Trong phần này xét mạng truy cập gồm 1 OLT và N ONU được kết nối sử dụng mạng thụ động như ở Hình 5.1 . Mỗi ONU được ấn định một trễ truyền xuống từ OLT đến ONU và trể truyền lên từ ONU đến OLT. Trong khi với mô hình cây, cả trễ hướng lên và trễ hướng xuống là như nhau thì mô hình vòng hai trễ đó khác nhau. Một cách mô hình, ta giả thiết các độ trễ độc lập nhau và chọn tùy ý trong khoảng 50µs ÷ 100µs. Những giá trị này tương đương với khoảng cách giữa OLT và ONU trong khoảng từ 10 ÷ 20 km
Từ phía truy cập, lưu lượng có thể đến ONU từ một người dùng đơn hoặc từ một cổng của mạng LAN chẳng hạn như lưu lượng có thể được tập hợp từ một số người dùng. Khung Ethernet sẽ được đệm vào ONU cho đến khi ONU được phép truyền đi. Tốc độ truyền của mạng PON và kết nối truy cập của người dùng không nhất thiết phải giống nhau. Trong mô hình của chúng ta, chúng ta gọi Rn với thứ nguyên Mbps là tốc độ dữ liệu mạng ở hướng lên từ ONU đến OLT. Chúng ta đề cập ở đây là nếu Rn ≥N×Ru thì vấn đề phân bổ băng thông là không tồn tại khi khả năng cung cấp băng thông của hệ thống cao hơn tổng lưu lượng tải tất cả các ONU. Trong mô hình này, chúng ta xét hệ thống với N = 16 và Ru và Rn lần lượt là 100Mbps và 1000Mbps.
Hình 5.1: Mô hình mạng truy nhập quang thụ động Ethernet-EPON
Một tập hợp N khe thời gian cùng với khoảng bảo vệ kết hợp của nó được gọi là chu kỳ. Nói một cách khác, một chu kỳ là một khoảng thời gian giữa hai khe thời gian liên tiếp được ấn định đến một ONU. Chúng ta ký hiệu chu kỳ là T. Nếu T quá lớn sẽ làm tăng độ trễ cho tất cả các gói tin kể cả các gói tin có quyền ưu tiên cao. Nếu T quá nhỏ thì thời gian bảo vệ làm lãng phí băng thông.
Để đạt được một sự phân tích chính xác và thực tế về chất lượng, điều quan trọng là mô tả hành vi của hệ thống với lưu lượng thích hợp được xen vào hệ thống. Để phát lưu lượng, chúng ta sử dụng phương thức sau: kết quả lưu lượng là tập hợp của nhiều luồng, mỗi luồng gồm khoảng thời gian ON/OF được phân bố luân phiên nhau.
Hình 5.2 minh họa phương thức mà lưu lượng được phát trong từng ONU. Trong thời kỳ ON, mỗi nguồn phát các gói back to back với một khoảng trống giữa các khung là 96 bit và 64 bit mào đầu ở giữa. Mỗi nguồn được ấn định một giá trị ưu tiên đặc biệt cho tất cả các gói của nó. Các gói được phát bởi n nguồn và được ghép vào một đường đơn nhưng mà các gói từ các nguồn khác nhau không gối lên
nhau. Sau đó những gói này được chuyển đến từng hàng đợi riêng dựa trên ấn định ưu tiên của nó và những hàng đợi này được phục vụ theo thứ tự ưu tiên của nó.
Hình 5.2: Phương thức phát lưu lượng trong ONU 5.2 Thuật toán Interleaved Polling
Thuật toán Interleaved Polling là thuật toán kiểm soát vòng với chu kỳ thời gian phù hợp là phương pháp phân bổ băng tần hiệu quả phổ biến với chi phí thấp. Trong phương pháp này OLT thăm dò ONU gán băng thông tùy theo nhu cầu của nó, OLT phân phối băng thông mà không cần thông báo cho ONU biết. OLT gán yêu cầu cho ONU dựa vào chu kỳ kiểm soát vòng đứng trước , đó là lý do tại sao các gói tới sau bị trễ ít nhất một chu kỳ kiểm soát vòng kế tiếp. Chu kỳ vòng điều chỉnh các yêu cầu băng thông của ONU và định nghĩa cửa sổ truyền dẫn tối đa cho phép ONU với lưu lượng cao không chiếm giữ toàn bộ băng thông.
Trong phần này, xem xét tổng quan thuật toán được đề xuất. Để đơn giản, sẽ xét hệ thống với 3 ONU.
.Tại một lúc nào đó của thời gian đến, OLT biết chính xác có bao nhiêu byte đang chờ đợi trong từng bộ đệm của ONU và thời gian round trip RTT của từng ONU. OLT sẽ lưu dữ liệu này vào bảng dò được thể hiện trong Hình 5.3. Tại lúc đến, OLT gởi một bản tin điều khiển đến ONU1 cho phép nó gửi 6000byte. Bản tin
này là Grant. Khi đó, hướng xuống OLT gởi dữ liệu đến tất cả các ONU, Grant chứa ID đích của của ONU cũng như kích thước cửa sổ được chấp nhận.
Vào lúc đang nhận Grant OLT, ONU1 bắt đầu gởi dữ liệu của nó theo kích thước được cấp. Trong ví dụ này, ta có 6000 byte. Cùng lúc đó ONU ghi dữ liệu mới nhận được từ người dùng của nó. Ở cuối cửa sổ truyền của nó, ONU1 sẽ phát bản tin điều khiển của chính nó. Bản tin này báo cho OLT biết được số lượng byte trong bộ đệm của ONU1 vào lúc đó. Trong trường hợp này là 550 byte.
Ngay trước khi OLT nhận trả lời từ ONU1, nó biết khi nào bit cuối cùng của ONU1 sẽ đến. Điều này được OLT tính toán như sau:
Bit đầu tiên sẽ đến ngay sau RTT time. RTT trong tính toán của chúng ta bao gồm RTT thực tế, thời gian xử lý Grant, thời gian phát Request và mào đầu của OLT để định dạng sự xếp hàng của bit và byte trong dữ liệu nhận được, chính xác là khoảng thời gian giữa lúc gởi Grant đến ONU và nhận dữ liệu từ cùng ONU.
a. Khi mà OLT biết bao nhiêu byte mà nó cho phép ONU1 gởi thì nó biết khi nào bit cuối cùng từ ONU1 sẽ đến. Sau đó nhận biết được RTT của ONU2, OLT sẽ sắp xếp 1 Grant đến ONU2 mà bit đầu tiên từ ONU2 sẽ đến với khoảng bảo vệ nhỏ sau khi bit cuối cùng từ ONU1 đến, thể hiện ở Hình 5.3b.
Hình 5.3: Các bước của thuật toán Interleaved Polling
gian xử lý bản tin điều khiển của các ONU khác nhau. Ngoài ra, bộ thu của OLT cần một ít thời gian để sửa lại tín hiệu đến vì các ONU có các mức năng lượng khác nhau do có khoảng cách đến OLT là khác nhau.
Sau một lúc, dữ liệu từ ONU1 đến. Ở cuối đường truyền của ONU1 có một Request mới chứa thông tin về khối lượng byte trong bộ đệm của ONU1 trước khi truyền Request. OLT sẽ sử dụng thông tin này để cập nhật vào bảng dò Polling table như trong Hình 5.3c.
Bằng cách ghi lại thời gian khi mà Grant gởi đi và dữ liệu được nhận về, OLT liên tục cập nhật RTT cho các ONU tương ứng. Tượng tự như trên OLT tính toán thời gian mà bit cuối cùng từ ONU2 sẽ đến. Do đó, nó sẽ biết khi nào gởi Grant đến ONU3 vì vậy dữ liệu của nó được nối vào phần cuối dữ liệu của ONU2. Sau một lúc, dữ liệu từ ONU2 sẽ đến. OLT sẽ cập nhật một lần nữa vào bảng của nó, thời gian này được lưu vào cho ONU2 như Hình 5.3d.
Nếu một ONU không có dữ liệu trong bộ đệm, nó sẽ gởi 0 byte trở lại OLT. Do đó, ở chu kỳ tiếp theo ONU sẽ được cấp 0 byte, chẳng hạn nó sẽ gởi một yêu cầu mới nhưng không có dữ liệu.
Kênh thu của OLT được sử dụng hầu hết 100%. Các ONU trống không được cấp cửa sổ truyền. Điều này dẫn tới chu kỳ thời gian được rút ngắn, nên tần số dò các ONU tích cực thường xuyên hơn.
Như vậy, theo sự mô tả trên thì không cần đồng bộ cho các ONU. Mỗi ONU thực hiện cùng một thủ tục thông qua bản tin Grant nhận từ OLT. Toàn bộ sự sắp xếp và thuật toán định vị băng thông là ở tại OLT. Các ONU không cần dàn xếp hoặc nhận biết các thông số mới cũng không cần chuyển sang các thiết lập đồng hồ mới.
Nếu như OLT cho phép từng ONU gởi toàn bộ nội dung bộ đệm của nó trong một lần truyền thì dung lượng dữ liệu cao của các ONU có thể chiếm toàn bộ băng thông. Để tránh điều này, OLT sẽ giới hạn cửa sổ truyền tối đa. Vì vậy, mỗi ONU sẽ thiết lập một Grant để gởi càng nhiều byte mà nó đã yêu cầu trong chu kỳ trước nhưng không nhiều hơn giới hạn cực đại. Có nhiều sơ đồ khác nhau để xác
định giới hạn, có thể là cố định dựa trên SLA-Service Level Agreement cho từng ONU hoặc là động dựa trên tải mạng trung bình. Phần tiếp theo chúng ta sẽ xem xét vấn đề này.