Mạng truyền thông truy nhập tại Việt Nam: Hiện trạng và xu hướng phát triển
MỤC LỤC
Giới thiệu chương
Mục đích của việc này là nhằm đáp ứng các nhu cầu ngày càng gia tăng của người dùng viễn thông trong nước và quốc tế với các loại hình dịch vụ ngày càng phong phú, đặc biệt giải quyết được vấn đề “nút cổ chai” giữa mạng truy nhập và mạng đường trục hiện nay. Chương này sẽ trình bày về hiện trạng mạng truyền dẫn của Việt Nam, xu hướng phát triển viễn thông trên thế giới và tổng quan về mạng truy nhập quang thụ động.
Hiện trạng mạng truyền thông của Việt Nam
Với những ưu điểm vượt trội của thông tin quang thì việc ứng dụng thông tin quang trong mạng truy cập là điều cần thiết và tất yếu của xu hướng hiện nay. • Cuối năm 2004, mạng NGN (Next Generation Network) đã được đưa vào khai thác dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, cho phép triển khai đa dạng và nhanh chóng các dịch vụ, đáp ứng sự hội tụ giữa thoại và số liệu, giữa sự cố định và di động với Internet băng rộng.
Sự phát triển của lưu lượng
Cả hai công nghệ này đều là những kiến trúc truyền thông được xây dựng hàng đầu hiện nay nhưng không tối ưu hoá cho lưu lượng dữ liệu. Hầu hết các nhà hoạt động mạng đều nhận thức rừ rằng sự cần thiết của một giải phỏp tập trung dữ liệu, cỏc dịch vụ truyền thống như thoại, video sẽ hội tụ vào định dạng số với đầy đủ các dịch vụ sẽ ra đời.
Xu hướng phát triển hiện nay
Trong mạng cáp Modem, chỉ một vài kênh RF được chỉ định cho dữ liệu trong khi phần lớn băng thông dành cho video tương tự. Mạng cáp đồng DSL không thể phù hợp với tốc độ dữ liệu ở khoảng cách yêu cầu do méo và nhiễu xuyên tâm tín hiệu.
Mạng truy nhập thế hệ sau
Một mạng truy nhập dựa trên một sợi quang đơn chỉ yêu cầu N+1 bộ thu phát và L km sợi quang 1.6 So sánh giữa các giải pháp truy nhập và thị trường mạng quang thụ động. Tốc độ phát triển trung bình 39,3% trong giai đoạn 2003-2008 cho thấy một tương lai đầy hứa hẹn với thị trường PON trong bối cảnh suy thoái của thị trường viễn thông trong thời gian qua.
Các phần tử của mạng Ethernet
Vì vậy, trong chương này sẽ trình bày tổng quan về kỹ thuật Ethernet, kiến trúc khung của Ethernet và quan hệ giữa Ethernet với mô hình 7 lớp OSI. • DCE (Data Communication Equipment): là các thiết bị mạng trung gian có nhiệm vụ nhận và chuyển tiếp các khung dữ liệu thông qua mạng.
Kiến trúc mô hình mạng Ethernet
DCE có thể là các thiết bị Standalone như là bộ lặp, bộ chuyển mạch hay các thiết bị giao tiếp truyền thông như là Card giao tiếp. Mặc dầu những mạng mới không được kết nối trong cấu hình bus nhưng một vài mạng bus cũ vẫn tồn tại và vẫn được sử dụng hữu ích.
Quan hệ vật lý giữa IEEE802.3 và mô hình tham chiếu OSI HHiiiiiiiiiiiiiii
Thực tế cầu nối cung cấp giao tiếp LAN to LAN giữa các mạng LAN sử dụng cùng giao thức (ví dụ Ethernet to Ethernet) và cũng cung cấp giữa các giao thức khác nhau (ví dụ Ethernet với Token Ring). Ví dụ, Gigabit Ethernet định nghĩa hoạt động trên cáp xoắn đôi hoặc cáp sợi quang, nhưng tuỳ theo mỗi thủ tục mã hoá tín hiệu hoặc từng kiểu cáp riêng biệt mà yêu cầu một sợi thi hành lớp vật lý khác nhau.
Lớp con MAC Ethernet
Bit thứ hai kể từ bên trái chỉ định có phải DA là điều hành toàn bộ (globally administered) được chỉ định mứt 0 hoặc điều hành nội bộ (chỉ định mứt 1), 46 bit còn lại là một nhóm các trạm hoặc tất cả các trạm trên mạng. Giao thức CSMA/CD được bắt đầu phát triển như là một phương thức để hai hoặc nhiều trạm có thể chia sẽ chung một phương tiện trong một môi trường không chuyển mạch khi giao thức không yêu cầu xử lý tập trung, truy nhập Token hoặc ấn định khe thời gian để cho biết khi nào một trạm sẽ được phép truyền.
Quan hệ giữa lớp vật lý Ethernet và mô hình tham chiếu ISO
• Lớp con mã hoá vật lý phụ thuộc phương tiện(PCS): cung cấp logic cho mã hoá, ghép kênh và đồng bộ của luồng dữ liệu đi cũng như sựu liên kết mã tách kênh và giải mã cho dữ liệu đến. • Auto-negotiation Sublayer cho phép NIC ở mỗi đầu cuối đường truyền trao đổi thông tin về khả năng riêng có của nó, sau đó thương lượng và chọn lựa mô hình hoạt động thuận lợi nhất mà cả hai mô hình đều có thể hổ trợ.
Lợi ích của mạng truy cập quang thụ động Ethernet _ PON
Việc vượt trội về khả năng truyền dữ liệu của mạng quang thụ động PON là không phủ nhận, nhưng để khai thác tối đa khả năng của nó thì còn tuỳ thuộc vào công nghệ được lựa chọn trong truyền tải. Chương này trình bày sự kết hợp cộng nghệ Ethernet trong mạng truy nhập quang thụ động gọi tắt EPON, và đưa ra nguyên lý truyền,lợi ích của nó và EPON với kiến trúc IEEE 802, giao thức điều khiển đa điểm MPCP(Multi Point Control Protocol).
Mạng truy cập quang thụ động EPON
Vì vậy, ở hướng lên (từ người dùng đến mạng), ONU cần sử dụng một vài cơ chế tránh xung đột dữ liệu và chia sẽ dung lượng kênh quang hợp lý. Ở đây, luồng dữ liệu hướng lên được phân bố theo thời gian. Nếu không có khung nào trong bộ đệm để điền vào khe thời gian thì 10 bit đặc tính rỗng sẽ được truyền. Sự sắp xếp định vị khe thời gian hợp lý có thể định vị tĩnh. Hình 4.1: Lưu lượng hướng xuống trong EPON. Hình 4.2: Lưu lượng hướng lên trong EPON. thống kê ). Khi một khung được gửi xuống (từ OLT đến ONU), lớp con PtPE trong OLT sẽ chèn LinkID kết hợp với cổng MAC cụ thể vào khung dữ liệu. Các khung sẽ được chia sẽ cho từng ONU nhưng chỉ một lớp MAC của nó. Ở lớp MAC của các ONU còn lại sẽ không nhận được khung này. Trong khả năng này, nó sẽ xuất hiện nếu chỉ khi khung được gửi theo kết nối PtP chỉ cho một ONU. Hình 4.7 b): Hướng lên trong PtPE Tách khung.
Mô hình của EPON
Từ phía truy cập, lưu lượng có thể đến ONU từ một người dùng đơn hoặc từ một cổng (Gateway) của mạng LAN chẳng hạn như lưu lượng có thể được tập hợp từ một số người dùng. Chúng ta đề cập ở đõy là nếu Rn ≥NìRu thỡ vấn đề phõn bổ băng thụng là khụng tồn tại khi khả năng cung cấp băng thông của hệ thống cao hơn tổng lưu lượng tải tất cả các ONU.
Thuật toán Interleaved Polling
Sau đó nhận biết được RTT của ONU2, OLT sẽ sắp xếp 1 Grant đến ONU2 mà bit đầu tiên từ ONU2 sẽ đến với khoảng bảo vệ nhỏ sau khi bit cuối cùng từ ONU1 đến (5.3b). Có nhiều sơ đồ khác nhau để xác định giới hạn, có thể là cố định dựa trên Service Level Agreement(SLA) cho từng ONU hoặc là động dựa trên tải mạng trung bình.
Kế hoạch phân bổ băng thông (cửa sổ truyền cực đại)
Nếu ít nhất một ONU không có dữ liệu, nó sẽ được cấp cửa sổ truyền nhỏ hơn dẫn đến chu kỳ thời gian bảo vệ nhỏ hơn băng thông cho phép của các ONU còn lại sẽ tăng lên theo tỉ lệ Wimax của nó. Câu hỏi đặt ra là làm cách nào để OLT có thể xác định kích thước cửa sổ nếu kích thước cửa sổ yêu cầu ít hơn kích thước cực đại được định nghĩa trước (Wi ≤ Wmax).
Cấp phát băng thông cố định
Ở đây chúng ta sẽ phân phối cửa sổ theo tải có trong hàng đợi nhưng không vượt quá Wmax.
Cấp phát băng thông cân đối
Giả sử rằng độ dài chu kỳ là được biết là , chiều dài cửa sổ truyền tải cho hàng đợi thứ j của ONU thứ i được cho bởi công thức (5.10). Vì sự cấp phát dựa vào các báo cáo cuối cùng, nên khả năng tắt nghẽn có thể được giải quyết nhanh chóng và các gói backlogged được truyền tải.
Sự cấp phát băng thông theo quyền ưu tiên
• Cho thấy rằng với phương thức tập trung cùng tính năng hoạt động có thể đạt được trong EPON nơi mà phân phối sắp hàng Inter và Intra của ONU được thực hiện. Khía cạnh khác, điều này có thể dẫn đến sự thực thi kém hơn đối với những lớp lưu thông có mức ưu tiên trung bình và thấp, khi tải nặng thì sự cấp phát băng thông cho các lớp này bị hạn chế trầm trọng.
SLA aware p-DBA
Qi(j) là số lượng byte được báo cáo trong hàng đợi j của ONU i và βik(j) là số của các byte được cấp phá đối với hàng đợi này trong bước K của thuật toán. Trong phấn cuối lượng băng thông vượt quá này được phân chia giữa các hàng đợi có tính ưu tiên cao hơn nếu băng thông được cấp phát ở phần đầu nhỏ hơn giá trị cực tiểu mong muốn.
SLA aware Adaptive DBA
Nếu tài nguyên vượt quá giá trị cực đại cho phép thì các gói của nó sẽ được gởi tại tốc độ cực đại cho phép và phần dữ liệu còn lại sẽ được nằm trong bộ đệm cho đến khi tài nguyên giảm xuống và tốc độ của nó dưới mức giá trị cực đại hoặc là các nguồn tài nguyên khác không có dữ liệu được gửi. Dựa trên các giá trị tính được từ việc xếp hàng, OLT tính toán các cửa sổ truyền mới theo công thức (5.19), với giống như các mục trước, là chiều dài của chu kỳ như được tính ở công thức (5.18).
Giao diện chính của chương trình mô phỏng
Chương này đưa ra một phương thức phân phát băng thông theo nhu cầu của các hàng đợi về lượng byte được truyền dựa trên tính ưu tiên. Thuật toán và giao diện mô phỏng được viết dựa vào phần mềm Mathcad đồng thời kết hợp một số phần mềm chuyên dụng khác.
Thuật toán phân bổ băng thông theo tỷ lệ bytes có trong hàng đợi dựa trên tính ưu tiên của dịch vụ
Các dịch vụ có độ ưu tiên cao hơn mức ưu tiên của dịch vụ đang xét thì được cấp phát băng thông đúng với tỷ lệ dung lượng mà nó chiếm dụng, các hàng đợi có mức ưu tiên ngang hàng với mức dịch vụ đang xét thì được cấp theo tỷ lệ lượng băng thông còn lại chia cho đồng đều cho tất cả dung lượng chiếm dụng của các dịch vụ còn lại. Các hàng đợi của các ONU có mức ưu tiên cao hơn so với mức ưu tiên đang xét thì được cấp 100% băng thông truyền theo đúng nhu cầu mà OLT có thể, cụ thể là đường màu đỏ và xanh biển, còn các dịch vụ còn các hàng đợi có độ ưu tiên thấp hơn được cấp băng thông nhỏ hơn so với nó yêu cầu nhiều, cụ thể là đường mà xanh lơ và mà tím.
Thuật toán tính toán trễ trong mạng truy nhập quang – EPON
Với một tải xác định sẽ thực hiện vòng lặp với các cửa sổ khác nhau để tìm ra cửa sổ tối ưu (trễ nhỏ nhất).
