5. Phƣơng pháp nghiên cứu
3.2. Phƣơng pháp điều khiển lớp MAC tiết kiệm năng lƣợng [5]
Trong mạng quang thụ động PON, OLT phát quảng bá lƣu lƣợng downstream tới tất cả các ONU. Mỗi ONU kiểm tra tất cả lƣu lƣợng downstream và nhận các gói tin đến nó. Vì vậy, ONU cần phải thức dậy mọi lúc để tránh làm lỡ mất lƣu lƣợng downstream của nó. Để làm giảm tiêu thụ năng lƣợng, các ONU chìm vào trạng thái ngủ khi không có lƣu lƣợng dành cho chúng. OLT dành cả hai cổng truyền dẫn downstream và upstream cho mỗi ONU, và ONU thức dậy ngay trƣớc khi cổng truyền dẫn đƣợc mở để trao đổi với OLT. Vì vậy, một số điều chỉnh của bản tin GATE (đƣợc định nghĩa trong MPCP) là cần thiết để thực hiện chức năng điều khiển ngủ. Bản tin GATE đƣợc chỉnh sửa ở đây cần chứa thông tin cho các cổng truyền dẫn upstream và downstream, hai cái không cùng thuộc một miền thời gian. Dựa trên cấu trúc khung MPCP, bản tin GATE đã chỉnh sửa có thể xác định theo một mã khác với bản tin GATE thông thƣờng. Một sự cấp phép trong bản tin GATE đã chỉnh sửa tạo điều kiện cho phép mở cổng truyền dẫn upstream và downstream. Bản tin REPORT trong phƣơng pháp điều khiển MAC cũng không có thay đổi giống nhƣ trong MPCP. Các ONU chỉ cần báo cáo thông tin về dữ liệu hàng đợi đến OLT trong bản tin REPORT.
Phƣơng pháp điều khiển lớp MAC hoạt động dựa trên 3 chế độ hoạt động của ONU: sleep, active và doze. Trong chế độ sleep, ONU tắt cả bộ phát và bộ thu trong suốt thời gian ngủ đã định sẵn, và sau đó thức dậy. Trong suốt thời gian ngủ, không có lƣu lƣợng upstream và downstream xảy ra tại ONU. Trong chế độ active, ONU đƣợc bật lên, và lƣu lƣợng đƣợc trao đổi giữa OLT và ONU. Trong chế độ doze, ONU sẽ chỉ tắt bộ phát và giữ nguyên bộ thu hoạt động để nhận lƣu lƣợng hƣớng xuống và các bản tin điều khiển từ OLT. Hình 3.1 thể hiện năng lƣợng tiêu thụ của các chế độ hoạt động khác nhau và thời gian chuyển đổi trạng thái của ONU.
Đoàn Đức Sinh 56
Hình 3.1 - Sơ đồ chuyển trạng thái của ONU
Với việc cấu trúc của bộ thu đƣợc thiết kế một cách đặc biệt, ONU có thể lấy lại sự đồng bộ từ chế độ sleep sang chế độ active mất khoảng thời gian là 0,125 ms trong khi thời gian từ chế độ doze sang chế độ active chỉ là 760 ns. Và công việc chính của chúng ta sẽ tập trung vào cấu trúc của ONU nhƣ vậy.
Phƣơng pháp điều khiển lớp MAC đƣợc minh họa trong hình 3.2. Đối với từng ONU cụ thể, thực tế có 4 pha trong mỗi chu kỳ xoay vòng:
(1) Khi bắt đầu chu kỳ xoay vòng, ONU ở trong chế độ doze để nhận các bản tin GATE từ OLT. Bản tin GATE đƣợc sử dụng để thông báo cho ONU kích thƣớc luồng truyền dẫn đƣợc phân bổ và việc truyền dẫn bắt đầu những lúc nào trong cả 2 hƣớng.
(2) Sau khi nhận bản tin GATE, ONU đƣợc thông báo về luồng truyền dẫn đƣợc cấp cho nó và sau đó chuyển sang chế độ sleep hoặc vẫn duy trì ở chế độ doze. Chế độ hoạt động đƣợc tính bởi OLT dựa trên thời gian rỗi giữa bản tin GATE nhận đƣợc và thời gian bắt đầu truyền tin.
(3) ONU thức dậy khi luồng truyền dẫn đƣợc phân bổ cho nó đến và hoàn thành việc đồng bộ đồng hồ với OLT. Sau đó, OLT và ONU trao đổi lƣu lƣợng với nhau.
Đoàn Đức Sinh 57
Khi lƣu lƣợng upstream kết thúc, ONU gửi bản tin REPORT kèm thông tin về dữ liệu đƣợc xếp hàng đợi.
(4) Cuối cùng, sau khi truyền dữ liệu upstream và downstream hoàn thành, ONU đi vào chế độ sleep hay chế độ doze cho đến khi chu kỳ xoay vòng tiếp theo bắt đầu.
Hình 3.2 - Minh họa phương pháp điều khiển lớp MAC tiết kiệm năng lượng
Để tối thiểu tiêu thụ năng lƣợng, OLT quyết định chế độ hoạt động (sleep hay
doze) của mỗi ONU trong suốt thời gian rỗi.
Bảng 3.1 - Định nghĩa các ký hiệu
Ký
hiệu Mô tả
Đơn vị
Tcycle Độ dài chu kỳ xoay vòng s
Năng lƣợng tiêu thụ bởi ONU thứ i trong thời gian Tcycle J
Thời gian ở chế độ doze trƣớc chu kỳ xoay vòng s
Năng lƣợng tiêu thụ trong thời gian J
Đoàn Đức Sinh 58
Thời gian ở chế độ doze trƣớc khi có khe thời gian cho chế độ active s Thời gian trạng thái rỗi trƣớc khi có khe thời gian cho chế độ active s
Năng lƣợng tiêu thụ trong thời gian J
Thời gian ở chế độ active của ONU thứ i s
Năng lƣợng tiêu thụ trong thời gian J
Thời gian ở chế độ sleep sau khi có khe thời gian cho chế độ active s Thời gian ở chế độ doze sau khi có khe thời gian cho chế độ active s Thời gian trạng thái rỗi sau khi có khe thời gian cho chế độ active s
Năng lƣợng tiêu thụ trong thời gian J
Thời gian để chuyển từ chế độ sleep sang active/doze s
Thời gian để chuyển từ chế độ doze sang active s
Công suất tiêu thụ trong chế độ active W
Công suất tiêu thụ trong chế độ doze W
Công suất tiêu thụ trong chế độ sleep W
Công suất tiêu thụ trong thời gian W
Công suất tiêu thụ trong thời gian W
R Tốc độ truyền dẫn Bit/s
N Số lƣợng ONU ONU
Khoảng thời gian dự phòng s
N Nhóm gồm N ONU
và tƣơng ứng biểu thị năng lƣợng tiêu thụ trong suốt thời gian bởi ONU thứ i ở trong chế độ sleep và chế độ doze. Với ONU đƣợc thực hiện đầu tiên trong chu kỳ xoay vòng, thời gian rỗi trƣớc khi bắt đầu thời gian active của nó sẽ ít hơn , thời gian tiêu tốn để chuyển từ chế độ sleep sang chế độ active. Khi thời gian tiêu tốn để chuyển từ chế độ doze sang chế độ active chỉ là 760 ns, chúng ta có thể khẳng định rằng luôn lớn hơn . Vì vậy ONU phải duy trì ở
Đoàn Đức Sinh 59
chế độ doze bởi vì thời gian rỗi là không đủ cho nó thức dậy từ chế độ sleep để thông tin với OLT. Mặt khác, chúng ta có thể nhận thấy:
= + = + (3.1)
Vì vậy, và có thể đƣợc tính nhƣ sau:
= + ( - ) (3.2) = + ( - ) (3.3)
Nếu < , OLT bắt buộc để ONU đi vào chế độ sleep. Nếu không thì ONU duy trì chế độ doze. Cũng giống nhƣ , OLT để ONU chuyển sang chế độ tiêu thụ ít năng lƣợng hơn trong suốt thời gian . Chỉ có một sự khác nhau cần đƣợc lƣu ý.
Nhƣ đƣợc minh họa trong hình 3.2, nếu nhƣ ONU ở chế độ doze trong suốt thời gian , sẽ không có thời gian tiêu tốn chuyển trạng thái ONU khi kết thúc thời gian rỗi. Đó chính là lý do ONU duy trì ở chế độ doze từ lúc bắt đầu chu kỳ xoay vòng tiếp theo.
Ngoài ra, các ONU có chức năng ngủ có thể tồn tại đồng thời với các ONU truyền thống ở trong cùng mạng. Theo hƣớng upstream, OLT phân bổ luồng truyền dẫn upstream cho các ONU truyền thống với bản tin GATE thông thƣờng, trong khi đó ở hƣớng downstream, các ONU truyền thống luôn luôn ở chế độ hoạt động để nhận tất cả dữ liệu downstream và chỉ nhận lấy các khung mà đã đƣợc dành cho nó. Các bản tin GATE đƣợc chỉnh sửa sẽ chỉ đƣợc nhận bởi các ONU có khả năng ngủ. Vì vậy, yếu tố này hỗ trợ cho việc chuyển đổi trơn tru cho mạng PON tiết kiệm năng lƣợng mà không phải thay thế một lúc tất cả các ONU truyền thống.
Đoàn Đức Sinh 60