Tài liệu Kiến trúc hợp nhất EPON và WiMAX – một giải pháp cho mạng truy nhập băng rộng pptx

Kiến trúc hợp nhất EPON và WiMAX – một giải pháp
cho mạng truy nhập băng rộng

Nguồn: khonggianit.vn
1. Giới thiệu

Các kỹ thuật truy nhập quang có ưu điểm về băng tần lớn, tuy nhiên, nó đòi hỏi
chi phí cao để có thể triển khai tới từng nhà. Ngược lại, kỹ thuật truy nhập vô
tuyến lại có chi phí triển khai thấp. Một ưu điểm quan trọng của các kỹ thuật vô
tuyến là hỗ trợ di động. Tuy nhiên, các kỹ thuật vô tuyến nói chung bị giới hạn về
phổ tần vô tuyến vì phải chia sẻ giữa các người dùng. Ngoài ra, các
hệ thống vô
tuyến thường sử dụng sợi quang để kết nối giữa các trạm truy nhập đặt phân tán
với trạm trung tâm. Sự kết hợp giữa mạng quang thụ động EPON và WiMAX là
một giải pháp hấp dẫn cho mạng truy nhập băng rộng. Sự kết hợp này cho phép
hai kỹ thuật có thể bổ sung cho nhau trên nhiều phương diện.


2. Sự hợp nhất của EPON và WiMAX

Gần đây, bốn kiến trúc có khả năng hỗ trợ sự hợp nhất giữa EPON và WiMAX đã
được đề xuất bởi một nhóm nghiên cứu thuộc trường đại học Melbourne [3]. Nội
dung phần này sẽ trình bầy tổng quan về bốn kiến trúc này.

2.1 Kiến trúc độc lập

Sự hợp nhất của EPON và WiMAX sử dụng kiến trúc độc lập được minh họa
trong Hình 1. Trong đó, hệ thống EPON và WiMAX hoạt động một cách độc lập
bằng việc coi mỗi trạm gốc WiMAX (WiMAX-BS) như một người dùng gắn
chung với một khối mạng quang (ONU). Khi hai thiết bị cùng hỗ trợ một giao diện
tiêu chuẩn chung (ví dụ Ethernet), chúng có thể kết nối với nhau.

Hình 1. Kiến trúc hợp nhất EPON và WiMAX


Lợi ích trực tiếp của kiến trúc độc lập là ONU và BS có thể kết nối mà không cần
một yêu cầu đặc biệt nào. Tuy nhiên, do hệ thống EPON và WiMAX hoạt động
độc lập, ONU không thể biết cụ thể WiMAX lập lịch các gói cho các trạm thuê
bao (SS) như thế nào. Trong khi đó, BS cũng không thể biết ONU lập lịch và gửi
số liệu đường lên tới đầu cuối đường truyền quang (OLT) của EPON như thế nào.
Do đó, kiến trúc này không tận dụng được hết các ưu điểm của sự hợp nhất, đặc
biệt là việc phân bổ băng thông tối ưu trong toàn hệ thống. Hơn nữa, vì cần hai
thiết bị độc lập, một ONU và một WiMAX-BS, tại biên của hai hệ thống nên chi
phí sẽ lớn hơn phương thức hộp tích hợp sẽ được trình bầy sau đây.


2.2 Kiến trúc lai ghép

Kiến trúc lai ghép là sự hợp nhất ở mức cao hơn, trong đó, một ONU và một
WiMAX-BS được tích hợp trong một hộp hệ thống (ONU-BS) như minh họa
trong phần dưới của Hình 1. Sự sắp xếp này cho phép hợp nhất hoàn toàn hai phần
tử này cả về phần cứng và phần mềm. Hình 2 minh họa các module chức năng
chính bên trong ONU-BS. Về phần cứng, có thể có 3 CPU, để tích hợp tốt hơn, 3
CPU này có thể tích hợp tiếp thành 1 CPU. CPU-1 chịu trách nhiệm trao đổi số
liệu trong khu vực EPON và chạy các giao thức EPON. CPU-3 chịu trách nhiệm
trao đổi số liệu trong khu vực WiMAX và chạy các giao thức WiMAX. Giữa 2
CPU này là một CPU trung tâm chịu trách nhiệm phối hợp hoạt động giữa 2 CPU

kia. CPU-1 và CPU-3 ghi nhận trạng thái và phân bổ băng thông trong khu vực
của chúng rồi gửi yêu cầu chi tiết đến CPU-2, sau đó CPU-2 đưa ra quyết định để
hướng dẫn 2 CPU kia yêu cầu băng thông từ đường lên và phân bổ băng thông cho
mỗi trạm thuê bao ở đường xuống. Các module chức năng tương ứng với 3 CPU
trong Hình 2a được chỉ rõ trong Hình 2b, trong đó chủ yếu là các module cho
thông tin đường lên. Cụ thể, CPU-1, liên quan đến khu vực EPON, chứa các thành
phần chức năng lập lịch gói EPON, các hàng đợi ưu tiên và phân loại gói EPON.
CPU-3, liên quan đến khu vực WiMAX, gồm các chức năng tái tạo gói WiMAX
và bộ lập lịch đường lên WiMAX. CPU-2 tương ứng với bộ điều khiển trung tâm
ONU-BS được minh họa trong Hình 2b.

Một trong những ưu điểm chính của kiến trúc lai ghép là có thể giảm chi phí thiết
bị vì chỉ cần một hộp thiết bị. Hơn nữa, vì ONU-BS tích hợp sở hữu thông tin đầy
đủ về yêu cầu, phân bổ băng thông và lập lịch gói của cả ONU và WiMAX-BS,
các cơ chế tối ưu có thể sử dụng cho yêu cầu băng thông cho đường lên của mạng
EPON, phân bổ băng thông và lập lịch gói cho đường xuống của mạng WiMAX.
Do đó, so với kiến trúc độc lập, kiến trúc lai ghép hứa hẹn sẽ cải thiện hiệu năng
chung của hệ thống về thông lượng và dịch vụ QoS.



Hình 2. Kiến trúc và các module chức năng của ONU-BS: a) sơ đồ phần cứng; b)
các module chức năng


2.3 Kiến trúc hướng kết nối thống nhất

WiMAX là một kỹ thuật truyền dẫn hướng kết nối (connection-oriented) trong đó
mỗi luồng dịch vụ được phân bổ một địa chỉ kết nối (CID) duy nhất, đồng thời
việc hỗ trợ yêu cầu băng thông và QoS là hướng kết nối. Dựa trên các yêu cầu

băng thông hướng kết nối, băng thông tổng được phân bổ cho mỗi SS và băng
thông này sau đó sẽ được phân bổ cho mỗi kết nối dịch vụ liên quan đến SS.
Ngược lại, công nghệ EPON không hỗ trợ kiểu này, thay vào đó các yêu cầu băng
thông là hướng xếp hàng (queue-oriented). Băng thông tổng được phân bổ cho
mỗi ONU và sau đó băng thông cho mỗi ONU này sẽ phân bổ cục bộ cho 8 hàng
đợi ưu tiên khác nhau trong ONU [1]. Mặc dù nguyên lý hoạt động chung của hai
kiểu mạng là hoàn toàn tương tự, hệ thống WiMAX nói chung phân bổ băng thông
tốt hơn hệ thống EPON. Hơn nữa, phân bổ băng thông hướng kết nối có sự đảm
bảo hơn về QoS, có nghĩa là công nghệ WiMAX có khả năng hỗ trợ QoS tốt hơn
công nghệ EPON. Ngược lại, công nghệ EPON tỏ ra tốt hơn về phạm vi hoạt động
vì mỗi ONU phải quản lý tới 8 hàng đợi ưu tiên.

Do EPON và WiMAX sử dụng hai giao thức vận hành khác nhau nên cần phải có
sự sửa đổi giao thức lớp điều khiển truy nhập môi trường (MAC) của EPON để nó
có thể hỗ trợ các dịch vụ hướng kết nối trong các hệ thống WiMAX. Kiến trúc hợp
nhất mới có sơ đồ tương tự kiến trúc lai ghép. Điểm khác nhau duy nhất đó là thay
vì mang trực tiếp các khung Ethernet trong các khung/burst đường lên và đường
xuống của EPON, các WiMAX MAC PDU được dùng thay thế cho các khung
Ethernet còn các khung Ethernet thì được đóng khung như số liệu client trong các
WiMAX MAC PDU. Cơ chế này được minh họa trong Hình 3.



Hình 3. Áp dụng lớp WiMAX-MAC vào EPON: a) đường xuống; b) đường lên


Trường địa chỉ logic tuyến (LLID) được giữ lại cho phần mào đầu và đánh địa chỉ
cho các tuyến MAC. Tuy nhiên, sau LLID các khung trở thành các WiMAX MAC
PDU và mỗi PDU đóng khung cho các khung Ethernet. Do đó, có thể thấy ngăn
xếp giao thức của kiến trúc mới bao gồm một lớp con hội tụ mới ở dưới lớp khung

Ethernet. Lớp con mới có chức năng để điều khiển và phân bổ băng thông trong
mạng quang thụ động. Hoạt động chung sẽ tương tự như trong các mạng WiMAX.