Đánh giá hiệu năng những thuật toán cấp phát động băng thông đa bước sóng cài đặt cho mạng WDM PON

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đặng Tuấn Linh Đặng Tuấn Linh Chuyên Ngành Kỹ Thuật Máy Tính Và Truyền Thơng Đánh Giá Hiệu Năng Những Thuật Tốn Cấp Phát Động Băng Thơng Hỗ Trợ Đa Bước Sóng Cài Đặt Cho Mạng WDM-PON LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Chuyên Ngành Kỹ Thuật Máy Tính Và Truyền Thơng 2011B Hà Nội- 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đặng Tuấn Linh Đánh Giá Hiệu Năng Những Thuật Toán Cấp Phát Động Băng Thơng Hỗ Trợ Đa Bước Sóng Cài Đặt Cho Mạng WDM-PON Chuyên ngành : Kỹ Thuật Máy Tính Và Truyền Thơng LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Chun Ngành Kỹ Thuật Máy Tính Và Truyền Thơng NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS Nguyễn Tuấn Dũng Hà Nội – 2013 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Những nội dung luận văn cơng trình nghiên cứu tơi hướng dẫn trực tiếp TS Nguyễn Tuấn Dũng Mọi tham khảo dùng luận văn trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên cơng trình, thời gian, địa điểm công bố Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Mọi chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá, tơi xin chịu hồn toàn trách nhiệm Tác giả luận văn i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ADM Add / Drop Multiplexer ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line APON ATM Passive Optical Network ATM Asynchronous Transfer Mode BPON Broadband Passive Optical Network CO Central Office CoS Class of Service CBR Content Bit Rate DBA Dynamic Bandwidth Allocation DSL Digital Subscriber Loop DTMC Discrete Time Markov Chain DWDM Dense Wavelength Division Multiplexing eDBA enhanced Dynamic Bandwidth Allocation ELAN Ethernet Local Area Network EPON Ethernet Passive Optical Network FDL Fiber Delay Line FIFO First In First Out FTTB Fiber to the Building FTTH Fiber to the Home FTTx Fiber To The x GPON Gigabit Passive Optical Network IP Internet Protocol IPACT Interleaved Polling with Adaptive Cycle Time IPACT-LSA Interleaved Polling with Adaptive Cycle Time Limited Service Agreement IPP Interrupted Poisson Process ISP Internet Service Provider LAN Local Area Network MAC Medium Access Control MAN Metropolitan Area Network MEF Metro Ethernet Forum ii MTU Maximum Transmission Unit MTW Maximum Transmission Window NS Network Simulator OBS Optical Burst Switching OC Optical Channel OCS Optical Circuit Switching oDBA older Dynamic Bandwidth Allocation OE Opto-Electronic OLT Optical Line Terminal OMAN Optical Metropolitan Area Network ONU Optical Network Unit OPS Optical Packet Switching OTN Optical Transport Network OWS Optical Wavelength Switching P2P Peer to Peer PDF Probability Density Function PDU Protocol Data Unit PLR Packet Loss Ratio PON Passive Optical Network PtMT Point to Multipoint PtP Point to Point QoS Quality of Service RTP Real-time Transport Protocol RTT Round Trip Time TCP User Datagram Protocol TDM Time Division Multiplexing UDP Transmission Control Protocol UNI User Network Interface VoIP Voice Over IP WADM Wavelength Add / Drop Multiplexer WAN Wide Area Network iii WDM Wavelength Division Multiplexing WDM IPACT Wavelength Division Multiplexing Interleaved Polling with Adaptive Cycle Time WDBA-C Wavelength Dynamic Bandwidth Allocation with Controlled WDBA-UC Wavelength Dynamic Bandwidth Allocation with UnControlled WDBA-CwE Wavelength Dynamic Bandwidth Allocation with EnhancedControlled WDM-PON Wavelength Division Multiplexing Passive Optical Network iv DANH MỤC HÌNH VẼ Hình – Các lớp quang Hình – Minh họa OPS Hình – Minh họa OBS Hình – Mạng truy cập tới hộ gia đình 10 Hình – Mơ hình mạng quang thụ động 11 Hình – Các coupler 12 Hình – Coupler 8x8 12 Hình – Một vài mơ hình PON 14 Hình – Lưu lượng hướng xuống EPON 18 Hình 10 – Lưu lượng hướng tải lên EPON 19 Hình 11 – Thời gian Round-trip 21 Hình 12 – Giao thức MPCP hoạt động tin GATE 22 Hình 13 – Giao thức MPCP hoạt động tin REPORT 23 Hình 14 – Kiến trúc WDM-PON 24 Hình 15 – Kịch thử nghiệm cân tải với bước sóng 27 Hình 16 – Thời gian đáp ứng đo nút 28 Hình 17 – Kịch thử nghiệm với bước sóng (TH5) 29 Hình 18 – Kịch thử nghiệm với bước sóng (TH6) 30 Hình 19 – Kết thử nghiệm 30 Hình 20 – Cấu trúc logic ONU 31 Hình 21 – Cấu trúc logic OLT 32 Hình 22 – Mơ hình mạng truy nhập EPON 33 Hình 23 – Cấp phát lưu lượng ONU 34 Hình 24 – Các bước thuật toán IPACT 38 Hình 25 – DBA với thời gian tính tốn 39 Hình 26 – Mơ hình eDBA OLT 42 Hình 27 –Truyền liệu bổ sung với ONU 44 v Hình 28 –Truyền liệu bổ sung với ONU 44 Hình 29 – Thuật toán WDM IPACT 48 Hình 30 – Kiến trúc NS2 53 Hình 31 – Nguồn IPP 55 Hình 32 – Sơ đồ khối file Agent-edba.h/Agent-edba.cc 59 Hình 33 – Mối liên hệ lớp Agent-Dborn 63 Hình 34 – Trễ truy nhập với DBA (TH1) 67 Hình 35 – Trễ truy nhập với IPACT-LSA (TH1) 68 Hình 36 – Độ trễ gói tin DBA (TH2) 69 Hình 37 – Độ trễ gói tin IPACT-LSA (TH2) 69 Hình 38 – Độ trễ trung bình gói tin ONU cài đặt eDBA (TH1) 70 Hình 39 – Độ trễ trung bình gói tin ONU cài đặt eDBA (TH2) 71 Hình 40 – Tỷ lệ gói tin IPACT, DBA, eDBA (TH1) 72 Hình 41 – Tỷ lệ gói tin IPACT, DBA, eDBA (TH2) 72 Hình 42– Cài đặt IPACT-LSA với tải không đồng ONU 74 Hình 43 – Cài đặt EDBA với tải không dồng ONU 75 Hình 44 – Tỷ lệ băng thơng sử dụng (đo coupler) 75 Hình 45 – 2-kênh WDM-PON 76 Hình 46 – Pdf ONU có u cầu băng thơng lớn 77 Hình 47 – Độ trễ trung bình đo ONU với thuật tốn WDBA-UC 78 Hình 48 –Độ trễ trung bình đo ONU với thuật tốn WDBA-C 78 Hình 49 – Độ trễ trung bình đo ONU với thuật tốn WDBA-CwE 79 Hình 50 – Tỷ lệ gói tin ONU với thuật toán WDBA-UC 80 Hình 51 – Tỷ lệ gói tin ONU với thuật toán WDBA-C 80 Hình 52 – Tỷ lệ gói tin ONU với thuật toán WDBA-CwE 81 Hình 53 – Phân bố chu kỳ truyền dẫn theo tỷ lệ điền đầy (tải mạng 50%) 81 Hình 54 – Phân bố chu kỳ truyền dẫn theo tỷ lệ điền đầy (tải mạng 80%) 82 Hình 55 – Độ trễ trung bình gói tin Premium K thay đổi với thuật toán 83 Hình 56 – Độ trễ trung bình lớp dịch vụ BestEffort K thay đổi với thuật toán 83 vi Hình 57 – Tỷ lệ gói tin BestEffort K thay đổi với thuật toán 84 Hình 58 – Lượng băng thơng lãng phí với K=2,4,6 85 vii MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG - TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG 1.1 Giới thiệu chung 1.1.1 Ưu điểm mạng quang .5 1.1.2 Các lớp mạng quang .6 1.1.3 Các công nghệ chuyển mạch quang 1.2 Hiện trạng mạng quang Việt Nam 1.2.1 Mạng truy nhập quang thụ động( PON) 1.2.2 Khái quát chung công nghệ PON 11 1.2.3 Bộ tách ghép quang .12 1.2.4 Mơ hình PON 13 1.2.5 Các thiết bị đầu cuối mạng PON 14 1.2.6 So sánh giải pháp truy nhập mạng PON .15 1.3 Kết luận chương 16 CHƯƠNG - MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG E-PON VÀ WDM-PON .17 2.1 Giới thiệu chung EPON 17 2.1.1 Ưu điểm mạng quang thụ động Ethernet .17 2.1.2 Nguyên lý hoạt động .18 2.1.3 Giao thức điều khiển đa điểm MPCP (Mutil Poit Control Protocol) 19 2.2 Giới thiệu WDM-PON 24 2.2.1 Sự cần thiết WDM- PON .25 2.2.2 Ưu điểm WDM -PON 26 2.2.3 Cấu trúc logic ONU WDM-PON 30 2.2.4 Cấu trúc OLT WDM-PON 31 2.3 Kết luận chương 32 CHƯƠNG 3: PHÂN PHỐI BĂNG THÔNG TRONG EPON 33 3.1 Mơ hình cấp phát lưu lượng 33 3.2 Thuật tốn cấp phát băng thơng động (DBA) .35 3.2.1 Thuật toán IPACT 35 3.2.2 Thuật toán DBA 39 3.2.3 Thuật toán eDBA 41 viii ONU7) độ trễ truy nhập mạng gói tin thấp (chỉ khoảng tử 0.1 ms tới gần ms cho CoS3 CoS4) Độ trễ lúc tăng cao tải nút tăng Đối với nút ONU 15, tính lưu lượng gói tin chuyển tới nút khoảng 150 Mbps*15 = 2,25Gbps tương đương với 90% tải Do đó, độ trễ truy nhập ghi nhận lên cao (trung bình gần 0.1s gói tin cho CoS4 gần 0.01s cho CoS3) Hình 42– Cài đặt IPACT-LSA với tải không đồng ONU Trái ngược với kết thu Hình 42, Hình 43 cho thấy độ trễ trung bình thu với thuật tốn eDBA với lượng tải khơng đồng nút ONU tương đối cân Chúng ta dễ dàng nhận thấy từ ONU9 trở độ trễ có tăng lên khơng đáng kể Ngay lượng tải lớn nút ONU lớn (như ONU 15 ONU 16) độ trễ xấp xỉ 1ms Để giải thích cho tượng này, nhắc lại thuật toán IPACT-LSA Trong thuật toán này, OLT cấp phát băng thông tùy ý theo yêu cầu ONU bị hạn chế kích thước cửa sổ lớn Do đó, với ONU có lượng tải lớn gói tin bị ứ đọng lại hạn chế này, dẫn tới độ trễ trung bình lớn Đối với trường hợp eDBA, ONU có lượng tải thấp phải chia sẻ băng thơng cho ONU có lượng tải cao nên ONU có tải lớn khơng bị hạn chế mặt băng thơng nên nói chung độ trễ trung bình gói 74 tin đệm trước truy cập mạng thấp Qua thử nghiệm thấy rõ khác biệt hai thuật tốn Hình 43 – Cài đặt EDBA với tải không dồng ONU Kết cuối (thể Hình 44) hiển thị tỷ lệ sử dụng băng thông đo coupler pasive tải mạng đồng ONU Hình cho thấy thuật tốn eDBA khai thác băng thơng tốt IPACT-LSA DBA Trong thời gian hoạt động, eDBA gửi nhiều liệu so với chế khác có Trong trường hợp, tải mạng tới 90%, eDBA khai thác băng thông tới 87%, LSA DBA tương ứng chiếm 84,5% 80% lượng băng thơng Hình 44 – Tỷ lệ băng thông sử dụng (đo coupler) 75 4.4 Đánh giá hiệu mạng WDM-PON 4.4.1 Mô tả kịch WDM-PON mô nghiên cứu tương tự với EPON đơn kênh ngoại trừ ONU OLT trang bị nhiều thu phát để hỗ trợ truyền tải song song nhiều bước sóng sợi quang Hình 45 cho thấy 2-kênh WDMPON kênh tải lên kênh bước sóng tải xuống sử dụng Hình 45 – 2-kênh WDM-PON Như trình bày, kịch dựa mạng thụ động WDM-PON hỗ trợ K bước sóng từ ONU tới OLT K thay đổi từ Các tham số khác giữ nguyên mạng EPON (được mô tả giống bảng 5) như:  16 ONU kết nối với OLT thông qua coupler thụ động  Độ trễ từ OLT tới ONU độ trễ từ ONU tới OLT  Khoảng cách coupler OLT khoảng 10km (tương đương 0.05 ms)  Khoảng cách ONU coupler vào khoảng 15km (tương đương 0.075 ms)  Khoảng thời gian bảo vệ (guard time) thiết lập µs  Khoảng thời gian tính tốn (Computation Time) thiết lập 20 µs  Mỗi bước sóng hỗ trợ lượng băng thông khoảng 2.5Gbps 76 4.4.2 Đánh giá thuật toán WDBA Trong nghiên cứu đánh giá hiệu mạng WDM-PON, xin tập trung vào đánh giá thuật tốn WDBA trình bày với hai biến thể uncontrolled scheme (sẽ viết tắt la WDBA-UC) controlled scheme (được viết tắt WDBA-C) Thuật toán cải tiến đề xuất cài đặt WDBA-C gọi thuật toán WDBA-CwE Trước xem xét hiệu hệ thống, xem xét xác suất xuất ONU có u cầu băng thơng lớn trung bình mạng Hình biểu diễn hàm phân bố xác suất ONU có yêu cầu lớn trung bình chu kỳ truyền dẫn liệu hệ thống với số tải mạng khác nhau: 30%, 50%, 70% cuối 90% Chúng ta nhận thấy mạng có tải thấp (từ 30-50%) xác suất xuất ONU có u cầu cao trung bình thấp Ngược lại mạng chịu tải lớn xác suất xuất ONU có u cầu băng thơng lớn trung bình cao Ví dụ với tải mạng 30%, thấy xác xuất không xuất ONU có u cầu băng thơng lớn gần Ngược lại, với tải mạng xấp xỉ 90%, xác suất mà khơng có ONU u cầu nhiều băng thông xác suất mà tất ONU hệ thống yêu cầu lớn băng thông Với tải mạng biến đổi khoảng từ 0.3 tới 0.9 tải mạng cao xác suất xuất nhiều ONU đòi hỏi nhiều băng thông lớn 1.20E+00 (Probability) 1.00E+00 8.00E-01 Load 30% 6.00E-01 Load 50% 4.00E-01 Load 70% 2.00E-01 Load 90% 0.00E+00 10 12 14 16 ONU Number Hình 46 – Pdf ONU có u cầu băng thông lớn 77 Trước tiên xem xét mạng WDM-PON hỗ trợ bước sóng Hình 47 biểu diễn độ trễ trung bình quan sát ONU cài đặt thuật toán WDBA-UC Chú ý kết theo dõi ONU kết đạt ONU khác gần xấp xỉ Quan sát hình vẽ thấy ngồi gói tin thuộc dịch vụ Best Effort tăng cao, lớp dịch vụ khác có độ trễ trung bình gói tin thấp 10 ms lớp dịch vụ có độ ưu tiên cao độ trễ trung bình gói tin thấp lớp dịch vụ có độ ưu tiên thấp Độ trễ trung bình lớp dịch vụ Bronze, Silver Premium không tăng tải mạng tăng Ngược lại, độ trễ lớp dịch vụ Best Effort tăng cao tải mạng tăng cao vượt qua 60ms tải mạng tăng 80% 7.00E-02 6.00E-02 (s) 5.00E-02 4.00E-02 Best Effort - UC 3.00E-02 Bronze - UC 2.00E-02 Silver - UC 1.00E-02 Premium - UC 0.00E+00 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 Network Load Hình 47 – Độ trễ trung bình đo ONU với thuật toán WDBA-UC 7.00E-02 6.00E-02 (s) 5.00E-02 4.00E-02 3.00E-02 Best Effort C 2.00E-02 Bronze - C 1.00E-02 0.00E+00 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 Network Load Hình 48 –Độ trễ trung bình đo ONU với thuật tốn WDBA-C 78 Hình 48 biểu diễn độ trễ trung bình đo ONU với thuật toán WDBA-C Trước hết nhận thấy khơng có nhiều khác biệt so sánh Hình 47 với Hình 48 Khác biệt cải tiến lớp dịch vụ Bronze, Silver Premium mà thể rõ tải mạng 0.6 Trong với lớp dịch vụ Best Effort độ trễ thu gần khơng đổi so với thuật tốn WDBA-UC Nói cách khác, thuật toán WDBA-C cho phép cải tiến chút hiệu mạng (về mặt độ trễ gói tin) khơng nhiều 6.00E-02 5.00E-02 (s) 4.00E-02 Best Effort - CwE 3.00E-02 Bronze - CwE Silver - CwE 2.00E-02 Premium - CwE 1.00E-02 0.00E+00 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 Network Load Hình 49 – Độ trễ trung bình đo ONU với thuật tốn WDBA-CwE Hình 49 biểu diễn độ trễ trung bình đo ONU với thuật toán WDBA-CwE Cũng thuật toán WDBA-C, nhận thấy khơng có nhiều khác biệt so sánh với hình trước Khác biệt cải tiến độ trễ lớp dịch vụ Best Effort Độ trễ thu với lớp dịch vụ Best Effort thấp nhiều so với hai thuật tốn trước Ví dụ với tải mạng 90%, độ trễ thu với lớp dịch vụ Best Effort đạt chưa tới 50ms, thấp nhiều so với độ trễ lớp dịch vụ với hai thuật toán trước (đều 70ms) Như vậy, thuật toán WDBA-CwE cho thấy cải tiến rõ rệt hiệu mạng (về mặt độ trễ gói tin) 79 5.00E+01 4.50E+01 4.00E+01 3.50E+01 (%) 3.00E+01 Best Effort - UC 2.50E+01 Bronze - UC 2.00E+01 Silver - UC 1.50E+01 Premium - UC 1.00E+01 5.00E+00 0.00E+00 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 Network Load Hình 50 – Tỷ lệ gói tin ONU với thuật tốn WDBA-UC Quan sát tỷ lệ gói tin cài đặt thuật tốn WDBA-UC (Hình 50), thấy ngoại trừ lớp dịch vụ Best Effort cho tỷ lệ gói tin cao lớp dịch vụ cịn lại khơng có tượng gói tin Các gói tin Best Effort bắt đầu bị tải mạng vượt 70% tỷ lệ gói tin tăng nhanh tải mạng tăng nhanh Thậm chí tỷ lệ lên đến gần 45% tải mạng đạt 90% 5.00E+01 4.50E+01 4.00E+01 PLR (%) 3.50E+01 3.00E+01 Best Effort - C 2.50E+01 Bronze - C 2.00E+01 Silver - C 1.50E+01 Premium - C 1.00E+01 5.00E+00 0.00E+00 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 Network Load Hình 51 – Tỷ lệ gói tin ONU với thuật tốn WDBA-C 80 Hình 51 biểu tỷ lệ gói tin đo ONU với thuật toán WDBA-C Chúng ta nhận thấy khơng có nhiều khác biệt so với kết nhận từ thuật tốn WDBA-UC Các gói tin Best Effort bắt đầu bị tải mạng vượt 70% tỷ lệ gói tin tăng nhanh tải mạng tăng nhanh Tỷ lệ lên đến gần 45% tải mạng đạt 90% 3.50E+01 3.00E+01 PLR (%) 2.50E+01 2.00E+01 Best Effort - CwE 1.50E+01 Bronze - CwE 1.00E+01 Silver - CwE 5.00E+00 Premium - CwE 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.00E+00 Network Load Hình 52 – Tỷ lệ gói tin ONU với thuật toán WDBA-CwE Chúng ta tập trung vào Hình 52 – mơ tả tỷ lệ gói tin nút ONU với thuật toán WDBA-CwE Chúng ta dễ dàng nhận cải tiến tương đối lớn lớp dịch vụ Best Effort Thật vậy, với tải mạng 70% dễ dàng nhận thấy tỷ lệ gói tin lớp dịch vụ gần bẳng Trong đó, với tải mạng 80% 90% tương ứng thấy tỷ lệ mát gói tin thấp nhiều so với hai thuật toán WDBA-UC WDBA-C Number occurrence 1000 800 600 WDBA-UC 400 WDBA-C 200 WDBA-CwE 40 50 60 70 80 90 Time Cycle Filling-Ratio Hình 53 – Phân bố chu kỳ truyền dẫn theo tỷ lệ điền đầy (tải mạng 50%) 81 Hình 53 biểu diễn thông tin thú vị: số lượng chu kỳ truyền dẫn phân bổ theo tỷ lệ điền đầy gói tin liệu tải mạng 50% Ở đây, đếm số lượng chu kỳ truyền dẫn mà tỷ lệ điền đầy gói tin hai bước sóng 10%, 20%, 30%,… đến 90% khoảng thời gian 5s mô Trước hết, tập trung vào thuật toán WDBA-UC Với thuật tốn này, số lượng chu kỳ truyền dẫn có tỷ lệ điền đầy 40% đến 80% tương đối đồng đều, xấp xỉ từ 200 đến 300 lượt đếm Tuy nhiên số lượng chu kỳ điền đầy 90% thấp coi gần Chúng ta tiếp tục tập trung vào thuật tốn WDBA-C Với thuật tốn số lượng xuất chu kỳ truyền dẫn điền đầy 40% gần Số lượng chu kỳ điền đầy từ 50 đến 60% xuất nhiều nhiều số lượng chu kỳ có tỷ lệ điền đầy 70% (và < 80%) Chúng ta tập trung tiếp vào thuật toán WDBA-CwE Số lượng chu kỳ truyền dẫn có tỷ lệ điền đầy lớn 40% đến 70% quan sát thấp Tuy nhiên số lượng chu kỳ có tỷ lệ điền 80% 90% tăng cao.Thậm chí số lượng chu kỳ có tỷ lệ điền đầy 80% xuất gần 1000 lần tổng số 1500 lần quan sát mơ (5s mơ phỏng) Có ý quan trọng số lượng nhiều lần xuất chu kỳ có tỷ lệ điền đầy cao băng thơng mạng khai thác triệt để Như vậy, thông qua kết đạt dễ dàng nhận thấy thuật tốn WDBA-CwE khai thác Number Occurrence băng thơng tốt nhiều so với hai thuật tốn cịn lại 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 WDBA-UC WDBA-C WDBA-CwE 40 50 60 70 80 90 Time Cycle Filling-Ratio Hình 54 – Phân bố chu kỳ truyền dẫn theo tỷ lệ điền đầy (tải mạng 80%) 82 Hình 54 lần cho thấy khai thác tối ưu băng thơng thuật tốn WDBA-CwE so với hai thuật tốn cịn lại Với thuật tốn WDBA-CwE, gần 100% chu kỳ truyền dẫn hệ thống điền đầy 90% gói tin liệu 1.90E-03 1.80E-03 (s) 1.70E-03 1.60E-03 WDBA-UC-2 1.50E-03 WDBA-UC-4 1.40E-03 WDBA-UC-6 1.30E-03 WDBA-CwE-2 1.20E-03 WDBA-CwE-4 WDBA-CwE-6 1.10E-03 1.00E-03 30 50 70 80 Network Load Hình 55 – Độ trễ trung bình gói tin Premium K thay đổi với thuật tốn Hình 55 biểu diễn độ trễ trung bình gói tin Premium K thay đổi từ đến với thuật toán WDBA-UC WDBA-CwE Độ trễ lớp gói tin Premium với thuật toán nhỏ 2ms điều phù hợp với yêu cầu nêu bảng Chúng ta dễ dàng quan sát thấy K tăng lên độ trễ thu tốt dần lên, đặc biệt với thuật tốn WDBA-CwE Điều có tượng cân tải nêu chương trước (s) 5.00E-02 4.00E-02 WDBA-UC-2 3.00E-02 WDBA-UC-4 2.00E-02 WDBA-UC-6 1.00E-02 WDBA-CwE-2 0.00E+00 WDBA-CwE-4 30 50 70 Network Load 80 WDBA-CwE-6 Hình 56 – Độ trễ trung bình lớp dịch vụ BestEffort K thay đổi với thuật tốn 83 Hình 56 biểu diễn độ trễ trung bình gói tin BestEffort K thay đổi từ đến với thuật toán WDBA-UC WDBA-CwE Độ trễ lớp gói tin BestEffort với hai thuật tốn nhỏ 30ms trừ trường hợp thuật toán WDBA-UC, K=2 với tải mạng 80% Độ trễ trường hợp đạt gần 45 ms Tuy nhiên sử dụng thuật toán WDBA-CwE trường hợp K=2, độ trễ giảm xuống xấp xỉ 30ms điều thỏa mãn yêu cầu nêu bảng 30 25 PLR(%) 20 WDBA-UC-2 WDBA-UC-4 15 WDBA-UC-6 WDBA-CwE-2 10 WDBA-CwE-4 WDBA-CwE-6 30 50 70 80 Network Load Hình 57 – Tỷ lệ gói tin BestEffort K thay đổi với thuật tốn Quan sát Hình 57 thấy cải tiến rõ rệt thuật tốn WDBA-CwE so với thuật tốn WDBA-UC mà khơng phụ thuộc vào K theo tỷ lệ mát gói tin Với việc áp dụng thuật tốn WDBA-CwE, lượng băng thơng lãng phí mạng giảm nhiều Thật vậy, Hình 58 biểu diễn lượng băng thơng lãng phí quan sát cho thấy trung bình thuật tốn WDBA-CwE cho phép khai thác băng thơng tốt thuật tốn WDBA-C gần 10% 84 Bytes Wasted Bandwidth Load 50% 8.00E+08 7.00E+08 6.00E+08 5.00E+08 4.00E+08 3.00E+08 2.00E+08 1.00E+08 0.00E+00 Hình 58 – Lượng băng thơng lãng phí với K=2,4,6 4.5 Kết luận chương Trong chương này, tơi trình bày q trình mơ mạng EPON đơn bước sóng hỗ trợ đa dịch vụ mạng WDM-PON đa bước sóng hỗ trợ đa dịch vụ Sau đó, tơi cài đặt thử nghiệm vài thuật tốn cấp phát băng thơng động cho mạng EPON mạng WDM-PON Kết cho thấy cải thiện hiệu cho hai hai loại mạng sử dụng thuật toán eDBA WDBA-CwE, đặc biệt lớp dịch vụ BestEffort cải thiện tốt 85 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Đề tài giới thiệu mơ hình mạng truy nhập quang đơn EPON đa bước sóng WDM-PON với ưu điểm vượt trội tốc độ, băng thông chất lượng, hứa hẹn phát triển vượt bậc cho mạng truy nhập, đáp ứng nhu cầu khách hàng Đề tài nghiên cứu thuật tốn cấp phát băng thơng động mạng EPON WDM-PON Các thuật toán nghiên cứu cho mạng EPON bao gồm IPACT, DBA eDBA thuật toán nghiên cứu cho mạng WDM-PON WDBA-UC, WDBA-C WDBA-CwE Trên thực tế thuật toán IPACT, DBA eDBA đề xuất báo hội nghị quốc tế Trong khuôn khổ nghiên cứu đề tài, cài đặt lại thuật toán IPACT, DBA eDBA cho mạng EPON để đánh giá hiệu suất mạng Tôi nhận thấy điều kiện tải mạng cao phân bố lưu lượng đồng nút ONU IPACT eDBA cho hiệu tốt so với thuật toán DBA Sự khác biệt hai thuật toán IPACT eDBA nói chung khơng thật rõ ràng, Tuy nhiên xét trường hợp phân bố lưu lượng không đồng nút ONU IPACT cho kết tồi thuật toán eDBA ONU bị tải lớn sử dụng thuật toán IPACT bị chặn kích thước cửa sổ Tơi sử dụng tư tưởng thuật toán eDBA áp dụng vào mạng WDBA PON đề xuất thuật toán đặt tên WDBA-CwE Tơi so sánh thuật tốn đề xuất với thuật toán WDBA-UC WDBA-C Qua cài đặt thử nghiệm, nhận thấy vượt trội hiệu mạng hỗ trợ hai bước sóng cài đặt thuật toán WDBA-CwE Thật vậy, xét độ trễ trung bình độ mát gói tin thuật tốn đề xuất cải thiện trung bình tới 10% (tùy trường hợp) lớp dịch vụ BestEffort so với hai thuật tốn cịn lại Đặc biệt mạng hỗ trợ nhiều hai bước sóng thuật tốn đề xuất cải thiện hiệu 86 mạng lưu lượng băng thông bị lãng phí khoảng thời gian tính tốn OLT lớn Tuy nhiên, bên cạnh điều đạt hạn chế thời gian, tài liệu tham khảo khả hiểu biết thân, kết đạt hạn chế Trong tương lai tiếp tục nghiên cứu tìm hiểu thuật tốn tốt nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ mạng truy nhập WDMPON, đồng thời nghiên cứu mơ hình kết nối mạng truy cập đa bước sóng với mạng nội đa bước sóng 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Althos Publishing: Introduction to Passive Optical Networks (PON), 2005 [2] Jun Zheng and Hussein T Mouftah, “Media Access Control for Ethernet Passive Optical Networks: An Overview” [3] http://www.javvin.com/protocolMAN.html [4] L Xu, H.G Perros, and G Rouskas, “Techniques for Optical Packet Switching and Optical Burst Switching”, IEEE Communications Magazine, January 2001 [5] Rajiv RAMASWAMI, Kumar SIVARAJAN, Optical Networks, 1998 [6] Tuan-Dung NGUYEN, Thèse 2010 : Performance Study on Multi-service Optical Metropolitan Area Network : MAC Protocols and Quality of Service [7] Michael P McGarry, Martin Maier, and Martin Reisslein, “Ethernet PONs: A Survey of Dynamic Bandwidth Allocation (DBA) Algorithms” [8] J.R Stern, J.W Ballance, D.W Faulkner, S Hornung, and D.B Payne, “Passive Optical Local Networks for Telephony Applications and Beyond” [9] http://www.caida.org/research/traffic-analysis/AIX/ (still accessible) [10] Ralph Santitoro, “Metro Ethernet Services – A Technical Overview” © 2003 http://www.metroethernetforum.org/PPT_Documents/Overview_of_MEF_6_and_1 0.ppt [11] Krammer, G., Mukherjee, B., and Pesavento, G.: ‘IPACT: a dynamic protocol for an Ethernet PON (EPON)’, IEEE Commun Mag., 2002, 40, (2), pp 74–80 [12] Michael P McGarry, Martin Maier, and Martin Reisslein, ‘Ethernet PONs: A Survey of Dynamic Bandwidth Allocation (DBA) Algorithms’, IEEE Communications Magazine, Vol 42, No 8, pages S8-S15, August 2004 [13] Kae-Hsiang Kwong, David Harle, Ivan Andonovic, “WDM-PONs: Next Step for the First Mile”, 2nd International Conference on Performance Modelling and Evaluation of Heterogeneous Networks, 2004, Ilkley [14] Ahmad R Dhaini, Chadi M Assi, Martin Maier, and Abdallah Shami, “Dynamic Wavelength and Bandwidth Allocation in Hybrid TDM/WDM EPON Networks’, Journal of lightwave technology, vol 25, no 1, january 2007 [15] C Qiao and M Yoo, “Choices, Features and Issues in Optical Burst Switching,” Optical Net vol 1, no 2, Apr 2000, pp 36–44 88 ...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đặng Tuấn Linh Đánh Giá Hiệu Năng Những Thuật Tốn Cấp Phát Động Băng Thơng Hỗ Trợ Đa Bước Sóng Cài Đặt Cho Mạng WDM- PON. .. trọng quan tâm giải mạng EPON hỗ trợ đơn bước sóng mạng WDM- PON hỗ trợ đa bước sóng: vấn đề cấp phát băng thông nút ONU 32 CHƯƠNG 3: PHÂN PHỐI BĂNG THƠNG TRONG EPON 3.1 Mơ hình cấp phát lưu lượng... trung vào cài đặt giải thuật cấp phát băng thông động WDM- PON đề xuất cải tiến phương pháp nghiên cứu nhằm phát huy tối đa hiệu suất hệ thống mạng CHƯƠNG - TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG Mạng quang mạng