Đề tài : Một số thuật toán băng thông động cải tiến trong GPONNội dung đồ án gồm 3 chương :Chương 1: Mạng truy nhập quang thụ động GPONChương 2: Cấp phát băng thông động trong GPONChương 3: Một số thuật toán cấp phát băng thông động cải tiến trong GPON
Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục SVTH: Tô Thị Trang Lớp D08VT1 i MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ iii DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT vi DANH MỤC BẢNG ix LỜI NÓI ĐẦU………………………………………………………………….x CHƢƠNG 1: MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG GPON 1 1.1 Giới thiệu chương 1 1.1.1 Mạng truy nhập quang thụ động: 1 1.1.2 Đa truy nhập trong PON 2 1.2 Chuẩn GPON 4 1.2.1 APON và ITU-T G.983 4 1.2.2 GPON và ITU-T G.984 6 1.3 Kiến trúc GPON 7 1.3.1 OLT 7 1.3.2 ONU/ONT 8 1.3.3 ODN 9 1.4. Cấu trúc phân lớp của mạng quang GPON 9 1.4.1 Lớp phụ thuộc phương tiện vật lý 10 1.4.2 Lớp hội tụ truyền dẫn 11 1.5 Cấu trúc khung truyền dẫn 13 1.5.1 Định dạng khung luồng xuống 13 1.5.2. Định dạng khung luồng lên 16 1.6 Tổng kết chương 20 CHƢƠNG 2: CẤP PHÁT BĂNG THÔNG ĐỘNG TRONG GPON 21 2.1 Giới thiệu chương 21 2.2 Tổng quan về phân bổ băng thông 21 2.2.1 Cấp phát băng thông tĩnh 22 2.2.2 Cấp phát băng thông động 22 2.2.3 So sánh hai phương pháp cấp phát băng thông 23 2.3 Cấp phát băng thông động DBA trong GPON 24 2.3.1 Yêu cầu của DBA 24 2.3.2 Cơ sở điều khiển luồng- xếp hàng công bằng 25 Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục SVTH: Tô Thị Trang Lớp D08VT1 ii 2.3.3 Thỏa thuận mức dịch vụ 27 2.3.4 T-CONT 28 2.3.5 Tham số ước lượng của DBA 31 2.4 Thuật toán DBA cho GPON 31 2.4.1 Phương pháp không báo cáo trạng thái 31 2.4.2 Phương pháp báo cáo trạng thái 32 2.4.3 So sánh hai thuật toán 34 2.5 Tổng kết chương 34 CHƢƠNG 3: MỘT SỐ THUẬT TOÁN CẤP PHÁT BĂNG THÔNG ĐỘNG 35 CẢI TIẾN TRONG GPON 35 3.1. Giới thiệu chương 35 3.2 Thuật toán phân bổ băng thông động nhỏ nhất 35 3.2.1 Cơ sở của thuật toán 35 3.2.2 Thuật toán 36 3.2.3 Một số đánh giá 37 3.3 Thuật toán phân bổ đa bước sóng động 40 3.3.1 Cơ sở của thuật toán 40 3.3.2 Thuật toán 41 3.3.3 Một số đánh giá 43 3.4 Thuật toán Bi-Partitional 46 3.4.1 Cơ sở của thuật toán 46 3.4.2 Thuật toán 48 3.4.3 Một số đánh giá 51 3.5 Phương pháp phân bổ băng thông hỗ trợ NSR ONU trong GPON 54 3.5.1 Thuật toán 54 3.5.2 Một số đánh giá 58 3.6 Tổng kết chương 61 TỔNG KẾT 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục hình vẽ SVTH: Tô Thị Trang Lớp D08VT1 iii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Mô hình mạng PON 1 Hình 1.2 Đa truy nhập phân chia theo thời gian 2 Hình 1.3 Đa truy nhập phân chia theo bước sóng 3 Hình 1.4 Đa truy nhập theo tần số trực giao 4 Hình 1.5 Định dạng khung APON ở tốc độ 155.52 Mbps 6 Hình 1.6 Kiến trúc của GPON 7 Hình 1.7 Sơ đồ khối chức năng OLT 8 Hình 1.8 Sơ đồ các khối chức năng ONU 9 Hình 1.9 Điều khiển đa truy nhập GPON 11 Hình 1.10 Cấu trúc khung luồng xuống 13 Hình 1.11 Cơ chế trạng thái đồng bộ ONU 14 Hình 1.12 Cấu trúc trường US BW 15 Hình 1.13 Truyền dẫn ONU luồng lên 16 Hình 1.14 Định dạng và cấu trúc tiêu đề của khung luồng lên được gửi từ ONU 17 Hình 1.15 Tải là ATM 18 Hình 1.16 Bốn trường tiêu đề và tải trọng của đoạn GEM 19 Hình 1.17 Tải là GEM 19 Hình 1.18 Tải là DBA 20 Hình 2.1 Phân bổ băng thông tĩnh 22 Hình 2.2 Phân bổ băng thông động 23 Hình 2.3 Tỷ lệ mất gói theo tải 23 Hình 2.4 Trễ theo tải 24 Hình 2.5 Ví dụ về cấu hình mạng ở lớp 2 của ISPs 25 Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục hình vẽ SVTH: Tô Thị Trang Lớp D08VT1 iv Hình 2.6 Nguyên tắc của hàng đợi công bằng 26 Hình 2.7 Phân bổ băng thông phụ thuộc vào loại hình dịch vụ 27 Hình 2.8 T-CONT tương ứng với liên kết logic giữa OLT và một ONU 28 Hình 2.9 T-CONT dựa trên ATM và T-CONT dựa trên GEM 28 Hình 2.10 Phân bổ khe thời gian truyền cho T-CONT 29 Hình 2.11 Một ONU được phân bổ có 2 Alloc-ID chỉ cần một PLOu 29 Hình 2.12 Phân loại T-CONT theo chuẩn G.984 30 Hình 2.13 Hoạt động của SR-DBA 32 Hình 2.14 Báo cáo trong PLOu 33 Hình 2.15 Báo cáo trong DBRu 34 Hình 3.1 Mô hình mạng 37 Hình 3.2 Thông lượng của mạng 38 Hình 3.3 Trễ gói trung bình của thuật toán DMB trong GPON 38 Hình 3.4 Trễ gói tin trung bình ứng với các mức dịch vụ 39 Hình 3.5 Định dạng khung luồng lên (a) Một bước sóng (b) Đa bước sóng 40 Hình 3.6 DMW hoạt động với bước sóng CWDM 41 Hình 3.7 Nguyên lý của Phân bổ băng thông DMW-GPON 42 Hình 3.8 Mô hình mạng 43 Hình 3.9 Thông lượng theo tổng tải mạng trong đơn bước sóng và đa bước sóng 44 Hình 3.10 Trung bình trễ gói trong đơn bước sóng và đa bước sóng 45 Hình 3.11 Trễ gói tin trung bình của thuật toán DBA và DMW 45 Hình 3.12 Tổng mất mát gói tin của ONU với thuật toán DMB và DMW tại ONU 46 Hình 3.13 Kỹ thuật luồng lên có đặc điểm lai 47 Hình 3.14 Thông lượng của T-CONT 2 52 Hình 3.15 Thông lượng T-CONT 3 52 Hình 3.16 Thông lượng T-CONT 4 52 Hình 3.17 Trễ end-to-end của T-CONT 2 53 Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục hình vẽ SVTH: Tô Thị Trang Lớp D08VT1 v Hình 3.18 Trễ end-to-end của T-CONT 3 53 Hình 3.19 Trễ end-to-end của T-CONT 4 54 Hình 3.20 Đoạn mã giả của thuật toán MAC cho phân bổ băng phần băng thông đảm bảo 57 Hình 3.21 Đoạn mã giả của thuật toán MAC cho phân bổ băng phần băng thông dư thừa 58 Hình 3.22 So sánh hiệu quả mạng sử dụng SR DBA và NSR DBA 59 Hình 3.23 Hiệu quả sử dụng trong trường hợp 24 SR ONU và 8 NSR ONU như kích thước phần băng thông phân bổ 60 Hình 3.24 Hiệu quả sử dụng trong trường hợp 16 SR ONU và 16 NSR ONU như kích thước phần băng thông phân bổ 61 Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh sách từ viết tắt SVTH: Tô Thị Trang Lớp D08VT1 vi DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT A ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số bất đối xứng AON Active Optical Network Mạng quang tích cực APON ATM Passive Optical Network Mạng quang thụ động trên nền ATM ASB ASsured Bandwidth Băng thông chắc chắn B BEB Best-Effort Bandwidth Băng thông nỗ lực tối đa BPON Broadband Passive Optical Network Mạng quang thụ động băng thông rộng BW MAP Bandwidth Mapping messages Bản tin ánh xạ băng thông C CBR Constant Bit Rate Tốc độ bít không đổi CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CIR Committed Information Rate Tốc độ thông tin cam kết CO Central Office Tổng đài D DBA Dynamic Bandwidth Allocation Cấp phát băng thông động DMBA Dynamic Minimum Bandwidth Allocation Phân bổ băng thông động nhỏ nhất DMWA Dynamic Mutil-Wavelength Allocation Phân bổ đa bước sóng động E EIR Excess Information Rate Tốc độ thông tin vượt mức Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh sách từ viết tắt SVTH: Tô Thị Trang Lớp D08VT1 vii F FSAN Full Service Access Network Mạng truy nhập dịch vụ đầy đủ FTTH Fiber To The Home Cáp quang tới nhà G GEM GPON Encapsulation Method Phương pháp đóng gói GPON GPON Gigabit Passive Optical Network Mạng quang thụ động tốc độ Gigabit GTC GPON Tranmission Conversion Truyền dẫn hội tụ GPON H HDTV High-Definition TeleVision Truyền hình chất lượng cao P PLOAM Physical Layer Operations, Administration and Maintenance Bảo dưỡng, quản lý, điều hành lớp vật lý PMD Physical Media Dependence Lớp phụ thuộc môi trường vật lý PON Passvice Optical Network Mạng quang thụ động M MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường N NAB Non- Assured Bandwidth Băng thông không chắc chắn NSR Non Status Reporting Không báo cáo trạng thái O ODN Optical Distribution Network Mạng phân phối quang OFDM Orthogonal Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập theo tần số trực giao OLT Optical Line Terminal Đầu cuối kênh quang Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh sách từ viết tắt SVTH: Tô Thị Trang Lớp D08VT1 viii ONT Optical Network Terminal Đầu cuối mạng quang ONU Optical Network Unit Đơn vị mạng quang R RTT Round Trip Time Thời gian vòng lặp S SBA Static Bandwidth Allocation Cấp phát băng thông tĩnh SLA Service Level Agreement Thỏa thuận mức dịch vụ SR Status Reporting Báo cáo trạng thái T T-CONT Transmission Containers Container truyền dẫn TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian V VBR Variable Bit Rate Tốc độ bít thay đổi VC Virtual Circuit Kênh ảo VP Virtual Path Đường ảo W WDMA Wavelength Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo bước sóng Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục bảng SVTH: Tô Thị Trang Lớp D08VT1 ix DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Tốc độ luồng xuống/luồng lên của APON…………………………………… 5 Bảng 1.2 Cấu trúc phân lớp mạng GPON 10 Bảng 3.1 2 bít trường ‘Type’ Error! Bookmark not defined. 41 Bảng 3.2 Tham số dịch vụ 57 Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời nói đầu SVTH: Tô Thị Trang Lớp D08VT1 x LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay, khi nhu cầu về băng thông tăng lên không ngừng thì truyền dẫn quang ngày càng phổ biến trong mạng truy nhập. Tại Việt Nam giải pháp FTTx (Fiber to the x) chính thức có mặt là vào tháng 8/2006 khi FPT Telecom lần đầu tiên giới thiệu dịch vụ này đến với người dùng trong nước. Đến năm 2008 thì dịch vụ FTTH đã được triển khai bởi hầu hết bởi các nhà ISP như VNPT, Viettel, SPT hay mới nhất là CMC. GPON là công nghệ cho mạng truy nhập quang hỗ trợ cho cấu trúc hệ thống mạng thế hệ sau FTTx, sử dụng sợi quang làm môi trường truyền dẫn cung cấp băng thông rộng, tốc độ truyền dữ liệu cao với chất lượng dịch vụ khá tốt. GPON có khả năng cung cấp số lượng thuê bao lớn hơn rất nhiều so với mạng Internet thông thường, dễ dàng mở rộng mạng và cho phép người sử dụng dùng đồng thời nhiều dịch vụ truyền thông chất lượng cao. Tuy vậy, mạng GPON sử dụng một sợi quang cho nhiều người dùng cùng truy nhập nên việc cấp phát băng thông hợp lý, công bằng trở nên cực kỳ quan trọng. Để giải quyết bài toán cấp phát băng thông ta phải xây dựng thuật toán cấp dựa trên thỏa thuận về dịch vụ hay QoS thích hợp. Hiện nay, nhiều thuật toán DBA mới đã được nghiên cứu để cải thiện hiệu quả phân bổ băng thông. Các mô phỏng cho thấy các thuật toán đó đã thỏa mãn được các yêu cầu của GPON về dịch vụ và QoS. Với lý do đó, em chọn đề tài là “Một số thuật toán cấp phát băng thông động cải tiến trong GPON” làm đồ án tốt nghiệp. Nội dung đồ án gồm 3 chương : Chương 1: Mạng truy nhập quang thụ động GPON Chương 2: Cấp phát băng thông động trong GPON Chương 3: Một số thuật toán cấp phát băng thông động cải tiến trong GPON Đề tài có nội dụng liên quan đến công nghệ vẫn còn trong quá trình nghiên cứu và phát triển nên trong đồ án này em chỉ cố gắng chắt lọc những nội dung cơ bản nhất. Do có sự hạn chế về mặt thời gian cũng như năng lực và kiến thức của cá nhân nên không tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế. Em mong các thầy cô giáo và các bạn quan tâm góp ý để đồ án này càng được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn cô giáo ThS. Ngô Thu Trang đã hướng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành đồ án này. Em cũng xin cám ơn các thầy cô giáo trong khoa Viễn thông 1, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông đã giúp đỡ góp ý cho em. Em xin chân thành cảm ơn! [...]... học Chương 2: Cấp phát băng thông động trong GPON chất DBA là tính toán BWMAP linh hoạt để phân bổ hợp lý băng thông cho mỗi ONU 2.2.1 Cấp phát băng thông tĩnh Các thế hệ trước của mạng PON phân bổ thông băng tĩnh Với SBA, băng thông và trễ là ổn định, phương pháp này không hiệu quả vì băng thông vẫn được sử dụng ngay cả khi không có lưu lượng luồng lên Mỗi ONU được phân bổ băng thông xác định trước... thông động Một thuật toán DBA tốt phân bổ băng thông luồng lên thích ứng với sự lưu lượng luôn luôn thay đổi Tại khe thời gian bất kỳ, băng thông được phân bổ cho một số ONU (hoặc dịch vụ) Trong khe thời gian khác, băng thông sẽ được phân bổ cho ONU (hoặc dịch vụ) khác, tối đa hóa hiệu quả sử dụng băng thông trong PON Mặc dù có hiệu quả tốt hơn, nhưng nếu thiết kế DBA không phù hợp với chi tiết kỹ thuật. .. phát băng thông động trong GPON CHƢƠNG 2: CẤP PHÁT BĂNG THÔNG ĐỘNG TRONG GPON 2.1 Giới thiệu chƣơng Mạng GPON với tốc độ luồng xuống/luồng lên lên tới 2.44Gbps/1.24Gbps có thể cung cấp dịch vụ cho 32 ONU Với mục tiêu phục vụ nhu cầu dịch vụ ngày càng cao của khách hàng, các phương pháp cấp phát băng thông quan trọng hơn bao giờ hết Có hai phương pháp cấp phát băng thông, đó là : cấp phát băng thông tĩnh... nghẽn tại hàng đợi ở các ONU Để sử dụng băng thông không khả dụng để cung cấp các kết nối tốc độ cao và chất lượng luồng lên tốt hơn để sử dụng và kinh doanh, cơ chế phân bổ băng thông phải năng động 2.2.2 Cấp phát băng thông động Chuẩn GPON cung cấp công cụ để phân bổ băng thông động và đưa ra đề án phân bổ băng thông Sử dụng các công cụ này, OLT có thể phân bổ băng thông cho riêng ONU hoặc cho dịch vụ... tĩnh (SBAStatic Bandwidth Allocation) và cấp phát băng thông động (DBA- Dynamic Bandwidth Allocation) Trong chương 2 đề cập chủ yếu về cấp phát băng thông động 2.2 Tổng quan về phân bổ băng thông Mạng GPON có thể cung cấp đồng thời nhiều dịch vụ chất lượng cao Một số dịch vụ như là VoIP hoặc TDM, yêu cầu băng thông luồng lên cố định nên có thể phân bổ băng thông tĩnh cho các dịch vụ này Các dịch vụ dựa... Internet, xem video trực tuyến, chia sẻ và tải tệp tin Để băng thông luồng lên được sử dụng hiệu quả, OLT sẽ phân bổ băng thông luồng lên cho từng dịch vụ bằng việc sử dụng thuật toán phân bổ băng thông động (DBA- Dynamic Bandwidth Allocation) Với thuật toán DBA tốt, có thể tối đa số lượng ONU được truy nhập mạng Một ví dụ đơn giản là mạng với 32 thuê bao, trong đó tốc độ tối đa mỗi thuê bao 100Mbit/s Yêu... chửa nhưng thiếu tính linh hoạt trong phân bổ băng thông so với phương pháp phân bổ băng thông động Đặc biệt gặp khó khăn khi nhu cầu băng thông ngày càng tăng cao Bây giờ, so sánh hai phương phân bổ này SVTH: Tô Thị Trang Lớp D08VT1 23 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2: Cấp phát băng thông động trong GPON trong đánh giá của Wenjia Wang Didi, Walt Soto, Anh Ly trong „DBA overview’ tháng 10/2001với các... giới hạn số lượng người dùng trên một liên kết, có thể đảm bảo băng thông tối thiểu cho người dùng và trễ lưu lượng ít hơn mức băng thông tối thiểu được bảo đảm Vì vậy, sự công bằng, hiệu quả và số người dùng chia sẻ băng thông là yếu tố quyết định băng thông tối thiểu đảm bảo cho mỗi người dùng Bảo đảm băng thông tối thiểu và hạn chế trễ tối đa rất cần thiết để cung cấp dịch vụ như VoIP Trong ITUT,... sử dụng băng thông cũng bị giảm sút Các chi tiết dịch vụ ở đây bao gồm băng thông đảm bảo tối thiểu, băng thông tối đa, trễ tối đa… DBA có kế hoạch riêng cho từng dịch vụ 2.2.3 So sánh hai phƣơng pháp cấp phát băng thông Hình 2.3 Tỷ lệ mất gói theo tải Dễ thấy, phương pháp cấp phát băng thông tĩnh đơn giản trong cấu hình các thiết bị, đơn giản trong quản lý, sửa chửa nhưng thiếu tính linh hoạt trong. .. trên băng thông được phân bổ trong yêu cầu ONU, lưu lượng luồng lên đo được, hoặc dựa trên cả hai, xem xét thỏa thuận mức dịch vụ (SLA-Service Level Agreement) của thuê bao Ví dụ, hình dưới mô tả băng thông không được phân bổ cho ONU-A, ONU-C mà phân bổ cho ONU khác có yêu cầu SVTH: Tô Thị Trang Lớp D08VT1 22 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2: Cấp phát băng thông động trong GPON Hình 2.2 Phân bổ băng thông . Thuật toán 36 3.2.3 Một số đánh giá 37 3.3 Thuật toán phân bổ đa bước sóng động 40 3.3.1 Cơ sở của thuật toán 40 3.3.2 Thuật toán 41 3.3.3 Một số đánh giá 43 3.4 Thuật toán Bi-Partitional. 3.4.1 Cơ sở của thuật toán 46 3.4.2 Thuật toán 48 3.4.3 Một số đánh giá 51 3.5 Phương pháp phân bổ băng thông hỗ trợ NSR ONU trong GPON 54 3.5.1 Thuật toán 54 3.5.2 Một số đánh giá 58 3.6. 3: MỘT SỐ THUẬT TOÁN CẤP PHÁT BĂNG THÔNG ĐỘNG 35 CẢI TIẾN TRONG GPON 35 3.1. Giới thiệu chương 35 3.2 Thuật toán phân bổ băng thông động nhỏ nhất 35 3.2.1 Cơ sở của thuật toán 35 3.2.2 Thuật