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 tồn khơng hạn chế thông lượng của mỗi kênh bước sóng, ngồi 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 Thơng 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 cịn 0.03s ứng với ba bước sóng trong Hình… Hình cung cấp truyền tải khơng 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 cịn duy trì tới 0.1s, cho phép dự phịng 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 tốn 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 tốn DMB và hoạt động đa bước sóng trong thuật tốn 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 tốn DMB và DMW tại ONU 3.4 Thuật toán Bi-Partitional
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 vịng 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 thơng động giữa nhóm một và nhóm hai. Hơn nữa kỹ thuật dự đốn 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 thơng.
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 tốn 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 vịng 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. Q trình xử lý B- DBA dự đoán dựa trên QoS cho T-CONT 2 trong OLT, Khi băng thơng được dự đốn ước lượng xong, băng thơng 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 cịn băng thơng dư thừa. Tuy nhiên, T-CONT 3 có băng thơng chắc chắn nhỏ nhất hoặc thêm băng thông không chắc chắn. Giải thuật này trong nhóm thứ hai sẽ phân bổ băng thơng chắc chắn nhỏ nhất cho T-CONT 3 và sau đó quảng bá băng thơng cịn dư khơng chắc chắc cho T-CONT 3 và phân bổ công bằng băng thông không đảm bảo cho T-CONT 4.
Đồ án tốt nghiệp Đại học cải tiến trong GPON
SVTH: Tô Thị Trang Lớp D08VT1 48
Mục đích của B-DBA : một là đảm bảo chất lượng dịch vụ do điều chỉnh linh hoạt băng thơng giữa nhóm thứ nhất và nhóm thứ hai, mặt khác nâng cao hiệu suất cho lưu lượng nhạy cảm với trễ của lưu lượng ưu tiên cao mà không ảnh hưởng đến đến hiệu suất lưu lượng ưu tiên thấp, và hỗ trợ dịch vụ khác nhau với mức QoS thay đổi. Tuy nhiên, mục đích của kỹ thuật sẽ sinh ra hai lần thời gian bảo vệ nhiều hơn giản đồ gốc, điều này chỉ ra rằng thời gian bảo vệ nhỏ nhất ứng với tốc độ khác nhau có thời gian bảo vệ khác nhau tương ứng. Giả sử rằng tốc độ luồng lên lên tới 10 Gbps sẽ có hơn 256 bít bảo vệ với cấu hình burst có thể lên tới 300 bít nhưng tổng thời gian bảo vệ sẽ được bỏ qua trong thuật toán này.
3.4.2 Thuật toán
Mục đích của bi-partitional là phát triển kỹ thuật DBA, gọi tắt là B-DBA. Để cung cấp QoS khác, cần thiết chia dữ liệu truyền tải ra làm hai nhóm, xét mỗi nhóm theo những cách khác nhau tùy theo yêu cầu riêng.
Bởi vì hai nhóm phân bổ 2 lần khoảng thời gian bảo vệ để truyền dữ liệu giữa các ONU khác nhau trong một vịng lặp. Băng thơng hữu dụng cho luồng lên trong một vòng lặp là Ball : max ( 2 ) all B S T N G (3.7)
Ball : Băng thông hữu dụng cho luồng lên
N : Số ONU
S : Dung lượng link của OLT
max
T : Thời gian lớn nhất của vòng lặp G : Thời gian bảo vệ
min
i
B Băng thông đảm bảo nhỏ nhất cho ONUi ,:
min 1 , all i t t B B W W N (3.8)
Wi : Số khe thời gian chiếm giữ trong vòng bầu chọn của ONUi ,
Giả sử rằng Wi cùng giá trị ở các ONUi. Phân bổ cùng giá trị băng thơng nhỏ nhất cho mỗi ONU có thể thiết lập được bảo đảm QoS cho lưu lượng ưu tiên cao trong nhóm đầu. 1 1 2 2 3 4 , , , , , , , g T T g T T i n i n i n i n i n i n A C C A C C (3.9) Trong đó :
Đồ án tốt nghiệp Đại học cải tiến trong GPON SVTH: Tô Thị Trang Lớp D08VT1 49 1 , g i n
A Ai ng,2: Tổng băng thông phân bổ cho nhóm đầu và nhóm hai
1 ,
T i n
C và Ci nT,2là băng thông phân bổ cho T-CONT 1 và T-CONT 2 của ONUi
trong nhóm thứ hai của vòng lặp n-1
3 , T i n C và 4 , T i n
C là băng thông được phân bổ cho T-CONT 3 và T-CONT 4 của
ONUi ở trong nhóm thứ 1 trong vịng lặp n tương ứng.
Tiếp theo, tổng băng thơng phân bổ cho nhóm đầu ,1
g i n
A và nhóm 2 Ai ng,2 của C
ở vịng lặp n+1 được tính tốn. Lưu lượng T-CONT 1 với băng thông luồng lên cố định ,1
T i n
C không cần gửi bản tin báo cáo. T-CONT 2 được phân bổ băng thông với giải
thuật dự đốn để tính tốn băng thơng luồng lên. Kỹ thuật dự đốn băng thông của lưu lượng T-CONT 2 là so sánh sự sai khác của yêu cầu cửa sổ truyền ở vòng lặp hiện tại và giá trị trung bình u cầu cửa sổ truyền trước đó:
2 2 , , index T T i n i n i P R H (3.10) Trong đó : , index i n P
là chỉ số dự đoán hiện tại ứng T-CONT 2 của ONUi,
2 ,
T i n
R là yêu cầu của T-CONT 2 trong vịng lặp n
2
T i
H là giá trị băng thơng yêu cầu trung bình của T-CONT 2 ứng với ONU
i . Nếu Pi n,index >0 , yêu cầu ứng với T-CONT 2 của ONUi tăng và B-DBA cập nhật
nó vào băng thơng u cầu, cịn khơng giá trị này khơng có giá trị. Sau đó, u cầu băng thông được phân bổ cho T-CONT 2 với băng thông lớn nhất( min T,1 1)
i i n B C trong vịng lặp n+1, Ci nT,2 1, được tính tốn: 2 2 min , , , min 2 i 2 , , min 2 2 min , 1 , , , , , min 2 min , , , 0, 0, 0, 0, T index T i n i n i n i index T T i i n i n
T index index T index i n i n i n i n i n i n i index T index i i n i n i n i R P R B B P R B C R P P R P B B P R P B (3.11) Nếu tổng băng thông được phân bổ của ONUi trong nhóm đầu ở vịng lặp n+1 ít hơn băng thơng phân bổ nhỏ nhất,Bimin, băng thông chưa sử dụng dư thừa, sẽ được phục hồi và phân bổ cho nhóm thứ hai của vịng lặp n+ 1 :
Đồ án tốt nghiệp Đại học cải tiến trong GPON SVTH: Tô Thị Trang Lớp D08VT1 50 min 1 min 1 1 , 1 , 1 1 ( ), N recycle g g n i i n i i n i B B A if B A (3.12) 1 , 1 g i n
A : Tổng băng thơng được phân bổ cho nhóm 1 ở vịng lặp n+1
1
recycle n
B : Băng thông chưa sử dụng dư thừa
Với Ai ng,2 1của ONUi trong nhóm đầu ở vòng lặp n+1, nếu 1 2 min , 1 , 1
g g
i n i n i
A R B
sau đó tổng băng thơng được phân bổ cho nhóm thứ hai của ONUi 2 , 1
g i n
A ngang bằng
vớiRi ng,2 1, khi Ri ng,2 1là bản tin báo cáo của nhóm đầu của ONUi cho T-CONT 3 và T-
CONT 4 trong vòng lặp n+1, còn nếu 1 2 min , 1 , 1
g g
i n i n i
A R B , ONUi có thể có băng thơng phụ dựa vào yêu cầu băng thông phụ của ONUi , nếuBnrecycle1 . Băng thơng phụ thêm
phân bổ ONUi ở vịng lặp n+1, , 1 ex i n B có tể được tính tốn : , 1 1 , 1 1 re i n ex recycle i n n re n B B B B (3.13) Với : Bi nre, 1là băng thông yêu cầu phụ của ONUi
1
re n
B là tổng băng thông yêu cầu phụ thêm của tất cả ONU trong vòng lặp n+1:
1 2 min 1 2 min 1 , 1 , 1 , 1 , 1 1 ( ), N re g g g g n i n i n i i n i n i i B A R B if A R B (3.14) Sau đó, tổng băng thơng được phân bổ cho nhóm thứ hai 2
, 1
g i n
A cho ONUi tương
đương với , 1
ex i n
B .
Từ T-CONT 3 T,3 1( T,3_1assured T,3_1non assured_ )
i n i n i n
C C C được phân bổ băng
thông chắc chắn nhỏ nhấtCi nT,3_1assured và băng thông không chắc chắn Ci nT,3_1non assured_ ,
băng thông chắc chắn nhỏ nhất sẽ được bảo đảm đầu sau đó phân bổ đều băng thơng không chắc chắn và T-CONT 4 4
, 1
T i n
C trong vịng lặp n+1, nếu băng thơng dư thừa khả dụng.
Nếu băng thông chắc chắn nhỏ nhất của T-CONT 3Ci nT,3_1assuredcủa ONUi tốt hơn băng thông được phân bổ trong nhóm hai ở còng lặp n+1 2
, 1 g i n A , sau đó 3_ 2 , 1 , 1 T assured g i n i n
C A ; mặt khác băng thông chưa sử dụng còn lại Bnrecycle1 sẽ phục hồi và
phân bổ cho băng thông không chắc chắnCi nT,3_1non assured_ và 4 , 1
T i n
Đồ án tốt nghiệp Đại học cải tiến trong GPON
SVTH: Tô Thị Trang Lớp D08VT1 51
băng thông không chắc chắn của T-CONT 3 và T-CONT 4, chúng bị hạn chế bởi 3_ 2 , 1 , 1 T assured g i n i n C A 2 3_ , 1 , 1 3_ _ 4 , 1 , 1 2 g T assured i n i n T non assured T i n i n A C C C (3.15) 3_ _ , 1 T non assured i n
C : Băng thông không chắc chắn nhỏ nhất của T-CONT 3 ứng với
ONUi ở vòng lặp n+1
3_ , 1
T assured i n
C : Băng thông chắc chắn của T-CONT 3 ONUi ở vịng lặp n+1
3.4.3 Một số đánh giá
Mơ phỏng mạng GPON dùng OPNET, hỗ trợ lưu lượng T-CONT 1, T-CONT 2, T-CONT 3 và T-CONT 4 cho mỗi ONU. Lưu lượng T-CONT 1 được xác định hiệu quả với việc hạn chế trước. Ứng với mơ hình lưu lượng được xem xét, kích cỡ gói tin cho mỗi T-CONT 2, T-CONT 3 và T-CONT 4 lần lượt là 64, 500, 1500 byte xác xuất tương ứng là 60%, 20%, 20%. Lưu lượng ứng với băng thông đảm bảo nhỏ nhất và băng thông không đảm bảo của T-CONT 3 giả sử được phân bổ công bằng. Để nhận xét hiệu quả của lưu lượng ưu tiên cao, chi tiết về tỷ lệ của lưu lượng được phân tích bởi mơ phỏng với 6 trường hợp (T-CONT 1, T-CONT 2, T-CONT 3, T-CONT 4) là (10%, 30%, 30%, 30%), (10%, 40%, 30%, 20%), (10%, 60%, 20%, 10%), (40%, 20%, 20%, 20%), (40%, 30%, 20%, 10%) và (40%, 40%, 20%, 10%). Mạng truy nhập có 32 ONU, tốc độ luồng lên 1.24 Gbps, khoảng cách giữa OLT và ONU là 10-20 km, kích cỡ bộ đệm 10MB, thời gian vòng lặp truyền tải lớn nhất 1.25 ms, thời gian bảo vệ 1.8 µs, thời gian tính tốn của DBA là 10 µs.
Thơng lượng của mạng trong giải thuật Bi- Partitional hiệu quả tốt với T-CONT 2. Hàm của thông lượng theo tải lưu lượng có chiều hướng tăng dần ngay cả khi tải lưu lượng đạt mốc 100 %. Tuy vậy, T-CONT 3, T-CONT 4 có xu hướng giảm khi tải lưu lượng đạt mức 80 %, 50 %. Nguyên nhân so khi tải lưu lượng lớn, koong có bộ đệm dành cho T-CONT 3, T-CONT 4 vì nó được dành cho T-CONT 1 và T-CONT 2.
Đồ án tốt nghiệp Đại học cải tiến trong GPON
SVTH: Tô Thị Trang Lớp D08VT1 52
Hình 3.14 Thơng lượng của T-CONT 2
Hình 3.15 Thơng lượng T-CONT 3
Đồ án tốt nghiệp Đại học cải tiến trong GPON
SVTH: Tô Thị Trang Lớp D08VT1 53
Thuật toán B-DBA hiệu quả cao khi T-CONT 2 tăng cao. Lý do là kỹ thuật B-