THUYẾT MINH ĐỒ ÁN MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG – PON

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG – PON

LỜI CẢM ƠN  Suốt thời gian học tập vừa qua, quan tâm, giúp đỡ trường Đại học Bách Khoa, khoa Điện Tử Viễn Thông, em hồn thành khố học Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến: - Quý thầy khoa Điện Tử Viễn Thơng tận tình bảo em suốt trình học tập - Q thầy khoa có liên quan cung cấp cho em kiến thức cần thiết cho sinh viên - Trường Đại học Bách Khoa tạo điều kiện cho em học tập suốt thời gian qua Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến thầy NGUYỄN TẤN HƯNG tận tình hướng dẫn giúp đỡ em suốt thời gian thực đồ án tốt nghiệp Cảm ơn tất bạn bè giúp đỡ chia khó khăn q trình thực đồ án Sinh viên thực VÕ DŨNG LỜI CAM ĐOAN  Đồ án hoàn thành sau thời gian nghiên cứu tìm hiểu nguồn tài liệu học, sách báo chuyên ngành thông tin mạng mà theo em hoàn toàn tin cậy Do thời gian thực đồ án có hạn nên q trình nghiên cứu tìm hiểu cịn gặp nhiều thiếu sót Em xin cam đoan đồ án không giống với cơng trình nghiên cứu hay đồ án trước mà em biết Đà Nẵng, tháng 06 năm 2006 Người thực VÕ DŨNG MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN A LỜI CAM ĐOAN B MỤC LỤC .C BẢNG TỪ VIẾT TẮT F LỜI MỞ ĐẦU H CHƯƠNG1 .1 HIỆN TRẠNG MẠNG VIỄN THÔNG VIỆT NAM VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN MẠNG TRUY NHẬP CỦA THẾ GIỚI 1.1 Giới thiệu chương 1.2 Hiện trạng mạng truyền thông Việt Nam 1.2.1 Truyền dẫn Quốc Tế .1 1.2.2 Truyền dẫn Quốc Gia 1.2.3 Truyền dẫn nội tỉnh .2 1.3 Sự phát triển lưu lượng 1.4 Xu hướng phát triển .3 1.5 Mạng truy nhập hệ sau 1.6 So sánh giải pháp truy nhập thị trường mạng quang thụ động toàn cầu .5 Bảng 1.1 Thị trường mạng quang thụ động toàn cầu 2003-2008 1.7 Kết luận chương MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG – PON 2.1 Giới thiệu chương 2.2 Tổng quang công nghệ PON 2.2.1 Bộ tách / ghép quang .9 2.2.2 Các đầu cuối mạng PON .11 2.2.3 Mơ hình PON .11 2.2.4 WDM TDM PON 13 2.3 Kết luận chương 15 CÔNG NGHỆ ETHERNET 16 3.1 Giới thiệu chương .16 3.2 Tổng quan Ethernet 17 3.3 Các phần tử mạng Ethernet .18 3.4 Kiến trúc mô hình mạng Ethernet 18 3.5 Quan hệ vật lý IEEE802.3 mô hình tham chiếu OSI 19 3.6 Lớp MAC Ethernet .21 3.6.1 Dạng khung Ethernet .21 3.6.2 Sự truyền khung liệu .23 3.6.2.1 Truyền đơn công phương thức truy nhập CSMA/CD .23 3.6.2.2 Truyền song công-một cách tiếp cận để hiệu mạng cao 24 3.7 Lớp vật lý Ethernet 25 3.8 Quan hệ lớp vật lý Ethernet mơ hình tham chiếu ISO .25 3.9 Kết luận chương 27 MẠNG TRUY CẬP QUANG THỤ ĐỘNG ETHERNET – EPON 27 4.1 Giới thiệu chương .27 4.2 Lợi ích mạng truy cập quang thụ động Ethernet _ PON 27 4.3 Mạng truy cập quang thụ động EPON .28 4.3.1 Nguyên lý hoạt động 28 4.3.2 Giao thức điều khiển đa điểm MPCP(Multi Point Control Protocol) 30 4.3.3 EPON với kiến trúc 802 34 4.3.3.1 Point to Point Emulation 35 4.3.3.2 Share Medium Emulation 36 4.4 Kết luận chương 37 KHẢO SÁT TRỄ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN PHỐI BĂNG THÔNG TRONG EPON 39 5.1 Giới thiệu chương .39 5.2 Mơ hình EPON 39 5.3 Thuật toán Interleaved Polling 41 5.4 Kế hoạch phân bổ băng thông (cửa sổ truyền cực đại) 44 5.5 Các thành phần trể gói 46 5.6 Cấp phát băng thông cố định 47 5.7 Cấp phát băng thông cân đối 47 5.8 Sự cấp phát băng thông theo quyền ưu tiên .48 5.9 SLA aware p-DBA .49 5.10 SLA aware Adaptive DBA .51 5.11 Kết luận chương .52 GIAO DIỆN CHƯƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ TÍNH TỐN 54 6.1 Giới thiệu chương .54 6.2 Giao diện chương trình mô 54 6.3 Giao diện thể mơ q trình truyền liệu từ OLT đến ONU (hướng xuống) 55 6.4 Giao diện mơ q trình truyền liệu từ ONU đến OLT (hướng lên) 56 6.5 Cấp phát băng thông truyền tải theo tỷ lệ lượng bytes có hàng đợi cho ONU 56 6.6 Tỷ lệ cấp phát băng thông cho ONU 58 6.7 Thuật tốn phân bổ băng thơng theo tỷ lệ bytes có hàng đợi dựa tính ưu tiên dịch vụ 58 6.8 Thuật tốn tính tốn trễ mạng truy nhập quang – EPON 63 6.9 Kết luận chương 65 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 PHỤ LỤC .69 BẢNG TỪ VIẾT TẮT TỪ VIẾT TẮT A-DBA ATM CSMA/CD DA DCE DTE DSL EMS EPON FCS FR FSAN FTTB FTTC FTTH IEEE ID IP ISDN ITU LAN LLC MAN MAC MDI MII TÊN TIẾNG ANH Adaptive Dynamic Bandwidth Allocation Asynchronous Transfer Mode Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect TÊN TIẾNG VIỆT Cấp phát băng thơng thích ứng liệu Chế độ truyền dị bội Đa truy nhập cảm nhận sóng mang có phát xung đột Destination Address Địa đích Data Communication Equipment Thiết bị giao dịch liệu Data Terminal Equipment Thiết bị liệu đầu cuối Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số Element Management System Hệ thống quản lý Ethernet Passive Optical Network Mạng quang thụ động Ethernet Frame Check Sequence Kiểm tra khung Frame Relay Công nghệ Frame Relay Full Service Access Network Mạng truy cập dịch vụ đầy đủ Fiber To The Building Sợi quang đến tòa nhà Fiber To The Curb Sợi quang đến cụm thuê bao Fiber To The Home Sợi quang đến tận nhà thuê bao Institute of Electrical and Hiệp hội kỹ sư điện Electronics Engineers điện tử giới Indentify Destination Chỉ định địa đích Internet Protocol Giao thức Internet Integrated Services Digital Mạng tích hợp dịch vụ số Network International Telecommunication Liên hiệp viễn thông quốc Union tế Local Area Network Mạng cục Logical Link Control Điều khiển kết nối logic Metropolitan Area Network Mạng khu vực thủ đô Media Access Control Lớp điều khiển truy nhập phương tiện Medium Depentdent Interface Giao diện phụ thuộc phương tiện Medium Indepentdent Interface Giao diện độc lập phương tiện MPCP MultiPoint Control Protocol MPtP NGN NIC OLT MultiPoint to Point Next Generation Network Network Interface Card Optical Line Terminal ONU PC PCS PDH PMA PON POTS Optical Network Unit Personal Computer Physical Coding Sublayer Plesiochoronous Digital Hierarchy Physical Medium Attachment Passive Optical Network Plain Old Telephony System PRE PtP PtPE PtMP QoS SA SDH SDM Preamble Point to Point Point-to-Point Emulation Point-to-Multi-Point Quality of Service Source Address Synchoronous Digital Hierarchy Space Division Multiplexing SFD Start of Frame Delimiter SLA-DBA Service Level Agreement Dynamic Bandwidth Allocation Static Bandwidth Allocation SBA SP-DBA SLA SME SONET TDM Strict Priority Dynamic Bandwidth Allocation Service Level Agreement Shared Medium Emulation Synchoronous Optical Network Time Division Multiplexing WAN Wide Area Network Giao thức điều khiển đa điểm Mơ hình điểm đa điểm Mạng hệ sau Card giao tiếp mạng Kết cuối đường truyền quang Đơn vị mạng quang Máy vi tính Lớp mã hóa vật lý Phân cấp số cận đồng Lớp thuộc lớp vật lý Mạng quang thụ động Hệ thống điện thoại kiểu cũ Mào đầu Mơ hình điểm-điểm Mơ hình điểm đa điểm Chất lượng dịch vụ Địa nguồn Phân cấp số đồng Ghép kênh phân chia theo không gian Byte xác định bắt đầu khung Cấp phát băng thông động theo mức dịch vụ cam kết cấp phát băng thông cố định Cấp phát băng thông động theo chế độ ưu tiên Cam kết mức độ dịch vụ Mạng quang đồng Ghép kênh phân chia theo thời gian Mạng truy nhập diện rộng LỜI MỞ ĐẦU  Mạng đường trục Bắc – Nam nước ta sử dụng mạng Ring cáp quang SDH 20 Gbps Các mạng liên tỉnh sử dụng hệ thống cáp quang SDH với dung lượng 622 Mbps 2,5 Mbps Vào cuối năm 2004, mạng NGN thức đưa vào khai thác với khả cung cấp dịch vụ đa dạng, hội tụ thoại, video liệu, mạng truy nhập khơng có phát triển đáng kể.Tuy nhiên mạng truy nhập lại chủ yếu sử dụng cáp đồng, khơng khai thác hết tính mạng NGN Vấn đề đặt làm để mạng truy nhập phát triển tương xứng với mạng đường trục đặc biệt mạng NGN đồng thời đáp ứng ngày nhiều dịch vụ địi hỏi băng thơng cao cho người dùng Trong đó, với ưu điểm vượt trội mình, EPON (Ethernet Passive Optical Network) tạo chuyển biến rõ rệt mạng truy nhập Đây giải pháp mà đề tài đề cập cho mạng truy nhập Việt Nam Nội dung đề tài chia làm sáu chương theo cấu sau: Chương HIỆN TRẠNG MẠNG VIỄN THÔNG VIỆT NAM VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN MẠNG TRUY NHẬP CỦA THẾ GIỚI Chương cho ta biết cách tổng quan mạng truyền dẫn Việt Nam, phân tích xu hướng phát triển mạng truy nhập giới dựa nhu cầu dịch vụ Trên sở đó, mục đích chương nói lên tính tất yếu phải nâng cấp mạng truy nhập mạng truy nhập quang thụ động giải pháp lựa chọn Chương MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG – PON Chương cho ta biết cách tổng quang mạng PON, đưa mơ hình mạng, phân tích thành phần tồn chủ yếu mạng OLT ONU Chương đưa hai kỹ thuật sử dụng việc truyền tải mạng PON WDM TDM Từ đưa ưu nhược kỹ thuật để đến lý chọn kỹ thuật TDM Chương CÔNG NGHỆ ETHERNET Trong chương giới thiệu tổng quan kỹ thuật Ethernet, quan hệ mơ hình Ethernet với mơ hình lớp OSI , kiến trúc khung Ethernet, phương thức phát liệu Ethernet chuẩn Từ cho thấy mạnh công nghệ mạng truy nhập quang thụ động Chương MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG EHTERNET – EPON Chương nói lên ích lợi việc sử dụng mạng truy nhập EPON, phân tích ngun lý hoạt động nó, phân tích chuẩn IEEE 802 Chương phân tích hai mơ hình Share Medium song cơng Từ cho thấy trình truyền liệu mạng EPON Chương KHẢO SÁT TRỄ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN PHỐI BĂNG THÔNG TRONG EPON Chương đưa phương pháp phân phối băng thông sử dụng mạng EPON phân tích tính tốn thành phần trễ ảnh hưởng đến trình truyền tải mạng Chương GIAO DIỆN MƠ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ TÍNH TỐN Chương đưa giao diện mơ hình ảnh đồ thị ma trận trình tính tốn chương trước, đưa thuật tốn sử dụng để tính tốn Thuật tốn viết dựa ngôn ngữ MathCad, giao diện mô viết ngơn ngữ Visual Basic Đó tổng quan đề tài mà em trình bày sau Tuy cố gắng trình thực đề tài này, song hạn chế kiến thức nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót Em mong phê bình, dẫn thầy bạn bè để đề tài hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn thầy NGUYỄN TẤN HƯNG người tận tình hướng dẫn giúp đỡ em trình làm đề tài Em chân thành cảm ơn thầy cô khoa tận tình bảo, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành đề tài tốt nghiệp Sinh viên thực VÕ DŨNG Chương 6: Giao diện chương trình mơ kết tính tốn 6.6 Tỷ lệ cấp phát băng thông cho ONU Dựa vào lượng liệu có hàng đợi để tính tốn theo tỷ lệ phần lượng liệu đươc cấp cho hàng đợi Hình sau thể tỷ lệ phần liệu hàng đợi cấp tương ứng với lượng liệu ngõ vào Hình 5: Lượng liệu mà ONU cấp phát theo thay đổi ngõ vào Đồ thị có cách tính tổng lượng liệu có ONU, tổng liệu có ONU sau tính tỷ lệ nhân với cửa sổ truyền mà OLT cung cấp thời điểm 6.7 Thuật tốn phân bổ băng thơng theo tỷ lệ bytes có hàng đợi dựa tính ưu tiên dịch vụ Thuật tốn thực dựa việc tính tổng lượng liệu có tất hàng đợi ONU, liệu có ONU để từ đưa tỷ lệ băng thơng cấp phát cho ONU tương ứng, tính liệu có hàng đợi ONU, tính tỷ lệ lượng băng thơng mà OLT cấp phát cho hàng đợi ONU Dữ liệu hàng đợi ONU xếp 58 Chương 6: Giao diện chương trình mơ kết tính toán dạng ma trận, số hàng tương ứng với số ONU số cột tương ứng với số hàng đơị tương ứng với số ưu tiên Khi truyền liệu ta đưa thuật tốn tính theo tính ưu tiên đăng ký dịch vụ để truyền Các dịch vụ có độ ưu tiên cao mức ưu tiên dịch vụ xét cấp phát băng thơng với tỷ lệ dung lượng mà chiếm dụng, hàng đợi có mức ưu tiên ngang hàng với mức dịch vụ xét cấp theo tỷ lệ lượng băng thơng cịn lại chia cho đồng cho tất dung lượng chiếm dụng dịch vụ cịn lại Cịn hàng đợi có mức ưu tiên thấp cấp băng thông nhỏ nhiều so với yêu cầu theo thuật toán khơng Trong thuật tốn ta sử dụng cho n ONU ONU có m hàng đợi, thời gian truyền tính t tính ms, tốc độ đường truyền r tính Mbps Thuật toán xét dung lượng đường truyền cấp phát nhu cầu dung lượng hàng đợi ONU thuật toán mặc định điều Trong mơ lấy kết ta mặc định giá trị đơn giản: tốc độ đường truyền r = 1000Mbps, thời gian t thay đổi (1÷ 10)ms, số lượng ONU n 5, hàng đợi ONU m 3, xét mức ưu tiên dịch vụ k Kết thu từ thuật tốn trình bày hình biểu diễn sau Các hình dựa liệu ngõ vào thay đổi để phân phối băng thơng truyền cho cách hợp lý o Trước tiên thuật tốn cấp phát băng thông truyền cho hàng đợi ONU theo mức ưu tiên dịch vụ đăng ký o Hình ảnh băng thông mà cụ thể cửa sổ truyền cấp cho hàng đợi o So sánh tỷ lệ lượng liệu mà hàng đợi truyền để thấy tính truyền liệu theo ưu tiên dịch vụ 59 Chương 6: Giao diện chương trình mơ kết tính tốn bắt đầu Nhập thơng số ban đầu gồm: Tốc độ: r tính (Mbps) Thời gian: t tính (s) Số ONU: n Số hàng đợi: m Thông số ưu tiên: k  Nhập ma trận liệu hàng đợi theo ma trận B(t) thay đổi theo thời gian: For i (0 ÷ n) For j (0 ÷ m) Bi,j(t,n,m) = ((2+i)t + 10j) Tính tổng liệu ONU Tính tổng liệu ONU dạng ma trận: Tính lượng liệu phép truyền hàng đợi Tính tỷ lệ dung lượng kênh ưu tiên dịch vụ ONU dựa tínhtruyền cấp cho ONU For i (0 ÷ n) Tính tỷ lệ dung lượng kênh truyền cấp cho hàng For đợi ONU: j (0 ữ m) ã T l bng thụng cấp phát hàng đợi Thực so sánh ưu tiên • Tỷ lệ liệu truyền hàng đợi hàng đợi với dịch vụ T j< k j= k F Wi,j(t,n,m,k) = T Wi,j(t,n,m,k) = lbthi,j(t,n,m) Wi,j(t,n,m,k) = (tylonu(t,n,m)i,j - )* B(t,n,m)i,j/to(t,n,m)i,j 60 kết thúc Chương 6: Giao diện chương trình mơ kết tính tốn Hình 6: Thể cửa sổ truyền theo tính ưu tiên dịch vụ Hình phần băng thông quy đổi sang lượng byte mà cấp phát cho hàng đợi có kết hợp tính ưu tiên dịch vụ(hàng đợi) Và thấy 61 Hình 7: Phần trăm lượng băng thơng hàng đợi truyền so với nhu cầu Chương 6: Giao diện chương trình mơ kết tính tốn cấp phát theo tính ưu tiên, hình cho thấy phần trăm lượng liệu truyền để thấy rõ tính truyền ưu tiên theo dịch vụ Với đường đồ thị thích rõ đồ thị Các hàng đợi ONU có mức ưu tiên cao so với mức ưu tiên xét cấp 100% băng thơng truyền theo nhu cầu mà OLT có thể, cụ thể đường màu đỏ xanh biển, dịch vụ cịn hàng đợi có độ ưu tiên thấp cấp băng thông nhỏ so với yêu cầu nhiều, cụ thể đường mà xanh lơ mà tím Ở hàng đợi có số nhỏ độ ưu tiên cao, độ ưu tiên xét theo số cột 62 Chương 6: Giao diện chương trình mơ kết tính tốn 6.8 Thuật tốn tính tốn trễ mạng truy nhập quang – EPON Bắt đầu Cập nhật liệu: R=12500, N=16, Rn=125000 Q=10000000, Wmin=100, Wmax=15100, ω=100 Kết thúc Y Tính số lần chạy : K=Round[(Wmax-Wmin)/ ω] N i=1 Khởi tạo: dmin=2000 i = 0,05 i = i+0,05 Y J=0 N J=k W=Wmin + ω*J T=N[0,005+8(W/1000000)] d1=T/2, q=iRT J = J+1 N q w q_byte ← Q T ← N⋅  0.005 + 8⋅   d2 ← T⋅ floor   d3 ← Wmax   1000000  q_byte − Wmax  Wmax   mod [ ( q_byte − Wmax) , Wmax] Rn d ← d1 + d2 + d3 if d < dmin dmin ← d wtoiuu ← w dmin C) Đoạn mã gọi hàm Mathcad Visual Basic • Đối với thuật tốn phân phối băng thông Case "Ket qua" If (Text1.Text = "" Or Text2.Text = "" Or Text3.Text = "" Or Text3.Text = "" Or Text4.Text = "") Then 71 Chương 6: Giao diện chương trình mơ kết tính toán MsgBox "Ban chua nhap cac thong so vao textbox !" Else OLE1.Visible = True Dim in1 As Variant Dim in2 As Variant Dim in3 As Variant Dim in4 As Variant Dim objmc1 As Object Set objmc1 = Tinhtoanphanphoibangthong.OLE1.object in1 = Val(Tinhtoanphanphoibangthong.Text1.Text) in2 = Val(Tinhtoanphanphoibangthong.Text2.Text) in3 = Val(Tinhtoanphanphoibangthong.Text3.Text) in4 = Val(Tinhtoanphanphoibangthong.Text4.Text) Call objmc1.setcomplex("n", in1, 0) Call objmc1.setcomplex("m", in2, 0) Call objmc1.setcomplex("k", in3, 0) Call objmc1.setcomplex("t", in4, 0) Call objmc1.recalculate Call objmc1.getcomplex("n", out1, 0) Call objmc1.getcomplex("m", out2, 0) Call objmc1.getcomplex("k", out3, 0) Call objmc1.getcomplex("t", out4, 0) End If • Đối với thuật tốn tính trễ theo cửa sổ tối ưu Case "Ket qua": If (Text1.Text = "" Or Text1.Text = "") Then 72 ... phải nâng cấp mạng truy nhập mạng truy nhập quang thụ động giải pháp lựa chọn Chương MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG – PON Chương cho ta biết cách tổng quang mạng PON, đưa mơ hình mạng, phân tích... 27 MẠNG TRUY CẬP QUANG THỤ ĐỘNG ETHERNET – EPON 27 4.1 Giới thiệu chương .27 4.2 Lợi ích mạng truy cập quang thụ động Ethernet _ PON 27 4.3 Mạng truy cập quang thụ động EPON ... mạnh công nghệ mạng truy nhập quang thụ động Chương MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG EHTERNET – EPON Chương nói lên ích lợi việc sử dụng mạng truy nhập EPON, phân tích ngun lý hoạt động nó, phân