TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG (PON)
Giới thiệu chung về mạng quang thụ động
Mạng viễn thông đang phát triển mạnh mẽ, kéo theo nhu cầu băng thông cao cho các dịch vụ Internet Trước đây, công nghệ DSL và cáp Modem được sử dụng để cung cấp dịch vụ Internet, nhưng cả hai đều không đáp ứng đủ nhu cầu băng thông hiện tại Công nghệ DSL sử dụng đường dây điện thoại, cải thiện tốc độ nhưng gặp phải vấn đề suy giảm tín hiệu theo khoảng cách Trong khi đó, công nghệ cáp Modem cũng gặp khó khăn trong việc cung cấp băng thông đủ lớn.
Công nghệ PON xuất hiện như một giải pháp tối ưu cho mạng truy nhập băng rộng
Mạng quang thụ động (PON) giải quyết hiệu quả các vấn đề băng thông cho mạng truy nhập mà không cần sử dụng phần tử quang tích cực, giúp tăng tính tin cậy và an toàn PON chỉ bao gồm sợi quang, bộ chia công suất và bộ lọc, không cần nguồn điện, do đó thiết bị nhỏ gọn và tiết kiệm diện tích Mạng PON có thể hoạt động theo mô hình điểm - điểm hoặc điểm - đa điểm Ý tưởng về công nghệ thụ động được phát triển từ những năm 1980 với mô hình cấu trúc dạng cây cho dịch vụ điện thoại Ưu điểm nổi bật của PON là chi phí lắp đặt thấp nhờ tận dụng hệ thống sợi quang có sẵn, đồng thời dễ dàng mở rộng thêm các ONU theo nhu cầu dịch vụ, trong khi các mạng tích cực gặp khó khăn trong việc cấp nguồn và thiết lập thêm các nút mới.
Mạng PON hoạt động theo chế độ không đối xứng, cho phép tốc độ truyền tải dữ liệu giữa đường lên và đường xuống khác nhau Điều này giúp giảm chi phí triển khai, vì các thiết bị có thể sử dụng bộ thu phát có giá thành thấp hơn.
PON có khả năng chống lỗi cao nhờ vào cấu trúc mạng, trong đó các nút nằm bên ngoài, không ảnh hưởng đến các nút khác khi xảy ra tổn hao năng lượng Điều này đặc biệt quan trọng cho mạng truy nhập, vì các nhà cung cấp thường không thể đảm bảo năng lượng dự phòng cho tất cả các đầu cuối ở xa.
Công nghệ PON được xem là giải pháp tối ưu cho mạng truy nhập, đồng thời tương thích với các giao diện SONET/SDH Nó có khả năng hoạt động như một vòng thu quang, thay thế hiệu quả cho các tuyến truyền dẫn ngắn trong mạch vòng SONET/SDH, phục vụ cho cả mạng đô thị.
Kiến trúc của PON
PON hiện nay là giải pháp phổ biến trong mạng truy cập, bao gồm các phần tử quang thụ động như sợi quang, bộ tách/ghép quang thụ động, connector và mối hàn quang trong mạng phân phối ODN Các phần tử tích cực như OLT và ONT là những thành phần chức năng chính trong việc thu phát tín hiệu, với OLT được lắp đặt tại các tổng đài của nhà cung cấp và ONT đặt tại phía khách hàng.
Hình 1.1 Mô hình mạng quang thụ động
OLT là thiết bị quang tích cực tại tổng đài, có chức năng điều khiển luồng thông tin trong mạng phân phối quang ODN OLT kết nối với mạng chuyển mạch qua giao diện chuẩn hóa và cung cấp giao diện truy cập quang theo chuẩn GPON, bao gồm các yếu tố như tốc độ bit, quỹ công suất và jitter.
Hình 1.2 Khối chức năng OLT
Trong hình 1.2 đã thể hiện các khối chức năng trong thiết bị OLT bao gồm 3 khối chức năng chính:
- Khối chức năng dịch vụ: hỗ trợ chuyển đổi giữa các giao diện dịch vụ và giao diện khung TC của phần PON
Khối kết nối chéo đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp đường truyền giữa khối chức năng dịch vụ và khối lõi quang OLT đảm nhận chức năng kết nối chéo, tương ứng với các chế độ được lựa chọn như ATM, GEM, hoặc cả hai.
- Khối lõi PON: gồm 2 phần là giao diện ODN và chức năng PON TC Chức năng PON TC chịu trách nhiệm tạo khung, điều khiển truy nhập
ONU/ONT là thiết bị quang tích cực được lắp đặt tại vị trí của khách hàng, có chức năng nhận tín hiệu quang từ mạng ODN và chuyển đổi chúng thành tín hiệu điện.
Hầu hết các khối chức năng trong ONU tương tự như các khối chức năng trong OLT Thiết bị ONT có hai khối chức năng chính, được thể hiện trong hình 1.3.
- Khối lõi PON gồm: chức năng PON TC, chức năng giao diện ODN (tối đa
2 giao diện khi hoạt động ở chế độ bảo vệ) và bộ MUX/DEMUX để xử lý lưu lượng
- Khối dịch vụ gồm các khối chức năng thích ứng dịch vụ
Hình 1.3 Sơ đồ chức năng ONU
1.2.3 Mạng phân phối quang thụ động ODN
Mạng phân phối quang ODN đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối giữa thiết bị OLT và các ONU, tạo ra môi trường truyền dẫn hiệu quả Trong mạng quang thụ động, mạng phân phối này bao gồm các thành phần thụ động như sợi quang, bộ chia công suất (splitter) và các kết nối (connector) giữa OLT và nhiều ONU.
Trong mạng PON, tín hiệu truyền được tách và ghép thông qua splitter, tùy thuộc vào chiều lên xuống của PON Mạng ODN thường được triển khai trên sợi single mode và áp dụng một số kiểu kiến trúc như hình cây, cấu hình vòng ring hay kiểu bus Kiến trúc hình cây, như thể hiện trong hình 1.4a, là dạng phổ biến nhất trong các kiến trúc này.
Hình 1.4 Một số kiến trúc triển khai mạng PON
Các hệ thống PON đang được triển khai
A-PON hoặc ATM-PON (Mạng quang thụ động ATM) là mạng quang thụ động được xây dựng dựa trên công nghệ ATM, được định nghĩa trong tiêu chuẩn ITU-T G.983 vào năm 1998 và là tiêu chuẩn đầu tiên được phát triển cho mạng PON Các thông số kỹ thuật ban đầu được xác định cho mạng PON được đưa ra bởi FSAN, nhóm này sử dụng tiêu chuẩn ATM làm giao thức báo hiệu Lớp 2 (Liên kết dữ liệu) A-PON phù hợp với các kiến trúc mạng truy cập khác nhau, chẳng hạn như FTTH (Cáp quang đến nhà), FTTB / C (cáp quang đến tòa nhà / đến kết nối) và FTTCab Hệ thống APON thế hệ đầu tiên có tốc độ 155 Mbps, tỉ lệ chia tối đa 1:32, tốc độ cho mỗi người dùng vào khoảng 4,8 Mbps Ở thế hệ thứ 2 của APON tốc độ được nâng lên 622 Mbps chiều lên và 155 Mbps chiều xuống với tỉ lệ chia không đổi Ở thế hệ thứ 3 APON tốc độ đối xứng 622 Mbps và tỉ lệ chia không đổi so với 2 hệ thống cũ Phạm vi tiếp cận điển hình của hệ thống APON là khoảng 10 km
Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ Ethernet, APON đã trở nên lỗi thời và khái niệm về Mạng quang thụ động băng thông rộng (B-PON) đã ra đời B-PON, tiêu chuẩn mạng quang thụ động thứ hai được ITU-T định nghĩa, nằm trong các bản sửa đổi của tiêu chuẩn ITU-T 983, từ G.983.1 đến G.983.8 Công nghệ B-PON cải tiến A-PON, cho phép tích hợp và truy cập nhiều dịch vụ hơn như Ethernet, phân phối video, VPL và ghép kênh theo bước sóng (WDM), từ đó đạt được băng thông lớn hơn.
Tiêu chuẩn BPON cho phép sử dụng một hoặc hai sợi quang để truyền dẫn Nếu chỉ sử dụng một sợi, bước sóng 1310 nm được dùng cho đường xuống, trong khi 1550 nm được áp dụng cho đường lên Đối với trường hợp sử dụng hai sợi quang, một sợi dành cho đường lên và một sợi cho đường xuống, bước sóng 1310 nm được sử dụng cho cả hai hướng truyền dẫn.
Tiêu chuẩn B-PON G.983.1 quy định kiến trúc đối xứng với tốc độ truyền dữ liệu 155 Mbps cho cả hướng xuống và hướng lên Sau đó, tiêu chuẩn này được điều chỉnh để nâng cao tốc độ truyền, cho phép cấu trúc không đối xứng với tốc độ 155 Mbps cho đường lên và 622 Mbps cho đường xuống.
Năm 2002, các mạng tiêu chuẩn BPON được xây dựng tại Nhật Bản Năm 2003, Verizon triển khai mạng tiêu chuẩn BPON ở Mỹ và có hơn một triệu thuê bao
GPON là công nghệ PON tiên tiến, được phát triển để khắc phục những hạn chế về tốc độ và tính tương thích của BPON với lưu lượng IP Được ITU-T phê duyệt trong khuyến nghị G.984, GPON cung cấp băng thông vượt trội so với các phiên bản trước, đồng thời nâng cao hiệu quả trong việc vận chuyển các dịch vụ dựa trên IP.
GPON cung cấp tốc độ lên tới 2,488 Gbps cho đường xuống và 1,244 Gbps cho đường lên, mang lại tốc độ cao cho người dùng với khả năng đạt 100 Mbps mỗi người nếu cấu hình phù hợp Tuy nhiên, tốc độ này còn phụ thuộc vào số lượng người dùng và chất lượng thiết bị Công nghệ này là lựa chọn tối ưu cho các ứng dụng FTTH và FTTB.
Trong GPON, phương thức truy cập TDMA là phổ biến nhất, với băng tần được chia thành các khe thời gian, mỗi khe được sử dụng bởi ONU.
Mô hình hệ thống mạng quang GPON sử dụng phương thức đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA, với ghép kênh song hướng thông qua hai sợi quang riêng biệt cho đường lên và đường xuống Phương pháp này giúp giảm thiểu ảnh hưởng của phản xạ quang và cải thiện chất lượng đường truyền Tuy nhiên, việc sử dụng sợi quang riêng biệt cũng dẫn đến việc gia tăng số lượng sợi cần thiết trong hệ thống.
Hình 1.5 Mô hình GPON TDMA
Công nghệ GPON không chỉ mang lại tốc độ cao mà còn cho phép các nhà cung cấp dịch vụ duy trì các dịch vụ truyền thống mà không cần thay đổi thiết bị Nhờ vào phương pháp đóng gói GEM (GPON Encapsulation Method), GPON hỗ trợ đa dạng các loại dịch vụ Hơn nữa, GPON cung cấp khả năng quản lý và bảo trì vượt trội thông qua OAM nâng cao, từ tổng đài đến các kết nối.
Ethernet - PON là một hệ thống mạng quang thụ động, được đề cập trong khái niệm Ethernet in the First Mile (EFM) và được phát triển bởi nhóm nghiên cứu IEEE chuyên về Ethernet.
Hệ thống EPON dựa trên việc vận chuyển lưu lượng Ethernet ở lớp 2, thay vì sử dụng tế bào ATM, và tận dụng lợi ích từ sợi quang trong quá trình vận chuyển Theo tiêu chuẩn IEEE 802.3ah được ban hành vào tháng 6/2004, EPON hoạt động với tốc độ Gigabit, trong đó tốc độ truy cập của từng người dùng phụ thuộc vào số lượng ONU kết nối với mỗi OLT Một trong những ưu điểm nổi bật của hệ thống này là khả năng cung cấp QoS (Chất lượng dịch vụ) cho cả kênh đường lên và đường xuống.
EPON là tiêu chuẩn mạng quang thụ động phổ biến tại châu Á, đặc biệt ở Trung Quốc, Nhật Bản và Hàn Quốc Kể từ năm 2005, EPON đã trở thành công nghệ thống trị tại Nhật Bản Một biến thể của EPON là GE-PON, được phát triển với tốc độ lên tới 10 Gbps, đáp ứng nhu cầu phân phối nhiều dịch vụ yêu cầu băng thông lớn.
Tiêu chuẩn G.989, được chuẩn hóa gần đây bởi ITU-T, là tiêu chuẩn đầu tiên được trình bày trong khuyến nghị G.989.1, mô tả các yêu cầu cơ bản cho hệ thống mới và đã được phê duyệt vào năm 2013.
NG-PON2 không yêu cầu khả năng tương thích với các tiêu chuẩn PON trước đó, mà tập trung vào việc cung cấp các thông số đường truyền vượt trội hơn Hệ thống NG-PON2 được thiết kế để hỗ trợ tốc độ lên tới 40Gbps cho đường xuống và 10Gbps cho đường lên, nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về băng thông và hiệu suất mạng.
Hệ thống NG-PON2 yêu cầu khoảng cách tối đa là 60km, trong đó PON2 phải đạt 40km với hạ tần thụ động Ngoài ra, NG-PON2 sử dụng băng tần mới, với chiều xuống tại dải bước sóng 1596nm – 1603nm và chiều lên tại dải bước sóng 1524nm – 1544nm.
Xu hướng phát triển mạng quang thụ động
Mạng truy nhập quang thụ động (PON) đang được triển khai toàn cầu để cung cấp dịch vụ băng rộng đến tận hộ gia đình một cách kinh tế và hiệu quả Các công nghệ A-PON và B-PON, dựa trên công nghệ ATM, cung cấp tốc độ tối đa 622 Mbps nhưng không đáp ứng được nhu cầu băng thông cao hơn cho Ethernet và video Để khắc phục điều này, ITU-T và IEEE đã chuẩn hóa hai hệ thống PON mới là GPON và EPON EPON, theo tiêu chuẩn IEEE 802.3ah, cung cấp tốc độ 1 Gbps đối xứng, trong khi GPON, theo khuyến nghị ITU-T G.984, cung cấp tốc độ truyền lên tới 2.448 Gbps và hiệu suất đạt 93% Hiện nay, GPON và EPON đang cạnh tranh và được áp dụng rộng rãi nhờ vào những ưu điểm vượt trội của chúng.
Hình 1.7 Các giai đoạn phát triển của mạng quang thụ động
Trên hình 1.7 thể hiện các giai đoạn phát triển của mạng quang thụ động trước đây và trong tương lai
Trong thời gian tới, các dịch vụ truyền thông video và IoT dự kiến sẽ phát triển mạnh mẽ, đòi hỏi sự nâng cấp và cải tiến các công nghệ mạng quang thụ động Đặc biệt, mạng quang thụ động thế hệ kế tiếp NG-PON, với tiêu chuẩn 10GEPON, sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất của mạng quang thụ động Ethernet.
Chuẩn 10 Gb được IEEE phát hành với hai loại hệ thống: đối xứng với tốc độ 10Gbps cho cả đường lên và đường xuống, và không đối xứng với đường lên 1Gbps và đường xuống 10Gbps ITU-T cũng chuẩn hóa công nghệ mạng quang thụ động thế hệ tiếp theo XG-PON, bao gồm hai loại tốc độ: 10Gbps đối xứng và bất đối xứng với đường lên 2,5Gbps và đường xuống 10Gbps Mạng quang thụ động XG-PON của ITU-T cho phép các nhà cung cấp dịch vụ chuyển đổi dễ dàng từ hệ thống truy cập quang GPON hiện tại lên XG-PON, sử dụng chung cơ sở hạ tầng mạng phần phối ODN đã triển khai cho công nghệ GPON trước đó, đồng thời cho phép hai hệ thống hoạt động trên cùng một hạ tầng nhờ kỹ thuật ghép kênh phân chia bước sóng.
Hệ thống NG-PON1 là phiên bản nâng cao của TDM PON từ GPON, với XG-PON1 kế thừa khung và cơ chế quản lý của GPON Công nghệ này cung cấp dịch vụ với tốc độ cao và khả năng phân chia lớn, hỗ trợ cấu trúc mạng PON phẳng XG-PON1 duy trì kiến trúc điểm - đa điểm của GPON, phục vụ các kịch bản truy cập như FTTH và FTTB Khi nhu cầu băng thông gia tăng do sự phát triển của các nền tảng như Youtube và Netflix, mạng truy cập quang cần được nâng cấp để đáp ứng Sự kết hợp giữa các thiết bị truyền và nhận tín hiệu quang, laser và bộ khuếch đại hiện tại vẫn gặp hạn chế, làm giảm dung lượng so với tiềm năng lý thuyết Dự báo trong tương lai, công nghệ PON sẽ đạt tốc độ 100Gbps và có thể hoạt động ở khoảng cách trên 100Km.
Kết luận chương
Chương 1 đã cung cấp cái nhìn tổng quan về mạng truy nhập quang thụ động PON, bao gồm mô hình kiến trúc và các thành phần chính của mạng Bên cạnh đó, chương cũng đã phân tích một số công nghệ PON thế hệ trước như APON, BPON, GPON, EPON và những công nghệ PON thế hệ tiếp theo Cuối cùng, chương 1 còn đề cập đến xu hướng phát triển của mạng quang thụ động trong tương lai.
CÔNG NGHỆ XG-PON
Tổng quan về công nghệ quang thụ động XG-PON
Nhu cầu băng thông đang gia tăng nhanh chóng do sự phát triển của các dịch vụ P2P, HDTV, 3DTV và Điện toán đám mây, đặt ra những thách thức mới trong việc triển khai và vận hành băng thông Để đáp ứng yêu cầu này, các tiêu chuẩn mạng quang thụ động mới cần đảm bảo cung cấp băng thông cao hơn cho người dùng cuối so với các tiêu chuẩn trước đây Đồng thời, việc chuyển đổi mượt mà sang công nghệ PON mới là một yếu tố quan trọng cho cả nhà cung cấp dịch vụ và người dùng cuối.
Mặc dù hệ thống GPON hiện tại có khả năng cung cấp băng thông đủ cho nhu cầu trước mắt, nhưng nhu cầu băng thông ngày càng tăng sẽ sớm đòi hỏi một giải pháp mạnh mẽ hơn Để tiếp nối các hệ thống mạng truy nhập quang thụ động trước đây, ITU-T đã tiến hành chuẩn hóa hệ thống mạng quang thụ động thế hệ tiếp theo, được gọi là XG-PON, theo các khuyến nghị ITU-T G.987, với khuyến nghị đầu tiên được phát hành vào năm 2010.
Hệ thống mạng quang thụ động thế hệ tiếp theo XG-PON bao gồm ba thành phần chính: mạng phân phối quang ODN, OLT và ONU Công nghệ XG-PON cho phép nâng cấp từ hệ thống GPON hiện tại lên mạng truy cập quang thụ động với tốc độ 10 Gigabit, đồng thời cho phép hai hệ thống GPON và XG-PON hoạt động chung trên cùng một cơ sở hạ tầng nhờ vào bộ ghép kênh WDM Mạng quang thụ động 10 Gigabit được chia thành hai giai đoạn: XG-PON1 với tốc độ không đối xứng 2.5 Gbps cho đường lên và 10 Gbps cho đường xuống, và XG-PON2 với tốc độ đối xứng 10 Gbps cho cả hai chiều.
Phần quang của hệ thống mạng truy nhập cục bộ có thể được phân loại thành hai loại: chủ động và thụ động, với kiến trúc bao gồm điểm-điểm hoặc điểm-đa điểm Các kịch bản FTTx, như được thể hiện trong Hình 2.1, chỉ khác nhau về dịch vụ mà chúng phục vụ và vị trí của ONU/ONT, trong khi ODN sẽ là chung cho tất cả các mô hình này.
Hình 2.1 Kiến trúc mạng XG-PON
Hình 2.2 biển diễn tổng hợp một các kịch bản triển khai của XG-PON
Hình 2.2 Tổng hợp kịch triển khai XG-PON
Kiến trúc vật lý của hệ thống XG-PON tương tự như các mạng quang thụ động trước đó, bao gồm mạng phân phối quang ODN, thiết bị OLT và các ONU/ONT Các thiết bị quang tích cực như OLT được lắp đặt tại các trung tâm điều hành, trong khi ONT/ONU được đặt tại phía thuê bao khách hàng, với các điều chỉnh cần thiết để đảm bảo đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng của hệ thống XG-PON.
Kiến trúc phân lớp hệ thống XG-PON
Mô hình tham chiếu giao thức của XG-PON được chia thành hai tầng: Tầng phụ thuộc phương tiện vật lý (PMD) và tầng hội tụ truyền dẫn (XGTC)
2.2.1 Tầng phụ thuộc phương tiện vật lý PMD
Hệ thống XG-PON sử dụng dải bước sóng mới với tín hiệu đường xuống nằm trong khoảng 1575-1580 nm (và 1575-1581 nm cho ứng dụng ngoài trời), trong khi tín hiệu đường lên của XG-PON1 nằm trong O-band với dải bước sóng từ 1260 nm.
1280 nm Dải bước sóng này cũng phù hợp với dải bước sóng đường xuống của hệ thống 10GEPON được chuẩn hóa trong tiêu chuẩn IEEE 802.3av
Hình 2.3 Phân bổ bước song XG-PON
Hình 2.3 trình bày kế hoạch phân bổ bước sóng, bao gồm các dải bước sóng dành riêng cho các dịch vụ bổ sung Dải bước sóng tín hiệu đường xuống XG-PON được gọi là "Basic band", trong khi các băng tần dành riêng được gọi là "Enhancement Band" – dải băng tần nâng cao Các ứng dụng cho băng tần nâng cao có thể bao gồm dịch vụ G-PON hoặc Video.
Dải bảo vệ trong hệ thống XG-PON đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn cách dải tần đường lên và đường xuống với dải tần nâng cao Việc giao thoa giữa các tín hiệu trong hai dải tần này có thể dẫn đến suy giảm tín hiệu lẫn nhau, do đó cần thiết phải giảm thiểu sự giao thoa này đến mức tối thiểu để đảm bảo hiệu suất truyền tải.
2.2.1.2 Tốc độ và đường mã
Hệ thống quang thụ động XG-PON phát triển qua hai giai đoạn chính Giai đoạn đầu tiên, XG-PON1, cung cấp tốc độ không đối xứng với 10 Gbps cho đường xuống và 2.5 Gbps cho đường lên Giai đoạn tiếp theo, XG-PON2, sẽ chuyển sang hệ thống đối xứng với tốc độ 10 Gbps cho cả đường lên và đường xuống.
Về đường mã trong XG-PON, mã NRZ là loại mã được sủ dụng cho cả đường lên và đường xuống
Hiện tại, XG-PON1 đã được định nghĩa với hai loại quỹ công suất: Quỹ Nominal1 (N1) cho phép suy hao từ 14 dB đến 29 dB, giúp XG-PON hoạt động kết hợp với các hệ thống PON Gigabit như GPON và EPON trên cùng một mạng phân phối quang Quỹ Nominal2 (N2) có suy hao từ 16 dB đến 31 dB Các quỹ công suất khác đang trong quá trình nghiên cứu và chuẩn hóa thêm.
2.2.1.4 Chia tỷ lệ và khoảng cách sợi quang
Nhiều nhà mạng đã triển khai mạng phân phối quang theo tiêu chuẩn GPON với tỉ lệ chia từ 1:32 đến 1:64, trong đó tỉ lệ 1:64 được chọn làm tỉ lệ chia tối thiểu cho tiêu chuẩn XG-PON Để mở rộng PON tới người dùng và nâng cao hiệu quả kinh tế, có thể áp dụng các tỉ lệ chia lớn hơn như 1:128 hoặc 1:256 Hình 2.4 minh họa tỉ lệ chia chung của hệ thống XG-PON.
Hình 2.4 Tỉ lệ chia chung XG-PON
XG-PON yêu cầu hỗ trợ khoảng cách sợi quang tối đa ít nhất 20km, với tầng hội tụ truyền dẫn có thể đạt khoảng cách tối đa 60km Khoảng cách sợi quang sai khác tối đa là 40km, được xác định là khoảng cách giữa ONU gần nhất và ONU xa nhất.
2.2.2 Lớp hội tụ truyền dẫn XG-PON
Lớp XGTC trong ngăn xếp giao thức XG-PON quy định các định dạng và quy trình ánh xạ giữa các đơn vị dữ liệu dịch vụ SDU của lớp trên và các dòng bit tương ứng, nhằm điều chế sóng mang quang.
Lớp XGTC trong hệ thống XG-PON bao gồm ba phân lớp: phân lớp thích ứng dịch vụ, phân lớp định khung và phân lớp thích ứng vật lý Lớp này hiện diện cả ở OLT và ONU Trong đường xuống, giao diện giữa lớp XGTC và lớp phụ thuộc vật lý (PMD) được thể hiện qua dòng bit liên tục với tốc độ giao diện danh nghĩa, được chia thành các khung 125 μs Ngược lại, trong đường lên, giao diện giữa lớp XGTC và lớp PMD được biểu diễn bằng chuỗi các cụm được định thời chính xác.
Hình 2.5 Ánh xạ SDU đường xuống
Tầng hội tụ truyền dẫn XG-PON định nghĩa khuôn dạng tín hiệu và quy trình tách, ghép dữ liệu giữa các đơn vị dữ liệu dịch vụ (SDU) của tầng trên, đồng thời tạo ra và tách luồng bit để điều chế sóng mang Trong hướng đường xuống, giao diện giữa tầng XGTC và tầng PMD được thể hiện bằng chuỗi bit liên tục với tốc độ 10Gbit/s, được phân chia thành các khung 125 micro giây Ngược lại, trong hướng đường lên, giao diện giữa hai tầng là các chuỗi burst quang theo thời gian Quá trình này bao gồm tách, ghép và xử lý chuyển đổi các SDU thành luồng bit vật lý cho cả hai hướng đường lên và xuống, như minh họa trong hình 2.5 và hình 2.6.
Hình 2.6 Ánh xạ SDU đường lên 2.2.2.1 Phân lớp thích ứng dịch vụ XGTC
Phân lớp thích ứng dịch vụ XGTC đảm nhận việc đóng gói, ghép kênh và phân định SDU lớp trên trong quá trình truyền dẫn qua PON Tại phía phát, lớp này chấp nhận dữ liệu dịch vụ dưới dạng khung người dùng hoặc lưu lượng OMCI, thực hiện phân đoạn khi cần thiết, gán XGEM Port-ID cho các SDU hoặc phần SDU, và sử dụng phương pháp đóng gói dữ liệu XG-PON để tạo ra các khung XGEM Mã hóa cho tải tin khung XGEM là tùy chọn, và chuỗi khung XGEM tạo thành tải tin của khung XGTC truyền ở đường xuống hoặc trong các burst XGTC ở hướng lên Tại phía thu, lớp thích ứng dịch vụ XGTC tiếp nhận tải tin từ các burst và khung XGTC, thực hiện phân định khung XGEM, lọc khung dựa vào XGEM Port-ID, giải mã tải tin nếu cần, và tập hợp các SDU để chuyển đến các client tương ứng theo yêu cầu.
2.2.2.2 Phân lớp định khung XGTC framing
Phân lớp định khung XGTC đảm nhận vai trò xây dựng và phân tích các trường trong khung XGTC phục vụ quản lý PON Các khung được thiết kế để căn chỉnh theo ranh giới 4 byte Tại phía phát, phân lớp này tiếp nhận các tập khung XGEM từ phân lớp thích ứng dịch vụ XGTC, xây dựng khung XGTC đường xuống hoặc burst XGTC đường lên với các trường tiêu đề chứa thông tin quản lý ghép khung TDMA, băng thông và các thông tin điều khiển khác Ở phía thu, phân lớp định khung nhận và phân tích khung hoặc burst XGTC, trích xuất luồng bản tin PLOAM và chuyển tải tin XGTC tới phân lớp thích ứng dịch vụ, trong khi luồng bản tin PLOAM được gửi đến bộ xử lý PLOAM Thông tin EOAM liên quan đến quản lý băng thông đường lên được xử lý trong phân lớp này, cung cấp điều khiển cho phân lớp thích ứng PHY và dịch vụ, trong khi phần còn lại được chuyển đến các thực thể điều khiển bên ngoài như khối quản lý nguồn ONU và giám sát hiệu suất.
2.2.2.3 Phân lớp thích ứng tầng vật lý
Phân lớp thích ứng vật lý có chức năng tối ưu hóa dòng bit điều chế máy phát quang nhằm nâng cao khả năng phát hiện, tiếp nhận và phân định tín hiệu trong môi trường quang Tại phía phát, lớp này tiếp nhận các khung XGTC (chiều xuống) hoặc burst XGTC (chiều lên) từ phân lớp định khung, sau đó phân tách thành các khối dữ liệu FEC, thực hiện tính toán và ghép các trường chẵn lẻ FEC vào từng khối dữ liệu Quá trình này cũng bao gồm việc xáo trộn nội dung bảo vệ bởi FEC, bổ sung khối đồng bộ vật lý cho truyền tải đường xuống (PSBd) hoặc đường lên (PSBu), và đảm bảo liên kết thời gian cho luồng bit kết quả.
Hình 2.7 Khối đồng bộ vật lý đường xuống (PSBd)
Hình 2.7 minh họa cấu trúc của khối đồng bộ vật lý đường xuống (PSBd) với kích thước 24 bytes, bao gồm các cấu trúc riêng biệt 8 bytes như Psync, superframe counter (SFC) và PON-ID.
Hình 2.8 Khối đồng bộ vật lý đường lên
Khối đồng bộ vật lý đường lên bao gồm hai phần chính là Preamble và Delimiter, giúp bộ thu quang của OLT điều chỉnh tín hiệu quang và phân tách các burst Chiều dài và kiểu của Preamble và Delimiter xác định biên dạng của burst, trong khi các biên dạng burst được phép được OLT chỉ định thông qua bản tin Profile PLOAM Cấu hình cụ thể cho burst PHY được OLT chọn trong trường BurstProfile trong phân bổ BWmap tương ứng Phân lớp đáp ứng dịch vụ tại phía thu thực hiện đồng bộ vật lý, phân định luồng bit, giải mã nội dung khung hoặc burst PHY, thực hiện sửa lỗi FEC và trích xuất các ký hiệu FEC, từ đó cung cấp các khung XGTC kết quả hoặc burst XGTC bùng nổ đến phân lớp định khung XGTC.
Đóng khung lớp hội tụ truyền dẫn
Khung XGTC đường xuống có kích thước cố định là 135432 byte, bao gồm tiêu đề XGTC và phần tải tin XGTC Tải tin này được hình thành ở phía truyền và xử lý ở phía nhận bởi phân lớp thích ứng dịch vụ Cấu trúc của khung XGTC đường xuống được mô tả trong Hình 2.10, với tiêu đề bao gồm các trường HLend có kích thước cố định và hai trường có kích thước thay đổi là BWmap và PLOAM đường xuống (PLOAMd).
Hình 2.10 Cấu trúc khung XGTC đường xuống
HLend là một cấu trúc 4 byte điều khiển kích thước của các trường có kích thước thay đổi trong XGTC Nó bao gồm 3 trường con là:
- BWmap length: kích thước 11 bit xác định số lượng cấu trúc phân bổ trong phần BWmap
- PLOAM count: kích thước 8 bit xác định số lượng các bản tin PLOAM trong phân vùng PLOAMd
- HEC: kích thước 13 bit, trường phát hiện và sửa lỗi cho cấu trúc Hlend
Phân vùng BWmap bao gồm các cấu trúc phân bổ 8 byte, với số lượng cấu trúc được xác định trong trường BWmap length Chiều dài thực tế của BWmap là 8xN bytes Hình 2.11 minh họa cấu trúc của phân vùng BWmap, hiển thị các cấu trúc phân bổ cùng với chi tiết các trường trong cấu trúc đó.
Hình 2.11 Cấu trúc phân vùng BWmap
Một cấu trúc phân bổ bao gồm các trường:
- Alloc-ID: 14 bit xác định người nhận phân bổ băng thông
- Flags: 2 bit Bao gồm 2 chỉ số là DBRu và PLOAMu dùng cho báo hiệu
- StrartTime: 16 bit xác định byte đầu tiên của burst XGTC đường lên trong khung PHY đường lên
- GrantSize: kích thước 16 bit xác định chiều dài của dữ liệu tải tin XGTC với giá trị DBRu được truyền trong phân bổ cụ thể
- Trường FWI: cho phép OLT đánh thức ONU đang ở chế độ công suất thấp, nếu như ONU hỗ trợ quản lý qua giao thức
- Trường BurstProfile: trường kích thước 2 bit bao gồm chỉ số của burst profile được sử dụng bởi phân lóp đáp ứng PHY của ONU để hình thành PHY burst
- Trường HEC: trường kiểm tra lai ghép xác định và sửa lỗi cho cấu trúc phân bổ
Phân vùng PLOAMd chứa các bản tin PLOAM với chiều dài mỗi bản tin là 48 bytes Số lượng bản tin PLOAM trong phân vùng này được xác định qua trường PLOAM count trong cấu trúc Hlend Chiều dài thực tế của PLOAMd được tính bằng công thức 48xP bytes.
Hình 2.12 Cấu trúc phân vùng PLOAMd
2.3.2 Đóng khung XGTC đường lên
Giao diện giữa phân lớp đóng khung XGTC và phân lớp thích ứng XGTC PHY trong chiều lên được thể hiện qua một burst XGTC đường lên Burst này được truyền bởi một ONU với kích thước động, bao gồm tiêu đề burst, nhiều khoảng phân bổ băng thông liên kết với Alloc-ID cụ thể, và trailer XGTC Kích thước của mỗi khoảng phân bổ được quy định bởi cấu trúc phân bổ của BWmap.
Hình 2.13 Cấu trúc và các trường trong burst XGTC đường lên
Mỗi khoảng thời gian phân bổ băng thông không chỉ bao gồm phần tải tin XGTC mà còn có thể chứa chi phí phân bổ trước phần tải tin này Tải tin XGTC được tạo ra ở phía truyền và được xử lý ở phía nhận bởi thực thể lớp con thích ứng với dịch vụ tương ứng.
Bài viết bao gồm một phần cố định 4 byte và một phần không cố định Phần không cố định có thể chứa các byte bằng không hoặc một thông điệp PLOAM dài 48 byte, tùy thuộc vào giá trị của cờ PLOAMu trong cấu trúc phân bổ BWmap tương ứng.
Phần kích thước cố định bao gồm các trường:
ONU-ID có kích thước 10 bit, chứa giá trị duy nhất của ONU OLT sử dụng trường này để đối chiếu với BWmap, giúp xác định chính xác ONU đang truyền tín hiệu.
- Ind: trường 9 bit cung cấp báo hiệu lỗi của trạng thái ONU
- Trường HEC: phát hiện và sửa lỗi tiêu đề XGTC
Trường PLOAMu sẽ có một bản tin PLOAM được quản lý bởi OLT, với cờ PLOAMu trong cấu trúc phân bổ đầu tiên của tập bust phân bổ.
Khối này có thể có hoặc không, nếu có chi phí phân bổ bao gồm cấu trúc DBRu
DBRu được điều khiển bởi OLT thông qua cờ DBRu trong cấu trúc phân bổ BWmap Cấu trúc DBRu có kích thước 4 byte và chứa báo cáo trạng thái bộ đệm liên kết với Alloc-ID, bao gồm hai trường con là BufOcc và CRC.
- Trường BufOcc dài 3 bit bao gồm tổng số lưu lượng SDU thể hiện bằng từ
Trường CRC sử dụng cấu trúc DBRu được bảo vệ bằng CRC-8, cho phép phía thu thực hiện việc phát hiện và sửa lỗi Nếu phát hiện lỗi trong quá trình kiểm tra, DBRu sẽ bị loại bỏ để đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu.
2.3.2.3 Phần đuôi XGTC burst đường lên
BIP là một trường dài 4 byte được tính toán dựa trên toàn bộ burst XGTC, và bộ thu OLT sử dụng BIP để xác thực nhằm ước tính BER trên liên kết quang đường lên Tuy nhiên, ước tính BER dựa trên BIP chỉ có hiệu lực khi FEC bị tắt Khi FEC ngược dòng được bật trong lớp con thích ứng PHY, ước tính BER thô sẽ được thu thập từ kết quả hiệu chỉnh FEC.
2.3.3 Kỹ thuật đóng gói tin XG-PON (XGEM)
Trong hệ thống XG-PON, SDU bao gồm khung dữ liệu người dùng và khung quản lý PON mức cao (OMCI), được truyền qua phần tải tin XGTC của khung XGTC đường xuống và các XGTC bursts đường lên Phương thức đóng gói XG-PON, hay còn gọi là XGEM, hỗ trợ phân mảnh, đóng gói và phân định SDU, cho phép sử dụng đồng thời ở cả hai hướng truyền tải.
2.3.3.1 Định khung XGEM a) Cấu trúc khung XGTC
Hình 2.14 cấu trúc tải tin XGTC payload
Tải tin XGTC được chứa trong các khung XGTC đường xuống và các XGTC bursts đường lên, với kích thước tải tin trong khung XGTC đường xuống cố định ở mức 135432 byte, nhỏ hơn kích thước tiêu đề khung XGTC Mỗi phần tải tin XGTC trong một cụm đường lên tương ứng bằng kích thước phân bổ trừ đi chi phí phân bổ Tải tin XGTC có thể chứa một hoặc nhiều khung XGEM, và cấu trúc của tải tin này được minh họa trong hình 2.14.
Kích thước tải tin XGTC trong khung XGTC đường xuống được xác định bằng kích thước khung XGTC trừ đi kích thước tiêu đề khung XGTC Mỗi phần tải tin XGTC trong một cụm ngược dòng cụ thể tương ứng với kích thước phân bổ trừ chi phí phân bổ Tải tin XGTC có thể chứa một hoặc nhiều khung XGEM, với mỗi khung XGEM có kích thước tối thiểu 16 bytes, bao gồm hai phần: tiêu đề Header và tải tin Payload.
Hình 2.15 Tiêu đề khung XGEM
Khung XGEM được mô tả trong Hình 2.15 với cấu trúc chi tiết của các trường trong tiêu đề Tiêu đề khung XGEM có kích thước 8 bytes và bao gồm các trường quan trọng như PLI, Key Index, XGEM port-ID, Options, LF và HEC.
- Trường PLI (Payload length indication): kích thước 14 bits mang thông tin về chiều dài tính theo byte của SDU chứa bên trong phần tải tin XGEM
Quản lý hệ thống XG-PON
Thông tin quản lý và điều khiển vận hành trong hệ thống XG-PON được truyền tải qua ba kênh chính: EOAM (Embedded OAM), PLOAM (Physical layer OAM) và một kênh thứ ba.
The ONU Management and Control Interface (OMCI) is essential for managing the functions of the XGTC and PMD layers through Embedded OAM and PLOAM channels, while also providing a unified system for overseeing higher layers.
Kênh Embedded OAM được cung cấp thông qua các trường tiêu đề và cấu trúc trong khung XGTC đường xuống cùng các burst XGTC đường lên, tạo ra một đường dẫn có độ trễ thấp cho thông tin kiểm soát khẩn cấp Mỗi phần thông tin được ánh xạ trực tiếp vào một trường cụ thể, giúp tối ưu hóa quá trình truyền tải Kênh này hỗ trợ các chức năng quan trọng như điều khiển hồ sơ và định thời các burst PHY hướng lên, phân bổ băng thông, lựa chọn khóa mã hóa dữ liệu, và báo hiệu ấn định băng thông động.
Kênh PLOAM là một kênh bản tin được truyền tải trong các khoảng trống trên khung XGTC đường xuống và burst đường lên, phục vụ cho việc quản lý thông tin XGTC và PMD mà không qua kênh OAM Kênh này cung cấp tính năng đa dạng hơn kênh EOAM và có tốc độ nhanh hơn so với kênh OMCI Ngoài ra, PLOAM hỗ trợ quản lý lớp hội tụ truyền dẫn XG-PON bằng cách truyền các bản tin 48 byte trong phần PLOAM của khung XGTC cả đường xuống và đường lên.
Kênh PLOAM hỗ trợ các chức năng sau:
- Trao đổi thông tin cập nhật mã hóa
- Đồng bộ chuyển mạch bảo vệ
- Quản lý công suất Định dạng bản tin PLOAM bao gồm các trường sau:
Trường ONU-ID bao gồm 6 bit dành riêng và 10 bit chỉ định người nhận gói tin đường xuống hoặc người gửi gói tin đường lên Trong quá trình kích hoạt ONU, mỗi ONU được gán một ONU-ID trong khoảng từ 0-1022, trong khi giá trị 1023 đại diện cho bản tin broadcast trong chiều xuống hoặc không được gán cho ONU nào trong chiều lên.
The Message Type ID field is an 8-bit identifier that categorizes messages and defines the structure of the message payload Certain downstream messages, such as Profile (0x01) and Assign_ONU-ID (0x03), link an ONU-ID value to the serial number of the ONU.
Trường SeqNo là một trường 8 bit, đóng vai trò như một bộ đếm thứ tự, nhằm đảm bảo tính mạnh mẽ cho kênh bản tin PLOAM Trong hướng xuống, trường SeqNo giúp duy trì độ tin cậy và ổn định của thông tin truyền tải.
Nội dung trường Message được sử dụng để tải tin cho các bản tin PLOAM, với nội dung tải tin được xác định dựa trên ID loại tin nhắn Các Octet không được sử dụng sẽ được đệm bằng giá trị 0x00 từ phía phát và sẽ bị bỏ qua ở phía thu.
Trường kiểm tra tính toàn vẹn thông điệp (MIC) là một trường 8 byte quan trọng, được sử dụng để xác thực người gửi và ngăn chặn các cuộc tấn công giả mạo bản tin PLOAM Khi bản tin PLOAM bị phía nhận bỏ qua, trường MIC sẽ bị lỗi MIC được tính toán bởi phía gửi dựa trên nội dung của bản tin PLOAM và khóa chia sẻ, sau đó được gửi kèm với bản tin PLOAM.
Kênh OMCI được sử dụng để quản lý các lớp dịch vụ trên XGTC, chịu trách nhiệm lọc và đóng gói các khung XGEM chứa thông tin OMCI Tương tự như GPON, OMCI là cơ chế quản lý cho phép truyền tải dữ liệu qua một kết nối GEM đặc biệt, gọi là kênh OMCI Trong hệ thống XG-PON, OLT quản lý và cấu hình các ONU thông qua kênh này, bao gồm các khía cạnh quản lý cấu hình, quản lý lỗi, quản lý hiệu năng và quản lý bảo mật.
Kiến trúc ghép kênh phân chia thời gian
Vào buổi chiều, quá trình ghép kênh được thể hiện trong hình 2.18, trong đó OLT thực hiện việc ghép các khung XGEM vào môi trường truyền thông qua XGEM port-ID để xác định các khung XGEM thuộc về các kết nối logic đường xuống khác nhau Mỗi ONU sẽ lọc các khung XGEM đường xuống dựa trên XGEM port-ID và chỉ xử lý các khung XGEM tương ứng với ONU của mình.
Trong hệ thống XG-PON, chức năng ghép kênh lưu lượng được phân phối trong chiều lên, với OLT chịu trách nhiệm phân bổ băng thông cho các thực thể mang lưu lượng trong các ONU Mỗi thực thể này được xác định thông qua Alloc-ID, cho phép OLT quản lý băng thông cho từng Alloc-ID một cách hiệu quả Việc phân bổ băng thông cho các Alloc-ID khác nhau được thực hiện theo thời gian, dựa trên ánh xạ băng thông đường xuống Để xác định các khung XGEM thuộc về các kết nối logic ngược dòng khác nhau, ONU sử dụng XGEM Port-ID làm khóa ghép kênh trong mỗi lần phân bổ băng thông.
Hình 2.19 Ghép kênh đường xuống XG-PON
2.5.1 Số nhận dạng ONU-ID
ONU-ID là một mã nhận dạng 10 bit do OLT cấp cho ONU trong quá trình kích hoạt thông qua kênh PLOAM, và nó là duy nhất trong mạng PON.
2.5.2 Số nhận dạng phân bổ Alloc-ID
Alloc-ID là một số 14 bit được OLT gán cho ONU để xác định một thực thể mang lưu lượng Một Alloc-ID là duy nhất trong PON
Mỗi ONU được gán một hoặc nhiều Alloc-ID bao gồm Alloc-ID mặc định Alloc-
ID mặc định của ONU được xác định bởi ONU-ID khi ONU được kích hoạt Alloc-ID mặc định chịu trách nhiệm cho lưu lượng OMCC đường lên và có khả năng mang lưu lượng dữ liệu của người dùng Nó cũng được sử dụng để phân bổ PLOAM cho từng ONU cụ thể Lưu ý rằng Alloc-ID mặc định không thể được thay đổi hoặc phân bổ lại trong suốt chu kỳ kích hoạt ONU, cho đến khi ONU được kích hoạt lại và nhận một ONU-ID mới.
Alloc-ID bổ sung được gán bởi OLT và được sử dụng để mang dữ liệu người dùng
2.5.3 số nhận dạng cổng XGEM
XGEM port-ID là một số 16 bit do OLT cấp cho mỗi kết nối logic Việc gán XGEM port-ID cho ONU được thực hiện thông qua OMCC.
Một số kỹ thuật trong XG-PON
2.6.1 Điều khiển truy nhập môi trường
Trong hệ thống XG-PON, các thiết bị OLT đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển truy cập môi trường cho lưu lượng đường lên Mỗi khung PHY đường xuống sẽ bao gồm một ánh xạ băng thông (BWmap), như minh họa trong hình 2.20.
Thiết bị OLT truyền khung PHY đường xuống mỗi 125 micro giây, nhưng do khoảng cách khác nhau giữa các ONU và OLT, thời gian nhận khung PHY của mỗi ONU sẽ khác nhau Mỗi ONU sẽ liên kết với khung PHY đường lên tương ứng khi nhận khung PHY đường xuống Để điều chỉnh việc truyền ngược dòng, các độ trễ riêng lẻ được thiết lập trong quá trình ONU ranging, đảm bảo rằng hai ONU bất kỳ sẽ truyền dữ liệu ngược dòng với khoảng chênh lệch cố định, giúp OLT nhận được tín hiệu đồng thời.
Hình 2.20 Điều khiển truy nhập môi trường XGTC
Trong mỗi khung PHY, OLT tạo và truyền một BWmap để chỉ định chuỗi truyền đường lên không chồng chéo giữa các ONU BWmap bao gồm nhiều cấu trúc phân bổ, mỗi cấu trúc hướng tới Alloc-ID của một ONU cụ thể Một chuỗi các cấu trúc phân bổ gửi tới Alloc-ID của cùng một ONU tạo thành chuỗi phân bổ burst, trong đó mỗi burst chứa con trỏ bắt đầu (start pointers) chỉ ra điểm bắt đầu của burst trong khung PHY và kích thước cấp mà ONU được phép truyền Con trỏ bắt đầu đề cập đến hiệu số trong khung PHY, trong khi kích thước cấp liên quan đến tải tin của khung XGTC Cả con trỏ bắt đầu và kích thước grant đều được biểu thị bằng đơn vị 4 bytes, với mỗi phân bổ từ đơn tương ứng với tốc độ dữ liệu tức thời là 256 kbps OLT có khả năng điều chỉnh tốc độ dữ liệu hiệu quả thông qua việc kiểm soát quy mô và tần suất cấp, cũng như lập lịch động.
2.6.2 FEC sửa lỗi chuyển tiếp
Phân lớp đáp thích ứng thực hiệu sửa lỗi FEC tạo ra dự phòng cho dữ liệu truyền, giúp bộ giải mã phát hiện và sửa các lỗi truyền dẫn Trong hệ thống XG-PON, mã hóa FEC sử dụng mã Reed-Solomon (RS).
Mã Reed-Solomon (RS) là một loại mã không phải nhị phân, hoạt động trên các ký hiệu byte và thuộc họ mã khối tuần hoàn tuyến tính Mã RS thực hiện việc chèn các byte chẵn lẻ vào cuối một khối dữ liệu có kích thước cố định, từ đó tạo ra một từ mã Bộ giải mã FEC sử dụng các byte bổ sung này để xử lý luồng dữ liệu, giúp phát hiện và sửa lỗi, cũng như khôi phục dữ liệu ban đầu.
2.6.2.1 Downstream FEC Ớ hướng đường xuống mã kiểm tra FEC là RS (248, 216) Mỗi khung PHY đường xuống bao gồm 627 từ mã FEC, mỗi từ mã dài 248 bytes trong đó có 32 bytes chẵn lẻ
Phần PSBd 24 byte không được bao gồm trong từ mã FEC Trong các khung PHY chiều xuống, từ mã đầu tiên bắt đầu từ byte thứ 25, trong khi từ mã tiếp theo xuất hiện ở byte thứ 273.
Hình 2.21 Khung PHY đường xuống với các bytes chẵn lẻ FEC được chèn
Hình 2.22 Tái tạo tải tin ở bộ giải mã đường xuống
2.6.2.2 Upstream FEC Ở hướng lên mã FEC là RS (248,232), mỗi từ mã dài 248 bytes trong đó có 16 bytes chẵn lẻ Phần PSBu không bao gồm trong từ mã Từ mã đầu tiên trong burst PHY bắt đầu với phần tiêu đề XGTC Tất cả các phân bổ của một ONU cụ thể có cùng trạng thái FEC Các phân bổ liền kề được mã hóa thành một khối dữ liệu duy nhất do đó có nhiều nhất một từ mã rút gọn ở cuối burst
Hình 2.23 Truyền dẫn đường lên với chèn các byte chẵn lẻ FEC
Hình 2.24 Tái tạo tải tin tại bổ giải mã FEC đường lên
Khi từ mã cuối cùng của burst PHY nhỏ hơn 232 bytes, bộ mã hóa FEC sẽ tạo từ mã cuối cùng được rút gọn như sau:
- Thêm các bytes đệm zero vào đầu từ mã cuối cho đến khi đủ 232 bytes
- Tính các byte kiểm tra chẵn lẻ
- Loại bỏ các byte đệm và sau đó các từ mã rút gọn được truyền đi
Bộ giải mã FEC ở OLT thực hiện các bước sau để giải mã từ mã rút gọn:
- Các byte đệm zero được chèn vào đầu từ mã cuối cùng rút gọn
- Sau quá trình giải mã, các byte đệm được loại bỏ
2.6.3 Phân bổ băng thông động DBA
Phân bổ băng thông động (DBA) trong XG-PON là quy trình mà OLT phân bổ khả năng truyền đường lên cho các thực thể băng thông trong ONU, giúp cải thiện hiệu suất sử dụng băng thông so với phân bổ tĩnh Cơ chế này phản ứng linh hoạt với các mẫu lưu lượng burst của ONU, cho phép mạng khai thác hiệu quả hơn và thêm nhiều khách hàng vào mạng truy cập Nhờ vào DBA, khách hàng có thể tận hưởng các dịch vụ nâng cao, nâng cao trải nghiệm sử dụng của họ.
Trong XG-PON, các thực thể nhận băng phân bổ băng thông đường lên được xác định bởi Alloc-ID Dù có bao nhiêu Alloc-ID được gán cho mỗi ONU, số lượng cổng vẫn giữ nguyên.
XGEM được tích hợp vào mỗi Alloc-ID, với cấu trúc hàng đợi vật lý và logic do ONU triển khai OLT mô hình hóa lưu lượng liên kết với từng Alloc-ID như một bộ đệm logic duy nhất để phân bổ băng thông, coi tất cả Alloc-ID được chỉ định cho PON là các thực thể ngang hàng độc lập Đối với mỗi bộ đệm logic Alloc-ID, mô-đun chức năng DBA của OLT thu thập báo cáo trạng thái băng tần hoặc quan sát mẫu không tải chiều lên, từ đó cung cấp đầu vào cho bộ lập lịch chiều lên OLT Bộ lập lịch này tạo ra ánh xạ băng thông (BWmaps), xác định kích thước và thời gian truyền chiều lên cho mỗi Alloc-ID, và được truyền tới các ONU trong băng thông với lưu lượng hướng xuống.
Hình 2.25 Phân bổ băng thông động trong XG-PON được thực hiện bởi OLT
Tùy thuộc vào cơ chế suy luận chiếm dụng bộ đệm ONU, có thể phân biệt hai phương pháp DBA:
Báo cáo trạng thái DBA (SR DBA) được xây dựng dựa trên các báo cáo chi tiết về việc sử dụng vùng đệm do OLT yêu cầu và các ONU cung cấp phản hồi.
Giám sát lưu lượng DBA (TM DBA) được thực hiện thông qua việc quan sát mẫu khung XGEM không hoạt động từ OLT và so sánh với các ánh xạ băng thông tương ứng.
XG-PON OLT hỗ trợ kết hợp phương pháp TM và SR DBA, cho phép thực hiện chức năng DBA một cách hiệu quả Các tiêu chí đánh giá hiệu quả và công bằng dựa trên việc sử dụng tổng thể của PON, hiệu suất của từng ONU, và được kiểm tra dựa trên các mục tiêu cụ thể cũng như hiệu suất so sánh giữa nhiều ONU.
Khả năng cùng tồn tại của GPON và XG-PON
Hình 2.26 Mô hình lai ghép giữa XG-PON và GPON sử dụng bộ WDM1r
Hệ thống mạng truy cập quang thụ động XG-PON có khả năng tương thích cao với GPON, cho phép hai hệ thống cùng tồn tại trên cùng một mạng phân phối quang ODN Điều này giúp các nhà cung cấp dịch vụ tiết kiệm chi phí đầu tư, vì họ không cần phải xây dựng một hạ tầng mới mà có thể tận dụng cơ sở hạ tầng GPON hiện có Trong khi đó, thông số kỹ thuật lớp vật lý của XG-PON cho thấy sự khác biệt về bước sóng giữa đường lên và đường xuống so với GPON Khả năng đồng vận hành của hai hệ thống này được thực hiện thông qua kỹ thuật ghép kênh phân chia tần số WDM cho đường xuống và kỹ thuật truy cập phân chia tần số WDMA cho đường lên.
Bước sóng Đường lên: 1490nm Đường xuống: 1310 Đường lên 1260 – 1280nm Đường xuống 1575 – 1580 nm
Tốc độ Đường lên: 1.25 Gbps Đường xuống: 2.5 Gbps Đường lên: 2.5Gbps Đường xuống: 10Gbps
Tỉ lệ chia Lý tưởng là 1:64 Tối thiểu 1:64 có khả năng mở rộng tới 1:128 và 1 :256
Phạm vị truyền dẫn Tối đa 20km Tối thiểu 20km
Bảng 2.1 Các thông số kỹ thuật cơ bản giữa hệ hống XG-PON và GPON
Kết luận chương
Chương 2 tập trung vào công nghệ XG-PON, cung cấp cái nhìn tổng quan về mạng quang thụ động XG-PON, kiến trúc phân lớp và các thành phần của hệ thống truy nhập quang thụ động Ngoài ra, chương cũng đề cập đến các kỹ thuật như đóng gói bản tin, quản lý và sửa lỗi trong hệ thống XG-PON Cuối cùng, chương nêu rõ khả năng cùng tồn tại của hệ thống mạng quang thụ động thế hệ tiếp theo XG-PON với hệ thống GPON trước đây trên cùng mạng phân phối quang ODN.