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GPON 光學網路上動態頻寬配置機制的設計

GPON 光學網路上動態頻寬配置機制的設計. The Design of Dynamic Bandwidth Allocation Mechanisms on GPON. 指導教授：吳和庭老師 Speaker ：蘇泳蒼 Date ： 7/29. Outline. Motivation Introduction GPON DBA G.984.3 DBA IACG New DBA Simulation Conclusion Future work References. Motivation.

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GPON 光學網路上動態頻寬配置機制的設計

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Presentation Transcript

  1. GPON光學網路上動態頻寬配置機制的設計 The Design of Dynamic Bandwidth Allocation Mechanisms on GPON 指導教授：吳和庭老師 Speaker：蘇泳蒼 Date：7/29

  2. Outline • Motivation • Introduction • GPONDBA • G.984.3 DBA • IACG • New DBA • Simulation • Conclusion • Future work • References

  3. Motivation • 人們對於網路頻寬的需求越來越大。因此為了滿足人們對於大量網路頻寬的要求，勢必要建置能夠提供更大頻寬的網路架構。 • GPON (Gigabit-capable passive optical networks)具有高頻寬，且有良好的服務管理和保護機制，因此GPON是一個很好的選擇。 • 為了讓使用者能夠享受到良好的服務品質，於是好的頻寬配置機制會是一個重要的關鍵，所以希望可以提出一個動態頻寬配置機制能夠有好的效能。

  4. Introduction • GPON (Gigabit-capable passive optical networks)是一個點對多點的架構，由OLT(Optical Line Termination)、ODN(Optical Distribution Network)和ONU(Optical Network Unit)組成。

  5. Introduction • 在GPON中，上傳和下傳是用不同的方式來傳送資料。下傳是用廣播的方式，並利用Port-ID來識別封包，上傳是使用多時分工的方式。

  6. Introduction • 在GPON中，配置上傳頻寬是以T-CONT (Transmission container)作為單位。T-CONT是一組連線。OLT會在T-CONT和Alloc-ID(Allocation identifier)之間建立起對應關係，OLT利用Alloc-ID來辨識T-CONT做上傳頻寬配置。

  7. BWmap • OLT會利用BWmap (Bandwidth map)，來告知ONU何時可以傳送資料。 • BWmap是下傳的frame的header 中的欄位。

  8. BWmap • Alloc-ID：用來指出此BWmap是要傳給哪一個T-CONT。 • Flags ：用來指示T-CONT是否需要發送額外的資訊。 • StartTime ：用來指出傳送資料的開始時間。 • StopTime ：用來指出傳送資料的停止時間。 • CRC：用來偵測BWmap是否有任何錯誤。 • StartTime欄位和StopTime欄位裡指示的時間是以byte為單位，且同步於此下傳frame的上傳frame的起始位置是標記為0。

  9. Media Access Control

  10. T-CONT Type • T-CONT type 1只支持固定頻寬。適合用在固定速率流量，而且對延遲和抖動有嚴格要求的服務。 • T-CONT type 2只支持保障頻寬。適合用於on-off類型，且對延遲和抖動沒有嚴格限制的服務。 • T-CONT type 3支持保障頻寬和非保障頻寬。適合用於突發性，並且對於平均速率有要求保證的服務。 • T-CONT type 4只支持盡最大努力頻寬。適合用於突發性，而且沒有延遲要求的服務。 • T-CONT type 5是上述四種T-CONT類型的聯合。適用於一般的大部分服務。

  11. Cycle • 週期(cycle)表示OLT要求ONU回報佇列狀態，到下次收集完所有的佇列狀態，再次要求回報佇列狀態的時間間隔。在GPON中，由於OLT和ONU隨時保持同步，並且一個frame的大小是固定在125μs，因此週期的單位為frame，亦即一個週期的時間通常包含了若干的frame。

  12. G.984.3DBA • 每個Alloc-ID i都會有traffic descriptor來描述頻寬配置的參數。 • D：traffic descriptor。 • RF：固定頻寬(Fixed bandwidth)。 • RA：保障頻寬(Assured bandwidth)。 • RM：最大頻寬(Maximum bandwidth)。 • χAB： Ternary eligibility indicator {None, NA, BE}。

  13. G.984.3DBA • 配給Alloc-ID的頻寬可以分成兩個部分，分別是保證(guaranteed)頻寬部份和額外(additional)頻寬部份。額外頻寬部分可能是非保障(non-assured)或盡最大努力(best-effort)。 • χAB=NA • χAB=BE • R：配置給Alloc-ID的頻寬。 • RG: 保證頻寬(Guaranteed bandwidth)。 • RNA: 非保障頻寬(Non-assured bandwidth)。 • RBE: 盡最大努力頻寬(Best-effort bandwidth)。

  14. G.984.3DBA • 保證頻寬的配置方式是 • RL:頻寬需求。 • 在配置完保證頻寬之後，剩下的未配置的頻寬就是非保障頻寬可以使用的頻寬。 • 如果有任兩個需求沒有滿足的Alloc-ID i和j要配置非保障頻寬，要根據以下條件。

  15. G.984.3DBA • 在配置完保證頻寬和非保障頻寬之後，剩下的未配置的頻寬就是盡最大努力頻寬可以使用的頻寬。 • 如果有任兩個需求沒有滿足的Alloc-ID i和j要配置盡最大努力頻寬，要根據以下條件。

  16. G.984.3DBA

  17. Immediate Allocation with Colorless Grant

  18. Immediate Allocation with Colorless Grant • 一開始會對每個T-CONTtype 1、2和3設置參數和初始值。 • SImax_timer = SImax • Va=Abmin • 對每個T-CONTtype 3和4設置參數和初始值。 • SImin_timer=SImin • Vs = ABsur

  19. Immediate Allocation with Colorless Grant

  20. Immediate Allocation with Colorless Grant

  21. Immediate Allocation with Colorless Grant

  22. Immediate Allocation with Colorless Grant

  23. Immediate Allocation with Colorless Grant

  24. New DBA

  25. New DBA

  26. New DBA

  27. New DBA

  28. New DBA

  29. New DBA

  30. Cycle • 從ONU傳完最後的資料和回報佇列狀態後，直到再次接收到OLT的頻寬配置訊息的這一段時間內，都沒有任何的ONU在傳送資料，這樣會產生頻寬的浪費。

  31. Cycle • 執行頻寬配置時將那段未利用頻寬列入頻寬配置的計算內，使得ONU可以在那段時間傳送資料，但是如果有ONU在那段時間傳資料和回報佇列的狀態，則OLT在配置頻寬時，就無法得知全部Alloc-ID的佇列狀態，也就沒辦法執行正確的頻寬配置，因此必須把佇列狀態的回報都控制在前面的時間傳送，如此才能讓OLT在配置頻寬前，收到全部Alloc-ID的佇列狀態。

  32. Cycle • 在GPON系統中，ONU上傳資料時，每個ONU之間必須有guard time相隔，所以為了能減少guard time，將屬於同一個ONU的Alloc-ID的傳送時間相連在一起。

  33. Simulation

  34. Simulation • T-CONT type 1的資料量是固定的，而T-CONT type 2、3和4是從總資料負載量中扣除了T-CONT type 1的資料量後，再依照比例分配。 • T-CONT type 2：33.3% • T-CONT type 3：33.3% • T-CONT type 4：33.3%

  35. Simulation

  36. Simulation

  37. Simulation

  38. Simulation

  39. Simulation

  40. Simulation

  41. Simulation

  42. Simulation

  43. Simulation

  44. Simulation

  45. Simulation

  46. Conclusion • 新的動態頻寬配置機制是結合了G.984.3中提出的動態頻寬配置模型和IACG演算法，由於利用了剩下未配置的頻寬，使得封包延遲時間能夠降低，並且因為將同一個ONU的頻寬配置在一起，使得當網路負載大時，頻寬利用度可以變提升。雖然T-CONT type 1的封包延遲時間比IACG還大一些，但是還在可以接受的範圍內。 • 關於動態頻寬配置機制和週期的關係，經由模擬得知週期增長，頻寬利用度會有提升，但是如果沒有配置多餘的頻寬使用，封包延遲時間也會增加。

  47. Future work • 動態頻寬配置機制的參數是會對於網路效能有影響，因此如何訂定參數是未來可以探討的議題。 • 未來GPON的距離可能增加到100公里，RTT勢必會增加，因此週期也會增長，所以動態頻寬配置機制需要做適當的調整，才能設計一個適合長距離被動式光學網路的動態頻寬配置機制。

  48. References • F. Effenberger, D. Cleary, O. Haran, G. Kramer, R. D. Li, M. Oron and T. Pfeiffer, "An introduction to PON technologies, "IEEE Commun. Mag., vol. 45, no. 3, 2007, pp. S17-S25. • C. H. Lee, W. V. Sorin and B. Y. Kim, "Fiber to the Home Using a PON Infrastructure," Journal of Lightwave Technology, vol. 24, no. 12, 2006, pp. 4568-4583. • ITU-T G.984.1, "Gigabit-capable passive optical networks (GPON): General characteristics," 2008. • ITU-T G.984.2, "Gigabit-capable passive optical networks (GPON): Physical Media Dependent (PMD) layer specification," 2003. • ITU-T G.984.3, "Gigabit-capable passive optical networks (GPON): Transmission convergence layer specification," 2008. • ITU-T G.984.4, "Gigabit-capable passive optical networks (GPON): ONT management and control interface specification," 2008. • M.S. Han, H.Y., B.Y. Yoon, B. Kim and J.S. Koh, "Efficient dynamic bandwidth allocation for FSAN-compliant GPON," Journal of Optical Networking, vol. 7, no. 8, 2008, pp. 783-795. • H.C. Leligou, Ch. Linardakis, K. Kanonakis, J.D. Angelopoulos and Th. Orphanoudakis, "Efficient medium arbitration of FSAN-compliant GPONs," Journal of Communication Systems, vol. 19, no. 5, 2006, pp. 603-617.

  49. Q&A Thanks for you attention

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