4. Протокол управления многоточечным обменом (mpcp)
Для поддержки присвоения временных доменов с помощью OLT, группой IEEE 802.3ah был разработан протокол MPCP(Multi-point Control Protocol). Этот протокол базируется на двух сообщениях Ethernet: GATE и REPORT. Сообщение GATE посылается от OLT к ONU и используется для присвоения временного домена. Сообщение REPORT используется ONU для информирования OLT о своем состоянии (заполненность буфера и т.д.), чтобы помочь ему принять правильное решение о выделении временного домена. Как GATE, так и REPORT-сообщения являются кадрами управления MAC (тип 88-08).
Существует два режима работы MPCP: автодетектирование (инициализация) и обычная работа. Режим автодетектирования используется для детектирования вновь подключенных ONU и определения RTT и MAC-адреса этого ONU, плюс, может быть, дополнительных параметров, которые нужно знать. Нормальный режим используется для присвоения временных доменов всем инициализируемым ONU.
Так как в инициализации могут нуждаться более одного ONU одновременно, автодетектирование является процедурой, предполагающей конкуренцию. На верхнем уровне это осуществляется следующим образом:
OLT выделяет стартовый временной домен, интервал времени, когда неинициализированному ONU разрешено осуществить передачу. Длительность этого домена инициализации должна быть, по крайней мере, равна <transmission size> + <maximum round-trip time> - <minimum round-trip time>, где <transmission size> равно размеру окна передачи (transmission window), которое инициализируемое ONU может использовать.
OLT посылает инициализирующее сообщение GATE, которое уведомляет о начале инициализационного временного домена и о его протяженности. При передаче этого сообщения на более высокий протокольный МАС-уровень, MPCP присвоит ему временную метку, сопряженную с его локальным временем.
Только неинициализированные ONU откликнутся на сообщение инициализации GATE. По получении инициализационного сообщения GATE, ONU установит местное время в соответствии с полученной c GATE временной меткой.
Когда локальные часы, размещенные в ONU указывают на начало времени инициализации, ONU передаст свое сообщение (REPORT инициализации). Сообщение REPORT будет содержать адрес ONU и временную метку, характеризующую местное время ONU, когда было послано сообщение REPORT.
Когда OLT получает REPORT от неинициированного ONU, он определяет его MAC-адрес и RTT. Как показано на рис. 12, RTT для ONU равно разности времен получения сообщения REPORT, полученного OLT и временной метки, содержащейся в REPORT.
Рис. 12. Измерение RTT [4]
Так как несколько неинициализированных ONU могут откликнуться на одно и то же сообщение GATE, сообщения REPORT могут сталкиваться. В этом случае ONU, чьи REPORT столкнулись не получат временного домена. Если ONU не получит временной домен в пределах интервала таймаута, он будет знать, что произошло столкновение, и попытается повторить инициализацию, пропустив случайное число инициализационных сообщений GATE. При повторных столкновениях псевдослучайная выдержка удваивается.
Сообщение GATE передает ONU до 4 доменов передачи (grants). В случае, когда ONU имеет более одной заполненной очереди, он может решать сам, как распределять ресурсы между очередями. Сообщение REPORT передает OLT состояние до 8 очередей. Каждая очередь может объявлять (в сообщениях Report) о нескольких порогах, так что OLT может выделить ресурс буфера, базируясь на одном из этих порогов, избегая таким образом потерь полосы из-за недоиспользования ресурса домена. Число порогов, которые могут быть переданы в сообщении REPORT, зависит от того, сколько очередей декларируется. Установлен предел в 64 байта для сообщения REPORT. ONU, который анонсирует 8 очередей может иметь до 2 порогов на очередь. Если для ONU доступна только одна очередь, может анонсироваться до 13 порогов. Формат сообщений Gate и Report представлен на рисунках 13а и 13б.
Рис. 13a. Формат сообщения Gate [8]
Рис. 13б. Формат сообщения Report [8]
Ниже показана нормальная работа протокола MPCP. Важно заметить, что MPCP не связан ни с какой конкретной схемой выделения полосы пропускания; он является протоколом, который обеспечивает транспортировку таких решений от OLT к ONU.
От вышерасаположенного уровня (клиент управления MAC), MPCP получает запрос для передачи сообщения GATE соответствующему ONU со следующей информацией: время, когда ONU должен начать передачу и длительность этой передачи (рис. 14).
MPCP уровень (в OLT и каждом ONU) поддерживает работу часов. После передачи сообщения GATE от более высокого уровня к MAC, MPCP формирует временную метку на основе показания своих часов.
После получения сообщения GATE с MAC-адресом, соответствующим ONU (GATE-сообщения являются уникастными), ONU запрограммирует локальные регистры на заданное время начала и длительности передачи. ONU также проверит, соответствует ли время прихода сообщения GATE временной метке, содержащейся в сообщении. Если разница значений превышает некоторый заранее установленный порог, ONU предполагает, что утрачена синхронизация, и перейдет в неинициализированный режим. В этом режиме ONU запрещено осуществлять передачу. Он будет мониторировать входящий трафик, ожидая следующего инициализационного сообщения GATE.
Если время получения сообщения GATE соответствует значению временной метки, содержащейся в сообщении GATE, ONU поправит свои часы согласно полученной временной метке. Когда показания локальных часов достигнет значения ‘начало передачи’, ONU начнет передачу. Этот процесс может включать в себя пересылку нескольких кадров Ethernet. ONU гарантирует, что кадры не будут фрагментированы. Если очередной кадр уже не укладывается в оставшееся время домена передачи, пересылка кадра будет отложена до наступления очередного временного домена.
Рис. 14. MPCP – работа GATE [4]
Сообщения REPORT посылаются ONU в рамках выделенного окна вместе с информационными кадрами. Сообщения REPORT могут быть посланы автоматически или по запросу. Сообщение REPORT генерируется на уровне клиента MAC-управления и по времени привязаны к MAC управлению (рис. 15). Обычно, REPORT должен содержать желательный размер следующего временного домена, что привязывается к уровню заполнения буфера ONU. При запросе временного домена ONU должен учитывать дополнительную избыточность, в частности 64-битовую преамбулу кадра и 96-бит IFG(Inter-frame Gap), сопряженные с каждым кадром.
Когда в OLT приходит сообщение REPORT с временной меткой, оно передается уровню MAC-управления, ответственному за выделение полосы пропускания. Кроме того, OLT вычисляет заново RTT для отправителя ONU как это показано на рис. 12. Небольшое отклонение нового значения RTT от предыдущего может быть связано с температурной вариацией коэффициента преломления волокна. Большое отклонение должно вызывать серьезное беспокойство, так как это может быть связано с нарушение синхронизации и должно блокировать дальнейшую передачу, до тех пор, пока не будет снова проведена инициализация данного ONU.
Рис. 15. MPCP – работа REPORT [4]