Thực chất của giao thức MPCP là ấn định khe thời gian có kích thước thay đổi đến từng ONU dựa trên kế hoạch phân bổ băng thông. Để ngăn cản một ONU chiếm hết kênh lên với lượng dữ liễu cao thì có một giới hạn kích thước cửa sổ truyền tối đa cho từng ONU và được ký hiệu của Wimax sẽ xác định chu kỳ được cấp cực đại dưới điều kiện tải nặng cho từng ONU là Tmax
Với Wimax : Kích thước cửa sổ cực đại cho UNO thứ i (byte) G : Khoảng thời gian bảo vệ
max max 8 min T xWi Ai = (5.2) R W G N Wi Ai max 8 max 8 max = × ×+ × (5.3) + × R Wi G N 8 max (5.4) R : Tốc độ đường truyền [bps].
Khoảng thời gian bảo vệ cung cấp sự bảo vệ cho sự thay đổi của Round- Triptime ( thời gian lên và xuống) của các ONU khác nhau. Ngoài ra, đầu thu OLT cần một ít thời gian để điều chỉnh cho thích hợp bởi vì thực tế tín hiệu từ các ONU khác nhau có thể có mức năng lượng khác nhau.
Nếu Tmax quá lớn sẽ làm tăng trể cho tất cả các khung Ethernet kể cả các gói IP được ưu tiên cao ( thời gian thực ). Nếu Tmax quá nhỏ thì khoảng thời gian bảo vệ sẽ làm hao phí băng thông.
Ngoài chu kỳ cực đại Wimax cũng quyết định băng thông tối thiểu có thể dùng của ONUi. Gọi Aimin là băng thông tối thiểu của ONUi[bps].
Chẳng hạn như ONU được cam đoan băng thông tối thiểu là Wimax byte trong hầu hết thời gian Tmax. Dĩ nhiên, băng thông của các ONU sẽ bị giới hạn tại băng thông tối thiểu của nó nếu như tất cả các ONU trong hệ thống sử dụng tất cả băng thông cho phép của nó. Nếu ít nhất một ONU không có dữ liệu, nó sẽ được cấp cửa sổ truyền nhỏ hơn dẫn đến chu kỳ thời gian bảo vệ nhỏ hơn băng thông cho phép của các ONU còn lại sẽ tăng lên theo tỉ lệ Wimax của nó . Trong trường hợp đặc biệt khi chỉ có một ONU có dữ liệu, băng thông cho phép của ONU đó sẽ là:
Trong mô phỏng, chúng ta cho rằng tất cả các ONU có cùng bằng thông cam đoan: Wimax = Wmax với mọi i, suy ra:
Tmax =
Chúng ta cho rằng Tmax = 2ms và G = 5µs là lựa chọn hợp lý. Khi đó Wmax =
Hình 5.4 : Các thành phần của trể gói
d = dpoll + dcycle + dqueue (5.5)
dcycle = T, q≤W , q≥W (5.6) dqueue = W q Rn q , ≤ (q−W)modWmax ≥ (5.7) 5.5 Các thành phần của trể gói
Hình 5.4 mô tả các thành phần của trể gói:
Trể gói d bằng : Trong đó :
• dpoll: thời gian giữa gói đến và Report tiếp theo được ONU gởi đi. Trung bình dpoll = 1/2T.
• dcycle : thời gian từ khi yêu cầu cửa sổ truyền của ONU cho đến
khi được cấp khe thời gian và khung dữ liệu được truyền. Trễ này có thể trải qua nhiều chu kỳ phụ thuộc vào số lượng khung có trong hàng đợi lúc khung mới đến .
q- kích thước hàng đợi
W : kích thước cửa sổ được cấp
• dqueue : khoảng thời gian từ khi bắt đầu được cấp khe thời gian cho
đến khi khung đó được truyền. {
Câu hỏi đặt ra là làm cách nào để OLT có thể xác định kích thước cửa sổ nếu kích thước cửa sổ yêu cầu ít hơn kích thước cực đại được định nghĩa trước (Wi ≤ Wmax). Ở đây chúng ta sẽ phân phối cửa sổ theo tải có trong hàng đợi nhưng không vượt quá Wmax.
5.6 Cấp phát băng thông cố định
Trong SBA, sự giải quyết về vấn đề cấp phát băng thông là không bị tác động bởi thông tin nhận được từ ONU. γi(j) là phần băng thông hàng đợi thứ i trong ONU thứ j được cam đoan trong SLA. Thì kích thước cửa sổ ωi(j) được tính theo công thức (5.8) và τ(n) là độ dài chu kỳ thứ n
Trong SBA, nhiều hơn các thuật toán khác, các trễ gói trung bình phụ thuộc trực tiếp vào việc cấp phát băng thông cho lớp riêng của lưu thông. Nếu tất cả dung tích mong muốn của truyền thông có thể được truyền trong cửa sổ truyền đạt được cấp, thì chịu một mất mát nhỏ. Ngược lại, các trễ sẽ tăng nếu cửa sổ truyền tải cung cấp quá nhỏ, thì khi đó không có các điều chỉnh được tạo ra đối với băng thông được cấp.
SBA chỉ phù hợp trong trường hợp mà ở đó số lượng lưu thông có thể dự đoán một cách chính xác và những thay đổi trong dung tích đi theo mẫu nào đó được biết đối với OLT. Sự lưu thông thể hiện trong các hệ thống mạng máy tính hiện đại cho thấy sự bồng nổ tự phát với sự thay đổi dung tích trung bình và trong các điều kiện như vậy tính năng của SBA có thể dẫn đến sự gia tăng trễ và thông lượng sẽ thấp hơn.
5.7 Cấp phát băng thông cân đối
Thuật toán P-DBA dựa trên cơ chế tận dụng hoàn toàn các cập nhật về trạng thái kết nối các ONU để tính toán kích thước các cửa sổ truyền tải. Thuật toán làm việc trên nguyên tắc băng thông được phân chia giữa các hàng đợi cân xứng với báo
cáo chiếm dụng bộ đệm. Qi(j) là lượng byte được báo cáo trong hàng đợi i của ONU thứ j. Phần băng thông cấp phát tới hàng đợi được tính theo (5.9)
Giả sử rằng độ dài chu kỳ là được biết là , chiều dài cửa sổ truyền tải cho hàng đợi thứ j của ONU thứ i được cho bởi công thức (5.10). Hơn nữa phương thức này đảm bảo chắc rằng tất cả băng thông là được sử dụng hiệu quả
Thuận lợi chính của P-DBA là tính đáp ứng nhanh và cân đối của nó. Vì sự cấp phát dựa vào các báo cáo cuối cùng, nên khả năng tắt nghẽn có thể được giải quyết nhanh chóng và các gói backlogged được truyền tải. Sự định vị cân đối là không thiên vị và tất cả các loại lưu thông được đối xử như nhau. Đây là điều tuyệt vời khi mà tất cả những người dùng đồng ý với các SLA của họ. Mặc khác, sự lưu thông từ các nguồn Non-compliant sẽ tác động đến phân phối QoS đến các nguồn khác. Trong trường hợp này, P-DBA không phù hợp cho các ứng dụng DiffServ.
5.8 Sự cấp phát băng thông theo quyền ưu tiên
Trong SP-DBA, sự hổ cho các lớp lưu thông đòi hỏi QoS nhiều hơn được thực hiện bằng việc đưa ra sự sắp hàng theo tính ưu tiên nghiêm ngặc. Quá tình cấp phát băng thông gồm ba bước:
1. Dựa trên các báo cáo nhận được để tính toán tổng lượng băng thông đòi hỏi bởi các loại dịch vụ khác nhau.
2. Băng thông cấp phát cho các lớp dịch vụ dựa trên thuộc tính ưu tiên của chúng. Các lớp có tính ưu tiên đầu được xem xét đầu tiên. Một sự hợp lý ở đây các lớp có mức ưu tiên thấp hơn được cấp phát băng thông ít hơn yêu cầu hoặc không có.
3. Băng thông được cấp phát tới lớp dịch vụ đã cho được phân chia cho tất cả các hàng đợi như trong cơ chế P-DBA. Điều này đảm bảo rằng nếu băng thông cấp phát ít hơn đòi hỏi của tất cả các hàng đợi thì sẽ được đối xử như nhau.
Hai mục tiêu phải đối đầu trước quá trình thực hiện SP- DBA trong EPON với sựu định vị băng thông tập trung :
• Hỗ trợ tốt hơn cho mô hình DiffServ.
• Cho thấy rằng với phương thức tập trung cùng tính năng hoạt động có thể đạt được trong EPON nơi mà phân phối sắp hàng Inter và Intra của ONU được thực hiện
Nó được dự đoán trước rằng sự sắp xếp theo nguyên tắc ưu tiên sẽ có khả năng cung cấp những đòi hỏi QoS cho các lớp lưu thông có mức ưu tiên cao. Khía cạnh khác, điều này có thể dẫn đến sự thực thi kém hơn đối với những lớp lưu thông có mức ưu tiên trung bình và thấp, khi tải nặng thì sự cấp phát băng thông cho các lớp này bị hạn chế trầm trọng.
5.9 SLA aware p-DBA
Trong mục này đưa ra thuật toán SLA-DBA. Tính năng hoạt động của thuật toán này chủ yếu dựa vào phương thứcP-DBA để quản lý sự cấp phát tối ưu các nguồn tài nguyên sẳn có và các khả năng đáp ứng tốt đối với sự thay đổi các điều kiện mạng. Trong thuật toán SLA-DBA đạt được QoS khác nhau cho các loại lưu thông khác nhau là mục đích cốt lõi.
Từ quan điểm về hoạt tính phương thức này gồm ba bước. Trong phần đầu thuật toán cấp phát băng thông tương ứng với chiều dài hàng đợi được báo cáo. Đây chính là hoạt tính của P-DBA. .Như được giới thiệu trong mục 5.7 phương thức này dẫn đến không có sự bảo vệ của các thông số lưu thông. Để đáp ứng đúng lượng băng thông cho hàng đợi, trong phần hai của thuật toán các ép buộc đồng ý trong SLA được tính đến.
Qi(j) là số lượng byte được báo cáo trong hàng đợi j của ONU i và βik(j) là số của các byte được cấp phá đối với hàng đợi này trong bước K của thuật toán. Số lượng của các byte mà có thể được gởi trong một chu kỳ bảo đảm đặc biệt được cho là β[ ]n phải chịu ràng buộc sau:
Với τmin và τmax là các giá trị min và max của chu kỳ đảm bảo và CL là dung lượng đường truyền tính bằng bit/s.
Trong phần một, lượng băng thông được cấp phát cho hàng đợi riêng có thể được tính:
Cũng trong phần này băng thông vượt quá βexđược tính toán như là tổng của băng thông của tất cả các hàng đợi có đặc tính ưu tiên thấp. Trong phấn cuối lượng băng thông vượt quá này được phân chia giữa các hàng đợi có tính ưu tiên cao hơn nếu băng thông được cấp phát ở phần đầu nhỏ hơn giá trị cực tiểu mong muốn.
là giá trị min và max của các byte đảm bảo đối với hàng đợi. Trong các ràng buộc đưa ra trong các SLA được thực hiện cho tất cả các lớp có thuộc tính trung bình và cao. Ba trạng thái riêng biệt được xét như sau:
1. lượng băng thông cấp phát vượt quá lượng giao ước trong SLA. Băng thông cấp phát cho hàng đợi riêng biệt thì giảm xuống
2. Băng thông yêu cầu trong các giới hạng của SLA. Không có sự thay đổi nào được thực hiện và
(5.11)
3. trong trường hợp này nơi đây có đủ băng thông vượt mức thì băng thông cấp phát bằng . Hơn thế nữa lượng băng thông cấp phát là không thay đổi.
Băng thông mà không được cấp phát trong phần hai là được dùng cho cho tất cả các hàng đợi trong phần iii. Lượng băng thông cấp phát cho hàng đợi được tính như sau:
Sau cùng băng thông mới cấp phát cho mỗi hàng đợi cửa sổ truyền mới được gán. Kích thước của cửa sổ mới được tính trong (5.15) với là chu kỳ được tính từ công thức (5.14)
5.10 SLA aware Adaptive DBA
Thực hiện sự phân tích thuật toán cấu trúc của SBA và P-DBA để đi đến một phương thức khác nhau đối với vấn đề. Như được thấy trong thuật toán SBA lượng băng thông cố định được cấp phát đến một lớp lưu thông. Ngược lại, P-DBA phản ứng nhanh đối với các điều kiện thay đổi do vậy băng thông cấp phát chỉ dựa trên các bản báo cáo nhận được từ các ONU. Trong sự cố gắn nhằm kết hợp hai phương thức SBA và P-DBA thành một thì thuật toán A-DBA được thiết lập.
Để đạt được tính thực thi tốt nhất nó giả sử rằng lượng băng thông đánh dấu tuỳ thuộc vào chiều dài báo cáo của hàng đợi. Để cạnh tranh với mức hổ trợ QoS được đưa ra bởi SBA, thì lượng băng thông cho phép cực đại mà có thể gán cho hàng đợi là được đưa ra. Giá trị băng thông cho phép là vấn đề thảo thuận ngoại tuyến giữa khách hàng và nhà cung cấp mạng và được thiết lập trong SLA. Các thông số trong SLA được chọn trong một cách sao cho miễn là một nguồn đặc biệt
(5.13)
(5.15) (5.14)
truyền đi mà không có trễ cộng thêm vào. Nếu tài nguyên vượt quá giá trị cực đại cho phép thì các gói của nó sẽ được gởi tại tốc độ cực đại cho phép và phần dữ liệu còn lại sẽ được nằm trong bộ đệm cho đến khi tài nguyên giảm xuống và tốc độ của nó dưới mức giá trị cực đại hoặc là các nguồn tài nguyên khác không có dữ liệu được gửi.
Giống như trong mục trước, Qi,jn là chiều dài hàng đợi tính bằng Byte của hàng đợi thứ j ONU thứ i trong chu kỳ n. là số lượng của các byte được đánh dấu trong chu kỳ thứ n và là giá trị cực đại của các byte mà có thể gửi bởi một hàng đợi riêng biệt trong một chu kỳ. Thời gian chu kỳ đảm bảo tuỳ thuộc vào tổng lượng băng thông cấp phát đến các hàng đợi và được đưa ra ở (5.16). Thời không lớn hơn ,cái này được tính trong công thức (5.17):
Dựa trên các giá trị tính được từ việc xếp hàng, OLT tính toán các cửa sổ truyền mới theo công thức (5.19), với giống như các mục trước, là chiều dài của chu kỳ như được tính ở công thức (5.18).
5.11 Kết luận chương
Chương trên đã trình bày các thành phần trễ trong mạng truy nhập quang thụ động, đưa ra thuật toán “Interleaved Polling”, đưa ra các thuật toán phân phối băng thông theo: sự cấp phát cố định, theo sự thay đổi ngõ vào, theo sự ưu tiên của dịch vụ. Và để hiểu rõ về kết quả đó như thế nào thì chương tiếp theo sẽ trình bày về vấn đề đó.
(5.16) (5.17)
(5.19) (5.18)
CHƯƠNG6
GIAO DIỆN CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 6.1 Giới thiệu chương
Chương này đưa ra một phương thức phân phát băng thông theo nhu cầu của các hàng đợi về lượng byte được truyền dựa trên tính ưu tiên. Đồng thời xem xét qua các yếu tố ảnh hưởng đến trễ để đưa ra thuật tính toán trễ. Thuật toán và giao diện mô phỏng được viết dựa vào phần mềm Mathcad đồng thời kết hợp một số phần mềm chuyên dụng khác.
6.2 Giao diện chính của chương trình mô phỏng
Giao diện thể hiện toàn 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 mô phỏng quá trình truyền dữ liệu từ OLT đến cácONU (hướng xuống) ONU (hướng xuống)
Hình 1 mô hình hoá quá 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 hoá mô hình bằng ba ONU.
6.4 Giao diện mô phỏng quá trình truyền dữ liệu từ các ONU đến OLT(hướng lên) (hướng lên)
Đây là mô 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 mô hình này ta cũng chỉ thực hiện với ba ONU.
6.5 Cấp phát băng thông truyền tải theo tỷ lệ lượng bytes có trong hàng đợicho từng ONU 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
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.