5.4. GTC уровень технологии G-ON

В этой главе будет рассмотрен ТС (Transmission Convergence) уровень технологии G-PON. На рисунке 5.4 показан стек протоколов ТС (Transmission Convergence) уровня технологии G-PON - GTC стек.

Рисунок 5.4 Стек протоколов GTC уровня

GTC уровень состоит из двух подуровней: GTC подуровень кадров (GTC framing sub-layer) и подуровень адаптации (GTC adaptation sub­layer).
Подуровень кадров выполняет следующие функции:

* Мультиплексирование и демультиплексирование:

Физический уровень системы контроля и управления (PLOAM -Physical Layr Operations, Adminisration and Maintenance), ATM ячейки и другие инкапсулированные цифровые форматы (GEM- G-PON Encapsulation Mode) собираются в один кадр нисходящего потока. Информация о том, где начинается и заканчивается PLOAM, ATM и GEM в нисходящем кадре, содержится в заголовке кадра. Эти же части выделяются из восходящего потока в соответствии с информацией, полученной из заголовка кадра.

* Создание и декодирование заголовка:

Подуровень кадров осуществляет создание заголовка кадра нисходящего потока и декодирует заголовок восходящего потока.

* Функция внутренней маршрутизации на основе данных в поле
кадра Alioc-ID (см. рис. 5.7):

Подуровень кадров осуществляет маршрутизацию данных поступающей из/в ATM или GEM адаптеров на основании данных, полученных из Alioc-ID.

На подуровне адаптации (GTC adaptation sub-layer) имеется три ТС адаптера: ATM ТС адаптер, GEM ТС адаптер и OMCI адаптер. Функция ATM и GEM ТС адаптеров заключается в выделении PDU (Protoco! Data Unit) элемента информации протокола ATM и GEM из каждого сегмента подуровня кадров и наоборот, в обозначении этих элементов в каждом сегменте.

ATM ТС адаптер, GEM ТС адаптер и ОМС1 адаптер предоставляют следующие интерфейсы для объектов высших уровней:

* АТМ интерфейс:

Подуровень кадров и связанный с ним ATM ТС адаптер организуют стандартный ATM интерфейс.

* GEM интерфейс:

GEM ТС адаптер может быть сконфигурирован таким образом, чтобы преобразовать кадры этого уровня в набор кадров транспортных интерфейсов.

ATM ТС и GEM ТС адаптеры имеют возможность обрабатывать информацию канала OMCI, основываясь на VPI/VCI данных в случае протокола ATM и Port-ID в случае протокола GEM. OMCI адаптер в свою очередь может обмениваться OMCI канальной информацией с GEM ТС и ЛТМ ТС адаптерами. OMCI адаптер принимает информацию от ATM ТС и GEM ТС адаптеров и передает ее объекту ОМС1. Другая же функция OMCI адаптера состоит в том, чтобы принять информацию от OMCI объекта и передать ее вниз на ATM ТС или GEM ТС адаптер.

С другой стороны, GTC уровень можно представить, состоящим из С/М плоскости, которая отвечает за управление потоками информации, за безопасность, и несет административные функции, и плоскость U, в задачах которой стоит транспортировка пользовательского трафика. Как показано на рисунке 5.4, на GTC подуровне кадров могут быть однозначно определены ATM сегмент, GEM сегмент, Embedded OAM and PLOAM сегменты по их положению в структуре GTC кадра.

Особенностью Embedded OAM сегмента является то, что этот сегмент внедряется непосредственно в заголовок GTC кадра. На рисунке 5.4 видно, что блок PLOAM обрабатывает PLOAM информацию, содержащуюся в кадре подуровня кадров. Как видно из рисунка, блок PLOAM выступает в роли клиента по отношению к подуровню кадров. На адаптивном подуровне происходит преобразование SOU (Service Data Unit) элемента сервисной информации ATM или GGM. протокола в/из PDU (Protocol Data Unit) информационный элемент протокола ATM или GEM. Кроме того, PDU (Protocol Data Unit) элемент включает в себя информацию OMCI канала. В «плоскостной модели» GTC уровня встроенный канал управления и контроля (Embedded OAM), PLOAM and OMCI относят к С/М плоскости (см. рис. 5.5).

В «плоскостной модели» GTC уровня SDU (Service Data Unit) элементы за исключением OMCI относятся к U плоскости (см. рис. 5.6).

Особенностью системы GTC (G-PON Transmission Convergence) является то, что она работает в одном из 2х режимов, при котором задействован либо протокол ATM, либо GEM. Выбор поддерживаемого протокола осуществляется в процессе инсталляции системы. Оптические сетевые блоки (ONU) информируют о своем базовом протоколе посредством сообщения своего серийного номера. Если оптическое линейное окончание (OLT) поддерживает, по крайней мере одним из
протоколов (режимов работы), то OLT пытается организовать канал ОМС1, результатом чего является обнаружение оборудования ONU. Если выявляется несовместимость, то ONU объявляется несовместимой с существующей системой.

Стек протоколов для С/М-плоскости

Плоскость контроля и управления в системе GTC состоит из трех частей: Embedded OAM, PLOAM и OMCI. Через Embedded OAM и PLOAM каналы осуществляется управление уровнями PMD и GTC. В свою очередь через канал OMCI организуется универсальная система управления с более высокими уровнями (уровнями услуг).

В заголовке GTC кадра посредством поля-форматной информации организуется встроенный канал управления и контроля. Этот канал предоставляет самый короткий путь с точки зрения задержки по времени для критичной ко времени информации, так как эта информация содержится в четко отведенных полях заголовка кадра GTC. Этот канал реализует следующие функции: выделение полосы частот, изменение ключей, DBA сигнализация и некоторые другие функции.

Канал PLOAM организуется посредством системы форматных сообщений, передающихся в структуре кадра GTC в специально отведенном для этого месте. Этот канал используется для передачи всей дополнительной информации управления PMD и GTC уровнями, которая не вошла в состав встроенного канала управления и контроля.

OMCI   канал   используется   для   управления   «уровнями   услуг», расположенными выше уровня GTC. В то же время G'I'C уровень с помощью механизмов ATM и GEM предоставляет транспорт для канала, OMCI. Функцией GTC уровня в данном случае является предоставление средств       для       организации       этих      дополнительных       каналов. Функциональная схема С/М плоскости показана на рисунке 5.5.

Стек протоколов для U- плоскости

Трафик, входящий в U-плоскость, определяется типом протокола, который используется для транспортировки трафика (ATM или GEM), a также его VPI или Port-ID, в зависимости от типа используемого протокола. На рисунке 5.6 проиллюстрировано, как происходит определение типа протокола, а также Port-ID/VPI.

Рисунок 5.5 Функциональная схема C/M плоскости

Тип трафика однозначно определяется сегментом GTC кадра, в котором он передается, если речь идет о нисходящем потоке, и по Allocation ID (Alloc-ID), если речь идет о восходящем потоке. В случае, если поток представляет собой GEM трафик, идентификация потоков происходит но 12-битному Port-ID, а в случае, если поток представляет собой ATM трафик, для этих же целей используется VPI. Кроме того, здесь мы знакомимся с концепцией T-CONT. T-CONT представляет собой для транспортных потоков некий фрагмент кадра, следующий за полем Alloc-ID, (см. рис. 5.7). Каждый T-CONT осуществляет контроль за занимаемой полосой частот BW и качеством обслуживания (QoS) с помощью положения BW посредством контроля переменного значения числа временных интервалов. Надо отметить, внутри одного T-CONT не может содержаться информация о положении внутри кадра одновременно ATM и GEM трафика, так же как и разные виды трафика (ATM и GEM) не могут иметь одинаковые Alloc-ID.

Рисунок 5.6 Стык протоколов U-плоскости и механизм определения типа трафика и Port-ID/VPI

Рассмотрим более подробно механизмы работы ATM и GEM на уровне GTC:

ATM в GTC:

• в нисходящем потоке ячейки, переносящиеся внутри ATM сегмента, достигают всех ONU. Подуровень кадров на стороне ONU выделяет из общего потока ATM ячейки, a ATM адаптер играет роль фильтра. И только ячейки с подходящими VPI проходят дальше от ATM адаптера к ATM клиенту;
• в восходящем потоке ATM трафик переносит в себе один или несколько T-CONT. Каждый T-CONT связан либо с ATM, либо с GEM трафиком. OLT получает пакеты, связанные с конкретным T-CONT, который характеризуется Alloc-ID, далее информация поступает в ATM адаптер, а после в ATM клиент.

GEM в GTC:

• в нисходящем потоке GEM кадры переносятся внутри GEM сегмента и достигают всех ONU. Подуровень кадров на стороне ONU выделяет кадры. GEM адаптер играет роль фильтра. Только ячейки с подходящими 12-битными PORT-ID проходят дальше от GEM адаптера к GEM клиенту.
• в восходящем потоке GEM трафик переносит в себе один или несколько T-CONT. Каждый T-CONT связан либо с ATM, либо с GEM трафиком. OLT получает пакеты, связанные с конкретным T-CONT, который характеризуется А11ос-Ш, далее информация поступает в GEM адаптер, а после в GEM клиент.

GTC уровень предоставляет восходящему потоку средства, которые обеспечивают контроль за доступом к среде. Базовая концепция говорит о том, что потоки нисходящих кадров, синхронизированные с потоками восходящих кадров, несут в себе информацию о местах в кадрах восходящего потока, в которых может передаваться трафик. Иллюстрация этой концепции приведена на рисунке 5.7.

Рисунок 5.7 Концепция доступа к среде передачи данных схема С/М плоскости

OLT в блоке физического контроля нисходящего потока PCBd (Physical Control Block downstream) отправляет указатели. Эти указатели определяют интервалы, в течение которых для каждого ONU устанавливается время, когда должна начинаться и заканчиваться передаваемая от него информация. Следуя этому принципу, только один GNU может осуществлять доступ к среде передачи в строго отведенное ему время. Указатели представляют из себя последовательность байтов, и позволяют OLT осуществлять эффективный контроль за средой передачи на скорости 64 кбит/с. На рисунке 5.7 показано, что каждый ONU имеет один единственный T-CONT, в каждом T-CONT содержится информация о том, когда и на сколько каждый ONU имеет доступ к среде передачи.

Структура кадра GTC ТС

На рисунке 5.8 показана структура GTC ТС кадра для нисходящего и восходящего потоков.

Кадр нисходящего потока состоит из блока физического контроля нисходящего потока (PCBd), ATM блока и GEM блока. Кадр восходящего потока состоит из многочисленных пакетов передачи. Каждый пакет кадра восходящего потока содержит по крайней мере PLOu (Physical Layer Overhead upstream) служебную информацию физического уровня. Кроме   полезной   информации, кадр восходящего потока может содержать PLOAMu, PLSu, и DBRu секции. Кадр нисходящего потока несет сигнальную информацию для восходящего потока и содержит в себе основные временные соотношения для PON.

Рисунок 5.8 Структура GTC ТС кадра

Рассмотрим более подробно структуру кадра нисходящего потока. Она представлена на рисунке 5.9.

.......                       N*53 bytes
Рисунок 5.9 Структура кадра нисходящего потока

Как видно, длительность кадра нисходящего потока составляет 125 мкс. Для нисходящего потока длительность в 125 мке используется как при скорости передачи 1.24416 Гбит/с, так и при 2.48832 Гбит/с. Для скорости 1.24416 Гбит/с объем кадра составляет 19440 байт, а для 2.48832 Гбит/с 38880 байт. Длина блока физического контроля нисходящего потока PCBd для обоих скоростей остается одинаковой.

На рисунке 5.10 показана структура блока физического контроля (PCBd) нисходящего потока.

Этот блок состоящит из несколько полей, каждый из которых будет рассмотрен ниже. Информация, отправляемая OLT, (содержащаяся в блоке PCBd) достигает каждого оптического сетевого блока (ONU). Поведение оптических сетевых блоков ONU, получивших PCBd блок, основывается на информации, содержащейся в этом блоке.

Coverage of this BIP                                Coverage of next B1P

Рисунок 5.10 Структура блока физического контроля (PCBd)

Поле физической синхронизации Psync (Physical synchronization) имеет длину 32 бита и используется ONU для определения начала кадра. Кодовая последовательность этого поля – 0хВ56АВ31Е0.

Поле Ident имеет размер 4 байта и служит для обозначения следующей за ней структуры. Кроме этого поле Ident выполняет функцию счетчика сверхциклов, используется для системы шифрования, а также служит для низкочастотной синхронизации служебных сигналов.

Поле PLOAM имеет длину 13 байт и служит для транспортировки PLOAM сообщения.

Поле BIP имеет длину 8 битов, и используется для проверки четности на приемной стороне.

Поле Plend содержит информацию о длине ATM сегмента и информацию о длине карты пропускной способности. Для повышения надежности это поле дублируется.

Поле BWmap представляет собой скалярный массив длинной 8 байт. Каждый элемент этого массива представляет собой единичную полосу пропускания выделенную для одного T-CONT. Информация, о количестве элементов массива хранится в поле Plend
ATM сегмент нисходящего кадра содержит n-ое число 53 байтных ATM ячеек. Длина этого раздела задается в Plend/Alen поле и является всегда целочисленным числом. На приемной стороне нисходящий поток обрабатывается ATM фильтром. ATM фильтр обрабатывает VPI информацию, которая содержится в каждой ячейке. Ячейки предназначенные для данного ONU пропускаются и передаются далее ATM клиенту.

GEM сегмент содержит переменное число GEM фрагментов. Его размер получается как разность общей длины кадра минус сумма PCBd and ATM сегментов. Нисходящий поток обрабатывается GEM фильтром на приемной стороне на основе 12-битовой информации Port-ID, содержащейся в каждой ячейке. Ячейки, предназначенные для данного ONU пропускаются и обрабатываются GEM клиентом.

Рассмотрим более подробно структуру кадра восходящего потока. Ома представлена на рисунке 5.11.

Рисунок 5.11 Структура кадра восходящего потока

Длина кадра восходящего потока соответствует длине кадра нисходящего потока соответствующей скорости. Каждый кадр содержит некоторое число посылок от одного или нескольких ONU. BWmap устанавливает    расположение    этих    посылок.    В    течение    строго
отведенного периода времени, контролируемого OLT, ONU может передавать один из четырех видов служебной информации и полезной нагрузки:

1. служебная информация физического уровня (PLOu);
2. операции      над     физическим      уровнем,      административная, управленческая информация (PLOAMu);
3. разноуровневая последовательность восходящего потока (PLSu);
4. отчет о динамичной полосе  пропускания  восходящего потока (DBRu).

С помощью флагов в поле BWmap OLT устанавливает, будет ли отправляться PLOAMu, PLSu, или DBRu информация каждому из получателей. При выборе частоты отправки этих запросов модуль управления OLT принимает в расчет полосу частот и величину чадержек в этих дополнительных информационных каналах.

Более детально структура восходящего кадра показана на рисунке 5.12.

Рисунок 5.12 Детальная структура GTC кадра восходящего потока

Поле PLOu несет в себе служебную информацию физического уровня и содержит три информационных подполя. PLOu информация содержится в начале любого пакета, отправляемого с ONU.

Поле В1Р имеет длину 8 битов, и используется для проверки четности на приемной стороне.

Поле ONU-ID field имеет длину 8 битов и содержит информацию об уникальном идентификаторе ONU. Идентификатор присваивается в процессе «ранжирования». Перед тем, как ONU получит свой уникальный номер, ONU имеет значение поля, равное 255.

В поле Ind содержится информация реального времени о статусе работы системы, предназначенная OLT,
PLOAM поле для восходящего потока (PLOAMu) имеет длину 13 байтов, и содержит PLOAM сообщение.

Поле PLSu имеет длину 120 байтов и служит для отслеживания ONU изменения уровня мощности. Эта функция позволяет ONU регулировать динамический диапазон путем изменения уровня мощности. Этот механизм используется для начального установления уровня излучаемой мощности, а также во время изменения мощности передатчика ONU.

DBRu поле восходящего потока (Dynamic Bandwidth Report upstream) содержит информацию, которая связана с информацией Т-CONT.

DBA поле содержит статус информации T-CONT. Для этих целей отводится поле длинной 8-, 16-, или 32-бита.

Поле CRC используется для выявления ошибок. В нем используется механизм защиты CRC-8.

Сегмент полезной нагрузки (Upstream payload section ) является последним полем в структуре GTC кадра восходящего потока. Он используется для передачи ATM ячеек, GEM ячеек или DBA отчетов.

В случае, если «payload section» используется для переноса ATM ячеек, то восходящий кадр будет иметь вид, как показано на рисунке 5.13.

Рисунок 5.13 GTC кадр восходящего потока, полезная нагрузка – ATM ячейки

В данном случае восходящий поток содержит ATM ячейки, длина каждой из них составляет 53 байта. Длина этой секции есть разность общей длины всего кадра и части, содержащей служебную информацию.ОЬТ может попытаться задать в «payload» сегменте целое число ATM ячеек, каждое из которых будет длинной 53 байта. Если же число ATM ячеек не будет целочисленным, то остается целое число ячеек, а дробная часть отбрасывается и заполняется «нулями».

В случае, если «payload section» используется для переноса GEM ячеек, то восходящий кадр будет иметь вид, как показано на рисунке 5.14.

В данном случае восходящий поток содержит некоторое число GEM ячеек. Длина этой секции есть разность общей длины всего кадра и части, содержащей служебную информацию. OLT должен поддерживать различные схемы организации GEM ячеек.

Рисунок 5.14 GTC кадр восходящего потока, полезная нагрузка - GEM
ячейки

В случае, если «payload section» используется для переноса DBA блока, то восходящий кадр будет иметь вид, как показано на рисунке 5.15.

Рисунок 5.15 GTC кадр восходящего потока, полезная нагрузка - DBA
блок

DBA блок содержит информацию от ONU о занимаемой им динамической полосе пропускания. Первые биты DBA отчета располагаются в самом начале «payload» блока. Каждый другой отчет начинается в конце предыдущего. Если в «payload» блоке не помещается последний отчет, то он либо обрезается, либо все это место заполняется «нулями».