Đồ án tốt nghiệp Đại học cải tiến trong GPON
SVTH: Tô Thị Trang Lớp D08VT1 54
Hình 3.19 Trễ end-to-end của T-CONT 4
3.5 Phƣơng pháp phân bổ băng thông hỗ trợ NSR ONU trong GPON 3.5.1 Cơ sở của thuật toán
Bộ điều khiển MAC cho phương pháp được đề xuất tính tốn băng thơng luồng lên dựa trên liên kết các loại T-CONT với bốn tham số dịch vụ: SImax, SImin, ABmin, và ABsur trong Bảng trên. Mỗi giá trị tham số dịch vụ được xác định bởi phương pháp của FSAN tuân theo DBA GPON. Trong Bảng I, SImax và SImin biểu thị cho khoảng dịch vụ tối đa và tối thiểu trong đa khung GTC. Còn ABmin và ABsur đại diện cho số byte phân bổ tối thiểu và dư thừa. Bộ điều khiển MAC đảm bảo rằng tổng băng thông phân bổ cho mỗi khoảng thời gian phục vụ sẽ không vượt quá khả năng của tuyến. Ưu tiên lập lịch là theo thứ tự của băng thông chắc chắn trong T- CONT 2, T-CONT 3 và băng thông dư thừa của T-CONT 4. Đề xuất DBA khơng nói tới loại lưu lượng T-CONT 1, nhưng băng thơng cố định và tuần hồn cho lưu lượng T-CONT 1 sẽ được phân bổ dựa trên tỷ lệ dịch vụ của SLA để hỗ trợ các yêu cầu trễ dịch vụ nghiêm ngặt. Băng thông cho T-CONT 2 đến 4 sẽ được phân bổ bởi bộ điều khiển MAC và có thể triển khai đề xuất DBA này để để hỗ trợ NSR ONU với thông tin về khung GEM nhàn rỗi.
TC Ứng dụng Dịch vụ GPON Tham số MAC
1 CBR Tuần hoàn Simax, ABmin
2 VBR Tuần hồn, có giá trị theo
yêu cầu (Chắc chắn)
Simax, ABmin
Tốt hơn nỗ lực
Tuần hồn, có giá trị theo yêu cầu (Chắc chắn)
Đồ án tốt nghiệp Đại học cải tiến trong GPON
SVTH: Tô Thị Trang Lớp D08VT1 55
3 tối đa Linh hoạt dựa trên yêu cầu và khả năng có thể sử
dụng (Dư thừa) Simin, Absur
4 Nỗ lực tối đa
Dùng cho bầu chọn Simax, ABmin Linh hoạt dựa trên yêu
cầu và khả năng có thể sử
dụng (Dư thừa) Simin, Absur
Bảng 3.2 Tham số dịch vụ 3.5.2 Thuật tốn
Vì băng thơng chắc chắn là băng thông trung bình cố định trong một khoảng thời gian nhất định, băng thơng sử dụng có thể tăng lên bằng cách xử lý băng thơng có sẵn dư thừa bằng phân bổ băng thông ngay lập tức trong khoảng thời gian phục vụ. Hình 3.20 cho thấy mã giả của các phương pháp DBA đề xuất để phân bổ băng thông chắc chắn. Trong hình 3.20, i là AllocID, dựa trên ánh xạ T-CONT như SLA và ct_idle(i) biểu thị cho số GEM nhàn rỗi trong khung cho AllocID i trong một chu kỳ
bầu chọn. Frame_bytes là các byte khung có sẵn và giá trị ban đầu của nó là 19.440 cho tốc độ luồng lên 1,24416 Gbits/s. Request(i) là chiều dài hàng đợi lưu trữ của các T-CONT có AllocID i. Giả sử cho rằng mỗi khi một hàng đợi báo cáo AllocID i đến,
chiều dài được báo cáo là phần được lưu trữ trong request(i) của ma trận yêu cầu. N là số ONU hoạt động. pt là giá trị tỷ lệ so với NSR ONU để phân bổ băng thông trong chu kỳ bầu chọn tiếp theo. Trong hình 3.20, chèn một mã cho các NSR ONU, nhưng nó chỉ kiểm sốt phân bổ băng thơng cho T-CONT 2 và T-CONT 3. Đó là do T-CONT 1 có chứa lưu lượng CBR và phục vụ độc lập với T-CONT khác như trong bảng 1. Để đơn giản hóa độ phức tạp của mã, sử dụng request(i) cho phân bổ băng thông tới NSR
ONU bằng cách thay thế các yêu cầu băng thông tối thiểu tăng lên bởi giá trị tỷ lệ pt
với request(i). Ngoài ra, trong khi băng thông đảm bảo của T-CONT4 của SR ONU
được sử dụng để bầu chọn, phương pháp đề xuất không phân bổ băng thông cho T- CONT 4 của NSR ONU vì NSR ONU khơng cần bầu chọn. Thay vì điều chỉnh cờ bầu chọn của mã trong hình 3.20, sử dụng ABmin cho T-CONT 4 của SR ONU bằng cách thiết lập một giá trị không đổi cho byte tiêu đề PLOu và DBRu. Mã giả cho việc phân bổ băng thơng dư thừa trong hình 3.21 là gần như giống với phân bổ băng thông đảm bảo như thể hiện trong hình 3.20. Tuy nhiên, trong một phần mã thặng dư của đề xuất DBA, băng thông cho ONU NSR được phân bổ ABsur (i) hoặc bằng khơng. Đó là bởi
vì tính tốn ánh xạ US_BW mà khơng có thơng tin thống kê hàng đợi làm cho sử dụng khơng đúng mức có thể lớn hơn. Phân bổ băng thơng cho NSR ONU có thể làm giảm độ trễ, nhưng sử dụng khơng đúng mức cao vì lưu lượng dữ liệu trong các mạng truy cập xuất hiện đột ngột, không thể chắc chắn khi bộ đệm bị chiếm đóng. Các nhà cung cấp dịch vụ sẽ không xem xét NSR ONU cho các dịch vụ chất lượng cao và họ sẽ sử dụng NSR ONU chỉ để hỗ trợ các dịch vụ thấp trong khi xét tới thông lượng và độ
Đồ án tốt nghiệp Đại học cải tiến trong GPON
SVTH: Tô Thị Trang Lớp D08VT1 56
trễ. Vì vậy, liên kết sử dụng quan trọng hơn SR và NSR ONU do cùng tồn tại. Trong phương pháp đề xuất, cố gắng để tăng khả năng sử dụng trong việc duy trì hiệu năng cho SR ONU.
// frame_bytes = 19438 // for 1.24Gbps GPON upstream rate.
// ct_idle(i) = the number of GEM idle in frames in a polling cycle. // i = AllocID, based on T-CONTs map as SLA.
// pt = proportional value for NSR ONU in the next polling.
// for each polling cycle // inspect all SImax timers for (each AllocID i) {
if (frame_bytes >0 && Ba(i) >0) {
if (NSR_ONU && (T_CONT(i) == 2 || T_CONT(i) == 3)) if (ct_idle(i) == 0) request(i) = ABmin(i);
else if (ct_idle(i) > 0) request(i) = ABmin(i)*pt; Allocation_guaranteed(i); } if (SImax_timer(i) == 1) { SImax_timer(i) = SImax(i); Ba(i) = ABmin(i); } else SImax_timer(i)--; if (frame_bytes == 0) break; } // process Allocate_guaranteed(i) Allocation_guaranteed(i) {
if (!NSR_ONU && T_CONT(i) == 4)
Đồ án tốt nghiệp Đại học cải tiến trong GPON
SVTH: Tô Thị Trang Lớp D08VT1 57
else
allocation_bytes = MIN(Ba(i), request(i), frame_bytes); Assign(i, allocation_bytes); Ba(i) -= allocation_bytes; request(i) -= allocation_bytes; frame_bytes -= allocation_bytes; } Hình 3.20
Đoạn mã giả của thuật toán MAC cho phân bổ băng phần băng thơng đảm bảo
Trong hình 3.21, phân bổ băng thông dư thừa T-CONT 3 và T-CONT 4, thiết lập tất cả các tham số SImin như nhau và thay đổi các tham số ABsur. Trong hoạt động DBA, ngay cả khi có các tham số khoảng thời gian phục vụ lớn nhất chắc chắn và khoảng thời gian phục vụ tối thiểu cho dư thừa, cả hai phương pháp phân bổ cho phần chắc chắn và phân bổ ngay lập tức phần dư khi có khoảng khơng gian để ấn định trong một chu kỳ bầu chọn trong khi tính tốn trừ đi allocation_bytes từ request(i), frame_bytes, và yêu cầu dịch vụ băng thông Ba (i) và B(i). Nếu frame_bytes vẫn còn, Allocation_remainder (i) tái phân phối băng thơng cịn dư cho AllocID I của ONU như
ánh xạ T-CONT được sắp xếp theo độ ưu tiên và nhóm ONU. Thay vì chia N, ấn định một số AllocID i dư thừa để tránh một sự lãng phí băng thơng trong trường hợp nhiều tiêu đề được tạo ra để đóng gói kích thước nhỏ của tải. Thông qua
Allocation_remainder (i), các khung mới đến có thể được phục vụ mà khơng cần bầu
chọn và tải lưu lượng có thể được truyền và xử lý. AllocID cho phần dư sẽ biểu thị T- CONT 5 để ONU chọn một T-CONT 2, 3, và 4 cho đến khi hết khe thời gian cộng thêm.
// Surplus Bandwidth Allocation phase
// update T_CONT3 and T_CONT4 requests and inspect SImin timers. for (each AllocID i) {
if (frame_byte >0 && Bs(i) >0 &&
(T_CONT(i) == 3 || T_CONT(i) == 4)) { if (NSR_ONU)
if (ct_idle(i) == 0) request(i) = ABmin(i); else if (ct_idle(i) >0) request(i) = 0; Allocation_surplus(i);
}
Đồ án tốt nghiệp Đại học cải tiến trong GPON SVTH: Tô Thị Trang Lớp D08VT1 58 SImin_timer(i) = SImin(i); Bs(i) = ABsur(i); } else SImin_timer(i)--; if (frame_bytes == 0) break; }
for (each AllocID i) {
if (frame_byte > 0 && (T_CONT(i)==3 || T_CONT(i)==4)) if (request(i) >0) Allocation_remainder(i);
}
// process Allocation_surplus(i) Allocation_surplus(i) {
allocation_bytes = MIN(Bs(i), request(i), frame_bytes); Assign(i, allocation_bytes); Bs(i) -= allocation_bytes; request(i) -= allocation_bytes; frame_bytes -= allocation_bytes; } Allocation_remainder(i) {
allocation_bytes = MIN(request(i), frame_bytes); Assign(i, allocation_bytes);
request(i) -= allocation_bytes; frame_bytes -= allocation_bytes; }
Hình 3.21
Đoạn mã giả của thuật toán MAC cho phân bổ băng phần băng thông dư thừa
3.5.3 Một số đánh giá
Trong mô phỏng, lưu lượng T-CONT 1 như dịch vụ CBR được giả định rằng nó được tạo ra bởi 5% trong khả năng đường truyền, độc lập để chiếm hàng đợi vì nó được cung cấp phân bổ cố định trong khoảng thời gian yêu cầu dịch vụ. Nó hoạt động với SImax = 1 và lưu lượng T-CONT 1 giả sử rằng nó được phục vụ đầy đủ trong đánh giá sử dụng. Tỷ lệ của T-CONT 2, T-CONT 3, và T-CONT 4 được giả định tương ứng là 15%, 40%, và 40%. Mỗi lưu lượng được tạo ra tỉ lệ với tải lưu lượng. Các dịch vụ chắc chắn và dư thừa nằm trong tổng dữ liệu của T-CONT 3 và T-
Đồ án tốt nghiệp Đại học cải tiến trong GPON
SVTH: Tô Thị Trang Lớp D08VT1 59
CONT 4. T-CONT 2. giả sử rằng SImax = 5, ABmin = 400 và T-CONT 3 giả sử rằng SImax = 10, ABmin = 400. T-CONT 4 cho SR ONU giả sử rằng SImax = 10, ABmin = 7. Tuy nhiên T-CONT 4 cho NSR ONU giả sử rằng SImax = 10, ABmin = 400 tương tự với T-CONT loại 3 bởi vì thơng tin hàng đợi khơng được báo cáo cho các OLT và khơng có chỗ trừ khi băng thông cho các dịch vụ nỗ lực tốt đa được phân bổ. Trong khi T-CONT loại 3 và loại T-CONT 4 cho SR ONU sử dụng Simin = 5, ABsur = 800 và Simin = 5, ABsur 1200, tương ứng, Simin và ABsur của T-CONT 3 và T-CONT 4 cho NSR ONU là không.
Lưu lượng sinh ra bùng phát, và dữ liệu sinh ra cho T-CONT là ngẫu nhiên dựa trên yêu cầu SLA. Tất cả 32 bít cho bầu chọn trong 1.244Gbps là cần thiết cho tiêu đề bao gồm lời mở đầu của tiêu đề PLOu và thời gian bảo vệ vì 26ns cần thiết cho tiêu đề của burst ONU. BIP, ONU_ID, và các trường Ind có mỗi 1 byte, nhưng khơng có PLOAMu và PLSu trong ONU. DRBu trong khoảng thời gian phân bổ được thiết lập 1byte và chế độ-0 để chỉ truyền tải thông tin hàng đợi duy nhất. Kể từ khi băng thông cho NSR ONU được phân bổ ít hơn so với một SR ONU, kết nối một NSR ONU vào mạng là khơng hiệu quả trong thơng lượng và trễ. Vì vậy, SR và NSR ONU cùng tồn tại, cải thiện hiệu quả sử dụng là một tham số của hiệu năng liên kết mạng. Thuật toán này cố gắng để cải thiện việc sử dụng băng thơng trong mạng, trong đó bao gồm NSR ONU, trong giả sử rằng NSR ONU chỉ cho dịch vụ đơn giản và phát triển với chi phí thấp.
Hình 3.22 So sánh hiệu quả mạng sử dụng SR DBA và NSR DBA
Trong hình 3.22, hiệu quả sử dụng thấp là do NSR ONU vì chúng khơng báo cáo hàng đợi. Nếu lưu lượng khơng bùng phát, có thể nghĩ rằng hiệu quả sử dụng trong
Đồ án tốt nghiệp Đại học cải tiến trong GPON
SVTH: Tô Thị Trang Lớp D08VT1 60
trường hợp SR và NSR ONU cùng tồn tại sẽ được giống với trường hợp chỉ ONU SR nhưng tải ngày càng tăng. Như trong hình 3.22, tăng số lượng NSR ONU. Hiệu quả sử dụng mạng giảm. Trong hình 3.22, MAC điều khiển điều chỉnh phân bổ on-off với ABmin cho NSR ONU. Vì khơng muốn lãng phí băng thơng, chỉ băng thông bảo vệ ABmin phân bổ cho NSR ONU. Trong khi băng thông bảo vệ cho T-CONT 4 của một ONU SR được phân bổ cho việc bầu chọn, đặt T-CONT 4 của một NSR ONU có một vài ABmin cho dữ liệu truyền dẫn. Bởi vì dữ liệu trong T-CONT 4 của NSR ONU không bao giờ được truyền tới OLT, trừ khi băng thông cho truyền dữ liệu được phân bổ.
Trong MAC GPON, tham số đếm khung nhàn rỗi thông báo có bao nhiêu khung GEM nhàn rỗi thông qua giám sát lưu lượng với dấu hiệu nhàn rỗi trong tiêu đề GEM. Sử dụng tham số này, bất cứ khi nào đề xuất DBA xác nhận lưu lượng nhàn rỗi cho NSR ONU, điều khiển MAC phân bổ kích thước thay đổi của băng thơng tối thiểu trong mỗi chu kỳ bầu chọn. Trong hình 3.23, điều chỉnh các thuật toán đề xuất để hỗ trợ ONU NSR, bằng cách sử dụng một giá trị tỷ lệ cho NSR ONU nhàn rỗi, nhân nó với băng thơng tối thiểu biểu hiện bằng các tham số ABmin và SImax trong chu kỳ bầu chọn tiếp theo. Khi băng thông tối thiểu cho ONU NSR được lưu trữ bằng
request(i) và được sử dụng, phân bổ băng thông được đã cập nhật sẽ được thiết lập lại
băng thông tối thiểu để xử lý nhiều lưu lượng dữ liệu hơn nếu khơng có khung nhàn rỗi trong chu kỳ bầu chọn tiếp theo và đã cập nhật. Kể từ khi phương pháp đề xuất chỉ phân bổ kích thước đầy đủ của ABmin, tổng băng thơng lãng phí khơng thể tránh khỏi giảm và hiệu quả sử dụng tăng lên. Tuy nhiên, kể từ khi băng thông cho NSR ONU được phân bổ như mức tối thiểu, độ trễ có thể tăng lên. Tuy nhiên, độ trễ và hiệu quả sử dụng là điều kiện thỏa thuận. Mô phỏng này được giả định rằng NSR ONU được triển khai với thiết bị chi phí thấp và họ chỉ yêu cầu dịch vụ chất lượng thấp.
Hình 3.23 Hiệu quả sử dụng trong trường hợp 24 SR ONU và 8 NSR ONU như kích
Đồ án tốt nghiệp Đại học cải tiến trong GPON
SVTH: Tô Thị Trang Lớp D08VT1 61
Trong hình 3.24, hiệu quả sử dụng của ONU(16/16) so với ONU(24/8) đã giảm hơn, nhưng hiệu quả sử dụng tại điểm bão hịa gần đến ONU(24/8) thơng qua một giá trị tỷ lệ để giảm phân bổ băng thơng lãng phí khơng thể tránh khỏi bởi bùng phát lưu lượng. Khi tải cao, vì tồn tại lưu lượng lớn, hệ số trên ảnh hưởng đến việc sử dụng nếu độ trễ có thể cho phép nằm trong yêu cầu dịch vụ. NSR ONU làm giảm hiệu năng sử dụng mạng vì chúng khơng báo cáo thơng tin hàng đợi. Nếu yêu cầu thông lượng và độ trễ không nghiêm ngặt và giả sử rằng NSR ONU được dùng cho dịch vụ thấp với chi phí thấp, chúng có thể tồn tại với SR ONU trong cùng một mạng và tăng hiệu quả sử dụng bởi kích thước điều khiển của phương pháp đề xuất của băng thông nhỏ nhất Abmin cho NSR ONU trong mạng FSAN sử dụng GPON DBA
Hình 3.24 Hiệu quả sử dụng trong trường hợp 16 SR ONU và 16 NSR ONU như kích
thước phần băng thông phân bổ
3.6 Tổng kết chƣơng
Chương 3 đã nêu và phân tích các thuật tốn phân bổ băng thông động và cải tiến cho mạng truy nhập quang thụ động tốc độ Gigabit. Từ Kết quả mơ phỏng chúng ta có thể thấy được ảnh hưởng của các yếu tố : độ lớn vịng lặp lớn nhất, chính bản thân luồng lưu lượng truy nhập vào mạng từ các ONU như độ ưu tiên, mức thỏa thuận dịch vụ, bản chất dịch vụ : thoại, video hay dữ liệu.
SVTH: Tô Thị Trang Lớp D08VT1 62
TỔNG KẾT
Với những ưu điểm về tốc độ, băng thơng cũng như chi phí triển khai, cơng nghệ cáp quang GPON là sự lựa chọn khơng thể nằm ngồi chiến lược phát triển của các nhà khai thác viễn thông cho mạng truy nhập. Trong đề tài này, em đã trình bày được các vấn đề như:
- Nêu tổng quan về mạng GPON
- Đưa ra được một số thuật tốn cấp phát băng thơng động cải tiến nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng của mạng cũng như hỗ trợ QoS.
Tuy nhiên, do sự hạn chế về thời gian, tài liệu tham khảo cũng như khả năng hiểu biết của bản thân, những kết quả đạt được chỉ dừng lại ở mức lý thuyết, chưa nghiên cứu sâu về thực tiễn của GPON, em mong muốn sau này mình có cơ hội đi sâu