HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG

Vũ Trọng Biên

ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG GIẢI PHÁP CẤP PHÁT BĂNG
THÔNG DỰA TRÊN LÝ THUYẾT TRÒ CHƠI CHO HỆ
THỐNG XG-PON
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Viễn Thơng
Mã số: 8.52.02.08

TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ
( Theo định hướng ứng dụng)

Hà Nội - 2022


Luận văn được hồn thành tại:
HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. LÊ HẢI CHÂU
Phản biện 1: TS. Phạm Xuân Nghĩa

Phản biện 2: TS. Ngô Đức Thiện

Luận văn này được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học
viện Công nghệ Bưu chính Viễn thơng
Vào lúc:

Ngày 15 tháng 01 năm 2022

Có thể tìm hiểu luận văn này tại:

Thư viện của Học viện Cơng nghệ Bưu chính Viễn thơng


1

MỞ ĐẦU
Hiện nay, các mạng quang thụ động thế hệ mới (NG-PON) được nổi lên như một công
nghệ đầy triển vọng để cung cấp các dịch vụ đòi hỏi băng thông trong các mạng truy cập hiện
tại. Chuẩn mạng quang thụ động XG - PON đã được đề xuất như một cơng nghệ mạnh mẽ,
có khả năng hỗ trợ 10 Gbps đường xuống và 2,5 Gbps đường lên [1]. Tuy nhiên, để tận dụng
triệt để băng thông khổng lồ như vậy, cần có một thuật tốn phân bố băng thơng hiệu quả và
công bằng đối với tất cả các thực thể mạng. Nhiều kĩ thuật và đề án đã được trình bày trong
vài năm qua nhằm cung cấp sự phân bổ băng thơng hợp lí trong các hệ thống PON và NGPON. Tuy nhiên, đại đa số các kỹ thuật này đều dựa trên chuẩn đoán. Thuật toán cấp phát
băng thơng động dựa theo lí thuyết trị chơi (PAS) được phát triển nhằm giải quyết vấn đề
phân phối băng thông nhằm đảm bảo công bằng giữa các đơn vị mạng (ONU) trong hệ thống
XG – PON. Thuật tốn có thể áp dụng việc phân phối băng thông cân bằng giữa các ONU
được kết nối nhằm đảm bảo sự phù hợp cũng như cơ hội truyền tải công bằng giữa các thực
thể mạng theo đường lên.
Do vậy, với mục tiêu nghiên cứu, tìm hiểu và nắm bắt cơng nghệ truy nhập quang thụ
động thế hệ kế tiếp NG-PON 10 Gbps, nội dung luận văn tập trung nghiên cứu, khảo sát và
đánh giá hiệu năng giải pháp cấp phát băng thông động dựa trên lý thuyết trò chơi cho
hệ thống XG-PON.
Bố cục nội dung luận văn gồm 3 chương được trình bày như sau:
Chương 1: Tổng quan về công nghệ truy nhập quang thụ động 10 Gigabit/s (XG-PON)
giới thiếu về công nghệ GPON, quá trình chuyển đổi từ GPON lên XG-PON.
Chương 2: Giải pháp cấp phát băng thông động PAS cho hệ thống XG – PON.
Chương 3: Mô phỏng và đánh giá hiệu năng cơ chế cấp phát băng thông động PAS.


2


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUY NHẬP
QUANG THỤ ĐỘNG 10 GIGABIT/S (XG -PON)
1.1 Tổng quan về công nghệ quang thụ động thế hệ kế tiếp XG - PON
1.1.1 XG-PON là gì
XG - PON là mạng quang thụ động tốc độ 10 Gbps được phát triển và chuẩn hóa từ
mạng quang thụ động tốc độ Gbps – PON có tốc độ đường lên và đường xuống tương ứng là
1,25 và 2,5 Gbps (theo khuyến nghị ITU – T G.984).

1.1.2. Q trình tiến hóa từ GPON sang XGPON

Hình 1.1. Q trình xây dựng các tiêu chuẩn tiến hóa từ GPON sang XG- PON.

1.2. Kiến trúc và các thành phần của hệ thống truy nhập quang thụ động XGPON
1.2.1 Mơ hình tổng quan
Về tổng quan, một mạng quang thụ động bao gồm 3 thành phần chính: thiết bị đầu cuối
đường quang (OLT), các đơn vị mạng quang (ONU) và mạng phân phối quang (ODN) được
mơ tả như trong hình 1.2.


3

Hình 1.2. Các thành phần chính trong mạng quang thụ động.

1.2.2 Mơ hình tham chiếu chi tiết
Tầng hội tụ truyền dẫn XG – PON lại bao gồm 3 phân tầng:


Phân tầng thích ứng dịch vụ;




Phân tầng định khung;



Phân tầng thích ứng tầng vật lí.

Hình 1.1. Mơ hình kiến trúc phân tầng XG – PON.


4

1.3 Ứng dụng của các hệ thống truy nhập quang thụ động
Với ưu điểm dễ triển khai, chi phí đầu tư mạng ODN thấp hơn rất nhiều so với chi phí
đầu tư ODN mạng AON, mạng PON đang được triển khai rộng rãi trong nhiều ứng dụng.
Dưới đây trình bày một số ứng dụng phổ biến của mạng truy nhập quang thụ động PON.

1.3.1 Ứng dụng cung cấp FTTH, FTTC
1.3.2 Mạng LAN dùng công nghệ PON
1.3.3 Ứng dụng mạng PON trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp
1.4 Kết luận chương 1


5

CHƯƠNG 2: GIẢI PHÁP CẤP PHÁT BĂNG THÔNG ĐỘNG PAS
CHO HỆ THỐNG XG – PON
2.1 Giới thiệu chung
2.2 Nguyên lý cấp phát băng thông động trong mạng quang thụ động

2.2.1. Giới thiệu chung

Hình 2.1 Truyền hướng lên khơng có Ranging (sắp xếp gói tin)

Hình 2.2 Truyền hướng lên khi có Ranging (sắp xếp gói tin)


6

Hình 2.3 Ngun lý cấp phát băng thơng động BDA

2.2.2. Thỏa thuận mức độ dịch vụ
Thỏa thuận giữa nhà cung cấp dịch vụ và người dùng đầu cuối được gọi là thỏa thuận
mức độ dịch vụ (SLA).

Hình 2.4. Phân bổ băng thơng dựa theo loại hình dịch vụ

2.2.3. Cơ chế cấp phát băng thơng động DBA
Giải thuật DBA có thể được thực hiện theo một trong hai cơ chế chính: báo cáo trạng
thái (SR) và không báo cáo trạng thái (NSR).

a) Cơ chế không báo cáo trạng thái
b) Cơ chế báo cáo trạng thái
2.3 Một số thuật toán cấp phát băng thơng động
2.3.1. Thuật tốn phân bổ băng thơng động nhỏ nhất
a) Cơ sở thuật toán
Trong phần lớn các thuật toán DBA, lưu lượng được phân loại theo các mức độ ưu tiên
cao, trung bình và thấp truy cập vào mạng để tùy theo tính cấp thiết về thời gian. .

b) Thuật toán

Giả sử OLT được thiết kế để cung cấp cho các ONU n mức, với phân bổ khe thời gian
truyền cho mỗi người dùng là được phân bổ băng thông cho mỗi ONU tùy theo SLA. Để cung
𝑡
cấp nhiều SLA khác nhau, ngồi 𝐵𝑚𝑖𝑛
, cịn có 2 thơng số khác với biểu thức phụ thuộc:
𝑡
𝑡
𝐵𝑚𝑖𝑛
=𝐵𝑏𝑎𝑠𝑖𝑐 + 𝐵𝑒𝑥𝑡𝑟𝑎

Trong đó:

(2.1)


7

𝑡
𝐵𝑚𝑖𝑛
: Băng thông bảo đảm nhỏ nhất,

𝐵𝑏𝑎𝑠𝑖𝑐 : Băng thông cơ bản,
𝑡
𝐵𝑒𝑥𝑡𝑟𝑎
: Băng thông đảm bảo phụ,

t : Ký hiệu mức dịch vụ.
Trong công thức trên, 𝐵𝑏𝑎𝑠𝑖𝑐 định nghĩa băng thông khả dụng cố định cho mọi ONU
𝑡
độc lập với mức dịch vụ. Cịn 𝐵𝑒𝑥𝑡𝑟𝑎

được xác định theo cơng thức sau:
𝑡
𝐵𝑒𝑥𝑡𝑟𝑎
=(𝐵𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 - k × 𝐵𝑏𝑎𝑠𝑖𝑐 ) ∑𝑛

𝑊𝑡

𝑡=1 𝑊𝑡 𝑁𝑡

(2.2)

Trong đó:
k : Số ONU trong cơ chế SR-DBA,
𝐵𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 : Tổng băng thông mạng,
𝑁𝑡 : Số người dùng ONU ứng với dịch vụ t,
𝑊𝑡 : là ưu tiên truy cập mạng cũng là số khe thời gian chiếm giữ trong vòng bầu chọn.

Xác suất chỉ ra rằng trong mỗi vòng lặp chỉ phần nhỏ ONU dùng tồn bộ băng thơng
đảm bảo nhỏ nhất, phần tiếp theo của thuật toán so với DBA sẽ phân bổ cân xứng giữa băng
thông chưa được dùng cho ONU theo u cầu như đã tính tốn trước đó. Bởi vậy:
𝐵𝑖

𝑖
𝐵𝑒𝑥_𝑎𝑠𝑠𝑖𝑔𝑛𝑒𝑑
= ∑ 𝐵𝑢𝑛𝑢𝑠𝑒𝑑 × ∑ 𝑒𝑥_𝑟𝑒𝑞𝑢𝑖𝑟𝑒𝑑
𝑖

𝐵𝑒𝑥_𝑟𝑒𝑞𝑢𝑖𝑟𝑒𝑑

(2.3)


Trong đó:
𝑖
𝐵𝑒𝑥_𝑎𝑠𝑠𝑖𝑔𝑛𝑒𝑑
: Băng thông phân bổ thêm,
𝑖
𝐵𝑒𝑥_𝑟𝑒𝑞𝑢𝑖𝑟𝑒𝑑
: Băng thông yêu cầu.

Băng thông chưa được dùng cho 𝑂𝑁𝑈𝑖 từ giai đoạn 1 có thể tính tốn bằng cách trừ
chiều dài hàng đợi tương ứng 𝑄𝑖 cho băng thông yêu cầu, từ tổng băng thông đảm bảo nhỏ
nhất.


8

𝑡
Tóm lại, băng thơng được phân bổ lớn nhất 𝐵max _𝑎𝑙𝑙𝑜𝑐𝑎𝑡𝑒𝑑 cho 𝑂𝑁𝑈𝑖 sẽ bằng tổng 𝐵𝑚𝑖𝑛
𝑖
ở giai đoạn một và ở 𝐵𝑒𝑥_𝑎𝑠𝑠𝑖𝑔𝑛𝑒𝑑
giai đoạn hai. Mặt khác, khi 𝑂𝑁𝑈𝑖 yêu cầu băng thơng nhỏ

hơn tổng, 𝐵max _𝑎𝑙𝑙𝑜𝑐𝑎𝑡𝑒𝑑 , nó được coi là tương ứng với 𝑄𝑖 :
𝑖
𝐵max
_𝑎𝑙𝑙𝑜𝑐𝑎𝑡𝑒𝑑 = min (

𝑡
𝑖
𝐵𝑚𝑖𝑛

𝐵𝑒𝑥_𝑎𝑠𝑠𝑖𝑔𝑛𝑒𝑑
)
𝑄𝑖

(2.4)

Trong đó:
𝐵max _𝑎𝑙𝑙𝑜𝑐𝑎𝑡𝑒𝑑 : Băng thơng được phân bổ lớn nhất,
𝑄𝑖 : chiều dài hàng đợi.

2.3.2 Thuật toán Bi-Partitional
a) Cơ sở của thuật tốn
GPON cung cấp truyền tải Bi-partitional, đó là cấu trúc điểm-đa điểm (P2P-Point-toMultiPoint) của luồng xuống từ OLT tới ONU và đa điểm-điểm (MP2P-MultiPoint-to-Point)
trong luồng lên từ ONU tới OLT

Hình 2.5. Kỹ thuật phân bổ băng thơng đường lên theo B-DBA.

b) Thuật tốn
Mục đích của bi-partitional là phát triển kỹ thuật DBA, gọi tắt là B-DBA. Để cung cấp
QoS khác, cần thiết chia dữ liệu truyền tải ra làm hai nhóm, xét mỗi nhóm theo những cách
khác nhau tùy theo u cầu riêng. Bởi vì hai nhóm phân bổ 2 lần khoảng thời gian bảo vệ để
truyền dữ liệu giữa các ONU khác nhau trong một vòng lặp. Băng thơng hữu dụng cho luồng
lên trong một vịng lặp là Ball :


9

Ball = S x (Tmax - 2 x n x G)

(2.5)


Trong đó:
Ball : Băng thơng hữu dụng hướng lên (upstream),
n : Số ONU,
S : dung lượng link của OLT,
Tmax : Thời gian lớn nhất của vòng lặp,
G : Thời gian bảo vệ,
Bimin : Băng thông bảo đảm nhỏ nhất cho ONUi :

Bimin = Ball x Wt, Wt = 1/N

(2.6)

Wi : Số khe thời gian chiếm giữ trong vòng bầu chọn của ONUi.
Giả sử rằng Wi cùng giá trị ở các ONUi. Phân bổ cùng giá trị băng thông nhỏ nhất cho
mỗi ONU có thể thiết lập được bảo đảm QoS cho lưu lượng ưu tiên cao trong nhóm đầu. Ta
có :

Aig,n1  CiT,n1  CiT,n2 và Aig,n2  CiT,n3  CiT,n4

(2.7)

Trong đó :
Aig,n1 , Aig,n2 : Tổng băng thơng phân bổ cho nhóm đầu và nhóm hai,
CiT,n1 , CiT,n2 : là băng thông phân bổ cho T-CONT 1 và T-CONT 2 của ONUi trong nhóm

thứ hai của vịng lặp n-1,
CiT,n3 , CiT,n4 : là băng thông được phân bổ cho T-CONT 3 và T-CONT 4 của ONUi ở trong

nhóm thứ 1 trong vòng lặp n tương ứng.

Tiếp theo, tổng băng thơng phân bổ cho nhóm đầu Aig,n1 và nhóm 2 Aig,n2 của C ở vịng
lặp n+1 được tính tốn. Lưu lượng T-CONT 1 với băng thông luồng lên cố định CiT,n1 không
cần gửi bản tin báo cáo. T-CONT 2 được phân bổ băng thơng với giải thuật dự đốn để tính
tốn băng thơng luồng lên. Kỹ thuật dự đốn băng thông của lưu lượng T-CONT 2 là so sánh
sự sai khác của yêu cầu cửa sổ truyền ở vòng lặp hiện tại và giá trị trung bình yêu cầu cửa sổ
truyền trước đó:
Pi ,index
 RiT,n2  H iT 2
n

Trong đó
là chỉ số dự đoán hiện tại ứng T-CONT 2 của ONUi,
Pi ,index
n

(2.8)


10

RiT,n2 là yêu cầu của T-CONT 2 trong vòng lặp n,
H iT 2 là giá trị băng thông yêu cầu trung bình của T-CONT 2 ứng với ONU.

Nếu Pi ,index
> 0, yêu cầu ứng với T-CONT 2 của ONUi tăng và B-DBA cập nhật nó vào
n
băng thơng u cầu, cịn khơng giá trị này khơng có giá trị. Sau đó, yêu cầu băng thông được
min
phân bổ cho T-CONT 2 với băng thông lớn nhất ( Bi - CiT,n11 ) trong vịng lặp n+1, CiT,n21


được tính tốn như sau :
 RiT,n2
 min
 Bi
CiT,n21   T 2
index
 Ri ,n  Pi ,n
 min
 Bi

Pi ,index
 0, RiT,n2  Bimin
n
Pi ,index
 0, RiT,n2  Bimin
n
Pi ,index
 0, RiT,n2  Pi ,index
< Bimin
n
n
Pi ,index
 0,
n

(2.9)

RiT,n2  Pi ,index
> Bimin
n


Nếu tổng băng thông được phân bổ của ONUi trong nhóm đầu ở vịng lặp n+1 ít hơn
min
băng thơng phân bổ nhỏ nhất, Bi , băng thông chưa sử dụng dư thừa, sẽ được phục hồi và

phân bổ cho nhóm thứ hai của vịng lặp n+ 1.
N

Bnrecycle
  ( Bimin  Aig,n11 ), Bimin  Aig,n11
1

(2.10)

i 1

Aig,n11 : Tổng băng thông được phân bổ cho nhóm 1 ở vịng lặp n+,

: Băng thơng chưa sử dụng dư thừa.
Bnrecycle
1
min
Với Aig,n21 của ONUi trong nhóm đầu ở vòng lặp n+1, nếu Aig,n11 + Rig,n21 ≤ Bi sau đó

tổng băng thơng được phân bổ cho nhóm thứ hai của ONUi Aig,n21 ngang bằng với Rig,n21 , khi
Rig,n21 là bản tin báo cáo của nhóm đầu của ONUi cho T-CONT 3 và T-CONT 4 trong vòng
min

lặp n+1, còn nếu Aig,n11 + Rig,n21 > Bi


, ONUi có thể có băng thông phụ dựa vào yêu cầu băng

recycle
thông phụ của ONUi, nếu Bn 1 Băng thông phụ thêm phân bổ ONUi ở vịng lặp n+1,

Biex,n 1

có thể được tính tốn.
ex
i , n 1

B

B

recycle
n 1

X

Bire,n 1
Bnre1

(2.11)

re
Với Bi ,n 1 : là băng thông yêu cầu phụ của ONUi,

Bnre1 là tổng băng thông yêu cầu phụ thêm của tất cả ONU trong vòng lặp n+1:



11

N

re
n 1

B

  (Aig,n11  Rig,n21  Bimin ) nếu Aig,n11  Rig,n21  Bimin

(2.12)

i 1

Sau đó, tổng băng thơng được phân bổ cho nhóm thứ hai Aig,n21 cho ONUi tương đương
với

Biex,n 1 .
T3
T 3_ asured
 CiT,n3_1non _ asured ) được phân bổ băng thông chắc chắn
Từ T-CONT 3 Ci ,n1  (Ci ,n1

T 3_ asured
T 3_ nonasured
nhỏ nhất Ci ,n 1
và băng thông không chắc chắn Ci ,n1
băng thông chắc chắn nhỏ


nhất sẽ được bảo đảm đầu sau đó phân bổ đều băng thông không chắc chắn và T-CONT 4

CiT,n41 trong vịng lặp n+1, nếu băng thơng dư thừa khả dụng.
T 3_ asured
Nếu băng thông chắc chắn nhỏ nhất của T-CONT 3 Ci ,n 1
của ONUi tốt hơn băng
g2
thông được phân bổ trong nhóm hai ở cịng lặp n+1, Ai ,n 1 , sau đó CiT,n3_1asured =

Aig,n21 , mặt

recycle
khác băng thơng chưa sử dụng cịn lại Bn 1 sẽ phục hồi và phân bổ cho băng thông không
T 3_ non _ asured
T4
chắc chắn Ci ,n1
và Ci ,n 1 được phân bổ cho băng thông không chắc chắn của T-CONT
T3
g2
3 và T-CONT 4, chúng bị hạn chế bởi Ci ,n 1 < Ai ,n 1 .

T 3_ non _ asured
i , n 1

C

C

T4

i , n 1



Aig,n21  CiT,n3_1asured
2

(2.13)

CiT,n3_1non _ asured : Băng thông không chắc chắn nhỏ nhất của T-CONT 3 ứng với ONUi
ở vịng lặp n+1,

CiT,n3_1asured : Băng thơng chắc chắn của T-CONT 3 ONUi ở vòng lặp n+1.
2.3.3. Thuật toán lập lịch Round – Robin
a) Cơ sở thuật toán
b) Thuật toán


12

Bắt đầu

Tổng hợp các yêu cầu câp phát
băng thông từ các ONU

Tính tốn băng thơng nhỏ nhất
được u cầu

Cấp phát băng thông tới các ONU
với lượng là băng thông nhỏ nhất


Tính tốn lại băng thơng nhỏ nhất
được u cầu sau khi vịng cấp phát
đầu tiên

Đúng
Kiểm tra xem băng thơng u
cầu > 0 ?

Sai

Kết thúc

Hình 2.6. Lưu đồ thuật tốn Round – Robin.

2.4 Kỹ thuật cấp phát băng thông động dựa trên lý thuyết trị chơi PAS
2.4.1. Giới thiệu về lí thuyết trị chơi
2.4.2. Cân bằng Nash trong lí thuyết trị chơi
Cân bằng Nash là một định lý trong lý thuyết trị chơi - một nhánh của tốn học ứng
dụng. Định lý này được đặt tên theo John Forbes Nash, do ông là người đã đề xướng ra lý


13

thuyết trị chơi. Nó được dùng để nghiên cứu các chiến thuật sao cho các sự lựa chọn là tối
ưu.

2.4.3. Trị chơi cấp phát băng thơng trong XG – PON
Phần này sẽ mô tả việc phân bổ băng thông công bằng do “trò chơi” đề xuất cho các
hệ thống XG – PON. Đầu tiên, vai trò điều phối tài nguyên cũng như phân bổ băng thơng

trong trị chơi này là của OLT. Tập hợp Alloc-ID yêu cầu cấp thêm băng thơng (N) được ví
như những người chơi. Để đơn giản, chúng ta giả định rằng mỗi Alloc-ID tương ứng với một
ONU duy nhất. Chiến lược của mỗi người chơi là yêu cầu cấp phát băng thông, tức là giá trị
của trường BufOcc chứa trong XGTC burst theo đường lên. OLT sẽ nhận tất cả các yêu cầu
băng thông và tiến hành xây dựng lại cơ chế phân bổ băng thông.

2.5 Kết luận chương 2


14

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CƠ CHẾ
CẤP PHÁT BĂNG THƠNG ĐỘNG PAS
3.1 Giới thiệu chung

Hình 3.2. Mơ hình mạng XG-GPON mơ phỏng.

3.2 Mơ phỏng cơ chế cấp phát băng thông động PAS cho XG-PON
3.2.1 Công cụ mơ phỏng
3.2.2. Chương trình mơ phỏng cấp phát băng thơng động PAS
Mục tiêu chính của chương trình là mơ phỏng lại quá trình giao tiếp giữa OLT và các
ONU để đưa ra các đánh giá liên quan đến DBA.

Hình 3.3. Mơ hình tổng quan các q trình của chương trình mô phỏng.


15

OLT


ONUi

Khối cấp phát băng
thông động
Gửi yêu cầu cấp băng thông
Cấp phát băng thông
đảm bảo

Bộ tạo lưu lượng

Cấp băng thông đảm bảo

Gửi yêu cầu cấp thêm băng thông
(nếu băng thông đảm bảo không đủ)
Cấp phát băng thông
không đảm bảo

ONU với dịch vụ
Video

ONU với dịch vụ
xử lí dữ liệu

Cấp băng thơng khơng đảm bảo
ONU với dịch vụ
sử dụng giọng nói

Hình 3.4. Mơ hình hệ thống cho việc cấp phát băng thơng.

3.2.3. Tham số mơ phỏng

Bảng 3.1. Tham số mơ phỏng chính.

Tham số
Số lượng các ONU
Băng thông cố định (𝑅𝑓)
Băng thông đảm bảo (𝑅𝛼)
Traffic
Kích thước gói tin
Tốc độ đường lên
Tốc độ đường xuống
Khoảng cách trung bình từ OLT đến ONU
Khoảng thời gian bảo vệ

Giá trị
4, 8, 12, 16, 20, 24, 28, 32
250 byte
500 byte
CBR / VBR
1518 byte
2,5 Gbps
10 Gbps
20 km – 80 km
0,2572 𝜇𝑠

Trong các kết quả đánh giá, ngồi thơng lượng (goodput – lượng thơng tin hữu ích
được phân phối đến đích trong một đơn vị thời gian, không bao gồm các bít mào đầu giao
thức và các gói truyền lại), các kết quả tính tốn và khảo sát cũng đánh giá theo sự cơng bằng
trong q trình cấp phát băng thơng động.
Để đánh giá sự công bằng, phần này áp dụng chỉ số đánh giá công bằng theo công
thức của Jain theo hai hướng tiếp cận:

a) Chỉ số cân bằng tải và,


16

b) Chỉ số cân bằng độ trễ.
Chỉ số cân bằng tải biểu thị mức độ phân phối băng thông phù hợp với lưu lượng truy
cập được phân bố mà mỗi ONU nhận được. Chỉ số cân bằng tải được định nghĩa như sau:

Tham số li biểu thị phần băng thông nhận được bởi i ONU chia cho tổng băng thông
phân bố cho tất cả các ONU. Ví dụ, trong hệ thống XG – PON với ba ONUs, cho rằng ONU
đầu tiên nhận được 1400 byte, ONU thứ hai nhận được 1800 byte và ONU thứ ba nhận được
1100 byte, tổng băng thông được phép cấp cho tất cả các ONU là 3800 byte. Do đó, l1 =
l2 =

1800
3800

, l3=

1100
3800

1400
3800

,

, suy ra J(l1, l2, l3) = 0,9615 giá trị tối ưu của chỉ số cân bằng tải là 1.


Mặt khác, chỉ số cân bằng độ trễ biểu thị sự phân bố băng thông tùy thuộc vào độ trễ
đo được trong mỗi ONU. Chỉ số này được định nghĩa như sau:

Trong đó tham số ai biểu thị độ trễ của từng ONU chia cho độ trễ trung bình của tất cả
các ONU trong mạng. Tương tự như chỉ số cân bằng tải, giá trị tối ưu của chỉ số cân bằng độ
trễ là 1.

3.3 Khảo sát và đánh giá hiệu năng hệ thống
3.3.1. Thơng lượng
Hình 3.5 và 3.6 thể hiện thơng lượng của hệ thống XG-PON trong hai cơ chế cấp pháp
băng thông động được so sánh là PAS và cơ chế mặc định thông thường trong điều kiện lưu
lượng tốc độ bit biến thiên và lưu lượng tốc độ bít cố định. Kết quả cho thấy thông lượng
được tăng lên khi số lượng các ONU tăng. Tuy nhiên bắt đầu từ điểm bão hịa là 24 ONU, lại
có sự khác biệt giữa PAS và cơ chế mặc định. Lúc này lưu lượng của cả hệ thống đã bắt đầu
trở nên ổn định, tuy nhiên khi áp dụng cơ chế PAS lưu lượng đạt được luôn cao hơn so với
khi sử dụng cơ chế mặc định. Điều này càng làm nổi bật lên sự nổi trội của cơ chế PAS. Bên
cạnh đó, kết quả cũng cho thấy hiệu năng của PAS càng vượt trội với trường hợp lưu lượng
tốc độ bít cố định.


17

Để làm rõ ảnh hưởng của khoảng cách trung bình từ ONU đến OLT lên hiệu năng của
hệ thống, thông lượng của hệ thống cũng được đánh giá với khoảng cách trung bình là 40 km
và 80 km và thể hiện trên các Hình 3.7 và 3.8. Kết quả thể hiện cho thấy, độ chênh lệch về
hiệu năng của giải pháp PAS so với giải pháp mặc định càng được nhấn mạnh với khoảng
cách lớn hơn. Đó là vì sai khác độ trễ càng lớn thì hiệu quả đạt được khi phân đều càng giảm.

Hình 3.5. Thơng lượng hệ thống theo số lượng ONU với khoảng cách trung bình giữa ONU và
OLT là 60 km và lưu lượng tốc độ bit biến thiên.



18

Hình 3.6. Thơng lượng hệ thống theo số lượng ONU với khoảng cách trung bình giữa ONU và
OLT là 60 km và lưu lượng tốc độ bit cố định.

Hình 3.7. Thông lượng hệ thống theo số lượng ONU với khoảng cách trung bình giữa ONU và
OLT là 40 km và lưu lượng tốc độ bit biến thiên.

Hình 3.8. Thơng lượng hệ thống theo số lượng ONU với khoảng cách trung bình giữa ONU và
OLT là 80 km và lưu lượng tốc độ bit biến thiên.


19

3.3.2. Độ trễ gói trung bình

Hình 3.9. Độ trễ gói trung bình theo số lượng ONU với khoảng cách trung bình giữa ONU và
OLT là 20 km và lưu lượng tốc độ bit biến thiên.

Hình 3.10. Độ trễ gói trung bình theo số lượng ONU với khoảng cách trung bình giữa ONU và
OLT là 40 km và lưu lượng tốc độ bit biến thiên.


20

Hình 3.11. Độ trễ gói trung bình theo số lượng ONU với khoảng cách trung bình giữa ONU và
OLT là 60 km và lưu lượng tốc độ bit biến thiên.
Hình 3.12. Độ trễ gói trung bình theo số lượng ONU với khoảng cách trung bình giữa ONU và

OLT là 80 km và lưu lượng tốc độ bit biến thiên.

3.3.3. Chỉ số công bằng tải và công bằng trễ


21

Hình 3.13. Chỉ số cơng bằng tải theo số lượng ONU với khoảng cách trung bình giữa ONU và
OLT là 60 km và lưu lượng tốc độ bit biến thiên.

Hình 3.14. Chỉ số công bằng tải theo số lượng ONU với khoảng cách trung bình giữa ONU và
OLT là 60 km và lưu lượng tốc độ bit cố định.


22

Hình 3.15. Chỉ số cơng bằng trễ theo số lượng ONU với khoảng cách trung bình giữa ONU và
OLT là 60 km và lưu lượng tốc độ bit biến thiên.

Hình 3.16. Chỉ số công bằng trễ theo số lượng ONU với khoảng cách trung bình giữa ONU và
OLT là 80 km và lưu lượng tốc độ bit biến thiên.

3.4 Kết luận chương 3


23

KẾT LUẬN
Các tính năng của tiêu chuẩn cơng nghệ XG-PON của ITU-T có khả năng cho phép
các nhà cung cấp dịch vụ chuyển hóa dễ dàng hệ thống truy cập quang GPON hiện tại lên

mạng truy nhập quang thụ động tốc độ 10 Gigabit XG-PON bằng cách sử dụng chung cơ sở
hạ tầng mạng cáp sợi quang ODN đã triển khai và cũng cho phép hai hệ thống này (GPON
và XG-PON) hoạt động kết hợp trên cùng một cơ sở hạ tầng mạng bằng cách sử dụng kỹ thuật
ghép kênh theo bước sóng. Mạng truy nhập quang thụ động thế hệ kế tiếp NG-PON với tốc
độ 10 Gbit/s được kỳ vọng sẽ có khả năng khai thác triệt để các ưu điểm vượt trội của sợi
quang như dung lượng lớn và suy hao truyền dẫn thấp cũng như các ưu điểm vốn có của kiến
trúc truy nhập quang thụ động để làm giảm chi phí cho các nhà khai thác mạng và cung cấp
các giá trị tốt hơn cho người dùng cũng như đáp ứng yêu cầu hiệu quả về giá thành trong việc
nâng cấp. Tuy nhiên hiện nay, vấn đề cấp phát băng thông trong các mạng PON đang gặp
nhiều vấn đề và chưa thể tận dụng triệt để lượng băng thơng khổng lồ đó.
Do vậy, luận văn này tập trung nghiên cứu giải pháp cấp phát băng thông động hiệu
quả dựa trên lý thuyết trò chơi (PAS) cho hệ thống XG-PON. Giải pháp cấp phát băng thông
động PAS có khả năng phân bổ tài ngun băng thơng tới các ONU sao cho việc phân bổ đó
sẽ tiến dần tới một điểm cân bằng Nash. Tại điểm này, lượng băng thông dành cho mỗi ONU
là cân bằng nhất. Các kết quả mô phỏng số và đánh giá hiệu năng hệ thống được áp dụng cho
thấy, giải pháp PAS có khả năng đảm bảo tính cơng bằng về độ trễ và tải tốt hơn, và nhờ vậy
giúp làm giảm độ trễ trung bình của hệ thống so với giải pháp cấp phát băng thông động mặc
định. Điều này cho thấy giải pháp PAS sẽ phù hợp với những hệ thống XG-PON không phân
chia người dùng theo độ ưu tiên. Các kết quả nghiên cứu của luận văn được trình bày theo bố
cục bao gồm 03 nội dung chính như sau:
•

Nghiên cứu tổng quan về công nghệ, kiến trúc, đặc điểm và ứng dụng của mạng

truy nhập quang thụ động tốc độ 10Gbps (XG – PON).
•

Nghiên cứu giải pháp cấp phát băng thông động trong hệ thống XG – PON, cơ sở

lí thuyết trị chơi cũng như điểm cân bằng Nash trong lí thuyết trị chơi và ứng dụng trong giải

pháp cấp phát băng thơng động PAS.
•

Mơ phỏng và đánh giá về hiệu năng của cơ chế cấp phát băng thông động PAS

đồng thời so sánh với cơ chế mặc định (cơ chế lập lịch Round -Robin). Các kết quả thu được