Contents Contents Danh mục hình vẽ Thuật ngữ viết tắt Lời mở đầu Chương 1: Tổng Quan Mạng Quang Thụ Động PON 1.1 Tổng Quan Mạng Quang Thụ Động PON .8 1.1.1 Mở đầu 1.1.2 Kiến trúc PON 1.2 Các Phần Tử Trong Mạng Quang Thụ Động PON 10 1.2.1 Các phần tử tích cực (CO, ONU, EMS) 10 1.2.2 Các phần tử thụ động (sợi quang, ghép tách quang, mối hàn, đầu nối) 12 1.3 WDM TDM PON .15 1.4 Kết Luận .16 Chương 2: Công Nghệ Mạng Quang Thụ Động GPON 17 2.1 Kiến Trúc GPON .17 2.2 Thông Số Kỹ Thuật GPON .20 2.3 Kỹ Thuật Truy Nhập Phương Thức Ghép Kênh 21 2.3.1 Kỹ thuật truy nhập 21 2.3.2 Phương thức ghép kênh 22 2.4 Lớp hội tụ truyền dẫn 23 2.4.1 Một số khái niệm .23 2.4.2 Ngăn xếp giao thức 23 2.4.3 Các chức GPC 25 2.4.4 Chức lớp GTC 26 2.5 Cấu trúc khung .26 2.5.1 Cấu trúc khung đường xuống 27 2.5.2 Cấu trúc khung đường lên .29 2.6 Phương Thức Đóng Gói Dữ Liệu .30 2.6.1 Cấu trúc khung GEM 31 2.6.2 Ánh xạ lưu lượng vào tải tin GTC 34 2.7 Định cỡ phân định băng thông GPON .37 2.7.1.Định cỡ 37 2.7.2.Phân định băng thông động 41 2.8 Bảo mật mã hóa .52 2.9 Khả cung cấp băng thông .52 2.10 Khả cung cấp dịch vụ 54 2.11 Kết luận .55 Tài liệu tham khảo 56 Danh mục hình vẽ Thuật ngữ viết tắt Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt AES Advanced Encryption Standar Chuẩn mã hóa tiên tiến Alen ATM(partition) length Chiều dài phần ATM Alloc- ID Allocation Identifier Bộ nhận dạng phân định APON ATM Passive Optical Network Mạng quang thụ động dùng ATM ATM Asynchronous Tranfer Mode Chế độ truyền tải không đồng BCH Bose- Chaudhuri- Hocquengham Mã BCH BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bit BIP Bit Interleaved Parity Bit kiểm tra chẵn lẻ Blen Bwmaplenght Chiều dài đồ băng thông B-PON Broadband Passive Optical Network Mạng quang thụ động băng rộng BW Bandwith Băng thông BWmap Bandwith map Bản đồ băng thông CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra vòng dư DBA Dynamic BandwithAssigment Phân định băng thông động DBR Deterministic Bit Rate Tốc độ bit danh định DBRu Dynamic BandwithAssigment Báo cáobăng thông động luồng lên DSL Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số EPON Ethernet Passive Optical Network Mạng quang thụ động dùng Ethernet FCS Frame Check Sequence Dãy bít kiểm tra khung FEC Forward Error Correction Sửa lỗi trước FTTB Fiber To The Building Cáp quang nối đến tòa nhà FTTC Fiber To The Curb Cáp quang nối đến cụm dân cư FTTH Fiber To The Home Cáp quang nối tới nhà GEM G-PON Encapsulation Method Phương thức đóng gói GPON GPM G-PON Physical Media Mơit rường vậtl ý GPON GPON Gigabit Passive Optical Network Mạng quang thụ động Gigabit GTC G-PON Transmission Convergence Hội tụt ruyền dẫn GPON HEC Header Error Control Điều khiển lỗi mào đầu OAM Operations, Admintration and Maintenance Vận hành, quản lý bảo dưỡng ODN Optical Distribution Network Mạng phân phối quang OLT Optical Line Terminal Thiết bị kết cuối đường quang OMCI ONU Management and Control Interface Giao diện quản lý điều khiển ONU ONT Optical Network Termination Thiết bị kết cuối mạng quang ONU Optical Network Unit Thiết bị đầu cuối quang người dùng ONU-ID ONU Identifier Nhận dạng ONU PCBd Physical Control Block downstream Khối điều khiển vật lý hướng xuống PDU Protocol Data Unit Đơn vị số liệu giao thức Plend Payload Length downstream Chiều dài tải hướng xuống PLI Payload Length Indicator Chỉ thị chiều dài tải PLOAM Physical Layer OAM Lớp vật lý OAM PLOAMd PLOAM down stream PLOAM đường xuống PLOAMu PLOAM upstream PLOAM đường lên PLOu Physical Layer Overhead upstream Mào đầu lớp vật lý hướng lên PLSu Power Levelling Sequence upstream Điều khiển công suấ thướng lên PMD Physical Medium Dependent Phụ thuộc môi trường vật lý PON Passive Optical Network Mạng quang thụ động Port-ID Port Identifier Nhận dạng cổng PTI Payload Type Indicator Chỉ thị loại tải RTD Round trip Delay Trễ SDU Service Data Unit Đơn vị liệu dịch vụ TC Tranmission Convergence Hội tụ truyền dẫn T-CONT Tranmission Container Khối truyền dẫn TDMA Time Divison Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDM Time Divison Multiplexing Ghép kênh theo thời gian VC Virtual Channel Kênh ảo VCI Virtual Channel Identifier Nhận dạng kênh ảo VPI Virtual Path Identifier Nhận dạng đường ảo WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh theo bước sóng Lời mở đầu Trong năm gần đây, nhu cầu loại dịch vụ gia tăng tích hợp thoại, hình ảnh liệu ngày tăng Sự phát triển loại dịch vụ đòi hỏi hạ tầng mạng truy cập phải đáp ứng yêu cầu băng thông rộng, tốc độ truy nhập cao Công nghệ truy nhập đồng điển xDSL triển khai rộng rãi, nhiên lại hạn chế cự ly tốc độ không đáp ứng yêu cầu dịch vụ Vì vậy, nghiên cứu triển khai giải pháp truy nhập quang vấn đề cần thiết Mạng đường trục Bắc – Nam nước ta sử dụng mạng Ring cáp quang SDH 20 Gbit/s Các mạng liên tỉnh sử dụng hệ thống cáp quang SDH với dung lượng 622 Mbit/s 2,5 Mbit/s Vào cuối năm 2004, mạng NGN thức vào khai thác với khả cung cấp dịch vụ đa dạng, hội tụ thoại, video liệu mạng truy cập gần khơng có phát triển đáng kể Mạng truy cập chủ yếu sử dụng cáp đồng nên khai thác hết tính mạng NGN Cơng nhệ mạng truy nhập quang thụ động GPON ITU chuẩn hóa Hiện cơng nghệ ưu tiên lựa chọn cho triển khai mạng truy nhập nhiều nước giới GPON dịch vụ hướng tới cung cấp mạng đầy đủ, tích hợp thoại, hình ảnh, số liệu với băng thơng lớn, tốc độ cao Do GPON công nghệ truy cập triển khai tương lai Chuyên đề “Nghiên cứu công nghệ truy nhập quang thụ động GPON” nhằm mục đích nghiên cứu, tìm hiểu đặc điểm công nghệ GPON Chuyên đề thực gồm 02 chương: CHƯƠNG 1: Trình bày tổng quan mạng quang thụ động PON Chương cho ta biết cách tổng qt mạng PON, đưa mơ hình mạng Phân tích thành phần chủ yếu mạng OLT, ONU, trình bày phần tử mạng PON CHƯƠNG 2:Trình bày nghiên cứu cơng nghệ GPON Chương trình bày nhiên cứu cơng nghệ GPON, có vấn đề lớn lớp hội tụ truyền dẫn, định cỡ phân định băng thông động vấn đề trọng tâm Chương 1: Tổng Quan Mạng Quang Thụ Động PON 1.1 Tổng Quan Mạng Quang Thụ Động PON 1.1.1 Mở đầu Trong năm gần đây, mạng truy nhập có bước tiến hạn chế, mạng đường trục lại có bước phát triển nhảy vọt xuất công nghệ mới, công nghệ ghép kênh theo bước sóng (WDM) Cũng khoảng thời gian này, nhu cầu sử dụng dịch vụ bang rộng ngày tăng số lượng chất lượng dịch vụ Điều dẫn đến chênh lệch lớn băng thông bên mạng nội khách hàng tốc độ cao mạng đường trục bên mạng truy nhập tốc độ thấp, mà gọi nút cổ chai (bottleneck) mạng viễn thông Việc bùng nổ lưu lượng internet thời gian qua làm trầm trọng thêm vấn đề mạng truy nhập tốc độ thấp.Theo hầu hết bảo cáo phân tích, lưu lượng liệu vượt trội nhiều so với lưu lượng thoại Càng ngày có nhiều dịch vụ ứng dụng triển khai băng thông dành cho người sử dụng tăng lên Đứng trước tình hình đó, số cơng nghệ đưa nhằm đáp ứng đòi hỏi băng thông DSL hay cáp modem Tuy nhiên, DSL cáp modem không đáp ứng yêu cầu băng thông cho mạng truy nhập.Hầu hết công nghệ mạng tiến tới công nghệ mới, tập trung chủ yếu vào truyền tải liệu, đặc biệt liệu IP.Trong bối cảnh đó, cơng nghệ truy nhập quang thụ động PON (Passive Optical Network) cho giải pháp tối ưu cho mạng truy nhập băng rộng Người ta trông đợi PON giải vấn đề tắc nghẽn băng thông mạng truy nhập kiến trúc mạng viễn thông, bên nhà cung cấp dịch vụ CO, điểm kết cuối, điểm truy nhập bên công ty cung cấp dịch vụ, hay khu vực tập trung thuê bao Trong khuyến nghị mạng hệ thống truyền dẫn, ITU-T đưa tập hợp định nghĩa kiến trúc làm sở cho việc xây dựng mạng quang thụ động Một cách ngắn gọn, PON định nghĩa sau: “PON mạng quang khơng có phần tử điện hay thiết bị quang điện tử” Như với khái niệm này, mạng PON không chứa phần tử tích cực mà cần phải có chuyển đổi điện – quang Thay vào đó, PON bao gồm sợi quang, chia, kết hợp, ghép định hướng, thấu kính, lọc,…Điều giúp cho PON có số ưu điểm như: không cần nguồn điện cung cấp nên không bị ảnh hưởng lỗi nguồn, có độ tin cậy cao khơng cần phải bảo dưỡng tín hiệu khơng bị suy hao nhiều phần tử tích cực 1.1.2 Kiến trúc PON Mơ hình mạng quang thụ động với phần tử biểu diễn hình 1-1 Hình 1-1: Mơ hình mạng quang thụ động Các phần tử thụ động PON nằm mạng phân bố quang (hay gọi mạng ngoại vi) bao gồm phần tử sợi quang, tách/ghép quang thụ động, đầu nối mối hàn quang Các phần tử tích cực OLT ONU nằm đầu cuối PON Tín hiệu PON phân truyền theo nhiều sợi quang kết hợp lại truyền sợi quang thơng qua ghép quang, phụ thuộc vào tín hiệu theo hướng lên hay hướng xuống PON PON thường triển khai sợi quang đơn mode, với cấu hình phổ biến, PON triển khai theo cấu hình vịng ring cho khu thương mại theo cấu hình bus triển khai trường sở,… Về mặt logic, PON sử dụng mạng truy nhập kết nối điểm - đa điểm, với CO phục vụ cho nhiều thuê bao.Có nhu cầu kết nối điểm – đa điểm phù hợp cho mạng truy nhập cấu hình cây, nhánh, vịng ring, bus hình 2.2 Hình 1.2 Các kiểu kiến trúc PON Bằng cách sử dụng ghép 1:2 chia quang 1:N, PON triển khai theo cấu hình cấu hình Ngồi PON thu gọn lại thành vịng ring kép, hay hình cây, hay nhánh Tất tuyến truyền dẫn PON thực OLT ONU OLT nằm CO kết nối mạng truy nhập quang với mạng đô thị (MAN) hay mạng diện rộng (WAN), biết đến mạng đường trục ONU nằm vị trí đầu cuối người sử dụng (FTTH hay FTTB FTTC) Trong cấu hình trên, cấu hình 1:N hình 2.2 (a), hay cấu hình phân nhánh hình 2.2 (b) sử dụng phổ biến Đây cấu hình mềm dẻo, phù hợp với nhu cầu phát triển thuê bao, địi hỏi ngày tăng băng thơng 1.2 Các Phần Tử Trong Mạng Quang Thụ Động PON 1.2.1 Các phần tử tích cực (CO, ONU, EMS) Các nhà cung cấp PON chủ yếu tập trung phát triển thiết bị tích cực, bảng mạch CO ONU để đặt đầu cuối PON Bảng mạch CO đặt nhà cung cấp, chứa đầu nối, điểm truy nhập POP, OLT, modul giao diện mạng (NIM) modul card chuyển mạch (SCM) PON kết nối card OLT tới nhiều ONU, đặt nhà thuê bao 10 Tiến trình diễn sau: ONU lưu lưu lượng upstream nhận từ người dùng vào đệm Tiếp theo, kích cỡ liệu lưu đệm thông báo cho OLT yêu cầu thời điểm OLT quy định OLT xác định thời gian bắt đầu truyền khoảng thời gian khả dụng (= cửa sổ truyền dẫn) tới ONU, xác định đặc tính dịch vụ kích cỡ thơng báo ONU đợi tới thời gian cấp phát sau truyền kích cỡ liệu đặc trưng cho OLT Trong tiến trình thứ 3, đặc tính dịch vụ đề cập liên quan tới băng tần nhỏ đảm bảo, băng tần tối đa, thời gian trễ tối đa DBA liên quan trưc tiếp với đặc tính dịch vụ Các dịch vụ khác địi hỏi thiết kế khác hồn tồn Ba u cầu quan trọng mà thuật toán DBA cần đạt là: A Sự cơng bằng: phân định băng tần người sử dụng B Độ trễ thấp: đạt thời gian trễ tối đa nhỏ độ trễ gán trước tối ưu hóa tối đa độ trễ C Hiệu suất cao: tăng hiệu suất băng tần tăng tốc độ đỉnh nhiều tốt 2.7.2.2.Đặc tính điều khiển lưu lượng – xếp hàng công Trong phần mo hàng đợi công bằng, kỹ thuật điều khiển lưu lượng Hàng đợi công hỗ trợ việc phân định băng thông 42 Nguyên lý hàng đợi cơng mơ tả hình 2-25 Data Hàng đợi 111111 Hàng đợi Bộ phân loại Data Bộ tạo lệnh Hàng đợi Data Đầu Hàng đợi n Data Hình 2-25: Nguyên lý hàng đợi cơng Các gói vào phân loại vào hàng đợi riêng Bộ phân loại chia gói thành nhóm để phân định băng thơng đầu cơng Ví dụ, gói phân loại dựa vào địa đầu cuối, băng thông đầu phân định cho đầu cuối có địa khác Các đầu vào người dùng phân loại phân phối tới hàng đợi tương ứng Tất nhiên số hàng đợi số người dùng phải phù hợp với Về phía đầu hàng đợi, lập lịch đọc hàng đợi theo kiểu quay đầu (round-robin) đươ gói tin khỏi hàng đợi để đạt cơng Thậm chí người dùng truyền nhiều lưu lượng người khác, lưu lượng người đưa tới hàng đợi riêng nhờ phân loại đầu vào Như định thời gian tối đa cho đầu Tóm lại, thời gian trễ tối đa điều kiện xấu xảy gói tin kích thước lớn lưu tất hàng đơi Hoạt động lập lịch yếu tố định công Hoạt động lập lịch xếp hàng công bao gồm bước sau: Thiết lập trọng số wi[bit] hàng đợi, ‘i’ số thứ tự hàng đợi 43 Thực lập lịch quay đầu, tới hàng đợi Mỗi hàng đợi chọn để nhận wi[bit] ảo vịng lặp thuật tốn quay vịng Khi hàng đợi lưu số bit nguyên để truyền Si lớn chiều dài gói tin tiêu đề dịng (head-of-line) hàng đợi Ví dụ, hàng đợi lưu gói tin đầy đủ, hàng đợi loại gói (empty) tin giảm kích thức gói tin Si Bỏ qua việc quay vòng cho hàng đợi mà chưa lưu đầy đủ gói tin Xét ví dụ đơn giản minh họa hoạt động lâp lịch Đầu tiên giả thiết w1=2 w2=1, hàng đợi nhận gói tin 3000 bit hàng đợi thứ hai 1000 bit Ở không quan tâm tới phần đầu khoảng cách khung để đơn giản hóa Khởi tạo S1=2 S2=1 Thuật tốn quay vịng lặp lại 1000 lần, dẫn tới S 1=2002 S2=1001 Gói 1000 bit chuyển từ hàng đợi thứ hai Giảm S2 tới Thuật tốn quay vịng lặp lại 500 lần nữa, dẫn tới S 1=3002 S2=501 Gói 3000 bit chuyển từ hàng đợi Giảm S1 tới Thuật tốn quay vịng lặp lại 500 lần nữa, dẫn tới S 1=1002 S2=1001 Gói 1000 bit thứ hai chuyển từ hàng đợi thứ hai Giảm S2 Thuật toán quay vòng lặp lại 1000 lần, dẫn tới S 1=3002 S2=1001 Gói 3000 bit thứ hai chuyển từ hàng đợi Giảm S tới Trong q trình lặp, gói tin 1000 bit chuyển từ hàng đợ thứ hai S2 bị giảm Các bước (2) tới (5) lặp lại lưu lượng đầu vào dừng Trong trình lặp từ (2) đến (5), đầu 6000 bit từ hàng đợi đầu vào từ hàng đợi thứ hai 3000 bit, điều cho thấy băng thông phân định phụ thuộc vào tỉ lệ w i Chúng ta thấy rõ ví dụ này, phân định băng thơng cơng mà khơng quan tâm đến chiều dài gói tin Nói cách khác, băng thông đảm bảo nhỏ cho hàng đợi thứ j xác định cơng thức: Bj = Toutx(wj/∑wi) (2-1) Hơn nữa, thấy từ ví dụ tứ hàng đợi thứ hai độ trễ gói tin ngắn giảm 2.7.2.3.Các phương pháp phân định băng thông động 44 2.7.3.2.1.Kiểm xốt vịng với chu kỳ thích ứng Kiểm sốt xoay vịng với chu kỳ thích ứng IPACT phương pháp cấp phát động DBA biết đến với chi phí thấp nhờ q trình xử lý đơn giản Với IPACT, ONU phát lượng bao gồm tất gói tin lưu trữ đệm thu luồng lên yêu cầu OLT, OLT cấp phát cơar sổ truyền dẫn theo thứ tự đến gói tin OLT sử dụng phương pháp sau để định kích thước cửa sổ cho ONU tùy theo loại dịch vụ: Dịch vụ cố định: OLT cấp phát kích thước cửa sổ mà không cần ý đến số lượng ONU Dịch vụ giới hạn: số ONU vựt cửa sổ truyền dẫn cực đại (MTW – Maximum Transmission Window), MTW cấp phát khơng kích thước cửa sổ cấp phát theo số lượng ONU Dịch vụ bất biến tin cậy: cấp phát cửa sổ với lượng không đổi thêm vào yêu cầu ONU Dịch vụ tuyến tính tin cậy: cấp phát kích thước cửa sổ với kích thước cửa sổ thêm vào tỷ lệ với lượng yêu cầu với yêu cầu ONU Dịch vụ đàn hồi: cấp phát kích thước cửa sổ theo lượng yêu cầu ONU với hạn chế tích lũy N grant cuối khơng vượt N MTW Ở N đại diện cho số lượng ONU Các phương pháp (1), (3), (4), (5) sử dụng Sau nghiên cứu kỹ phương pháp thứ (2) Dịch vụ công giới hạn hoạt động theo phương thức đây, sử dụng phương pháp hàng đợi công bằng: OLT ghi nhớ kích thước cửa sổ truyền dẫn cực đại (MTW i) ONU MTWi tương đương với WFQ Đầu tiên, OLT cấp phát cửa sổ truyền dẫn theo thứ tự yêu cầu ONU Mỗi ONU phát liệu lưu trữ đệm thu lường lên theo yêu cầu Gọi Wreq kích thước cửa sổ yêu cầu ONU đê gửi yêu cầu băng thông tới OLT thông báo yêu cầu Theo thứ tự yêu cầu thu xác định RDT, OLT cấp phát MTWi toàn lượng yêu cầu ONU thứ i + kích thước cửa sổ thông báo yêu cầu (Wreq) vượt MTW i 45 Mỗi ONU phát gói tin lưu trữ đệm thu luồng lên theo kích thước cửa sổ, thơng báo yêu cầu chứa khối liệu lại đệm thu lường lên Quá trình quay lại (4) Hình 2-26 biểu diễn trình hoạt động trên, số lượng ONU N khoảng thời gian cực đại Rmax mà thuật toán quay đâu cần tạo nên chu kỳ là: Rmax = ∑ MTWi + N + ( BOH + Wreq ) (2-2) Hơn nữa, ONU phát lưu lượng luồng lên ONU thứ i, hiệu suất E max (hay tốc độ đỉnh) cho công thức sau: Emax = MTWi − Wreq max ( N − 1) x ( BOH + Wreq ) Tx ( RTD + OLT p −time + ONU p −time )  + MTWi + BOH   (2-3) Cửa sổ lãng phí OLT Data R3 R1 R2 Data G3 G3 Thời gian xử lý ONT ONU R3 Time R1 Time ONU R2 Time Data ONU R3 G3 (a) có ONU với lưu lượng đầu vào Thời gian xử lý ONT Time 46 OLT Data R3 Data R1 Data R2 Data R3 Data R1 Time ONU Data R1 Data R1 Time ONU Data R2 Time Data ONU R2 (b) Lưu lượng đầu vào tất ONU Time Hình 2-26: Hoạt động IPACT Nếu MTWi nhỏ dịch vụ giới hạn IPACT thỏa mãn yêu cầu trễ cực tiểu Tuy nhiên, phải thỏa mãn điều kiện A C phần Do gói Ethernet khơng thể phân mảnh nên việc thiết lập MTWi nhỏ xảy vấn đề liên quan tới yêu cầu nhơ sau: Yêu cầu 0A: cân giảm gói tin sử dụng người dùng khác Yêu cầu 0C: trường hợp gói tin tới có kích thước biến đổi, kích thước gói tin lưu trữ đệm lớn có MTW i cố định cấp phát, lãng phí băng thơng liệu khơng phát Trong trường hợp xấu nhất, chiều dài khung Ethernet cực đại (Fmax) trừ byte bị loại bỏ Nếu MTW i nhỏ, tỉ lệ loại bỏ (Fmax1)/MTWi trở nên trương đối lớn Hơn nữa, MTWi nhỏ nhiều so với RTD có ONU có lưu lượng đầu vào, cửa sổ lãng phí tương đối lớn tốc độ giảm đáng kể 2.7.2.3.2.Cơ chế lập lịch quay vịng khơng đầy đủ Cơ chế lập lịch quay vịng khơng đầy đủ DRR (Deficit Round-Robin) cải thiện yêu cầu A C mà IPACT chưa làm DRR phương pháp đơn giản hóa WFQ phù hợp với truyền dẫn bus Trong thuật toán DRR, đệm vòng sử dụng làm đệm thu lường lên để thực trình tương đương với đệm không đầy đủ Phương pháp DBA với chế DRR mô tả sau: 47 ONU thứ i lưu lại chiều dài burst trung bình w i phát với vịng lặp Chiều dài burst trung bình tương đương với WFQ Mỗi ONU có đếm khơng đầy đủ (Si) giá trị khởi tạo thiết lập tới chiều dài burst trung bình wi ONU u cầu kích cỡ liệu cực đại nhỏ giá trị sộ đếm phát mà khơng cần phân chia gói tin đệm luồng lên Sau phát gói tin từ đệm phát Cơ chế lập lịch quay vòng: xem xét RTD, OLT phát cửa sổ truyền dẫn theo thứ tự yêu cầu từ ONU Tại ONU, gói tin đưa tới đệm phát quay lại bước (2) Đặt cửa sổ ONU N, khoảng cách thời gian cực đại Rmax sau chu kỳ lặp: Rmax = ∑Wi + Nx( Fmax − + BOH + Wreq ) (2-4) Hơn nữa, ONU thứ i phát lưu lượng luồng lên hiệu suất E max (hay tốc độ đỉnh) cho công thức sau: Emax ONT R1 wi { max Nx ( BOH + Wreq ) + w i , RTDxTr + OLTp −time + ONU p −time R2 Data #3 R3 G1 G2 R1 R2 G3 (2-5) Data #3 R3 G1 } G2 G3 Time R1 ONU G1 G1 Time R2 ONU G2 G2 R3 ONU G3 Data #3 G3 Time 48 Hình 2-27: Cơ chế DRR Sự khác phương pháp DRR phương pháp IPACT phương pháp DRR yêu cầu gửi trước burst Khi có ONU phát lưu lượng luồng lên, loại bỏ vấn đề lãng phí băng thơng cách cho w i đủ lớn để cải thiện hiệu suất Có thể thấy rõ khác ta so sánh với IPACT hình 2-27 Tuy nhiên, chiều dài burst trung bình w i tăng thời gian trễ cực đại tăng, thời gian trễ cực đại theo yêu cầu 2.7.2.1.B hiệu suất yêu cầu 2.7.2.1.C có ảnh hưởng lẫn 2.7.2.3.3 DBA sử dụng tập thông báo nhiều hàng đợi Để làm giảm ảnh hưởng thời gian trễ cực đại với hiệu suất nói đến phần trước, người ta đưa phương pháp phát nhiều yêu cầu từ ONU với ngưỡng khác thời điểm ONU phát hai resquest volume, #1 dài RTD #2 ngắn RTD OLT lựa chọn cấp phát cửa sổ truyền dẫn dài RTD việc truyền thông thực với ONU trì chu kỳ quay vịng ngắn (hình 2-28) 49 Trong hình 2-29 thừa nhận yêu cầu, requestvolume #1 chứa đến không đầy đủ request volume #2 chứa ngưỡng nhỏ, phát đồng thời Do thuật tốn mơ tả phần trước [mục 2.7.7.3.2], “request volume” luôn yêu cầu việc cấp phát tiếp theo, điều kiện reset đếm không đầy đủ đơn giản Tuy nhiên, nhiều u cầu phát, khơng thể định việc rết đếm không đầy đủ đến thực cấp phát có thực tốt khơng Vì lý này, việc reset đếm trở nên phức tạp so với thuật toán nói tới phần trước Giải thích minh họa cụ thể hoạt động cụ thể nó: ONU thứ i có chiều dài burst truyền dẫn cho phép cực đại w i cho cấp phát Giá trị phải lớn RTD, tương đương với trọng số WFQ Mỗi ONU có đếm không đầy đủ để xác định request #1 giá trị khởi tạo wi Mỗi ONU có ngưỡng bên cạch đếm để xác định request #2 Ngưỡng chiều dài gói cực đại sử dụng dịch vụ yêu cầu trễ thấp hay giá trị Fmax nhỏ Hơn nữa, ONU có cớ reset để lưu lại điều kiện reset đếm Giá trị khởi tạo cớ reset False Mỗi ONU trừ tồn kích cỡ gói liệu phát cửa sổ truyền dẫn phân cấp chu kỳ từ đếm không đầy đủ Nếu kích thước cửa sổ cấp 50 phát chu kỳ “previous request #1+ Wreq” previous request #1 khác với previous request #2, ONU thứ i thêm w i vào đếm không đầy đủ cớ reset True, reset giá trị đếm tới wi cờ reset False Mỗi ONU phát kích cỡ liệu cực đại với giá trị đếm request #1 mà không cần phân chia gói tin nào, kích cỡ liệu cực đại ngưỡng request #2 mà không cần phân chia gói tin cửa sổ cấp phát Tiếp Nó phát gói tin lưu trữ đệm phát Nếu giá trị request #1 tổng kích cỡ gói tin lưu trữ, cờ reset thiết lập True Nếu có gói tin rời khỏi kích cỡ request #1, cờ reset thiết lập False Lập lịch quay vòng mới: xét RTD, OLT cấp phát cửa sổ truyền dẫn với chiều dài “request #2 + Wreq” theo thứ tự yêu cầu từ ONU Tuy nhiên, việc cấp phát không thực ONU thứ với request #1 lớn request #2 chu kỳ Nó chờ hồn thành chu kỳ để cấp phát cửa sổ truyền dẫn với chiều dài “request #1 + Wreq” Mặt khác, thay ví khơng cấp phát cửa sổ tới cuối chu kỳ, OLT cấp phát kích thước cửa sổ đủ cho request #1 điểm cuối chu kỳ ONU cấp phát request #1 dịch tới điểm cuối danh sách ONU chu kỳ tới vòng lặp Tại ONU, gói tin cửa sổ truyền dẫn đưa tới đệm phát, sau quay trở lại bước (3) Chiều dài burst cực đai wi thiết kế nhằm thỏa mãn điều kiện sau: w i > MAX { RTDxTr + OLTp −time + ONU p −time , Nxnguong } (2-6) Trong đó: Tr tốc độ truyền dẫn OLTp-time ONUp-time thời gian xử lý OLT ONU Trong trường hợp này, số ONU có chiều dài burst cực đại w i j chiều dài cực đại Rmax chu kỳ roung-robin (nghĩa độ trễ cực đại từ lúc phát request bắt đầu phát liệu) cho công thức sau: Rmax = Nx ( BOH + Wreq ) + w i + ( Fmax − 1) + ∑ TH i (2-7) i≠ j Trong đó: N số ONU 51 Thi ngưỡng ONU thứ i Khi có ONU phát lưu lượng luồng lên, hiệu suất E max (hay tốc độ đỉnh) cho công thức sau: Emax = wi Nx ( BOH + Wreq ) + w i (2-8) Chọn số ONU N= 32, Tiêu đề burst=1:4 ms, Max RTD = 100 ms, w 1=w, Th1=w=M, thời gian xử lý OLT= 16ms, thời gian xử lý ONT=16ms Hình 2-20 biểu diễn mối quan hệ Rmax Emax tính từ công thức (3-1),(3-2),(3-3),(3-4),(3-5),(3-4) (37) DRR sử dụng tập thơng báo nhiều hàng đợi để đạt hiệu suất cao với chu kỳ quay đầu ngắn, thỏa mãn yêu cầu quan trọng DBA dề cập phần là: A Chia sẻ công bằng: Cấp phát băng thông công người xử dụng B Trễ thấp: Có thể giới hạn thời gian trễ cực đại C Hiệu suất cao: Có thể tăng hiệu suất băng thông tăng tốc độ đỉnh đến mức 2.8 Bảo mật mã hóa Do mạng GPON mạng điểm – đa điểm nên liệu hướng xuống nhận tất ONU Công nghệ GPON sử dụng bảo mật hướng xướng với chuẩn mật mã tiên tiến AES (Advenced Encrytion Standard) Dữ liệu thuê bao khung luồng xuống đựơc bảo vệ thông qua lược đồ mật mã hóa AES phần tải lưu lượng khung mã hóa Với hướng lên xem liên kết điểm – điểm khơng sử dụng mã hóa bảo mật Công nghệ GPON sử dụng phương pháp sửa lỗi tiến FEC FEC mang lại kết tăng quỹ tích đường truyền 3÷4 dB (độ lợi mã hóa) cho phép tăng tốc độ bit khoảng cách OLT ONU hỗ trợ tỉ số chia lớn mạng FEC tùy chọn sử dungk hướng lên hướng xuống, dùng mã Reed Solomon thường RS(255,239) 2.9 Khả cung cấp băng thông a Hướng xuống: Yêu cầu băng thông dịch vụ bản: 52  Băng thông yêu cầu kênh HDTV = 18Mbit/s  Băng thông yêu cầu kênh SHTV = 3Mbit/s  Truy nhập Internet tốc độ cao = 100 Mbit/s thuê bao với tỷ lệ dùng chung 20:1  Voice IP tốc độ 100 Kbit/s Trong tốc độ hướng xuống GPON = 2,488 Mbit/s x hiệu suất 92% = 2289 Mbit/s Trong ứng dụng nhiều nhóm người sử dụng (MDU: Multiple Dwelling Unit), với tủy lệ chia 1:32, GPON cung cấp dịch vụ bao gồm truy cập internet tốc độ cao Voice đến 32 ONU, ONU cung cấp cho thuê bao b Hướng lên ITU G 984 GPON khơng có khả hỗ trợ tất yêu cầu hệ thống mạng mà cung cấp chế QoS riêng cho lớp PON vượt phương thức Ethernet lớp phân loại dịch vụ (CoS: Class of Service) IP lớp để đảm bảo việc phân phát thông tin voice, video TMD chất lượng cao thông qua môi trường chia sẻ TDMA Tuy nhiên, chế CoS lớp lớp đạt mức tối đa QoS lớp truyền tải Nếu lớp truyền tải có độ trễ dung sai lớn việc phân chia mức ưu tiên dịch vụ khơng cịn ý nghĩa Đối với TDMA PON, dung lượng cung cấp QoS hướng lên bị hạn chế tất ONU PON sử dụng hết băng thông hướng lên ưu tiên TDMA Hướng lên GPON có thông lượng đến 1,25 Gbit/s GPON sử dụng băng thông băng để cấp phát đồ với khái niệm khối lưu lượng (T-CONT) cho hướng lên Khung thời gian hướng lên hướng xuống sử dụng khung tiêu chuẩn viễn thơng 8kHz (125µs), dịch vụ đóng gói vào khung theo ngun thơng qua q trình mơ đóng gói GPON (GEM) Giống SONET/SDH, GPON cung cấp khả chuyển mạch bảo vệ với thời gian nhỏ 50ms Điều làm cho GPON có trễ thấp tất lưu lượng hướng lên TDMA từ ONU phép vào khung 8KHz Mỗi khung hướng xuống bao gồm đồ cấp phát băng thông hiệu gửi quảng bá đến tất ONU hỗ trợ tính tinh chỉnh cấp phát băng thơng Cơ chế ngồi băng cho phép GPON DBA hỗ trợ việc điều chỉnh cấp phát băng thông nhiều lần mà không cần phải xếp lại để tối ưu hóa tận dụng băng thơng c Băng thơng hữu ích: 53 Cơng nghệ GPON hỗ trợ tốc độ lên tới 1,25 Gbit/s 2,5 Gbit/s hướng xuống hướng lên, hỗ trợ nhiều mức tốc độ khoảng từ 155 Mbit/s đến 2,5 Gbit/s Hiệu suất sử dụng băng thông đạt 90% 2.10 Khả cung cấp dịch vụ Đặc điểm dịch vụ: GPON triển khai để đáp ứng tỉ lệ dung lượng dịch vụ/chi phí so sánh với mạng cáp đồng/DSL mạng HFC có dung lượng nhỏ mangh SDH/SONET giải pháp quang Ethernet điểm – điểm có chi phí cao Vì phù hợp với hộ gia đình, doanh nghiệp vừa nhỏ, phủ quan công sở Các dịch vụ ba dành cho hộ gia đình: GPON phát triển để mang đến dịch vụ hệ ITTV, truyền hình theo yêu cầu, game trực tuyến, Internet tốc độ cao VoIP với chi phí hiệu quả, băng thông lớn chất lượng đảm bảo cho thuê bao hộ gia đình IP quảng bá qua cấu hình điểm – đa điểm cho phép luồng video truyền tới nhiều thuê bao cách đồng thời Khả cấp phát băng thông động phục vụ tải cho phép nhà cung cấp dịch vụ tối ưu hóa băng thơng quang, tạo nhiều lợi nhuận Băng thông lớn dịch vụ linh hoạt GPON giúp cho GPON trở thành lựa chọn hoàn hảo cho việc cung cấp dịch vụ tới nhiều hộ thuê bao MDU (Multiple Dwelling Units) tịa nhà, khách sạn, chung cư GPON ONU khắc phục DSLAM VDL2 Với doanh nghiệp vừa nhỏ: GPON lựa chọn hoàn hảo cho doanh nghiệp vừa nhỏ có yêu cầu thoại, truy nhập Internet, VPN dịch vụ T1/E1 với chi phí hợp lý GPON có băng thơng đủ lớn có tính QoS cho dịch vụ lớp doanh nghiệp cung cấp sở hạ tằng dịch vụ hộ gia đình nhằm loại trừ yêu cầu xây dựng sở hạ tầng Với Chính phủ, giáo dục y tế: thị trường quan phủ yêu cầu dịch vụ liệu thoại có chất lượng cao băng thơng lớn với chi phí thấp Khả GPON cho phép phục vụ có hiệu số lượng lớn thuê bao khu vực trung tâm văn phịng phủ, cá trường học, bệnh viện khu vui chơi giải trí, khu cơng nghiệp Chính quyền số quốc gia thiết lập mangj GPON để cung cấp dịch vụ thoại liệu tốc độ cao cho lực lượng cảnh sát, văn phịng phủ, tịa án lực lượng cứu hỏa, đặc nhiệm để nâng cao chất lượng phục vụ cộng đồng GPON cách tốt để mang đến trường học Internet tốc độ cao dịch vụ băng rộng khác 54 Các ứng dụng mạng: GPON ứng dụng chủ yếu mạng sau:  GPON ứng dụng mạng truy cập FTTx để cung cấp dịch vụ IPTV, VoD, RF Video (chồng lấn), Internet tốc độ cao VoIP, Voice TDM với tốc độ liệu / thuê bao đạt 1000 Mbit/s, hỗ trợ QoS đủ  Giải trí – CATV, HDTV, PPV, PDVR, IPTV – Hệ thống đường lên Video hoàn thiện cho modem DOCSIS dịch vụ Video tương tác, truyền hình vệ tinh, tất dịch vụ cap quang GPON  Thông tin liên lạc – Các đường thoại, thông tin liên lạc, truy cập Internet, Intranet tốc độ cao, truy cập Internet không dây địa điểm công cộng Đường băng thông lớn (BPLL) làm backhaul cho mạng không dây  Bảo mật – Camera, báo cháy, báo đột nhập Báo động an ninh, trung tâm điều khiển 24/7 với khả giám sát, backup liệu, SANs 2.11 Kết luận Qua nghiên cứu trên, rút số đặc điểm công nghệ GPON sau:  Công nghệ GPON ITU chuẩn hóa tiêu chuẩn ITU G984.x  Kỹ thuật truy nhập sử dụng GPON TDMA  Hỗ trợ nhiều loại tốc độ truy nhập đường lên từ 155 Mbit/s đến 2.5 Gbit/s, hỗ trợ hai tố độ truy nhập đường xuống 1,25 Gbit/s 2,5 Gbit/s  Hướng tới mạng cung cấp dịch vụ đầy đủ, hỗ trợ dịch vụ TDM Ethernet với hiệu suất sử dụng băng thông cao  Vấn đề tắc nghẽn lưu lượng vấn đề liên quan mạng truy nhập quang tốc độ cao giải thủ tục định cỡ phân định băng tần tốc độ với phương pháp kiểm sốt vịng với chu ký thích ứng, chế lập lịc quay vịng khơng đầy đủ đặc biệt chế phân định băng tần sử dụng tập thông báo nhiều hàng đợi  Các thủ tục điều khiển báo hiệu GPON đơn giản đảm bảo giải vấn đề kỹ thuật mạng truy nhập băng rộng tốc độ cao, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật dịch vụ, điều khiến cho GPON cơng nghệ sử dụng băng thông hiệu loại công nghệ PON có 55 Tài liệu tham khảo Credic F.Lam (2007), Passive Optical Networks princeiples anhd practice ITU G.983.1 (1998), Broadband Optical Access Systems Based on Passice Optical Network (PON) ITU G.983.2 (2000), ONT Management and Control Interface Specfication for ATM PON ITU G.984.2 (2003), Gigabit-capable Passive, Optical Network (GPON): Genaral characteristic ITU G.984.3 (2003), Gigabit-capable Passive, Transmission convergence layer specfication Optical Network (GPON): ITU G.984.4 (2003), Gigabit-capable Passive, Optical Network (GPON): ONT management ang control interface specification Th.s Nguyễn Trọng Hiệp (2008), Luận văn thạc sỹ kỹ thuật nghiên cứu mạng quang thụ động GPON Hồng Văn Bình (2008), Nghiên cứu giải pháp công nghệ quang thụ động Gigabit phù hợp với yêu cầu mạng VNTP 56 ... đề ? ?Nghiên cứu công nghệ truy nhập quang thụ động GPON? ?? nhằm mục đích nghiên cứu, tìm hiểu đặc điểm cơng nghệ GPON Chuyên đề thực gồm 02 chương: CHƯƠNG 1: Trình bày tổng quan mạng quang thụ động. .. bao GPON ngày khẳng định công nghệ mạng truy nhập hệ 16 Chương 2: Công Nghệ Mạng Quang Thụ Động GPON Giới Thiệu Chung GPON( Gigabit passive Optical Network) định nghĩa theo chuẩn ITU-T G.984 GPON. .. phần tử thụ động (sợi quang, ghép tách quang, mối hàn, đầu nối) Các phần tử thụ động sợi quang bao gồm: ● Sợi quang ● Bộ tách/ghép quang ● Mối hàn ● Đầu nối quang 1.2.2.1 Sợi quang Sợi quang sử