kỹ thuật hỏi vòng trong điều khiển truy nhập nhằm đảm bảo băng thông cho mạng quang thụ động ethernet

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC đ  BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC MẠNG BĂNG RỘNG Đề tài: KỸ THUẬT HỎI VÒNG TRONG ĐIỀU KHIỂN TRUY NHẬP NHẰM ĐẢM BẢO BĂNG THÔNG CHO MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG ETHERNET Cán giảng dạy Nhóm học viên Lớp : TS Nguyễn Tài Hưng : Mai Duy Khánh Nguyễn Ngọc Hiển Nguyễn Trung Đức : KTTT1 Hà Nội 2/2012 KỸ THUẬT HỎI VÒNG TRONG ĐIỀU KHIỂN TRUY NHẬP NHẰM ĐẢM BẢO BĂNG THÔNG CHO MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG ETHERNET PHÂN CÔNG Trang – 9: Nguyễn Ngọc Hiển MSHV: CB110847 Trang 10 – 19: Mai Duy Khánh MSHV: CB100645 Trang 20 – 29: Nguyễn Trung Đức MSHV: CB110833 TÓM TẮT: Trong mạng đường trục backbone có thay đổi đáng kể phát triển công nghệ gần thập kỷ trở , mạng truy nhập lại khơng thay đổi nhiều Hiện , mạng quang thụ động (PONs) sẵn sàng triển khai cho mạng truy cập phát triển số công nghệ nhằm cho phép thực điều với khoảng cách dài giảm chi phí bảo dưỡng Trong số công nghệ PON , công nghệ EPON chuẩn hóa IEEE 802.4ah EFM , ưa chuộng tốc độ cao , chi phí thấp , thân thiện , tính tương thích chi phí phụ thấp Trong tiểu luận , chúng em tập trung nghiên cứu chế hỏi vịng nhằm đảm bảo băng thơng (BGP : Bandwidth guaranteed polling) mà cho phép băng thông upstream chia sẻ dựa SLA – Service level agreement thuê bao nhà cung cấp dịch vụ BGP cung cấp đảm bảo băng thông cho thuê bao premium dựa vào SLA cung cấp dịch vụ tốt cho thuê bao khác Kết phân tích mơ chứng minh kỹ thuật đưa tốt để làm so sánh với kỹ thuật biết Với khách hàng doanh nghiệp yêu cầu dịch vụ chất lượng với đảm bảo băng thông người sử dụng hộ gia đình u cầu chi phí thấp , chất lượng , kỹ thuật BGP mang lại lợi ích cho hai nhóm thuê bao nhà khai thác I LỜI GIỚI THIỆU Trong mạng truy nhập trải qua thay đổi nhỏ năm gần , mạng đường trục thay đổi đáng kể xuất công nghệ ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) Trong suốt khoảng thời gian ,mạng cục (LAN) mở rộng từ tốc độ 10Mbps đến 100Mbps , sau 1Gbps Thậm chí sản phẩm Ethernet 10Gbps bắt đầu xuất Kết có chênh lệch ngày tăng lực mạng LAN mạng đường trục với mạng truy nhập tốc độ thấp gây việc nghẽn cổ chai Một nhu cấu cấp thiết đặt cơng nghệ để phát triển dành cho mạng truy nhập phải rẻ tiền , đơn giản , khả mở rộng tích hợp thoại , data , dịch vụ tới thuê bao Mạng quang thụ động nhận thấy giải pháp cho mạng truy nhập APON mạng quang điểm đến đa điểm sử dụng thành phần quang thụ động cách tử chia thụ động PON sử dụng để triển khai sợi quang tới nhà hộ gia đình (FTTH) , đến tòa nhà (FTTB) hay tới lề đường (FTTC) cho thuê bao sử dụng mạng truy nhập PON cấu trục liên kết với , với chi nhánh công ty , vịng bus cấu trục phỏ biến Việc truyền dẫn thực thiết bị đầu cuối kênh quang OLT phần tử mạng quang ONUs OLT đặt phía khách hàng trung tâm văn phịng , kết nối mạng truy nhập quang đến mạng đường trục ONU đặt lề đường cột điện (FTTC ) FTTH , FTTB để cung cấp dịch vụ băng rộng tích hợp thoại , data video Trong hướng downstream (từ OLT đến ONUs), lưu lượng từ điểm đến đa điểm Trong hướng upstream (từ ONUs đến OLT) , lưu lượng từ nhiều điểm đến điểm Kiến trúc mạng PON đa số sử dụng bước song 1550nm cho lưu lượng downstream bước song 1310nm cho truyền upstream nhằm đặt chi phí tốt Có hai giao thức phổ biến lớp datalink cho kiến trúc mạng PON, cụ thể truyền dẫn không đồng (ATM) PON Ethernet PON (EPON) APON phát triển định mạng truy cập quang dựa PON mà sử dụng ATM giao thức lớp Có số đề nghị cho APONs dùng để chia sẻ băng thơng upstream.Tuy nhiên, chi phí cao phức tạp APON mạng lại làm cho giảm quan tâm EPON mang lại khả đóng gói liệu khung Ethernet có tính tương thích ngược với chuản IEEE 802.3 Ethernet có liên quan đến tiêu chuẩn IEEE 802 khác Kể từ Ethernet công nghệ rẻ tiền mà lại phổ biến tương thích với loạt thiết bị, trở thành lựa chọn hồn hảo PON nhằm cung cấp gói tin IP hỗ trợ hiệu truyền dẫn đa phương tiện EPON không đơn giản phương tiện chia sẻ mạng điểm đến điểm Trong hướng downstream, khung Ethernet truyền qua OLT thông qua chia 1:N đến ONUs Các gói tin quảng bá OLT lọc ONU đích chúng dựa địa MAC Trong hướng upstream, gói tin từ ONU đến OLT, khơng phải ONUs Như hướng upstream, ONUs phải chia sẻ đường trung kế với , giao thức điều khiển môi trường truy cập cần thiết để ngăn chặn truyền liệu từ vô số ONUs thời điểm Ngồi sử dụng công nghệ WDM cho nhiều ONU để chia sẻ kênh upstream Bằng công nghẹ WDM , ONU truyền bước sóng xác định không bị giao thoa với thiết bị truyền dẫn ONUs khác Tuy nhiên , điều lại yêu cầu ONU phải sử dụng thiết bị truyền dẫn ổn định hoạt động nhiều bước sóng khác mà giám sát , hoạt động bảo trì lỗi mà loại thiết bị phát khác cài đặt dự phòng Hơn , phát điều chỉnh mảng thiết bị phát sử dụng cho ONU Điều không khả thi giá thành cao Tương tự , hai thiết bị thu điều chỉnh mảng thu dùng cho OLT để nhận thông tin từ ONUs khác nneeus ONU sử dụng bước sóng khác cho truyền dẫn Điều làm cho công nghệ WDM trở nên đắt đỏ Các giao thức đa truy nhập dị tìm sóng mang dựa tranh chấp quy ước khó triển khai EPON ONUs khơng thể dễ dàng dị xung đột đầu OLU hướng thuộc tính chia tách quang Mặc dù OLT phát vụ xung đột có trách nhiệm thơng báo cách gửi tín hiệu tranh chấp , độ trễ truyền dài EPON giảm đáng kể hiệu Hơn nữa, băng thơng phân bổ cho ONU khơng thể kiểm sốt đảm bảo làm cho khó khăn cho loại hình chất lượng dịch vụ (QoS) hỗ trợ Xem xét yếu tố trên, kế hoạch kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) bước sóng thơng thường hấp dẫn lưu lượng upstream Khơng có tranh chấp băng thơng đến ONU phân bổ dựa nhu cầu thực tế dựa SLAs Hơn nữa, với TDMA, tất ONU sử dụng bước sóng phải loại thu phát,mà làm cho thiết bị dễ dàng chi phí hiệu để thiết kế, sản xuất, vận hành trì Với cơng nghệ TDMA, ONU phân bổ cố định thay đổi kích thước cửa sổ thời gian cho truyền tải nhiều khung Ethernet Mỗi ONU sử dụng đệm nhận từ người sử dụng chúng truyền cửa sổ thời gian gán Khi cửa sổ thời gian đến, ONU truyền khung tốc độ kênh Có nhiều phương án phân bổ cho cửa sổ thời gian Interleaved Polling với Adaptive Cycle Time (IPACT)t-hời gian chu kỳ thích nghi thiết kế để phân bổ băng thơng động EPON giảm thiểu băng thơng cách sử dụng tin hỏi vòng theo thời gian mà chèn lưu lượng truy cập Ethernet downstream Trong IPACT,OLT phân phối cửa sổ thời gian có kích cỡ khác phụ thuộc vào số lượng khung đệm tương ứng ONUs, theo gói tin từ ONU tương ứng cách sử dụng gói tin điều khiển Mỗi ONU thực sách nhận gói tin từ OLT Nó OLTcơ chế phân xử truy cập mơi trường tĩnh tập trung đó,nó dễ dàng để thích nghi với thay đổi lịch trình thời gian chạy dựa điều kiện mạng thực tế Ngoài ra, đưa độ trễ truyền lớn EPON IPACT phương án hấp dẫn vì, thứ nhất, khơng cần thiết đồng hóa ONU và, thứ hai, gói tin hỏi vịng xen lẫn với khung truyền mà chi phí tổng thể phát sinh từ chậm trễ tuyên truyền giảm hiệu cao hởn Thật không may, IPACT không xem xét thực tế ONU khác có u cầu băng thơng khác khác biệt thỏa thuận cấp độ dịch vụ thuê bao (SLAs) Thêm chế phân bổ băng thơng động IPACT giới thiệu tính truyền loạt truyền lưu lượng từ ONU đến OLT Trong tiểu luận này, chúng em nghiên cứu chế đảm bảo băng thơng kỹ thuật hỏi vịng BGP sử dụng giao thức MAC cho EPON.BGP sử dụng để kiểm soát việc chia sẻ liệu upstream ,kết hợp SLAs thiết kế để đạt đảm bảo băng thông cho thuê bao mà đăng ký dịch vụ băng thơng cao muốn có dịch vụ với chi phí thấp , chất lượng dịch vụ tốt Phần lại tiểu luận gồm : Phần II: Kiến trúc mạng EPON dịch vụ Phần III: Trình bày chế BGP Phần IV: Đánh giá hoạt động giao thức BGP Phần V: Trình bày kết nhận từ thí nghiệm mơ phân tích tính tốn Phần VI: Kết luận II MƠ HÌNH KIẾN TRÚC MẠNG EPON VÀ DỊCH VỤ Trong tiểu luận này, chúng em xem xét cấu trúc liên kết cho PON Trong kiến trúc này, OLT kết nối với N (tối đa 64) ONU thông qua chia thụ động 1: N OLT đặt văn phòng trung tâm , kết nối mạng truy nhập quang ATM, IP, SONET đường trục ONU đặt nhà khách hàng trường hợp FTTH FTTB để cung cấp liệu,các dịch vụ thoại, video cho người dùng cuối Tất kênh truyền EPON thực OLT ONUs Khơng có lưu lượng trực tiếp truy cập ONUs Hệ thống hoạt động điểm đến đa điểm theo hướng downstream đa điểm đến điểm theo hướng upstream Trong hướng downstream, gói tin quảng bá OLT đến đích ONU chúng dựa địa MAC Hình cho thấy lưu lượng downstream Trong hướng upstream, môi trường truyền dẫn chia sẻ N ONU giao thức điều khiển truy cập (MAC) cần thiết để phân xử ONU mà có liệu để truyền tải Hình minh họa cho việc truyền upstream ONUs mạng chia thành riêng biệt Một bao gồm lượng ONU nhằm đảm bảo băng thông ONU khác khơng địi hỏi việc đảm bảo băng thơng dịch vụ Trong việc thực triển khai, tòa nhà thuê bao mà hỗ trợ hai loại hình dịch vụ phục vụ với hai loại ONUs,mà chia thành hai phần riêng biệt thực hai mảnh riêng biệt tương tự mơ-đun Sau đó, có nhánh PON cần phải kết thúc tòa nhà thuê bao cơng suất tín hiệu quang phân chia nội vùng bên thiết bị đấu nối cho hai mảnh ONU thiết bị Hệ thống thiết kế để đảm bảo băng thông thuê bao nhà cung cấp dịch vụ qua SLA Trong phần kế tiếp, chúng em trình bày giao thức MAC cung cấp hai dịch vụ đảm bảo băng thông đến người sử dụng có nhu cầu cao băng thơng dịch vụ chất lượng tốt cho người sử dụng không yêu cầu nhiều băng thông III KỸ THUẬT HỎI VỊNG ĐỂ ĐẢM B ẢO BĂNG THƠNG Thách thức thiết kế giao thức MAC để cung cấp dịch vụ đảm bảo băng thông làm để kết hợp cách rõ ràng yêu cầu băng thông từ người sử dụng vào việc thiết kế chế việc lịch trình để tất người dùng chia sẻ truyền dẫn.Như đề cập phần đầu tiên, hệ thống TDM cách phổ biến nhấ để chia sẻ liên kết truyền dẫn Đi vào xem xét đặc điểm khác EPON, kỹ thuật hỏi vịng có tiềm lợi để tự động lịch trình lưu lượng upstream tạo ONU Do đó, kết hợp hai tương ứng với hệ thống TDM với khả lập kế hoạch mềm dẻo, lợi phương pháp hiển nhiên Đầu tiên, khó khăn vấn đề đồng hóa thiếu sót lớn đa hệ thống TDM loại bỏ với việc truyền tải với chế truyền dẫn hỏi vòng Thứ hai, thiếu linh hoạt hiệu TDM khắc phục với lập kế hoạch cách mềm dẻo để phân bổ băng thông cho ONU địi hỏi điểm thời gian Quan trọng nhất, SLAs yêu cầu băng thông thời điểm OUNs kết hợp chế lập kế hoạch để đảm bảo SLAs đáp ứng vượt băng thơng sử dụng Trong kỹ thuật BGP, OLT điều khiển trung tâm mà hỏi vịng ONUs cách gửi gói tin hỏi vịng có chu kỳ thường xuyên đến ONU để đồng ý truyền cửa sổ Sau nhận gói tin hỏi vòng, ONU bắt đầu gửi liệu đến OLT ONUs chia thành hai nhóm: ONU đảm bảo băng thơng ONU không đảm bảo băng thông Tổng băng thông upstream chia thành đơn vị băng thông tương đương OLT trì bảng Entry vào giữ trình tự mục hỏi vịng Mỗi mục sở hữu đơn vị băng thông, phân bổ cho ONU đảm bảo băng thông tự động gán cho ONU không đảm bảo băng thơng Có hai phần Entry , Phần mục lưu trữ số ID ONU, chiếm mục nhập Phần thứ hai entry lưu giữ độ trễ truyền từ ONU đến OLT.Tổng số mục bảng số lượng tối đa đơn vị băng thông c đường upstream OLT trì danh sách ONU khơng đảm bảo băng thơng mà xác định trình tự hỏi vịng ONU khơng đảm bảo băng thơng Danh sách ONU khơng đảm bảo băng thơng có cấu trúc tương tự bảng Entry Mỗi phần tử có hai phần Phần phần tử giữ số lượng ID ONU không đảm bảo băng thông Phần thứ hai giữ độ trễ truyền ONU đến OLT Tổng số số lượng thành phần danh mục không cố định Mỗi ONU đảm bảo băng thơng phân phối đơn vị băng thông (entries) theo SLA yêu cầu băng thông họ ONU đảm bảo băng thông với nhiều mục nhiều băng thông hướng upstream.Và chúng hỏi vòng nhiều đơn vị thời gian OLT chu kỳ hỏi vịng Nếu ONU đảm bảo băng thơng chiếm nhiều mục, chúng phân bố tất cácmục bảng Entry số thuật tốn Dịch vụ chất lượng tốt mà khơng đảm bảo băng thông cung cấp đến ONU không đảm bảo băng thông Entry mà không bị chiếm đóng ONU đảm bảo băng thơng giao cho ONU không đảm bảo băng thông cách tự động OLT hỏi vịng ONU khơng đảm bảo băng thơng entry có sẵn theo thứ tự trình bày List Ngồi ra,cửa sổ truyền tải khơng cần thiết mục khơng bị chiếm giữ ONU gắn cho ONU khơng đảm bảo băng thông cách tự động Trong trường hợp này, có ngưỡng xác định trước để xác định xem có sử dụng cửa sổ truyền tải khơng cần thiết hay không Nếu cửa sổ truyền tải chiếm giữ ONU thấp ngưỡng, sử dụng để hỏi vịng ONU, khơng, bị từ chối Kích thước cửa sổ truyền tải tối đa gói liệu cho mục tham số hệ thống tham số điều chỉnh theo môi trường mạng 10 Với giá trị trung bình pn 0.5 ρe < ρs, thời gian qt trung bình tc tìm độ trễ chờ đợi trung bình ONU kiểm sốt E(W1 ) Ta tìm ONU đảm bảo không đảm bảo sau Trong suốt thời gian quét tc số gói tin tới ONU λ*tc, ONU đảm bảo với n entry λ*tc< n*Wmax Ta xem gửi tất gói tin đợi kiểm tra Vì ONU kiểm tra (tc/n) thời gian Những gói tin đến suốt khoảng thời gian λc *t/n Thời gian trễ trung bình cho tất gói tin là: t*λi*tc/n = ρi* tc/n Phần lại vòng kiểm tra trung bình (tc/n) lúc ONU khơng chạy (1- ρi)* tc/n Nó thời gian chờ đợi trung bình cho ONU kiểm định Trong tiến trình đặn, độ trễ chờ đợi trung bình gói là: E(W1) = ½ (1- ρi)* tc/n (4) Nếu λ*tc > n*Wmax, ONU gửi gói tin tới Wmax khí kiểm tra Thời gian truyền trung bình gói tin Wmax*t Thời gian trung bình ONU chờ để kiểm tra tc/n-Wmax*t Trong tiến trình đặn, độ trễ chờ đợi trung bình gói là: E(W1) = ½ (tc/n-Wmax*t) (5) Khi có mn ONU đảm bảo chiếm n entry, mt ONU khơng đảm bảo gán tổng entry OLT Thêm vào window truyền thừa entry không dùng đầy đủ ONU đảm bảo gán ONU khơng đảm bảo tích cực Như đề cập trước đó, có P window thừa trung bình cho ONU khơng đảm bảo Vì số entry trung bình mà ONU khơng đ ảm bảo gán xấp xỉ t 16 Kích thước window truyền cho entry Wmax, window truyền thừa có kích thước ngẫu nhiên (nhỏ Wmax) tới ONU dùng Nếu gói tin tới ONU đảm bảo với n entry (tc/n) thời gian ngưỡng T, window thừa (Wmax – λi*tc/n) sử dụng kiểm tra ONU không đảm bảo ONU nhận khích thước window tới ngưỡng T, giá trị kích thước window trung bình cho ONU T/2, kích thước window thừa trung bình cho ONU khơng đảm bảo (Wmax-T/2) Tất kích thước window ONU khơng đảm bảo là: Kích thước window trung bình cho ONU khơng đ ảm bảo là: Để xác định ONU không đảm bảo, λ*tc < n*Wnon, coi ONU nhận tất gói tin đợi kiểm tra Vì ONU kiểm tra (tc/n) giây, gói tin nhận khoảng thời gian λc *t/n Thời gian truyền tủng bình cho tất gói tin t*λi*tc/n = ρi* tc/n Khi thời gian cần vịng kiểm định trung bình (tc/n) ONU rảnh, (1- ρi)* tc/n Nó thời gian trung bình ONU đợi cho lần kiểm tra Thời gian đợi trung bình gói tin là: 17 Nếu λ*tc > n*Wnon, ONU gửi Wnon/n gói tin kiểm tra Thời gian truyền trung bình cho gói tin tc/n-Wmax*t Độ trễ thời gian chờ trung là: Chúng ta đánh giá E(W2 ) tất loại ONU theo tải truyền khác Ta ý ONU trải qua giai đoạn truyền tải: tải truyền nhẹ, trung bình, nặng, giai đoạn liện quan tới dung lượng truyền hiệu dụng ONU Những loại ONU khác có giá trị khác cho tải nhẹ, nặng, trung bình Khi tải truyền ρ thấp, nghĩa λ*tc