một số

bản tin khởi tạo Gate ngẫu nhiên. Số bản tin bỏ được chọn ngẫu nhiên từ một

khoảng thời gian gấp đôi sau mỗi lần xung đột.

Dưới đây chúng ta mô tả hoạt động bình thường của MPCP:

-



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 4.4).

28



Hình 12: Giao thức MPCP-hoạt động của bản tin Gate



-



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.

Trong khi tiếp nhận bản tin Gate có địa chỉ MAC phù hợp (địa chỉ của

các bản tin Gate đều là duy nhất), ONU sẽ ghi lên các thanh ghi trong nó

thời gian bắt đầu truyền và khoảng thời gian truyền. ONU sẽ cập nhật

đồng hồ của nó theo thời gian lưu trên nhãn của bản tin Gate nhận được.

Nếu sự sai biệt đã vượt quá ngưỡng đã được định trước thì ONU sẽ cho

rằng, nó đã mất sự đồng bộ và sẽ tự chuyển vào mode chưa khởi tạo. Ở

mode này, ONU không được phép truyền. Nó sẽ chờ đến bản tin Gate



-



khởi tạo tiếp theo để khởi tạo lại.

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

29



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 4.5). 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 13: Giao thức MPCP-hoạt động của bản tin Report

30



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 như trong hình 3.8. 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.

•



EPON với kiến trúc 802

Kiến trúc IEEE 802 định nghĩa hai phương thức: Share Medium và song



công. Trong phuơng 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

31



là lớp con Share Medium Emulation (PtPE). 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 4.6). Những tag này được gọi là LinkID và được

đặt vào trong mào đầu trước mỗi khung.



Hình14: Trường LinkID được nhúng trong mào đầu



Để bảo đảm sự duy nhất cho LinkID, OLT sẽ ấn định một hoặc nhiều tag cho

mỗi ONU trong suốt quá trình đăng ký lúc đầu.

•



Point to Point Emulation

Trong mô hình này, OLT phải có N cổng MAC, một cổng cho một ONU



(hình 15). Khi một khung được gửi xuống (từ OLT đến ONU), lớp con PtPE trong

OLT sẽ chèn LinkID kết hợp với cổng MAC cụ thể vào khung dữ liệu. Các khung

sẽ được chia sẽ cho từng ONU nhưng chỉ một lớp MAC của nó. Ở lớp MAC của

các ONU còn lại sẽ không nhận được khung này. Trong khả năng này, nó sẽ xuất

hiện nếu chỉ khi khung được gửi theo kết nối PtP chỉ cho một ONU.

Chèn LinkID kết hợp với cổng MAC



Chấp nhận khung nếu LinkID phù hợp



Từ chối khung nếu LinkID không phù hợp

32



Hình 15: Hướng xuống trong PtPE



Ở hướng lên, ONU sẽ chèn LinkID được ấn định của nó vào mào đầu của

mỗi khung được chuyển. Lớp con PtPE trong OLT sẽ tách khung để nhận biết

cổng MAC chính xác dựa vào LinkID duy nhất cho mỗi ONU (hình 16).



Tách khung theo cổng trong LinkID



Chèn LinkID được ấn định cho ONU



Hình 16: Hướng lên trong PtPE

Cấu hình PtPE thích hợp với cầu khi mỗi ONU được kết nối đến một cổng

độc lập của cầu. Cầu được đặt trong OLT sẽ chuyển tiếp lưu lượng vào trong

ONU giữa các cổng của nó.



33



Hình 17: Cầu giữa các ONU trong PtPE



•



Share Medium Emulation

Trong SME, bất kỳ một Node nào (OLT hay ONU) sẽ chuyển khung dữ liệu



và sẽ được nhận ở tất cả các Node (OLT và ONU). Trong hướng xuống, OLT sẽ

chèn một LinkID quảng bá mà mọi ONU đều chấp nhận. Để đảm bảo hoạt động

Share Medium cho hướng lên, lớp con SME trong OLT phải nhản ánh tất cả các

khung trở lại hướng xuống để tất cả các ONU nhận chính khung dữ liệu của nó thì

lớp con SME ở ONU chỉ thừa nhận khung nếu LinkID của khung đó khác với

LinkID của nó.



Chèn LinkID quảng bá



Chấp nhận tất cả các khung ngoại trừ khung của nó



Hình 18: Hướng truyền xuống trong SME

34



Chấp nhận tất cả các khung và phản hồi lại hướng xuống



Khi truyền khung, chèn LinkID

Khi nhận khung, từ chối LinkID của chính nó



Hình 19: Hướng truyền lên trong SME



SME chỉ yêu cầu một cổng MAC trong OLT. Chức năng vật lý của lớp này

(lớp con SME) là cung cấp truyền thông ONU đến ONU, không cần cầu liên kết.

2.3



Kết luận chương

Nội dung trên đã cho thấy được sự kết hợp giữa mạng truy nhập quang thụ



động PON và công nghệ Ethernet đã tạo ra một khuynh hướng mạng triển vọng

cho mạng truy nhập thế hệ sau. EPON là một bước phát triển trong tiến trình cáp

quang hoá mạng truy nhập thế hệ sau để xây dựng mạng truy nhập băng rộng. Với

sự quan tâm đặc biệt đến mạng EPON, mạng truy nhập thế hệ sau sẽ giống như

một mô hình kết hợp Ethernet điểm-điểm và điểm-đa điểm, tối ưu hoá cho truyền

tải dữ liệu IP cũng như các dịch vụ thoại và video theo thời gian thực. Nhưng chất

lượng của mạng là điều cốt lõi, chương tiếp sẽ trình bày về vấn đề này.



35