Đa dịch vụ trên một ONU

3.2 Mạng truy cập thế hệ mới

3.2.3.5 Đa dịch vụ trên một ONU

Khác với việc cấp phát băng thông kênh chiều nghịch cho nhiều ONU khác nhau, cung cấp đa dịch vụ cho các thuê bao khác nhau trên một ONU là một yêu cầu cấp thiết. Khi lắp đặt ở phía khách hàng, ONU phải có khả năng hỗ trợ các dịch vụ nh truyền hình, dữ liệu, thoại cho nhiều khách hàng khác nhau. Khả năng này có

đợc nhờ sự kết hợp của cơ chế cấp phép băng thông dựa theo lớp dịch vụ, phân lịch

cho phép dành cho một ONU cụ thể. Trờng chứa số lợng sự cho phép xác định có bao nhiêu sự cho phép có thể nằm trong bản tin GATE, trờng mức cho phép chỉ thị thứ bậc của các hàng đợi theo đó sự cho phép đợc tạo ra. Mỗi sự cho phép chứa thời điểm bắt đầu cho phép và kích thớc khe thời gian cho phép. Một bản tin REPORT 64 byte từ một ONU ghi thông tin trạng thái của tối đa 8 hàng đợi. Trờng bitmap nhận thực thứ bậc của hàng đợi. OLT tiến hành phân tích, xử lý thông tin về trạng thái hàng đợi, và sau đó gửi trở lại bản tin GATE chứa ít nhất một sự cho phép, phụ thuộc vào thuật toàn cấp phát băng thông. Do đó, việc lập thông báo về trạng thái đa hàng đợi trong một ONU cũng nh ra các quyết định đáp ứng nhiều yêu cầu

đến một ONU là có thể thực hiện

• Thiết lập hàng đợi theo mức u tiên

Phân loại lu lợng trên một ONU thành các lớp khác nhau là một bớc khởi

đầu thực tế đối với quá trình thiết lập đa dịch vụ. Lớp lu lợng có mức u tiên cao là lớp chuyển tiếp có thể giải quyết-EF (expedited forwarding), nhạy với hiện tợng trễ và yêu cầu băng thông cam kết. Lớp mức u tiên trung bình là lớp chuyển tiếp

đợc đảm bảo-AF (assured forwarding), không nhạy với hiện tợng trễ nhng yêu cầu băng thông cam kết. Lớp mức u tiên thấp là lớp nỗ lực cao nhất-BE (best effort), không nhạy với hiện tợng trễ cũng không đòi hỏi băng thông cam kết.

Khung dữ liệu thuộc những lớp khác nhau đợc xếp vào trong những hàng đợi phân mức u tiên tơng ứng. Tất cả các hàng đợi dùng chung một bộ đệm. Khi bộ đệm

đầy, các khung đang đi đến mà có mức u tiên cao hơn sẽ thay thế các khung có mức u tiên thấp hơn trong khi các khung đang đến mà có mức u tiên thấp sẽ bị loại ngay lập tức. Trạng thái đa hàng đợi ở ONU đợc thông báo đến OLT bởi nội dung của bản tin REPORT. MPCP cho phép một ONU ngay một lúc truyền bản tin thông báo trạng thái của 8 hàng đợi.

• Phân lịch theo mức u tiên

Các khung nằm trong bộ đệm đợc truyền theo một biểu đồ lịch trình xác

định. Theo nh định nghĩa trong IEEE 802.1D, lịch trình đợc lập nghiêm ngặt theo

đệm. Các khung BE chỉ có thể đợc truyền khi hai hàng đợi kia trống. Tôn trọng triệt để theo thứ tự u tiên, việc phân lịch nghiêm ngặt theo mức u tiên phục vụ thậm chí cả những khung có mức u tiên cao hơn mà đến trong thời gian đợi ngay trớc những khung có mức u tiên thấp hơn đang nằm trong bộ đệm. Trong hình 3.7, các khung EF đến trong thời gian đợi (tức là, từ t5 đến t7) sẽ đợc phục vụ trớc các khung AF và BF mặc dù đến sớm hơn (tức là trớc t5). Do đó, các khung có mức u tiên thấp hơn phải chịu một khoảng thời gian trễ tăng không thể kiểm soát (nếu bộ đệm cha đầy) hay bị loại (nếu bộ đệm đầy).

Phơng án phân lịch trình dựa trên mức u tiên khắc phục sự không công bằng nói trên bằng cách thực hiện phân lịch trong một vòng thời gian xác định. Sau khi một ONU truyền tất cả các khung nằm trong bộ đệm trong một vòng thời gian, các khung đi đến sau vòng thời gian này sẽ đợc phục vụ nếu khe thời gian hiện tại vẫn có thể tiếp tục truyền thêm khung. Bằng cách xây dựng vòng thời gian là thời gian giữa hai lần gửi bản tin REPORT (tức là, từ t1đến t5), các khung có mức u tiên cao hơn mà đến trong khoảng thời gian đợi (từ t5đến t7) sẽ đợc phục vụ sau khi tất cả các lớp khung trong vòng thời gian trớc đó đã đợc phục vụ (tức là từ t1đến t5). Biểu đồ này cung cấp một độ trễ có giới hạn cho các khung có mức u tiên thấp.

• Thuật toán cấp phát băng thông dựa trên lớp dịch vụ

Trong thuật toán cấp phát băng thông dựa trên lớp dịch vụ, OLT thu nhận các bản tin REPORT từ tất cả các ONU trớc khi đa ra quyết định. Thuật toán này

đợc đề cập nh là thuật toán D1. OLT gán băng thông cố định đến lu lợng EF của tất cả các ONU mà không quan tâm đến tính chất động của nó. Những yêu cầu AF đợc chấp nhận nh sau: nếu tổng các băng thông yêu cầu AF của tất cả các ONU thấp hơn hay bằng băng thông còn lại sau khi phục vụ dịch vụ EF, thì tất cả

các yêu cầu AF đợc chập nhận; nếu không thì, băng thông còn lại sẽ đợc chia đều cho tất cả các yêu cầu AF. Băng thông còn lại sau khi phục vụ lu lợng EF và AF

đợc chia cho tất cả các yêu cầu BE. Khó khăn chính của D1 bao gồm:

• Việc cấp phát băng thông cố định cho lu lợng EF, đặc điểm này sẽ giam hãm lu lợng AF và BE bằng việc làm tăng độ trễ khung.

• Thời gian thu nhận các bản tin REPORT kéo dài, chỉ kết thúc cho đến khi nào nhận hết từ các ONU.

Một thuật toán mới đã đợc đề xuất, trong đó ớc lợng lu lợng EF đi đến trong khoảng thời gian đợi dựa vào số lợng khung trong vòng trớc trớc, thuật toán có tên là D2. Lu lợng EF mà đợc thông báo là tổng của các khung EF nằm trong bộ đệm cộng thêm phần ớc lợng, trong khi lu lợng AF và BE mà đợc thông báo đúng bằng số khung thực tế nằm trong bộ đệm. Các yêu cầu băng thông

đợc chấp nhận bởi EBR, với sự cho phép nhận tức thì những hàng đợi tải trọng nhẹ, còn với những hàng đợi tải trọng nặng thì phải giữ lại cho đến khi nào nhận hết các bản tin REPORT. D2 giảm thiểu thời gian trễ trong khi nhận tất cả các bản tin REPORT bằng cách chấp nhận dữ liệu có tải trọng nhẹ đợc chuyển đi ngay lập tức.

Thuật toán này ớc lợng các khung EF trong thời gian đợi, và đa ra mức u tiên cho lu lợng EF bằng cách cấp phát băng thông ớc lợng. Một hạn chế của D2 đó là, thứ tự dịch vụ của các ONU thay đổi theo từng vòng dịch vụ, ONU tải trọng cao luôn luôn đợc phục vụ sau ONU có tải trọng nhẹ; do đó, việc ớc lợng số lợng các khung EF đi đến sẽ bị sai khác trầm trọng do thời gian đợi của mỗi ONU có thể thay đổi rất nhiều.

• Thuật toán cấp phát băng thông động đa dịch vụ -

Thuật toán cấp phát băng thông động đa dịch vụ DBAM (dynamic bandwidth allocation with multiple services) đợc xây dựng nhằm đáp ứng các loại lu lợng khác nhau trong EPON. Thay vì cung cấp đa dịch vụ đến các ONU và các khách hàng một cách riêng biệt, cách giải quyết của DBAM là liên kết cả hai vào trong cơ

chế REPORT/GATE bằng thuật toán cấp phát băng thông dựa trên lớp lu lợng.

Để khắc phục hạn chế của D1, DBAM áp dụng cơ chế xếp hàng đợi theo mức

u tiên để có thể sắp xếp các khung EF, AF và BE, và cấp quyền đi trớc cho lu lợng có mức u tiên cao hơn. Việc phân lịch trình dựa trên mức u tiên đợc dùng

để xếp lịch cho các khung nằm trong bộ đệm, khoảng thời gian xếp lịch là thời gian

giữa 2 lần gửi bản tin REPORT. DBAM dựa theo LBA để đa ra quyết định cấp phát băng thông, do vậy ngăn đợc sự xung đột băng thông. DBAM triển khai phong án dự đoán lu lợng dựa trên lớp dịch vụ để tính số khung đi đến trong thời gian đợi, cách dự đoán nh vậy đợc kỳ vọng sẽ làm giảm độ trễ khung và chiều dài hàng đợi.

OLT phục vụ tất cả các ONU trong một vòng tròn cố định (round robin) theo yêu cầu để việc dự đoán lu lợng có thể thực hiện đợc. Tham số băng thông cực đại của một lớp lu lợng xác định đợc thiết lập bởi SLA giữa khách hàng và nhà cung cấp dịch vụ. Hình .8 giới thiệu hớng truyền nghịch trong một EPON gồm 2 ONU.3

Hình .83 Truyền dẫn chiều nghịch trong DBAM

Xét SiEF ,SiAFvà SiBE là các tham số băng thông cực đại tơng ứng với lu lợng EF, AF và BE ở ONUi. Theo đó, tham số băng thông cực đại ở ONUi là Si, víi Si= SiEF +SiAF +SiBE.

OLT phục vụ luân phiên 2 ONU. Vòng thời gian của một ONU là khoảng thời gian giữa các lần gửi bản tin REPORT. Trong thời hạn của ONU1, chu trình thời gian η kéo dài từ t1 đến t6 (tức là T1,η =t6−t1). ONU1 đẩy các khung trong bộ đệm vào trong khe thời gian của nó từ t1 đến t2, và gửi tiếp một bản tin REPORT vào cuối của khe thời gian này. Thời điểm từ t2 đến t4 là RTT giữa ONU1 và OLT cộng thêm thời gian xử lý bản tin REPORT. Thời điểm t2 đến t6 là khoảng thời gian ONU1 đợi trong chu trình thời gian η (tức là, T1W,η =t6−t2 ), các khung dữ liệu đi đến

t1

t

t3

GATE REPORT

DATA ONU1

OLT

ONU DATA

DATA ONU1

ONU2 DATA

ONU2

Khe thêi gian

Khe thêi gian

Khe thêi gian

Khe thêi

2 gian t

t4

t5 t6

t10

t7

t8 t9 t11

đợc xếp vào trong hàng đợi. Chu trình thời gian (η +1) của ONU1 bắt đầu tại thời

điểm t6, và khe thời gian cho phép từ thời điểm t6 đến t8 đợc xác định dựa vào bản tin REPORT đã gửi tại thời điểm t2. Trong thời hạn của ONU2, tham số η bắt đầu từ thời điểm t3 và kết thúc tại thời điểm t9 (tức là, T2,η =t9 −t3). Thời điểm từ t3 đến t5 chính là khe thời gian dành cho ONU2 và một bản tin REPORT thông báo trạng thái 3 hàng đợi đợc gửi ở thời điểm t5. Thời điểm từ t5 đến t9là thời gian đợi trong chu trình thời gian η (tức là, T2W,η =t9 −t5).

Sau khi truyền dữ liệu trong khe thời gian trong chu trình thời gian η, ONU1 yêu cầu cấp phát thêm băng thông cho chu trình thời gian η +1, bằng cách gửi ngay thêm một bản tin REPORT. Băng thông yêu cầu cho chu trình η+1 ứng với mỗi loại dịch vụ, c là:

R Bic c {EF AF BE}

c

i,η+1=(1+α) ,η, ∈ , ,

ở đây, Ric,η+1 là băng thông yêu cầu cho lu lợng lớp c tại ONUi trong chu trình thời gian η+1. Bic,η là dung lợng lu lợng lớp c đợc xếp hàng đợi trong bộ

đệm khi ONUi đang thiết lập một yêu cầu trong chu trình thời gian η, αlà một tham số u đãi ớc lợng, đó chính là tỷ số giữa khoảng thời gian đợi của ONUi trong chu trình η và chiều dài của chu trình thời gian η

n i

W n i

T T

,

= ,

α

ở đây, TiW,n là khoảng thời gian đợi của ONUi, trong chu trình η, còn Ti,n là chiều dài của chu trình η. Hay nói một cách khác, các khung mà đến trong khoảng thời gian đợi của chu trình η+1 sẽ đợc ớc lợng từ bản tin thông báo trong chu trình η. Một nhận xét đợc đa ra ở đây là lu lợng mạng tự làm giống nhau, ý muốn nói rằng lu lợng mạng có sự phụ thuộc trong một phạm vị rộng. TiW,n và Ti,n

đợc xác định dựa vào nhãn thời gian của bản tin REPORT và bản tin GATE. OLT ngay lập tức đa ra quyết định cấp phát băng thông sau khi nó nhận đợc một bản

tin REPORT. Băng thông cho phép của 3 loại lu lợng ở ONUi trong chu trình (η+1) là

B Ric Si c {EF AF BE}

c n

i, 1 min , 1, , ∈ , ,







=  +

+ ∑ η

Các dịch vụ tồn tại trên các ONU cùng với yêu cầu về băng thông của chúng, cũng nh các SLA giới hạn tơng ứng. Băng thông của ONUi bị giới hạn trên bởi một trong những giá trị nhỏ hơn hoặc là băng thông yêu cầu hoặc là tham số băng thông cực đại (xác định bởi SLA, nh đã nói ở trên), Băng thông đợc gán thay đổi theo lu lợng đến. OLT trớc tiên cấp phát băng thông cho lu lợng EF và AF, cả

hai loại đều yêu cầu băng thông cam kết. Băng thông cho phép ứng với các loại dịch vụ khác nhau, do đó sẽ là

{ }

EF n i EF

n i n i BE

n i

c i c

n i c c

n i

B B B

B

AF EF c S C B

1 , 1 , 1 , 1 ,

1 , 1

, min , , ,

+ +

+ +

+ +

−

−

=

 ∈





= ∑

Truy cập đa dịch vụ tại một ONU dựa trên sự phân loại lu lợng. ONU cung cấp mức u tiên cho lu lợng EF và AF. Lu lợng BE dùng băng thông còn thừa.

Băng thông cho phép dành cho lu lợng EF và AF đợc giới hạn trên bởi tham số băng thông cực đại của chúng. Băng thông cực đại này hạn chế chúng khỏi lấn sang các băng thông khác nằm cùng trên kênh. Khi nhận bản tin GATE, ONU điều chỉnh lại đồng hồ cục bộ, lập trình các thanh ghi theo thời gian bắt đầu cho phép và các giá trị kích thớc cho phép. Khi khe thời gian dành cho nó đi đến, ONU truyền ngay các khung dữ liệu đến OLT mà không kết nối với các ONU khác.