2. 2 Chức năng chính của GTC
2.3.3Ánh xạ của các khung GEM vào GTC payload
Lưu lượng GEM được vận chuyển thông qua giao thức GTC dạng trong suốt. Giao thức GEM có 2 chức năng: cung cấp mô tả của các khung thông tin người dùng và cung cấp dịnh danh port cho ghép kênh.
Hình 2.16 Ánh xạ khung GEM vào GTC Payload
Dạng mào đầu GEM:
Dạng mào đầu GEM được cho trong hình dưới
Hình 2.17 Dạng mào đầu GEM
Mào đầu GEM chứa chỉ thị chiều dài payload (PLI), Port-ID, chỉ thị dạng payload (PTI) và một trường mào đầu điều khiển lỗi 13 bit(HEC).
PLI chỉ ra chiều dài L (byte), của payload theo sau mào đầu. PLI thường được sử dụng để tìm mào đầu tiếp theo trong luồng để cung cấp mô tả. Kích thước 12 bit của trường cho phép phân mảnh đến 4095 byte. Nếu các khung thông tin người dùng lớn hơn, chúng sẽ được phân mảnh thành các đoạn nhỏ hơn hoặc bằng 4095 byte.
SVTH: Nguyễn Thị Hảo Trang 27
Port-ID thường được dùng để cung cấp 4096 định danh lưu lượng riêng biệt trên PON để cung cấp ghép kênh. Mỗi port-id chứa một luồng vận chuyển của người dùng. Có thể có một hoặc nhiều Port-ID được truyền trong một Alloc-ID /T-CONT.
Trường PTI được sử dụng để chỉ ra dạng nội dung của payload và cách đối xử thích hợp của nó.Ý nghĩa của các giá trị được giải thích trong bảng sau.
Bảng 2.4:Ý nghĩa trường PTI
HEC cung cấp chức năng dò và sửa lỗi cho mào đầu. HEC được dùng như sự kết hợp của mã BCH(39,12,2) và một bit kiểm tra chẵn lẻ. Đa thức sinh của mã này là
x^12+x^10+x^8+x^5+x^4+x^3+1. Mã BCH được tính sao cho phép chia modulo 2 của 39 bit đầu tiên của mào đầu cho đa thức sinh sẽ bằng 0 thì không có lỗi. Nếu 1 thanh ghi dịch được dùng để thiết lập phép chia , giá trị ban đầu của thanh ghi dịch sẽ là tất cả 0.
SVTH: Nguyễn Thị Hảo Trang 28
CHƯƠNG 3: PHÂN BỔ BĂNG THÔNG TRONG MẠNG GPON 3.1. Phân bổ băng thông động:
Dynamic Bandwidth Allocation(DBA) trong mạng GPON là quá trình OLT tái phân bổ băng thông truyền lên của các ONU dựa trên trạng thái hoạt động và các thỏa thuận lưu lượng. Trạng thái hoạt động có thể được thông báo tường minh qua các báo cáo trạng thái bộ đệm hoặc không tường minh bằng cách truyền các khung idle GEM khi ONU đến lượt truyền.
Lợi ích của DBA thể hiện ở 2 điểm sau:
Mạng có thể hoạt động với số lượng thuê bao lớn hơn do hiệu suất sử dụng băng thông tăng.
Các thuê bao có thể hưởng các dịch vụ gia tăng, như là yêu cầu băng thông thay đổi với đỉnh băng thông vượt qua mức băng thông có thể phân bổ trong kiểu phân bổ tĩnh.
3.1.1 PON DBA trừu tượng
Trong G-PON, thực thể nhận của phân bổ băng thông luồng lên được đặc trưng bởi một allocation ID (Alloc-ID). Bất chấp số lượng Alloc-ID đã phân bổ tới mỗi ONU, số lượng các cổng GEM được ghép trên mỗi Alloc-ID, cấu trúc hàng đợi vật lý và logic được thiết lập bởi ONU, lưu lượng tổng được OLT kết hợp với mỗi Alloc-ID như một bộ đệm logic và, cho mục đích phân phối băng thông, xem xét tất cả Alloc-ID như các thực thể ngang hàng cùng cấp độ trong cấu trúc logic.
SVTH: Nguyễn Thị Hảo Trang 29
Hình 3.1 PON DBA trừu tượng
Mỗi bộ đệm logic Alloc-ID, module chức năng DBA của OLT suy ra từ sự chiếm giữ thông tin củng như thông qua các bản tin thông báo trạng thái inband hoặc bằng cách quan sát các thành phần idle của upstream. Sau đó, nó cung cấp ngõ vào cho bộ phận lập lịch trong OLT chịu trách nhiệm tạo ra Bwmaps. Bwmaps được thông tin đến các ONU trong luồng xuống.
3.1.2 Yêu cầu chức năng DBA
Suy luận từ trạng thái bộ đệm
Cập nhật băng thông phân bổ dựa trên trạng thái bộ đệm và quan sát thông số băng thông thiết bị.
Phân bổ băng thông dựa trên băng thông cập nhật tức thời
Quản lý hoạt động DBA
3.1.3 Các phương pháp DBA:
Tùy thuộc cơ cấu suy luận tình trạng bộ đệm, 2 phương pháp DBA là: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
SR-DBA dựa trên các thông báo về tình trạng bộ đệm được xem xét bởi OLT và các ONU đáp ứng
TM DBA dựa trên sự quan sát OLT của các khung GEM idle và so sánh của nó với đáp ứng Bwmaps.
OLT nên hỗ trợ sự kết hợp cả TM và SR DBA và có khả năng hoạt động với mạng PON có cả SR và NSR ONU.
3.1.4 Mô tả toán học của DBA
Phần này giới thiệu một kiểu phân bổ băng thông chỉ rõ hành vi mục tiêu của cơ chế. Đó là mô hình tham khảo fluid có thể được dùng để kiểm tra các trường hợp để ước lượng một DBA
a.Tóm tắt các ký hiệu
C: dung lượng luồng lên của giao diện PON (bps) A: lượng thông tin đến bộ đệm (b)
B: sự chiếm giữ bộ đệm logic (b) D: Mô tả phân bổ lưu lượng RF: Băng thông cố định (bps) RA: Băng thông assured (bps) RM: Băng thông tối đa (bps)
SVTH: Nguyễn Thị Hảo Trang 30
RG: Băng thông guaranteed, động (bps) RL: Lưu lượng tải đề nghị, động (bps)
RNA: Băng thông không đảm bảo, động (bps) RBE: Băng thông best-effort, động (bps)
SNA: Băng thông thặng dư cho phân bổ băng thông không đảm bảo, động (bps) SBE: Băng thông thặng dư cho phân bổ băng thông best-effort, động (bps) χAB: chỉ số 3 cấp cho phân bổ băng thông thêm {None, NA, BE}
P: Mức ưu tiên cho phân bổ băng thông best-effort ω: Trọng số của phân bổ băng thông best-effort b.Tải đề nghị:
Mỗi Alloc-ID có thể biểu thị đặc tính thay đổi dựa vào lưu lượng tải đề nghị, RL(t), được định nghĩa là tốc độ trung bình mà tại đó bộ đệm logic của 1 Alloc-ID được phục vụ đến hết trong khoảng thời gian cho trước ∆, đại diện một hằng số hệ thống ( nhỏ nhất là 1, nhưng thường sử dụng là thời gian của 8 khung):
RL(t)=B(t)+A∆(t,t+∆)
Trong đó B(t) là sự chiếm giữ bộ đệm logic tại thời điểm t, và thành phần tùy chọn A(t,t+∆) tượng trưng cho các lưu lượng mới đến trong khoảng thời gian (t,t+∆).
♦Miêu tả lưu lượng:
Mỗi Alloc-ID được dành sẵn với mô tả lưu lượng gồm 3 thông số : băng thông cố định, băng thông đảm bảo (assured bandwith), và băng thông tối đa, cũng như chỉ số 3 cấp dành cho băng thông thêm: non-assured sharing, best-effort sharing, hoặc none. Do đó miêu tả lưu lượng của Alloc-ID i được đại diện bởi 4 thành phần:
Di=(RiF,RiA,RiM,χiAB)
Băng thông cố định, RF ≥ 0, đại diện cho phần băng thông dành riêng trên đường uplink mà OLT phân bổ tĩnh cho Alloc-ID nào đó, bất kể yêu cầu lưu lượng riêng và lưu lượng tổng thể trên PON.
Băng thông đảm bảo, RA ≥ 0,đại diện cho phần băng thông trên uplink mà OLT sẽ phân bổ cho Alloc-ID nào đó khi Alloc-ID chưa thỏa mãn nhu cầu lưu lượng, bất chấp lưu lượng tổng thể trên mạng PON. Nếu nhu cầu lưu lượng được thỏa mãn, OLT có thể tái phân bổ phần băng thông còn lại cho các Alloc-ID thích hợp.
Băng thông tối đa, RM>0, đại diện cho giới hạn lên trong tổng băng thông có thể phân bổ cho Alloc-ID dưới một vài điều kiện lưu lượng.
SVTH: Nguyễn Thị Hảo Trang 31
Từ các định nghĩa trên ta có thể suy ra RMi ≥ RFi + RAi
χABi = NA, chỉ khi RMi > RFi + RAi >0 χABi = BE, chỉ khi RMi > RFi + RAi ≥0
Ngoài ra, đặc tính lưu lượng tổng quát nên thỏa mãn điều kiện ổn định căn bản: ∑( RFi + RAi) ≤ C
i
c.Các thành phần của băng thông được phân bổ:
Băng thông Ri (t) ≥ 0, được phân bổ động đến mỗi Alloc-ID dưới dạng bao gồm 2 thành phần guaranteed và additional. Băng thông additional có thể là non-assured hoặc best-effort:
Ri(t)=RiG(t)+RiNA (t) Cho Alloc-iD với χABi = NA, và (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ri(t)=RiG(t)+RiBE(t) Cho Alloc-ID với χABi = BE.
d.Phân bổ băng thông đảm bảo
Khi điều kiện ổn định cơ bản được thỏa, thành phần bảo đảm của phân bổ băng thông động cho bởi:
RGi(t)=min{RFi+RAi;max{RFi;RLi(t)}}
Và sẵn sàng cho Alloc-ID bất chấp tình trạng chung của lưu lượng. Do đó, RFi đặc trưng cho biên dưới của phân bổ băng thông đảm bảo (guaranteed) RGi(t), và RAi +RFi là biên trên.
SVTH: Nguyễn Thị Hảo Trang 32
Hình 3.2 Các giá trị phân bổ băng thông cho các tải khác nhau
♦Phân bổ băng thông không đảm bảo:
Băng thông không đảm bảo, RNA, là một dạng băng thông thêm vào mà OLT có thể phân bổ động đến một Alloc-ID thích hợp tỉ lệ với tổng băng thông cố định và đảm bào của Alloc-ID.
Lượng băng thông dư có thể được phân bổ vào các băng thông không đảm bảo tương đương với tỷ lệ của dung lượng đường lên mà còn trống sau khi các thành phần băng thông đảm bảo đã phân bổ động đến tất cả Alloc-IDs. Công thức tính:
SNA(t)= C - ∑ min {RiF + RiA;max{RiF;RiL(t)}} i
Tiêu chuẩn cân bằng của chia sẻ băng thông không đảm bảo được cho bên dưới. Dưới các điều kiện cụ thể của lưu lượng tải, 2 Alloc-ID thích hợp (χAB = NA), không bão hòa (RG (t) + RNA(t) < min{RM ; RL(t)}) i và j sẽ được cấp băng thông không đảm bảo thỏa mãn phương trình:
A i R F i R t NA i R + ) ( = A j R F j R t NA j R + ) (
♦Phân bổ băng thông best effort
Băng thông best-effort là một dạng của băng thông thêm vào mà OLT có thể phân bổ động đến các Alloc-ID thích hợp tỷ lệ với thành phần không đảm bảo của băng thông dự trữ tối đa.
SVTH: Nguyễn Thị Hảo Trang 33
Lượng băng thông dư có thể phân bổ dưới dạng băng thông best-effort tương đương với phần dung lượng đường lên còn lại sau khi đã tính các thành phần cho băng thông đảm bảo và băng thông không đảm bảo. Công thức:
SBE(t) = C - { ∑} ≠ ∈ABi NA i χ min{RMi ; max{RiF;RiL(t)}} - { ∑} ≠ ∈ABi NA i χ min{RiF+RiA; max{RiF;RiL(t)}}
Tiêu chuẩn công bằng trong phân chia băng thông Best-effort dựa trên công thức dưới. Dưới các điều kiện cụ thể của tải lưu lượng, 2 Alloc-ID thích hợp (χAB = BE), chưa bão hòa (RG(t) + RBE(t) < min{RM ; RL(t)}) i và j sẽ được phân bổ băng thông best- effort thỏa mãn điều kiện:
) ( ) ( A i R F i R M i R t BE i R + − = ( ( ) ) A j R F j R M j R t BE j R + −
Nếu (RG (t) + RBE(t) ≥ min{RM ; RL(t)}), băng thông phân phối động sẽ là R(t) = min{RM ; RL(t)}
♦Độ ưu tiên của các thành phần băng thông được phân phối: 1. Băng thông cố định .
2. Băng thông đảm bảo.
3. Băng thông không đảm bảo. 4. Băng thông best-effort.
Đầu tiên,OLT nên phân bổ băng thông cố định đến các Alloc-ID trong PON, bất chấp tải đề nghị và tình trạng lưu lượng tổng quan. Sau đó, OLT hoàn tất đăng ký phần băng thông cam kết bằng việc phân bổ băng thông đảm bảo cho các Alloc-ID cho đến khi đạt mức dự trữ RA hoặc yêu cầu lưu lượng được thỏa mãn. Sau đó, OLT phân bổ băng thông không đảm bảo cho các Alloc-Id chưa bão hòa thích hợp cho đến khi tất cả các Alloc-IDs đạt ngưỡng bão hòa hoặc băng thông dư SNA(t) cạn kiệt. Cuối cùng, OLT phân bổ băng thông BE đến các Alloc-ID chưa bão hòa.
♦Kiểu phân bổ băng thông mở rộng
OLT có thể tùy chọn dự trữ cho các Alloc-ID dựa trên mô tả lưu lượng: Di=(RiF,RiA,RiM,χiAB,Pi,ωi)
Mô tả lưu lượng mở rộng thiết lập thêm 2 thông số:
Mức ưu tiên best-effort Pi và trọng số best-effort ωi được sử dụng trong trường hợp χAB = BE. Tiêu chuẩn công bằng trong best-effort thiết lập dựa trên các thông số này và công thức được tính như sau:
SVTH: Nguyễn Thị Hảo Trang 34 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Miễn là có ít nhất 1 Alloc-ID thích hợp (χAB = BE) với một mức ưu tiên best-effort cao hơn duy trì trạng thái chưa bão hòa (RG(t) + RBE(t) < min{RM ; RL(t)}), chia sẻ băng thông đã được phân bổ của Alloc-ID nào đó với Pi sẽ bằng 0.
Nếu không có Alloc-ID thích hợp với một ưu tiên đủ lớn để duy trì trạng thái chưa bão hòa, 2 Alloc-ID i và j thích hợp (χAB = BE), không bão hòa với độ ưu tiên cho trước sẽ được phân bổ băng thông best-effort thỏa mãn điều kiện:
i t i BE R ω ) ( = j t j BE R ω( )
Kiểu phân bố băng thông mở rộng có thể làm giảm quy tắc ưu tiên trên bằng cách gán tất cả các Alloc-ID liên quan vào cùng một nhóm ưu tiên giống nhau .Hơn nữa, kiểu phân bổ băng thông mở rộng còn cho phép chỉ rõ hành vi mong muốn của hệ thống khi có nhiều Alloc-ID trong một ONU phù hợp với nhóm ưu tiên của dịch vụ,và các Alloc- ID trong cùng một nhóm ưu tiên trong mạng PON được phục vụ với trọng số tỉ lệ cơ bản.
Ví dụ trong hình sau,tất cả các T-CONT được giả sử ở trạng thái best-effort và được cung cấp độ ưu tiên Pi và trọng số best-effort ωi.
Hình 3.3 Ví dụ về xếp hàng và cấu trúc ưu tiên trong phân bổ băng thông mở rộng
♦Các mô tả lưu lượng Alloc-ID và loại T-CONT
Tổng quát, băng thông và thành phần thích hợp của mô tả lưu lượng Alloc-ID có thể có các mối quan hệ qua lại khác nhau với mỗi cái khác. Năm thông số kết hợp của mô tả lưu lượng Alloc-ID, trong điều kiện thực tế, quan trọng hơn các thông số khác để xác định và kết hợp với các loại T-CONT. Định nghĩa của 5 loại T-CONT được cho trong bảng dưới
SVTH: Nguyễn Thị Hảo Trang 35
Bảng 3.1 Các loại T-CONT
T-CONT loại 1 đặc trưng bởi chỉ các thành phần băng thông cố định, không được chia sẻ băng thông dư. Thích hợp mang các lưu lượng có tốc độ cố định ( hoặc tốc độ thay đổi với tốc độ biên tương đối thấp ), lưu lượng nhạy với trễ hoặc jitter.
T-CONT loại 2 đặc trưng bởi duy nhất băng thông bảo đảm, không được chia băng thông dư. Phù hợp vận chuyển các loại lưu lượng on-off với tốc độ biên được xác định , không có các yêu cầu nghiêm ngặt về trễ và jitter.
T-CONT loại 3 đặc trưng bởi băng thông đảm bảo và phân chia băng thông không đảm bảo. Vận chuyển các loại lưu lượng dạng tốc độ thay đổi dạng burst yêu cầu đảm bảo tốc độ trung bình.
T-CONT loại 4 đặc trưng bởi chia sẻ băng thông best-effort nhưng không có sự dự trữ băng thông cố định và băng thông đảm bào. Phù hợp với vận chuyển lưu lượng burst thay đổi không nhạy với trễ.
T-CONT loại 5 là tổng hợp các loại T-CONT khác có thể áp dụng cho tất cả các luông lưu lượng tổng quát.
3.2 Báo hiệu trạng thái DBA và cấu hình
3.2.1 Bản tin DBRu:
DBA report chiếm từ 1 đến 2 byte trong bản tin DBRu đã tính trước khi ONU truyền upstream. OLT yêu cầu truyền DBRu bằng cách đặt điểm mã đúng trong trường các cờ của một cấu trúc allocation trong Bwmap. Bản tin DBRu chỉ ra lượng thông tin có trong bộ đệm logic tương ứng Alloc-Id của cấu trúc allocation đó.
Cấu trúc allocation chứa yêu cầu DBRu cũng có thể chứa allocation thông thường đối với Alloc-ID cho trước. Nhận thấy sự không rõ ràng tồn tại, nhưng chưa được đánh đại chỉ, sự tự quyết của ONU báo cáo tình trạng chiếm giữ bộ đệm logic trước hoặc sau khi allocation hiện tại được phục vụ.Các yêu cầu sau là cần thiết
ONU sẽ theo phù hợp các ngữ nghĩa đã chọn của DBRu report.
Thuật toán OLT DBA sẽ tạo ra các ngữ nghĩa thô của DBRu report.
SVTH: Nguyễn Thị Hảo Trang 36
DBRu report không được tính vào bất kỳ .
3.2.2 Đặc trưng chiếm giữ bộ đệm:
ONU đánh dấu tình trạng chiếm giữ bộ đệm logic kết hợp với Alloc-ID theo các khối báo cáo. Kích thước khối báo cáo nên giống nhau đối với tất cả Alloc-ID trên cùng giao diện PON. Kích thước của khối báo cáo được thông báo qua kênh OMCI vào lúc ONU kích hoạt và có một giá trị mặc định là 48 byte.