Để ước lượng hiệu năng của hệ thống, mạng GPON được mô phỏng bằng OPNET 14.5, gồm có một OLT và 16 ONU, giá trị „weight‟ thay đổi đặc trưng cho mức dịch vụ khác nhau ở tốc độ luồng lên 1Gbps, chiều dài đường truyền 25 km. Độ dài vòng lặp tối đa là 2 ms, 96 bít bảo vệ để thiết lập truyền dữ liệu giữa OLT và ONU. Thông số Hurst là 0,8 cung cấp thêm độ chính xác gần hơn với thực tế.
Đồ án tốt nghiệp Đại học cải tiến trong GPON
SVTH: Tô Thị Trang Lớp D08VT1 38
Dung lượng kênh lớn nhất và băng thông cơ sở được cài đặt là 100Mbps và 33 Mbps để mô phỏng yêu cầu băng thông. Tỷ lệ thuê bao trong mỗi mức dịch vụ từ cao xuống thấp được vài đặt là 1 :5 :10 trong kịch bản mô phỏng lần đầu tiên.
Hình 3.2 Thông lượng của mạng
Đồ án tốt nghiệp Đại học cải tiến trong GPON
SVTH: Tô Thị Trang Lớp D08VT1 39
Hình trên mô tả trong mô phỏng hiệu quả trễ gói trung bình giữa hai thuật toán. Khi tải mạng ở mức cao xấp sỉ 1Gbps, thuật toán DMBA giảm tới 10 lần trễ gói tin, điều đó chứng tỏ rằng mục đích của thuật toán có hiệu quả trong sử dụng mạng có dung lượng bị hạn chế. Điều quan trọng này vì thực tế các ONU với yêu cầu băng thông cao được phân bổ phần lớn băng thông mạng khả dụng khi dung lượng mạng lớn nhất có thể đạt được. Do đó, điều này được mong chờ để cải thiện chất lượng trong dịch vụ T-CONT 3 và T-CONT 4.
Vì vậy cho nên, hình … minh họa hồi đáp trễ gói tin được mô phỏng ứng với mức dịch vụ được phân bổ. Khi tải của ONU cao hơn một nữa dung lượng lớn nhất, tổng yêu cầu của người dùng sẽ vượt quá khả năng của mạng. Vì vậy cho nên, với giá trị tải mạng tăng lên, OLT sẽ phân bổ cân xứng băng thông giữa các ONU có mức dịch vụ cao. Kết quả là trễ gói tin ít hơn, băng thông được đưa ra ví dụ như 54, 61 và 74 Mbps tương ứng cho các mức dịch vụ 1,2 và 3. Thêm nữa, mức 0.87 ms trễ gói tin của ONU tải thấp ở mức 33Mbps cho phép mất mát và trễ truyền tải thấp nhất của ứng dụng nhạy cảm thời gian, tích lũy thời gian truyền để giảm bớt tắc nghẽn trong mạng đường trục cho phép trễ gói tin theo lý thuyết tối đa 5ms trong chuẩn GPON cho dịch vụ T-CONT 2.
Hình 3.4 Trễ gói tin trung bình ứng với các mức dịch vụ
Như đề nghị trong mạng FSAN, trễ gói tin lớn nhất có thể chấp nhận được trong mạng truy nhập ứng với T-CONT 2, T-CONT 3, và T-CONT 4 lần lượt tương ứng là 5 ms, 100 ms, và 500 ms. Để cung cấp đủ QoS cho thuê bao, băng thông có thể cung cấp lớn nhất với dịch vụ nhạy cảm thời gian 54Mbps có khả năng cung cấp hai kênh HDTV (40Mbps), trò chơi trực tuyến học tập theo yêu cầu (10Mbps) và 4Mbps cho dịch vụ khác sử dụng thuật toán DMBA. Nếu không đủ, mức dịch vụ 2 và mức dịch vụ 3 có thể được dùng để mở rộng băng thông truyền tải tương ứng xuống
Đồ án tốt nghiệp Đại học cải tiến trong GPON
SVTH: Tô Thị Trang Lớp D08VT1 40
61Mbps hoặc 74 Mbps. Các Kết quả mô phỏng chứng tỏ tính linh hoạt của thuật toán DMBA kể cả SLA trong quá trình xử lý sắp xếp băng thông.
3.3 Thuật toán phân bổ đa bƣớc sóng động 3.3.1 Cơ sở của thuật toán
Khả năng mở rộng của topo chuẩn mạng GPON với tỷ lệ bộ chia lớn hơn dẫn tới tăng thời gian chờ bầu chọn ở luồng lên, điều này không chấp nhận được với các dịch vụ thời gian thực. Ứng dụng của ghép kênh theo bước sóng WDM để phân bổ cho mỗi ONU một kết nối logic P2P (P2P Point-To-Point) riêng. Phương pháp này hiện được triển khai dựa trên bộ chia PON với mục đích cải thiện băng tần của GPON, đã được định nghĩa trong ITU-T. Điều này đạt được khi xem xét lại ánh xạ định dạng băng thông luồng lên và luồng xuống đi kèm thuật toán mới dựa vào DBA. Để thích ứng các thuật toán cho hệ thống WDM thô, mở rộng trường trong định dạng khung GPON. Cả trong bản tin báo cáo và phân bổ băng thông (được dùng để thiết lập truyền tải giữa OLT và ONU) được cấu hình lại để hỗ trợ phân bổ đa bước sóng động (DMWA- Dynamic Mutil-Wavelength Allocation).
Hình 3.5 Định dạng khung luồng lên
(a) Một bước sóng (b) Đa bước sóng
ONU có thể phân biệt giữa các gói tin gate, yêu cầu registration hoặc dữ liệu được dùng cho mô phỏng. Trong số 12 bít trong trường Flag của định dạng khung luồng lên của GPON, trường „Op_Wavln‟ có 4 bít của 6 bít dự phòng dùng cho xử lý bước sóng hoạt động tại ONU, còn 2 bít để xác định loại gói. Có 16 khả năng xảy ra cho „Op_Wavln‟. Nếu là 0000 – bước sóng cơ bản 1311 nm dùng trong GPON đơn bước sóng. Ví dụ trong hình 3.6.
Các bước sóng được dùng cho mỗi ONU để truyền dữ liệu có thể được định nghĩa trong suốt quá trình đăng ký của ONU bởi mỗi báo cáo ONU hỗ trợ nhiều bước sóng đến OLT. Sử dụng tối đa khe thời gian truyền trong mỗi bước sóng hoạt động do vậy, giảm trễ gói tin, thuật toán lập lịch được phát triển ưu tiên người dùng truyền dựa trên trạng thái lưu lượng.
Đồ án tốt nghiệp Đại học cải tiến trong GPON
SVTH: Tô Thị Trang Lớp D08VT1 41
Hình 3.6 DMW hoạt động với bước sóng CWDM
00 DBA
01 Khoảng cách ONU
10 Bước sóng được ONU hỗ trợ
11 Không dùng
Bảng 3.1 2 bít trường ‘Type’
3.3.2 Thuật toán
Mục đích của giao thức DMB là tăng tốc độ bít luồng lên bởi phân bổ động băng thông đồng thời trong cả miền bước sóng và thời gian. Bước đầu đã đạt được bởi phát triển thuật toán DMBA và sửa đổi định dạng khung luồng lên để hỗ trợ đa bước sóng. Thuật toán DMBA thuận tiện cho 3 SLA để phân bổ cho mỗi ONU với phân bổ băng thông đảm bảo nhỏ nhất thỏa mãn yêu cầu dịch vụ cơ bản và phân bổ thêm nhu cầu băng thông vượt mức theo SLA. Trong thuật toán này, mức dịch vụ thứ tư được giới thiệu tuân theo quy định với dự phòng dịch vụ cao cùng cung cấp mạng linh hoạt và trải nghiệm tốt. Thêm vào đó, thêm bước sóng phụ luồng lên được giới thiệu trong ITU-T G.984.5. Trong suốt quá trình đăng ký của ONU, OLT sắp xếp yêu cầu cho mỗi ONU để xác nhận bước sóng được hỗ trợ. Điều này thực sự quan trọng để phân biệt
Đồ án tốt nghiệp Đại học cải tiến trong GPON
SVTH: Tô Thị Trang Lớp D08VT1 42
giữa phần mạng và trạng thái dự phòng băng thông giữa các ONU. OLT phân bổ băng thông luồng lên trong mọi vòng bầu chọn với 3 giai đoạn.
Giai đoạn 1, sau khi nhận yêu cầu băng thông từ mỗi ONU, OLT tính toán giới hạn an toàn là thời gian vòng lặp lớn nhất phân bổ độc lập với bước sóng. Cho phép tập hợp chính xác hơn, giảm đáng kể khe thời gian nhàn rỗi. Giới hạn an toàn được xác định dựa vào đa số trong tổng yêu cầu băng thông nhỏ nhất và hợp đồng SLA của ONU. OLT phân bổ băng thông cho ONU dựa vào khả năng mạng thay đổi theo thời gian và bước sóng
(BWtotal available) được xác định:
_ _network
Wtotal available( w ) Wtotal ( w ) af m arg
B multi avelength B multi avelength s e in
(3.5) Băng thông phân bổ lớn nhất cho ONUi (ONUAllocated_BW ) tùy thuộc vào thuật toán DMB : _ _ _ _ W _ ax. _ _ W if BW W W if BW W
ONU requested total requested total available
Allocated B
ONU M allowed total requested total available
B B
ONU
B B
(3.6) Sau giai đoạn 1, giai đoạn 2 được giới thiệu để quản lý quá trình phân bổ băng thông mạng giúp tăng hiệu quả bởi quảng bá ngẫu nhiên lưu lượng ONU giữa các bước sóng khác nhau trong trường hợp vượt quá thời gian vòng lặp lớn nhất, như hình 2. Để nâng cao khả năng phân bổ băng thông cho ONU của OLT, tại cuối mỗi vòng lặp, với thông lượng mạng tăng và quảng bá băng thông sau khi phân bổ còn dư đã được sắp xếp từ cao tới thấp. Giai đoạn 3 và cũng là giai đoạn cuối cùng, OLT bắt đầu phân bổ khe thời gian cho ONU với bước sóng khác nhau, bắt đầu là up0 tới up2.
Đồ án tốt nghiệp Đại học cải tiến trong GPON
SVTH: Tô Thị Trang Lớp D08VT1 43
Quá trình này để OLT đảm bảo rằng khe thời gian cuối cùng trong up2 có thể nằm trong giới hạn an toàn. Chỉ có ba bước sóng và 16 ONU trong thuật toán giúp thời gian cung cấp vòng bầu chọn ngắn. Giảm thời gian chờ của gói tin luồng lên trong quá trình xử lý vòng lặp do vậy tăng hiệu năng mạng.
3.3.3 Một số đánh giá
Để nghiên cứu hiệu năng của giao thức DMW, mô phỏng mạng FTTH-GPON dùng phiên bản OPNET 14.5 với lưu lượng cùng loại, đơn giản, các thông số đặc trưng Hurst 0.8, tốc độ luồng lên 1.24416 Gbit/s, 2.488Gbit/s, và 32 ONU khoảng cách đường link là 20 km,. Sau cùng thiết lập các mức dịch vụ khác nhau với 4 ONU mức SLA0, 4 ONU mức SLA1, 8 ONU mức SLA2 và 16 ONU mức SLA3, giả sử lưu lượng mạng sử dụng tăng dần. ONU kết nối với bộ chia thông qua cáp quang, với 96 bít bảo vệ giữa lưu lượng ONU, thời gian vòng lặp lớn nhất là 2ms và giới hạn an toàn lớn nhất là 3%. Băng thông cơ bản cho mỗi mức dịch vụ, Bbasic, là 30Mbps và 100Mbps là tốc độ hướng tới trong mô phỏng cho mỗi ONU.
Đồ án tốt nghiệp Đại học cải tiến trong GPON
SVTH: Tô Thị Trang Lớp D08VT1 44
So sánh hiệu năng mạng DMW với giao thức DMB-GPON, trong hình 3.9, nó có thể được kết luận rằng năng suất của mạng tăng bởi dùng hệ số bước sóng ngang nhau. Mặc dù được mong đợi, đạt được tốc độ luồng lên tối thiểu 100Mbps cho mỗi ONU, ngược lai với băng thông cơ bản 30Mbps cho mỗi ONU trong DMB-GPON. Thêm vào đó, dùng 3% giới hạn an toàn không hạn chế thông lượng của mỗi kênh bước sóng, ngoài ra, so sánh năng suất của đơn bước sóng trong DMB, để tăng thêm hiệu quả sử dụng của khe thời gian khả dụng.
Hình 3.9 Thông lượng theo tổng tải mạng trong đơn bước sóng và đa bước sóng
Trong phép đo lường ước lượng hiệu năng khác, khi mà trễ trung bình gói của tất cả SLA sử dụng đơn bước sóng lên tới 0.1 s (tổng tải mạng đạt được ứng với một bước sóng ở 1.24 Gbps), giao thức DMW giảm đáng kể trễ gói xuống còn 0.03s ứng với ba bước sóng trong Hình… Hình cung cấp truyền tải không bế tắc của ứng dụng có ảnh hưởng lẫn nhau thỏa mãn khuyến nghị yêu cầu trễ cho các ứng dụng được định nghĩa bởi ITU-T G.1010 (end-user Multimedia QoS category). Vì vậy, giao thức DMW cho phép cung cấp dịch vụ thời gian thực yêu cầu tính liên tục như : hội nghị, điện thoại...
Ứng với tải mạng cao, lên tới 3.72Gbps, ONU mức dịch vụ thấp nhất có trễ lớn nhất vẫn còn duy trì tới 0.1s, cho phép dự phòng ONU và dịch vụ cao hơn.
Đồ án tốt nghiệp Đại học cải tiến trong GPON
SVTH: Tô Thị Trang Lớp D08VT1 45
Hình 3.10 Trung bình trễ gói trong đơn bước sóng và đa bước sóng
Hình 3.11 dưới xác nhận rằng, kết quả ở tải mạng cao lên tới 3,72 Gbps, nơi mà trễ gói tin trung bình của thuật toán DMBA đơn bước sóng tiếp tục cho ra giá trị trễ cao so sánh với mạng DMW, trễ thấp hơn 0,1 s cho phép mục tiêu xa hơn mở rộng của ONU để cung cấp dịch vụ cao hơn.
Đồ án tốt nghiệp Đại học cải tiến trong GPON
SVTH: Tô Thị Trang Lớp D08VT1 46
Mặc dù thực tế là mất mát gói tin khi tới bên trong chỉ hiển thị trong chính ONU, và tỷ lệ gói tin bị hủy trong kênh giả sử là ‘zero’, giới hạn mất mát gói tin tương ứng với tổng gói tin mất mát trong mạng của tất cả ONU. Cùng thời điểm đó, mất mát gói tin trung bình trên một giây được giới hạn cho biết khác nhau giữa hoạt động đơn bước sóng trong thuật toán DMB và hoạt động đa bước sóng trong thuật toán DMW, như ở hình 3.12 dưới . Tỷ lệ mất mát của gói tin trong đa GPON đơn bước sóng bắt đầu ngay lập tức trước khi tải mạng đạt tới dung lượng của đơn bước sóng, trong trường hợp mạng ba bước sóng được sử dụng, điểm bắt đầu tăng mất mát gói tin được xác định ở hầu như ở ba lần giá trị dung lượng của đơn bước sóng.
Hình 3.12 Tổng mất mát gói tin của ONU với thuật toán DMB và DMW tại ONU
3.4 Thuật toán Bi-Partitional3.4.1 Cơ sở của thuật toán 3.4.1 Cơ sở của thuật toán
Thay cho cấu trúc topo điểm-điểm (P2P- Point-to-Point), GPON cung cấp truyền tải Bi-partitional, đó là cấu trúc điểm-đa điểm (P2MP-Point-to-MultiPoint) của luồng xuống từ OLT tới ONU và đa điểm-điểm (MP2P-MultiPoint-to-Point) trong luồng lên từ ONU tới OLT. Giải thuật lập lịch chia vòng lặp làm hai nhóm, nhóm lưu lượng ưu tiên cao được truyền trong nhóm đầu bao gồm T-CONT 1 và T-CONT 2, nhóm lưu lượng ưu tiên thấp được truyền trong nhóm hai bao gồm T-CONT 3 và T- CONT 4. Kỹ thuật B-DBA có thể đảm bảo QoS dịch vụ bởi điểu chỉnh băng thông động giữa nhóm một và nhóm hai. Hơn nữa kỹ thuật dự đoán với T-CONT 2 và tái sinh băng thông dư thừa trong nhóm đầu cho T-CONT ưu tiên thấp hơn trong nhóm hai để bù băng thông.
Đồ án tốt nghiệp Đại học cải tiến trong GPON
SVTH: Tô Thị Trang Lớp D08VT1 47
Thông thường, tất cả T-CONT sẽ báo cáo chiếm dụng của hàng đợi và OLT phân bổ băng thông hữu dụng cho T-CONT dựa trên các bản tin báo cáo đó. Tuy nhiên, trễ trong trường hợp mỗi ONU không thể truyền dữ liệu luồng lên trước khi mọi ONU đều nhận được bản tin phân bổ từ OLT và T-CONT cuối cùng được truyền. Ví dụ, tổng tất cả có N ONU, từ ONU1 gửi bản tin báo cáo trước khi nhận được bản tin phân bổ nó phải chờ N- 1 báo cáo khác, lưu lượng dữ liệu vẫn còn tới hàng đợi của T- CONT khi ONU1 chờ các ONU khác truyền. Làm thế nào để giảm trễ gói và tính toán chính xác kích thước gói tới hàng đợi của T-CONT trong thời gian chờ là một vấn đề quan trọng.
Kỹ thuật B-DBA được minh họa trong hình 3.13, thời gian vòng lặp truyền tải được chia làm 2 nhóm. Cùng thời điểm, OLT phân bổ bản tin cho T-CONT 1 và T- CONT 2 cho các ONU trong vòng lặp n-1, đồng thời lưu lượng T-CONT 1 và T- CONT 2 của ONU có thể truyền dữ liệu luồng lên. Lưu lượng T-CONT 3 và T-CONT 4 của ONU trong vòng lặp n được phép truyền dữ liệu luồng lên cũng như lưu lượng T-CONT 1 và T-CONT 2 của ONU ở vòng lặp n trong nhóm một. Quá trình xử lý B- DBA dự đoán dựa trên QoS cho T-CONT 2 trong OLT, Khi băng thông được dự đoán ước lượng xong, băng thông chưa được sử dụng được dự trữ cho nhóm tiếp theo, và tổng thời gian truyền của hai nhóm liên tiếp bị hạn chế trong tối đa một vòng lặp. Tổng quát, tổng băng thông hữu dụng của mỗi ONU sẽ phân bổ cho nhóm thứ nhất, và sau đó phân bổ cho nhóm thứ hai sau đó nếu còn băng thông dư thừa. Tuy nhiên, T-CONT 3 có băng thông chắc chắn nhỏ nhất hoặc thêm băng thông không chắc chắn. Giải thuật này trong nhóm thứ hai sẽ phân bổ băng thông chắc chắn nhỏ nhất cho T-CONT