2.1.4.2 .Topo hỡnh cõy
3.3 Quy hoạch mạng tớch hợp PON-WCN
3.3.4 Mụ hỡnh truyền dẫn trong sợi quang
Tớn hiệu quang học tự nhiờn bị giảm cƣờng độ (hoặc suy hao) theo khoảng cỏch. Do tớnh thụ động của tất cả cỏc mạng PON, mức cụng suất tớn hiệu thu đƣợc tại OLT từ mỗi ONU-BS giảm theo khoảng cỏch. Khoảng cỏch càng lớn, cụng suất thu đƣợc tại OLT càng thấp. Do đú, độ dài khụng đồng đều cỏc đƣờng truyền dữ liệu giữa cỏc OLT và ONU-BSS gõy ra hiện tƣợng"gần-xa", nú sẽ ảnh hƣởng đến quỏ trỡnh tỏch chớnh xỏc luồng bớt đến. Nếu bộ thu OLT cú thể khụng nhanh chúng điều chỉnh ngƣỡng 0-1 tại điểm bắt đầu của mỗi khe thời gian thu đƣợc, sau đú nú sẽ dẫn đến BER cao tại bộ thu OLT. Một số phƣơng phỏp tiếp cận đó đƣợc xem xột để khắc phục vấn đề này [22]. Hầu hết cỏc phƣơng phỏp tiếp cận yờu cầu phần cứng và / hoặc phần mềm phức tạp, do đú làm tăng sự phức tạp kỹ thuật. Ngoài ra, bằng cỏch đƣa vấn đề "gần-xa" vào giai đoạn quy hoạch mạng ban đầu, chỳng ta cú thể loại bỏ / giảm thiểu cỏc nguyờn nhõn cố hữu của vấn đề trờn ở giai đoạn quy hoạch mạng lƣới.
Vỡ hệ thống mạng tớch hợp PON-WCN chủ yếu cho cỏc khu dõn cƣ và cỏc khu trụ sở kinh doanh, trƣớc khi quy hoạch mạng lƣới, sự phõn bố địa lý của nhu cầu lƣu lƣợng trong AOI phải đƣợc biết đến, điều này cú thể đƣợc từ phõn tớch dữ liệu thống kờ đo lƣờng lƣu lƣợng truy cập và / hoặc giỏm sỏt cũng nhƣ dự đoỏn nhu cầu tăng trƣởng lƣu lƣợng truy cập. Ta định nghĩa cỏc sites cú mật độ lƣu lƣợng truy cập cố định là cỏc điểm rất quan trọng (VIPs), cỏi cú thể là một hotspot cụng cộng, một mạng lƣới doanh nghiệp trong một tũa nhà văn phũng, hay một căn hộ, hoặc bất cứ nơi nào đụng dõn cƣ. Để khụng mất tớnh tổng quỏt, ta giả định rằng cỏc MSs là đồng nhất phõn phối trong AOI, trong đú yờu cầu về nhu cầu lƣu lƣợng đƣợc phõn phối thống nhất. Cỏc AOI đƣợc chia thành một bộ lƣới nhỏ hỡnh chữ nhật với kớch thƣớc bằng nhau. Một tập hợp cỏc điểm thử nghiệm (TPs) đặc biệt cho cụng tỏc thử nghiệm việc phủ súng di động đƣợc định nghĩa tại mỗi mạng lƣới hỡnh chữ nhật nhỏ. Vỡ cỏc ONU-BSs và cỏc bộ tỏch quang (splitter) khụng thể đƣợc đặt bất cứ nơi nào, chỉ cú địa điểm nhất định cú đủ
điều kiện mới đƣợc triển khai. Một tập hợp cỏc vị trớ ứng cử viờn (CPs) để bố trớ định vị cỏc ONU-BSs và một tập cỏc site tiềm năng (PSs) để bố trớ splitter cũng đƣợc xỏc định.
Định nghĩa 5.1. Bài toỏn DSP-PW.
Với nhu cầu lƣu lƣợng cho cỏc khu dõn cƣ, cỏc khu là cỏc cơ sở kinh doanh, yờu cầu phủ súng di động trong AOI, và chi phớ (CAPEX và OPEX) của thiết bị mạng tớch hợp PON-WCN, cỏc mục tiờu thiết kế của bài toỏn DSP-PW là:
(I) Cú đƣợc chi phớ cơ sở hạ tầng tối thiểu chung của PON-WCN tớch hợp;
(II) Xỏc định vị trớ tối ƣu cho cỏc ONU-BSs và bộ tỏch quang thụ động cũng nhƣ sơ đồ quang;
(III) Quyết định sự liờn kết giữa cỏc ONU-BSs và cỏc VIPs / TPs (tức là, liờn kết BU);
(IV) Chỉ định băng thụng và ngƣỡng cụng suất cho mỗi VIP (tức là, RBA).
Cỏc đầu vào khỏc cho bài toỏn DSP-PW bao gồm yếu tố suy hao, biờn độ che chắn, yờu cầu tỷ lệ phủ súng, độ nhạy thu, truyền tải cụng suất tối đa của cỏc ONU-BSs, và trờn ràng buộc băng thụng đó ấn định cho mạng tớch hợp.
Xõy dựng cụng thức toỏn học:
Cỏc ký hiệu đƣợc sử dụng trong việc xõy dựng bài toỏn đƣợc túm tắt trong bảng 5.1. Định nghĩa G N,E biểu thị một biểu đồ chỉ dẫn, trong đú N là tập hợp cỏc nỳt và
Elà tập hợp của cỏc cạnh, biờn liờn kết . N đƣợc phõn chia thành Ns và Ncp, tức là, N = Ns U Ncp, Ns và Ncp đại diện cho cỏc thiết lập của cỏc PSs để triển khai splitter và thiết lập cỏc CPs cho cỏc ONU-BSs, tƣơng ứng. OLT ∈ NS. Định nghĩa Ω = Ns /
{OLT} U Ncp. OLT, splitter và ONU-BSs là nỳt gốc, cỏc nỳt lỏ và cỏc nỳt nội bộ trong kiến trỳc cõy tƣơng ứng.
Đại diện cho một nhỏnh cõy, ta mụ tả ma trận tỷ lệ của node-edge dạng nhị phõn
eij Ns
E đƣợc định nghĩa nhƣ sau:
ij
e = 1, nếu tồn tại một liờn kết trực tiếp từ i thuộc Ns tới j thuộc Ω. Và eij = 0 trong cỏc trƣờng hợp khỏc.
60 Tham số í nghĩa NC P NT P NV I P NS N Ω ρk γ0 PBS B
Tập cỏc vị trớ mong đợi (CPs) cho cỏc ONU-BSs trong AOI, |NCP | = M . Tập cỏc điểm thử nghiệm test points (TPs) trong AOI, |NT P | = N .
Tập cỏc điểm quan trọng (VIPs) trong AOI, |NV I P | = K . Tập cỏc sites tiềm năng (PSs) cho splitters trong AOI. Tập cỏc nodes trong AOI. N = Ns U Ncp.
Tập cỏc nodes trong AOI ngoại trừ node gốc, Ω = N/{OLT }. Cỏc yờu cầu lƣu lƣợng cho VIPk .
Tỷ số ngƣỡng nhỏ nhất của tớn hiệu trờn tạp õm của đƣờng xuống (SNR) cho một MS.
Ngƣỡng thu mật độ phổ cụng suất lớn nhất của một ONU-BS. Tổng độ rộng băng thụng khụng dõy hiệu lực.
Ma trận liờn thuộc vị trớ – loại của splitter Z = (zst)|Ns |ìT đƣợc định nghĩa 1, 0, st t T PSs s Ns z
nếu một splitter kiểu được đặt ở với
Trong các trường hợp khác
Ma trận liờn thuộc dũng dữ liệu cú hƣớng
s m m ij N x x Ncp F f đƣợc định nghĩa ij 1, , 0, m
m nếu edge eij i Ns j nằm trê n f m Ncp
f trong các trường hợp khác.
- Một vộc tơ liờn thuộc vị trớ CP B = (bm)1ìM đƣợc định nghĩa
1,
0, .
m
nếu CPm Ncp được lựa chọn để đặt một ONU BS b trong các trường hợp khác
- Một vộc tơ liờn thuộc vựng phủ súng Q = (qn)1ìN đƣợc định nghĩa nhƣ sau:
0 1, , , , ; 0, . n nếu TPn được phủ sóng tức l¯ SRNn n Ntp q trong các trường hợp khác
tƣợng trƣng một ma trận liờn thuộc kết hợp VIP-CP trong đú:
1, ạ ;
0, .
k vip mk
nếu ONU BS t i CPm Ncp cung cấp dịch vụ tới VIP N trong các trường hợp khác
Một ma trận liờn thuộc kết hợp TP-CP đƣợc định nghĩa:
1, ạ ;
0, .
n tp mn
nếu ONU BS t i CPm Ncp cung cấp dịch vụ tới TP N v trong các trường hợp khác Ta cũng định nghĩa ma trận ấn định ngƣỡng cụng suất phỏt
và một ma trận ấn đinh ngƣỡng băng thụng trong đú pmk và wk
là cụng suất phỏt của ONU-BS tại CPm cho VIPk và băng thụng khụng dõy đƣợc gỏn cho VIPk tƣơng ứng. DSP-PW cú thể đƣợc xõy dựng cụng thức nhƣ sau:
Cỏc yờu cầu ràng buộc nhƣ sau:
(5.1) đúng vai trũ là tổng giỏ thành nhỏ nhất. (5.2) đảm bảo tối đa yờu cầu về lƣu lƣợng cho mỗi VIP; tức là băng thụng cho mỗi VIP khụng nhỏ hơn yờu cầu lƣu lƣợng của nú. (5.3) đảm bảo yờu cầu về tỷ lệ phu súng.(5.4) và (5.6) là ràng buộc liờn kết BU, tức là cỏc VIP/TP phải đƣợc liờn kết với ớt nhất một ONU-BS vỡ cú cỏc ONU-BS cựng lỳc cú thể cung cấp đƣờng truyền dẫn tốc độ cao đỏng tin cậy. (5.5) và (5.7) đảm bảo rằng một ONU-BS phải đƣợc đặt ở CPm nếu nú đƣợc liờn kết với một VIP/TP. (5.8) và (5.9) quy định cỏc ràng buộc cho Q. (5.10) và (5.13) xỏc định ngƣỡng trờn cho băng thụng và cụng suốt của một
ONU-BS. (5.11) và (5.12) quy định rằng nếu pmk = 0 thỡ mk = 0 và ngƣợc lại.
(5.14) đến (5.16) là điều kiện mà mỗi đầu vào của B,Q,U và V là số nhị phõn, P và W là õm và dƣơng tƣơng ứng.
Để xõy dựng một cấu trỳc cõy cú hƣớng cho mạng tớch hợp này, cỏc đặc tớnh vốn cú của mạng logic (i) khụng vũng lặp, (ii) kết nối và (iii) cú hƣớng phải đƣợc tớnh toỏn đến. Để nắm bắt cỏc tớnh năng đú, ta xõy dựng ma trận liờn thuộc cạnh – nut (node-egde) và ma trận liờn thuộc vị trớ – loại (type – location) của bộ chia quang (splitter). Và cú cỏc ràng buục sau:
(5.17) quy đinh rằng cõy cú hƣớng, cụ thể là nếu eij=1 thỡ node i là cha của nỳt j.
(5.18) đảm bảo mỗi node nội tại (tức là PS) cú chớnh xỏc một cha nếu nú nằm trong cõy. Và (5.19) đảm bảo rằng mỗi node lỏ (tức là ONU-BS) cũng cú chớnh xỏc một cha. (5.20) đảm bảo rằng số cỏc node con của mỗi splitter là đƣợc giới hạn bởi tỷ lệ chia của nú. (5.21) đảm bảo rằng node nội tại cú ớt nhất một cạnh ra nếu nú trong cõy, khụng cú rằng buộc này splitter sẽ khụng là một node lỏ.
Để giải quyết về hạn chế hiện tƣợng gần – xa (“near - far”) tức dữ liệu đa đƣờng (đến chậm đến muộn), ta đƣa ra khỏi niệm dũng dữ liệu lụgic. Cụ thể hơn, với
một node lỏ, m Ncp sẽ tồn tại một dũng dữ liệu tƣơng ứng, ký hiệu là .
Nguồn gốc của là gốc (OLT) cỏi chỉ khởi tạo một dũng dữ liệu duy nhất
nhƣng khụng nhận dữ liệu. Node lỏ m chỉ nhận dũng dữ liệu này nhƣng khụng khởi tạo cũng nhƣ chuyển tiếp mất kỳ dũng dữ liệu nào. Node nội bộ trong cõy, ngoại trừ node gốc (OLT) và lƣu lƣợng node m tuõn thủ bảo vệ nếu chỳng nằm
dọc theo tuyến dũng lƣu lƣợng , tức là số lƣợng của dũng dữ liệu đến bằng
dũng dữ liệu đi.
(5.25) đảm bảo rằng dũng dữ liệu tại eij tồn tại chỉ khi cú tồn tại một cạnh
đầu tiờn, điều này cũng chỉ ra rằng dũng dữ liệu này là một hƣớng. (5.26) và (5.27) đảm bảo rằng gốc và lỏ chỉ cú một đơn vị tỷ lệ dũng lƣu lƣợng dữ liệu duy nhất. (5.28) thiết lập bảo vệ dũng dữ liệu ở nỳt nội tại m. Đõy là một lựa chọn cho DSP. Nú đảm bảo rằng sự khỏc biệt về chiều dài dũng chảy dữ liệu
giữa hai dũng chảy dữ liệu là nhỏ hơn một giỏ trị đƣợc xỏc định trƣớc Ld. Nếu
cỏc nhà thiết kế mạng thớch cỏch tiếp cận khỏc để giải quyết việc hạn chế hiện tƣợng "gần-xa" thỡ (5.29) cú thể khụng cần sử dụng đến.
Cỏc ràng buộc trờn đảm bảo rằng một cõy cú hƣớng nhƣ mụ tả sau: (i) thuộc tớnh khụng vũng lặp, định nghĩa của E quy định cú tồn tại hay khụng đến cạnh hƣớng tới nỳt gốc ( tức là, ei,OLT cho i ∈ Ns). Cỏc ràng buộc (5.19; 5.22; 5.26; 5.27) tiếp tục đảm bảo chắc chắn rằng độ gúc của cỏc node lỏ xấp xỉ bằng 1, do đú khụng tồn tại vũng lặp trong biểu đồ. (ii) thuộc tớnh kết nối, cú tồn tại chớnh xỏc một cạnh vào và ớt nhất một cạnh đi ra từ cỏc node nội bộ (ràng buộc 5.18; 5.21; 5.22; 5.25; 5.28; 5.30). (iii) ràng buộc (5.17) và (5.25) đảm bảo rằng cả hai cỏc cạnh và cỏc dũng dữ liệu chảy trong cõy đều cú hƣớng.