2.3.1 Yêu cầu của DBA
Nhận thấy rằng các chính sách QoS có thể khác nhau cho mỗi ISP. Ngoài ra, nếu số liên kết lớp 2 trong điều khiển lưu lượng tăng lên, nó sẽ kéo theo chi phí, và hiệu quả của băng thông sẽ giảm. Khi xem xét các yếu tố này, có thể thấy rằng chia điều khiển lưu lượng thành 2 lớp sẽ thích hợp. DBA hoạt động ở lớp 1, là lớp truy nhập. Điều này làm tiền đề để có thể chia sẻ băng thông công bằng giữa các người dùng trong đa ONU và thực hiện điều khiển lưu lượng của lớp cơ sở/luồng cơ sở độc lập do các ISP dùng chính sách khác nhau.
SVTH: Tô Thị Trang Lớp D08VT1 25
Hình 2.5 Ví dụ về cấu hình mạng ở lớp 2 của ISPs
Nếu có thể chia sẻ băng thông giữa các người dùng một cách công bằng và hiệu quả bằng cách giới hạn số lượng người dùng trên một liên kết, có thể đảm bảo băng thông tối thiểu cho người dùng và trễ lưu lượng ít hơn mức băng thông tối thiểu được bảo đảm. Vì vậy, sự công bằng, hiệu quả và số người dùng chia sẻ băng thông là yếu tố quyết định băng thông tối thiểu đảm bảo cho mỗi người dùng. Bảo đảm băng thông tối thiểu và hạn chế trễ tối đa rất cần thiết để cung cấp dịch vụ như VoIP. Trong ITU- T, các điều kiện về chất lượng khác nhau của dịch vụ IP đã được chuẩn hóa và trễ end- to-end chính xác tối đa 100ms cho thời gian thực, jitter-sensitive, và ảnh hưởng nhiều tới ứng dụng VoIP. Khi thiết kế một hệ thống, DBA phải được thiết kế dựa trên các phân bổ thời gian trễ lớn nhất được thiết lập cho mạng truy cập PON, một phần của 100ms end-to-end vừa đề cập trước đó. Hơn nữa, giao thức TCP được sử dụng rộng rãi trong Internet, thời gian trễ trung bình phải giảm càng nhiều càng tốt để có thể đạt được mục tiêu thông lượng cao. Mục đích của DBA là tìm cách có thể tăng hiệu quả của băng thông và tăng tốc độ đỉnh chừng nào có thể. Hệ thống phải thỏa mãn chức năng và hiệu năng cần thiết cho mục tiêu cung cấp dịch vụ và phải được thiết kế với chi phí tối thiểu. DBA phụ thuộc nhiều vào chi tiết của dịch vụ, nếu thay đổi dịch vụ DBA sẽ phải thay đổi trầm trọng.
2.3.2 Cơ sở điều khiển luồng- xếp hàng công bằng
Xếp hàng công bằng ảnh hưởng tới phân bổ công bằng băng thông. Gói tin đầu vào được phân loại bởi bộ phân loại và được đưa tới hàng đợi dành riêng. Phân loại gói tin theo nhóm để phân bổ băng thông đầu ra công bằng. Ví dụ, gói được phân loại theo địa chỉ đầu cuối, băng thông đầu ra được phân bổ công bằng cho mỗi đầu cuối với
SVTH: Tô Thị Trang Lớp D08VT1 26 địa chỉ khác nhau. Trong trường hợp này, số hàng đợi, số thiết bị đầu cuối phải khớp nhau. Trong trường hợp DBA điều khiển đa ONU, gói đầu vào được phân loại theo người dùng và quảng bá tới hàng đợi tương ứng. Trong các loại hàng đợi hiện có thì bộ lập lịch đọc bộ đệm hàng đợi trong manner, đầu ra của các gói tin từ hàng đợi đảm bảo công bằng. Nếu một người dùng truyền lưu lượng lớn so với người dùng khác. Lưu lượng đó sẽ được đưa tới hàng đợi bởi bộ phân loại ở đầu vào, nó có thể được thiết kế thời gian chờ tối đa để đi tới đầu ra. Thời gian trễ lớn nhất trong điều kiện xấu nhất xảy ra khi gói tin có độ dài cực đại chiếm toàn bộ hàng đợi.
Hình 2.6 Nguyên tắc của hàng đợi công bằng
Hoạt động của bộ lập lịch là thành phần quan trọng để đảm bảo sự công bằng. Chi tiết các bước hoạt động.
- Cài đặt trọng số wi[bit] cho mỗi hàng đợi, trong đó ‟i‟ là chỉ số của hàng đợi tương ứng
- Cho bộ lập lịch round-robin quét liên tục qua các hàng đợi. Mỗi hàng đợi được ghi nhận wi[bit] trong một vòng quét của round-robin.
- Khi số bít tích lũy của hàng đợi để truyền là Si bit, tiêu đề gói có chiều dài di. Khi gói tin tràn hàng đợi, hàng đợi nhận gói tin đó và giảm chiều dài gói đi lượng Si.
- Bỏ qua Round-robin trống với hàng đợi chưa hoàn thành lưu trữ gói tin. Vấn đề với bộ lập lịch là chi phí thiết lập thuật toán Round-robin thực tế. Bởi vì các bộ lập lịch khác nhau được đề nghị có thể hoạt động với chi phí thấp. Khi nói tới công nghệ Hàng đợi công bằng để truyền tải luồng lên trong hệ thống PON, hàng đợi tương ứng cho từng ONU và lập lịch tương ứng với DBA ở OLT rất khó cài đặt bởi vì những lí do như:
- Chỉ hạn chế thông tin được truyền từ ONU được định nghĩa bởi DBA. - Hơn nữa, vì khoảng cách của ONU và OLT, đó là thông tin phi thời gian thực và bị trễ.
SVTH: Tô Thị Trang Lớp D08VT1 27 - Bởi vì sự có mặt của tiêu đề Burst làm giảm hiệu quả và thông lượng sẽ bị giảm trừ khi một số gói tin ngắn được truyền trong ràng buộc có sẵn.
2.3.3 Thỏa thuận mức dịch vụ
Thỏa thuận mức dịch vụ (SLA-Service Level Agreement) là thỏa thuận giữa nhà cung cấp dịch vụ và thuê bao. Trong thỏa thuận này, thuê bao được cam kết dịch vụ và băng thông được cung cấp dẫu thực tế có sử dụng hết hay không. Thông thường, SLA bao gồm: tốc độ thông tin cam kết (CIR-Committed Information Rate), được cam kết cho các thuê bao và tốc độ thông tin vượt mức (EIR-Excess Information Rate), bổ xung băng thông mà thuê bao có thể sử dụng.
Dựa vào mức độ ưu tiên dịch vụ, hệ thống cài đặt SLA cho mỗi ONU, cả băng thông dịch vụ hạn chế. Băng thông lớn nhất và nhỏ nhất hạn chế băng thông ở mỗi ONU, bảo đảm rằng băng thông thay đổi tương ứng với các dịch vụ với độ ưu tiên khác nhau. Trong thực thế, dịch vụ voice được ưu tiên cao nhất sau sso tới dịch vụ video và dữ liệu là thấp nhất. OLT bảo đảm băng thông dựa vào dịch vụ, SLA và điều kiện thực tế của ONU. Dịch vụ độ ưu tiên cao thì phân bổ băng thông lớn.
Hình 2.7 Phân bổ băng thông phụ thuộc vào loại hình dịch vụ
Ví dụ, một người sử dụng có thể đăng ký CIR là 40Mbps với EIR là 150Mbps. Nếu 32 ONU cần chia sẻ cùng một kênh GPON, tất cả đều chung SLA, lý thuyết yêu cầu băng thông luồng lên là 1.28Gbps (1280/32=40), nhiều hơn băng thông luồng lên sẵn có của GPON (1.24Gbps). Nếu phương án bân bổ băng thông trong mạng là tĩnh, mỗi ONU sẽ có được chính xác CIR tại thời điểm bất kỳ, cho dù có sử dụng hay không. Nó không thể phục vụ ONU với mức băng thông cao hơn ngay cả khi với khoảng thời gian ưu tiên ngắn, do đó EIR không thích hợp. Phân bổ băng thông tĩnh,
SVTH: Tô Thị Trang Lớp D08VT1 28 QoS không đảm bảo, không phân loại được thuê bao. Khi giải thuật DBA được sử dụng, phân bổ băng thông tới từng ONU có thể đạt được tốc độ đỉnh cao hơn, hướng tới EIR. Băng thông không được sử dụng ở ONU này có thể được phân bổ cho ONU khác, kết quả mạng xử lý nhanh hơn và khách hàng được phục vụ tốt hơn.
2.3.4 T-CONT
T-CONT được dùng để quản lý phân bổ băng thông luồng lên. Mỗi T-CONT nhận dạng qua chỉ số phân bổ (Alloc-ID Allocation ID) được ấn định bởi OLT, tương ứng với liên kết logic giữa OLT và một ONU. ONU gửi lưu lượng dùng một hoặc nhiều T-CONT.
Hình 2.8 T-CONT tương ứng với liên kết logic giữa OLT và một ONU
Chuẩn GPON định nghĩa hai phương thức hoạt động khác nhau, ATM và GEM (G-PON encapsulation mode). Một T-CONT có thể dựa trên ATM hoặc GEM. T- CONT dựa trên ATM ghép mạch ảo được nhận dạng VPI và VCI. Còn T-CONT dựa trên GEM bao gồm kết nốt được nhận dạng bởi 12 bít port. G-PON sử dụng ATM dựa trên T-CONT giống như quay về với A-PON. Bởi vậy, trong thực tế, phần lớn G-PON chỉ thiết lập GEM dựa trên T-CONT. Trong các cuộc hội thảo, chúng ta chủ yếu để ý tới GEM.
SVTH: Tô Thị Trang Lớp D08VT1 29 OLT dự trữ băng thông tức là phân một số khe thời gian riêng cho mỗi T- CONT trong suốt quá trình phân bổ băng thông. Băng thông phân bổ được dựa trên báo cáo của ONU hoặc giám sát lưu lượng. OLT có thể dựa vào giải quyết phân bổ dựa trên phần khung nhàn rỗi đến từ ONU. Ví dụ, nếu khung nhàn rỗi đạt ngưỡng trên thì OLT phân bố băng thông nhỏ hơn cho ONU và ngược lại. OLT chỉ định thời điểm bắt đầu và thời điểm kết thúc mỗi mà T-CONT có thể dùng để truyền dữ liệu luồng lên thông qua US BW map. Cứ 8 byte của US BW tương ứng với Alloc-ID và T-CONT.
Hình 2.10 Phân bổ khe thời gian truyền cho T-CONT
Như đã nói từ trước, nếu ONU có hàng đợi lớn trong bộ đệm OLT có thể thiết kế đa T-CONT cho ONU. Nếu một ONU được phân bổ khe thời gian kế tiếp nhau cho nhiều T-CONT với Alloc-ID khác nhau, PLOu chỉ cần truyền một lần.
Hình 2.11 Một ONU được phân bổ có 2 Alloc-ID chỉ cần một PLOu
Tùy thuộc vào các thông số hoạt động của từng ONU (dựa vào SLA) như là ưu tiên dịch vụ và QoS, có 5 loại T-CONT khác nhau được mô tả trong chuẩn G.984. T- CONT 1 được ấn định cho dịch vụ lease line và được hỗ trợ với tốc độ bít không đổi, ưu tiên cố định và được cung cấp đúng với yêu cầu với thông lượng và trễ. Loại này chỉ dùng cho lưu lượng cố định và giải thuật DBA không cung cấp. T-CONT 2 : được
SVTH: Tô Thị Trang Lớp D08VT1 30 ấn định cho yêu cầu tốc độ thay đổi yêu cầu trễ và mất gói thấp. Băng thông được phân bổ cho một số loại dịch vụ như: Truyền hình chất lượng lượng cao (HDTV-High definition television), Video theo yêu cầu (VoD-Video on demand), được bảo đảm SLA và phân bổ dựa trên băng thông yêu cầu trong vòng lặp bầu chọn (Polling Cycle). T-CONT 3 : dựa vào phương pháp phân bổ để cung cấp trễ trung bình, kết nối với tốc độ kết nối thấp. Nó được hỗ trợ để cung cấp hiệu năng dịch vụ tốt hơn T-CONT 4 và cung cấp cam kết tốc độ dữ liệu nhỏ nhất. Bất kì yêu cầu băng thông tăng thêm được tính trong mỗi vòng bầu chọn và phân bổ ngay khi có thể. T-CONT 4 được phân bổ với dịch vụ nỗ lực tối đa cung cấp trễ cao, truyền tải với mất mát gói cao. Ví dụ như duyệt tìm và FTP (File Tranfer Protocol), được cung cấp sau khi loại dịch vụ trước hoàn thành. T-CONT 5: T-CONT cuối cùng này không thực sự là một loại khác nhưng nó là tổ hợp của ai hoặc nhiều hơn trong số 4 loại T-CONT trên, dành cho hệ thống thiết kế để nhằm mục đích cụ thể nào đó.
Hình 2.12 Phân loại T-CONT theo chuẩn G.984
Trong đó :
- Băng thông cố định (FXB-Fixed Bandwidth): dự trữ băng thông luồng lên đều đặn, được phân bổ không kể đến nhu cầu.
- Băng thông chắc chắn (ASB-Assured Bandwidth): tương tự như băng thông cố định nhưng băng thông có thể không phân bổ khi mà không có nhu cầu.
- Băng thông không chắc chắn (NAB-Non- Assured Bandwidth): Băng thông chỉ được phân bổ nếu như băng thông khả dụng nhưng không được đảm bảo.
- Băng thông nỗ lực tối đa (BEB-Best-effort Bandwidth): yêu cầu chỉ được đáp ứng khi mà băng thông luồng lên còn khả dụng.
SVTH: Tô Thị Trang Lớp D08VT1 31 Mức ưu tiên cho các băng thông theo chiều giảm dần Fixed Bandwidth, Assured Bandwidth, Non- Assured Bandwidth, Best-effort Bandwidth.
2.3.5 Tham số ƣớc lƣợng của DBA
Có ba tham số chính ước lượng hiệu năng của DBA.
- Trễ, hoặc thời gian gói tin chờ ở hàng đợi ONU trước khi truyền.
- Công bằng, hay khả năng phục vụ/ từ chối phục vụ ngang tương ứng với Thỏa thuận mức dịch vụ (SLA) cho mọi ONU.
- Hiệu quả, hay phần trăm băng thông có thể sử dụng trong luồng lên. Ba tiêu chuẩn tương đương nhau. Hiệu quả giảm tương ứng với trễ tăng bởi vì băng thông khả dụng ở hàng đợi trống tại ONU giảm. Do đó cần thêm thời gian yêu cầu để làm trống hàng đợi. Công bằng kém biểu thị rằng một vài ONU sẽ được phục vụ chậm hơn. Vì vậy, trễ do phục vụ chậm ONU tăng. Trễ là tham số quan trọng nhất, và chỉ thị tốt nhất chất lượng của giải thuật DBA. Hiệu quả hay công bằng là tham số đánh giá bổ xung. Hiệu quả thấp và công bằng kém không có nghĩa là không thể đạt được trễ thấp, đặc biệt trong các lần kiểm tra tổng hợp. Tuy nhiên, chắc chắn rằng, thực tế, khi lưu lượng có khuynh hướng bùng phát thì trễ đều tăng với một số hoặc tất cả ONU. Khi thiết lập phân bổ dựa trên SR, OLT có thể đo lường lưu lượng đến từ ONU và nắm rõ ràng số lượng đang trong chờ trong hàng đợi luồng lên của ONU. Phân bổ dựa trên SR nắm bắt tốt ONU và hàng đợi luồng lên của ONU.
Công bằng là tham số khó nắm bắt. Giải thuật công bằng sẽ bảo đảm rằng SLA mất đi chia sẻ tương đương giữa các ONU. Ví dụ như, hai ONU cùng SLA nhận dự phòng 60% xem như đã đảm bảo công bằng, so sánh với một ONU nhận 100% do SLA cao hơn và một ONU chỉ nhận 20%. Công bằng có thể chỉ được đảm bảo khi xem xét thông tin trạng thái hàng đợi từ mọi ONU. Ít ONU được xem xét rất khó để cung cấp dịch vụ công bằng. Từ khi thông tin hàng đợi không được biết đến trong phương pháp NSR với phân bổ băng thông tĩnh thì công bằng không thể đạt được. Tuy vậy, công bằng tốt đòi hỏi SLA hoàn chỉnh hơn.
2.4 Thuật toán DBA cho GPON
ITU không định nghĩa thuật toán để tính toán giá trị của ánh xạ băng thông. Vì vậy, hệ thống GPON và ISP có thể dùng giải thuật DBA của riêng họ để truyền tải lưu lượng luồng lên. Chung quy, các giải thuật DBA dựa vào hai phương pháp chính : phương pháp báo cáo trạng thái (SR- Status Reporting) và phương pháp không báo cáo trạng thái (NSR- Non Status Reporting).
2.4.1 Phƣơng pháp không báo cáo trạng thái
Trong phương pháp không báo cáo trạng thái, OLT phân bổ băng thông dựa vào xác định băng thông yêu cầu một cách gián tiếp chứ không dùng bản tin báo cáo trạng thái hàng đợi của ONU. Nếu dữ liệu người dùng không đủ, ONU chèn khung ATM/GEM nhàn rỗi lấp đầy vào tất cả khe thời gian. Vì vậy, bằng cách đếm số khung nhàn rỗi được truyền, OLT sẽ biết được thông tin về băng thông thực tế sử dụng. Với
SVTH: Tô Thị Trang Lớp D08VT1 32 thông tin này, OLT có thể tính ánh xạ băng thông đầy đủ. Ứng với ít khung nhàn rỗi, băng thông yêu cầu nhiều hơn. Phù thuộc vào giải thuật DBA thực tế, phân bổ sẽ tính toán chính xác ít hay nhiều đáp ứng nhu cầu thực tế. Phân bổ giải thuật DBA đã được giới thiệu, nó được tính toán trong ONU. Căn cứ vào tính toán đó, yêu cầu được gửi qua dữ liệu luồng lên. Nếu không có yêu cầu được xác định, không có dữ liệu được gửi và ONU khác có thể truyền dữ liệu vào thời gian đó.
Thuật toán gồm các bước :
Bước 1 : Giám sát số tế bào được nhận ở OLT trong khoảng thời gian.
Bước 2 : Dùng kết quả giám sát trong thời gian thực ở bước 1 để tính toán tốc độ sử dụng.
Bước 3 : Xem xét trạng thái tắc nghẽn để so sánh tốc độ sử dụng với giới hạn lý thuyết.
2.4.2 Phƣơng pháp báo cáo trạng thái
Trong phương pháp SR, OLT yêu cầu thông tin về trạng thái của mỗi ONU.