Bảng 1 .1 Thị trường mạng quang thụ động toàn cầu 2003-2008
6.2 Giao diện chính của chương trình mơ phỏng
Giao diện thể hiện tồn bộ nội dung sẽ được trình bày trong chương này, với các nút chức năng trực quan đúng theo thuộc tính của nó. Chương trình này được thực hiện trên phần mềm Visual Basic và một số phần mềm bổ trợ khác.
6.3 Giao diện thể hiện mơ phỏng q trình truyền dữ liệu từ OLT đến các ONU (hướng xuống)
Hình 1 mơ hình hố q trình truyền dữ liệu hướng xuống từ OLT đến các ONU. Các gói dữ liệu được truyền đến tất cả các ONU nhưng ONU chỉ nhận những gói được đánh dấu là của nó dựa vào Link ID. Điều này đã được trình bày ở chương “mạng truy nhập quang thụ động EPON”. Ở đây ta đơn giản hố mơ hình bằng ba ONU.
55
6.4 Giao diện mơ phỏng q trình truyền dữ liệu từ các ONU đến OLT (hướng lên)
Đây là mơ hình truyền dữ liệu hướng lên từ các ONU đến OLT, các gói dữ liệu của chúng được đưa đến bộ ghép phân kênh theo khe thời gian cho từng ONU riêng, sau đó truyền đến OLT . Trong mơ hình này ta cũng chỉ thực hiện với ba ONU.
6.5 Cấp phát băng thơng truyền tải theo tỷ lệ lượng bytes có trong hàng đợi cho từng ONU
Lượng bytes trong các hàng dợi được đưa vào theo một sự ngẫu nhiên nhất định, và để tiện trong khảo sát ta thiết lập theo những hàm thông dụng. Lượng dữ liệu được thiết lập theo dạng ma trận: chỉ số hàng tương ứng với các ONU, chỉ số
56
cột tương ứng với chỉ số hàng đợi có trong từng ONU. Dưới đây là hình ảnh của các ngõ vào và tỷ lệ lượng băng thông cấp phát cho từng hàng đợi của từng ONU theo sự thay đổi thời gian.
57
Hình 3: Lượng dữ liệu ngõ vào thay đổi theo thời gian
Hình 4: Tỷ lệ lượng dữ liệu các hàng đợi được cấp theo tỷ lệ dung lượng ngõ vào của nó
6.6 Tỷ lệ cấp phát băng thông cho các ONU
Dựa vào lượng dữ liệu có trong hàng đợi để tính tốn theo tỷ lệ phần lượng dữ liệu đươc cấp cho từng hàng đợi. Hình sau thể hiện tỷ lệ phần dữ liệu trong hàng đợi được cấp tương ứng với lượng dữ liệu ngõ vào.
Đồ thị có được bằng cách tính tổng lượng dữ liệu có trong các ONU, tổng dữ liệu có trong từng ONU sau đó tính tỷ lệ rồi nhân với cửa sổ truyền mà OLT cung cấp tại thời điểm đó.
6.7 Thuật tốn phân bổ băng thơng theo tỷ lệ bytes có trong hàng đợi dựa trên tính ưu tiên của dịch vụ
Thuật tốn được thực hiện dựa trên việc tính tổng lượng dữ liệu hiện có trong tất cả các hàng đợi của các ONU, dữ liệu có trong từng ONU để từ đó đưa ra tỷ lệ băng thông cấp phát cho từng ONU tương ứng, tính dữ liệu có trong từng hàng đợi của từng ONU, tính tỷ lệ lượng băng thơng mà OLT có thể cấp phát cho từng hàng đợi của từng ONU. Dữ liệu trong các hàng đợi của các ONU được sắp xếp
58
dưới dạng ma trận, chỉ số hàng tương ứng với chỉ số ONU và chỉ số cột tương ứng với chỉ số của hàng đơị và cũng tương ứng với chỉ số ưu tiên của nó. Khi truyền dữ liệu ta đưa ra thuật tốn tính theo tính ưu tiên đăng ký của dịch vụ để truyền. Các dịch vụ có độ ưu tiên cao hơn mức ưu tiên của dịch vụ đang xét thì được cấp phát băng thơng đúng với tỷ lệ dung lượng mà nó chiếm dụng, các hàng đợi có mức ưu tiên ngang hàng với mức dịch vụ đang xét thì được cấp theo tỷ lệ lượng băng thơng còn lại chia cho đồng đều cho tất cả dung lượng chiếm dụng của các dịch vụ còn lại. Còn các hàng đợi có mức ưu tiên thấp hơn được cấp băng thông nhỏ hơn rất nhiều so với yêu cầu và theo thuật toán này là bằng khơng. Trong thuật tốn này ta sử dụng cho n ONU và mỗi ONU có m hàng đợi, thời gian của truyền tính bằng t được tính bằng ms, tốc độ đường truyền là r tính bằng Mbps. Thuật tốn xét khi dung lượng đường truyền cấp phát ít hơn nhu cầu dung lượng của các hàng đợi trong các ONU và trong thuật tốn đã được mặc định về điều đó. Trong mơ phỏng lấy kết quả ta chỉ mặc định những giá trị đơn giản: tốc độ đường truyền r = 1000Mbps, thời gian t thay đổi (1÷ 10)ms, số lượng ONU n là 5, hàng đợi trong từng ONU m là 3, chỉ xét mức ưu tiên dịch vụ k là 2 .
Kết quả thu được từ thuật tốn này được trình bày trong các hình biểu diễn sau. Các hình này dựa trên dữ liệu ngõ vào thay đổi để phân phối băng thơng truyền cho nó một cách hợp lý.
o Trước tiên đó là thuật tốn về cấp phát băng thông truyền cho các hàng đợi trong các ONU theo mức ưu tiên dịch vụ đăng ký.
o Hình ảnh băng thơng mà cụ thể là cửa sổ truyền được cấp cho các hàng đợi.
o So sánh tỷ lệ lượng dữ liệu mà các hàng đợi được truyền để thấy được tính truyền dữ liệu theo ưu tiên của dịch vụ.
60 Nhập các thông số ban đầu gồm: Tốc độ: r tính (Mbps) Thời gian: t tính bằng (s) Số ONU: n Số hàng đợi: m Thông số ưu tiên: k
Nhập ma trận dữ liệu hàng đợi theo ma trận B(t) thay đổi theo thời gian:
For i (0 ÷ n) For j (0 ÷ m)
Bi,j(t,n,m) = ((2+i)t + 10j)
Tính tổng dữ liệu trong các ONU
Tính tổng dữ liệu trong từng ONU dưới dạng ma trận:
Tính tỷ lệ dung lượng kênh truyền cấp cho từng ONU
Tính tỷ lệ dung lượng kênh truyền cấp cho từng hàng đợi của từng ONU:
• Tỷ lệ băng thơng cấp phát trong từng hàng đợi • Tỷ lệ dữ liệu truyền các hàng đợi
Tính lượng dữ liệu được phép truyền của từng hàng đợi trong từng ONU dựa trên tính ưu tiên của dịch vụ
For i (0 ÷ n)
For j (0 ÷ m)
Thực hiện so sánh sự ưu tiên của hàng đợi với dịch vụ
j < k
Wi,j(t,n,m,k) = lbthi,j(t,n,m)
j = k
Wi,j(t,n,m,k) = (tylonu(t,n,m)i,j - )* B(t,n,m)i,j/to(t,n,m)i,j
Wi,j(t,n,m,k) = 0
kết thúc
T F
Hình 6 là phần băng thơng được quy đổi sang lượng byte mà cấp phát cho từng hàng đợi có kết hợp tính ưu tiên của dịch vụ(hàng đợi). Và để cho thấy được
61
Hình 6: Thể hiện cửa sổ truyền theo tính ưu tiên của dịch vụ
sự cấp phát theo tính ưu tiên, thì hình 7 cho thấy được phần trăm lượng dữ liệu được truyền để thấy rõ tính truyền ưu tiên theo dịch vụ. Với các đường đồ thị được chú thích rõ trong đồ thị
Các hàng đợi của các ONU có mức ưu tiên cao hơn so với mức ưu tiên đang xét thì được cấp 100% băng thơng truyền theo đúng nhu cầu mà OLT có thể, cụ thể là đường màu đỏ và xanh biển, còn các dịch vụ cịn các hàng đợi có độ ưu tiên thấp hơn được cấp băng thơng nhỏ hơn so với nó u cầu nhiều, cụ thể là đường mà xanh lơ và mà tím. Ở đây các hàng đợi có chỉ số càng nhỏ thì độ ưu tiên càng cao, độ ưu tiên được xét theo chỉ số của cột.
6.8 Thuật tốn tính tốn trễ trong mạng truy nhập quang – EPON63 63 Cập nhật dữ liệu: R=12500, N=16, Rn=125000 Q=10000000, Wmin=100, Wmax=15100, ω=100 J = 0 W=Wmin + ω*J T=N[0,005+8(W/1000000)] d1=T/2, q=iRT Bắt đầu d2=T, d3=q/Rn d=d1+d2+d3 Y q=Q, T=N[0,005+8(Wmax/1000000)] d2=T*Round[(q-Wmax)/Wmax] d3=mod[(q-Wmax),Wmax]/Rn d=d1+d2+d3 N q<=W Tính số lần chạy : K=Round[(Wmax-Wmin)/ ω]
Khởi tạo: dmin=2000
d<dmin dmin=d Y N J=k J = J+1 N Kết thúc Y i = 0,05 i=1 i = i+0,05 Y N
Thuật toán rất đơn giản. Với một tải xác định sẽ thực hiện vòng lặp với các cửa sổ khác nhau để tìm ra cửa sổ tối ưu (trễ nhỏ nhất). Tải sẽ cho chạy từ 0,05% đến 1% với bước nhảy là 0,05. Các thông số mô phỏng gồm có:
• Số ONU: N = 16
• Kích thước bộ đệm: Q = 10Mbyte
• Cửa sổ cực đại: Wmax = 15100byte
• Tốc độ từ thuê bao đến ONU R=100Mb/s=12500byte/ms
• Tốc độ từ thuê ONU đến OLT Rn=1000Mb/s=125000byte/ms
• Cửa sổ tối thiểu: Wmin = 100byte
• Bước nhảy cửa sổ: ω = 100byte
• Tạo trể nhỏ nhất ban đầu : dmin = 2000ms Kết quả của thuật toán thể hiện trong đồ thị sau.
64 0.01 0.11 0.21 0.31 0.41 0.51 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0.1 1 10 100 1.103
1.104 TRE TRUNG BINH CUA CUA SO TOI UU
tai (%) tr e tr un g bi nh ( m s) 1 100 dmin i( ,∆w,16) 0.050.05 i
6.9 Kết luận chương
Nội dung của chương trình bày các thuật tốn phân bổ băng thơng trên cơ sở phân phối đều theo nhu cầu và kết hợp với tính ưu tiên của dịch vụ. Đồng thời cũng thực hiện xem xét việc trễ trong mạng truy nhập quang thụ động EPON.
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
Ngành cơng nghiệp viễn thơng đang có tốc độ phát triển hết sức nhanh chóng và sự cạnh tranh trong lĩnh vực mạng thông tin diễn ra rất gay gắt. Khi sự cạnh tranh gia tăng, điều quan trọng đối với các công ty viễn thông là phải xác định lại vị thế của mình trong thị trường viễn thơng và có chiến lược phát triễn mới để duy trì khách hàng của mình cũng như thu hút khách hàng của những nhà cung cấp khác. Với những ưu điểm về tốc độ, băng thơng cũng như chi phí lắp đặt, EPON khơng thể nằm ngồi chiến lược phát triển của các nhà khai thác viễn thông cho mạng truy nhập. Chính vì vậy mà đề tài này đi sâu nghiên cứu về cấu trúc, hoạt động và chất lượng của mạng EPON.
Qua đề tài này, em đã đưa ra được một mơ hình mạng truy nhập quang với những ưu điểm vượt trội về tốc độ, băng thông cũng như chất lượng, hứa hẹn sự phát triển vượt bậc cho mạng truy nhập, đáp ứng nhu cầu khách hàng đồng thời em đã tính tốn các thành phần trễ của mạng, cấp băng thông truyền cho các loại dịch vụ theo nhu cầu kết hợp với tính ưu tiên. Đó là các vấn đề cốt lõi nhất khi triển khai mạng EPON. Tuy nhiên, bên cạnh những điều em đã đạt được ở trên thì 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. Để triển khai EPON vào thực tế, địi hỏi phải có kinh nghiệm về thực tiễn, kiến thức về mạng phải rộng cũng như các vấn đề cần giải quyết như sau:
• Tính tốn và ước lượng dung lượng thuê bao.
• Giải pháp thiết bị cho hệ thống.
• Tính tốn nhiễu trong hệ thống.
• Tính tốn các mức ưu tiên về dich vụ mà th bao đăng ký.
• Nghiên cứu về quy trình truyền dữ liệu trong mạng.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] KS. Phạm Tiến Đạt, KS. Nguyễn Quang Nghĩa, KS. Võ Đức Hùng, “Ethernet PON- Giải pháp cho mạng truy nhập thế hệ sau” Tạp chí Bưu Chính Viễn Thơng và Cơng nghệ thơng tin, Kỳ 1-tháng 6/2004, trang 14-17.
[2] J.R. Stern, J.W. Ballance, D.W. Faulkner, S. Hornung, and D.B. Payne, “Passive Optical Local Networks for Telephony Applications and Beyond,” Electronics
Letters, vol. 23, no. 24, pp. 1255–1257, Nov. 1987.
[3] G.Kramer, B.Mukherjee, and G.Pesavento, “IPACT: A Dynamic Bandwidth
Distribution Scheme in an Ethernet PON(EPON),” IEEE Communications Magazine, vol. 40, no. 2, pp. 66–73, 2002.
[4] Su-il Choi, “Cyclic Polling-Based Dynamic Bandwidth Allocation for Differentiated Classes of Service in Ethernet Passive Optical Networks,” Photonic
Network Communications, vol. 7, no. 1, pp. 87–96, 2004.
[5] Ch.M.Assi, Y.Ye, S.Dixit, and M.A.Ali, “Dynamic Bandwidth Allocation for Quality-of-Service Over Ethernet PONs,” IEEE Journal on Selected Areas in
Communications, vol. 21, no. 9, pp. 1467–1477, Nov. 2003.
[6] Ch.M.Assi, Y.Ye, and S.Dixit, “Support of QoS in IP-Based Ethernet-PON,” in
Proceedings of IEEE GLOBECOM, Dec. 2003, vol. 22, pp. 3737–3741.
[7] D. Nikolova, B. Van Houdt, and C. Blondia, “Dynamic bandwidth allocation algorithms in EPON:a simulation study,” in OptiComm, 2003, pp. 369–380.
[8] G. Kramer, B. Mukherjee, and G. Pesavento, “Interleaved Polling with
Adaptive Cycle Time (IPACT): A Dynamic Bandwidth Distribution Scheme in an Optical Access Network,” Photonic Network Communications, vol. 4, no. 1 pp. 89-
107, January 2002.
[9] G. Kramer and G. Pesavento, "Ethernet Passive Optical
Network(EPON): Building a Next-Generation Optical Access Network," IEEE
Communications Magazine. 66-73, Feb. 2002.
[10] G. Kramer, "Supporting differentiated classes of service in Ethernet
passive optical networks," Journal of Optical Networks.280-298, August/September
2002.
[11] Ho-Sook Lee, Tae-Whan Yoo, Ji-Hyun Moon, and Hyeong-Ho Lee, “A Two- Step Scheduling Algorithm to Support Dual Bandwidth Allocation Ppolicies in an Ethernet Passive Optical Network,” ETRI Journal, vol. 26, no. 2, pp. 185–188, Apr. 2004.
[12] Jing Xie, Shengming Jiang, and Yuming Jiang, “A Dynamic Bandwidth Allocation Scheme for Differentiated Services in EPONs,” IEEE Communications
Magazine, vol. 42, no. 8, pp. 32–33, Aug. 2004. 191
[13] G. Kramer, B. Mukherjee, and A. Maislos, “Ethernet passive optical
networks,” in Multiprotocol over DWDM: Building the Next Generation Optical Internets, S. Dixit, ed. (to be published).
[14] B. Mukherjee, Optical Communication Networks, McGraw-Hill, New York, 1997.
[15] D. Sala and A. Gummalla, “PON functional requirements: services
and performance,” presented at the IEEE 802.3ah meeting in Portland, Ore., July
2001. Available at http://www.ieee802.org/3/efm/public/jul01/presentations/sala 1
0701.pdf.
PHỤ LỤC
A) Đoạn chương trình phân phối băng thơng cho các hàng đợi của ONU theo độ ưu tiên của dịch vụ.
t:=0 1, ..10 r:=10000
du lieu ngo vao thay doi theo thoi gian
B t n( , ,m) Bi j, ← [(2+ i) t⋅ + 10 j⋅] 10⋅ j 0 m∈ .. for i 0 n∈ .. for B := l t( ):=r t⋅⋅10−3
tong luong du lieu trong cac ONU
v t n( , ,m) 0 n i 0 m j B t n( , ,m)i j, ∑ = ∑ = :=
tong luong du lieu co trong tung ONU
to t n( , ,m) to0 i , 0 m l B t n( , ,m)i l , ∑ = ← i 0 n∈ .. for to :=
ty le bang thong cap phat cho tung hang doi trong cac ONU
tyl t n( , ,m) tyli j, B t n( , ,m)i j, to t n( , ,m)0 i, ← j∈0 m.. for i∈0 n.. for tyl :=
ty le luong bang thong cap phat cho tung ONU
tylonu t n( , ,m) to t n( , ,m) l t( ) v t n( , ,m) ⋅
:=
luong byte truyen trong hang doi cua tung ONU
lbth t n( , ,m) lbthi j , tyl t n( , ,m)i j , tylonu t n( , ,m)0 i , ⋅ ← j 0 m∈ .. for i 0 n∈ .. for lbth :=
ty le luong bang thong cap theo tinh uu tien ngang hang
w t n( , ,m,k) wi j, ←lbth t n( , ,m)i j, w j k< if wi j, tylonu t n( , ,m)0 i, 0 j 1− l lbth t n( , ,m)i l, ∑ = − B t n( , ,m)i j , to t n( , ,m)0 i , ⋅ ← w j k if wi j , ←k w j k> if j 0 m∈ .. for i 0 n∈ .. for w :=
ty le phan tram luong byte duoc truyen
typhtr t n( , ,m,k) typhtri j , w t n( , ,m,k)i j , lbth t n( , ,m)i j, ← j∈0 m.. for i∈0 n.. for typhtr :=
B) Đoạn chương trình tính tốn trễ theo cửa sổ tối ưu
70 Wmax:=15100 Wmin:=100 Rn:=125000 R:=12500 Q:=10000000
C) Đoạn mã gọi hàm Mathcad trong Visual Basic
• Đối với thuật tốn phân phối băng thơng
Case "Ket qua"
If (Text1.Text = "" Or Text2.Text = "" Or Text3.Text = "" Or Text3.Text = "" Or Text4.Text = "") Then
MsgBox "Ban chua nhap cac thong so vao textbox !"
71 dmin i( ,∆w,N) K floor ∆w ← dmin←2000 w←Wmin+ ∆w j⋅ T N 0.005 8 w 1000000 ⋅ + ⋅ ← d1 T 2 ← q_byte←i R⋅ ⋅T d2← T d3 q_byte Rn ← d ←d1+d2+d3 q_byte≤w if q_byte ←Q T N 0.005 8 Wmax 1000000 ⋅ + ⋅ ←
d2 T floor q_byte −Wmax
Wmax
⋅ ←
d3 mod q_byte[( −Wmax) Wmax, ] Rn ← d ←d1+d2+d3 q_byte>w if dmin←d wtoiuu ← w d<dmin