Nghiên cứu ảnh hưởng của độ dài BURST đến hiệu năng của mạng chuyển mạch BURST quang OBS

i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TẬP ĐOÀN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG VIỆT NAM HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ DÀI BURST ĐẾN HIỆU NĂNG CỦA MẠNG CHUYỂN MẠCH BURST QUANG OBS NGÀNH : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ MÃ SỐ : 60.52.70 8 HỌ VÀ TÊN HỌC VIÊN : LÊ THANH THUỶ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS. BÙI TRUNG HIẾU HÀ NỘI -2010 ii MỤC LỤC MỤC LỤC……………………………………………i MỞ ĐẦU…………………………………………… 1 - 1.1 TỔNG QUAN MẠNG CHUYỂN MẠCH BURTS QUANG - 2 - 1.2 ĐỐI TƯỢNG VÀ MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI - 4 - 1.2.1 Cơ sở khoa học và thực tiễn - 4 - 1.2.2 Đối tượng của đề tài - 4 - 1.2.3 Mục đích của đề tài - 5 - CHƯƠNG II: MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG THẾ HỆ SAU………………………………………………… 6 - 2.1 MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG THẾ HỆ SAU 6 - 2.2 MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG - 6 - 2.3 CÁC KIẾN TRÚC MẠNG QUANG TƯƠNG LAI - 8 - CHƯƠNG III : KIẾN TRÚC CHUYỂN MẠCH BURST QUANG OBS……………………………………… 9 - 3.5 CHUYỂN MẠCH TRONG NÚT LÕI - 13 - CHƯƠNG IV: ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ DÀI BURTS ĐẾN HIỆU NĂNG MẠNG CHUYỂN MẠCH BURTS QUANG OBS……………………………………… 14 - 4.1 CÁC THAM SỐ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG OBS - 14 - 4.1.1 Độ tin cậy - 14 - 4.2 XÉT ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ DÀI BURST ĐẾN HIỆU NĂNG MẠNG OBS - 15 - 4.2.1 Đặt vấn đề : - 15 - 4.2.2 Phương pháp giải quyết vấn đề : - 16 - 4.3 Kết luận và đánh giá - 22 - 4.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG IV - 23 - KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ………………………- 23 - - 1 - MỞ ĐẦU Trong giai đoạn hiện nay, kỹ thuật ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM là một giải pháp được lựa chọn để cung cấp cơ sở hạ tầng mạng nhằm đáp ứng sự phát triển bùng nổ về lưu lượng của Internet. Vấn đề dữ liệu truyền qua mạng quang bị chậm lại do trễ xử lý điện tử tại các nút khiến việc tìm kiếm một phương pháp truyền tải các gói IP trực tiếp trên miền quang mà không cần qua chuyển đổi O/E/O cho mạng thông tin thế hệ sau (NGN) là một tất yếu. Việc loại bỏ các lớp mạng trung gian trong kiến trúc mạng truyền tải IP gắn liền với sự phát triển của công nghệ chuyển mạch quang. Sự mở rộng chức năng của chuyển mạch quang tới lớp cao hơn sẽ tạo ra một kiến trúc mạng vô cùng đơn giản, và đó cũng là mục tiêu hướng đến trong tương lai: kiến trúc mạng chỉ gồm hai lớp: lớp IP và lớp quang. Kỹ thuật chuyển mạch burst quang (OBS) được coi là giải pháp khả thi trong tương lai gần bởi nó có những đặc điểm tương tự chuyển mạch gói nhưng không yêu cầu đệm quang. Đơn vị truyền tải của OBS là burst quang, được cấu thành từ nhiều gói IP. Khi đó, độ dài của một burst quang rõ ràng là một yếu tố có ảnh hưởng lớn đến hiệu năng của mạng. Luận văn này tập trung nghiên cứu các ảnh hưởng của độ dài burts đến hiệu năng mạng OBS để nhằm tìm ra các tham số tối ưu cho một mạng OBS cụ thể. Được sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS Bùi Trung Hiếu trong suốt thời gian thực hiện luận văn, sự nỗ lực của bản thân học viên đã hoàn thành bản luận văn này. Tuy nhiên do đây là lĩnh vực mới đối với bản thân nên trong quá trình thực hiện, luận văn chắc không tránh khỏi những thiếu sót, học viên rất mong nhận được sự đóng góp, hướng dẫn của các thầy cô, để có thể nắm vấn đề sâu sắc hơn và định hướng tốt trong quá trình nghiên cứu thời gian tới. Xin trân trọng cảm ơn ! Hà Nội, ngày 10/03/2010 - 2 - CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU Giới thiệu Chương 1 trình bày những vấn đề tổng quát nhất của mạng chuyển mạch burst quang, trong đó tập trung vào cấu trúc và phân bố burst quang trong mạng chuyển mạch burts quang OBS. Bên cạnh đó chương này cũng nêu rõ đối tượng và mục đích của luận văn, cấu trúc trình bày của luận văn. 1.1 TỔNG QUAN MẠNG CHUYỂN MẠCH BURTS QUANG Để tận dụng hiệu quả băng tần trong các mạng WDM, cần thực hiện phương pháp truyền tải toàn quang không sử dụng bộ đệm quang khi điều khiển lưu lượng bùng nổ. Phương pháp này cũng hỗ trợ giám sát nguồn tài nguyên rất có hiệu quả. Trong mạng OBS, một burst dữ liệu gồm nhiều gói IP được chuyển mạch thông qua mạng toàn quang. BURST chính là đơn vị dữ liệu có độ dài biến đổi. Mào đầu điều khiển được phát đi trước burst để thực hiện cấu hình chuyển mạch dọc tuyến truyền burst. Trong cơ chế báo hiệu dành trước trễ DR, burst đặt sau mào đầu điều khiển ngoài băng một khoảng thời gian bù mà không cần phải đợi để nhận biết thiết lập kết nối. Thời gian bù cho phép mào đầu được xử lý tại mỗi nút trung gian trong khi burst được đệm điện tại nút nguồn. Vì vậy không cần dây trễ quang tại các nút trung gian để làm trễ burst trong khi mào đầu đã được xử lý. Bản tin điều khiển có thể chỉ rõ khoảng thời gian burst nhận biết nút và có thể cấu hình lại chuyển mạch của nút cho burst tiếp theo. Một vấn đề quan trọng trong mạng OBS đó là vấn đề giải quyết tranh chấp. Các cơ chế giải quyết tranh chấp hiện có bao gồm cơ chế định tuyến chệnh hướng, chuyển đổi bước sóng và sử dụng đệm. Một giải pháp để giảm tổn thất mất gói do tranh chấp đó là phân mảnh burst. Phân mảnh burst chỉ xử lý những - 3 - phần của burst này chồng lấn lên burts khác, tránh mất burst hoặc những phần chồng lấn của burts. Một vấn đề quan trọng khác của OBS chính là hợp burt. Hợp burts là tiến trình tổng hợp và hợp các gói đầu vào thành một burst. Một số kỹ thuật hợp burts thông thường đó là cơ chế hợp burst dựa trên bộ định thời và cơ chế hợp burst dựa trên ngưỡng. Trong giải pháp hợp burst dựa trên bộ định thời, burst được tạo ra và gửi vào trong mạng quang tại các khoảng thời gian theo chu kỳ vì vậy mạng có thể có các burst đầu vào có độ dài biến đổi. Phương pháp dựa trên giá trị ngưỡng là giới hạn số gói bao gồm trong mỗi burst trước khi burst được gửi vào trong mạng. Khi đó mạng có các burst đầu vào kích thước cố định. Hỗ trợ QoS là vấn đề quan trọng trong mạng OBS. Các yêu cầu QoS khác nhau như thoại qua IP, video theo yêu cầu, hội nghị video, đề xuất Internet để đảm bảo QoS. IETF có đề xuất 2 khung làm việc để hỗ trợ QoS trong các mạng IP đó là : IntServ và DiffSev. Có nhiều giải pháp đã được đề xuất để hỗ trợ QoS trong mạng lõi OBS. Trong cơ chế dành trước dựa trên bù, burst ưu tiên cao hơn có thời gian bù lớn hơn và so sánh với burst ưu tiên thấp hơn. Bằng cách đưa ra thời gian bù lớn hơn, xác suất dự trữ nguồn tài nguyên của các burst ưu tiên cao tăng và vì vậy tổn thất các burts ưu tiên cao giảm. Một giải pháp kế tiếp với điều kiện ưu tiên thời gian bù thay đổi là phải ưu tiên bên trong gói điều khiển burst (BHP) và đưa ra giải pháp tranh chấp khác nhau dựa trên burts ưu tiên. Tuy nhiên luận văn chỉ tập trung vào một số cơ chế xét ảnh hưởng của độ dài burst đến các lớp hoàn toàn cách ly trong mạng OBS để cải thiện hiệu năng mạng OBS. Ý tưởng ở đây là để phân biệt QoS giữa các burst lớp ưu tiên cao và các burts lớp ưu tiên thấp, JET sử dụng extra offset time (EOT) khác nhau đối với các lớp burts khác nhau. Tạo ra EOT lớn đối với burts lớp cao tối ưu hơn các burts lớp thấp và nó đưa ra cơ hội - 4 - thành công tốt hơn. Offset Time lớn cho phép burts lớp cao dành chiếm thành công. Burst lớp thấp sẽ chặn burts lớp cao khi có sự khác biệt OT giữa các lớp bằng một vài lần độ dài burts dữ liệu trung bình của lớp thấp. Luận văn cũng trình bày kỹ thuật Phân biện độ dài Burst (BLD- Burst Length Differentiation) nhằm cải thiện hiệu năng mạng OBS. 1.2 ĐỐI TƯỢNG VÀ MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI 1.2.1 Cơ sở khoa học và thực tiễn Chuyển mạch burst quang là một giải pháp có tính chất cách mạng then chốt nhằm nâng cao hiệu năng truyền tải của các mạng WDM toàn quang. Tuy nhiên, tồn tại một số thách thức khi triển khai ở môi trường đa phương tiện, đa dịch vụ. Sự chồng lấn các dịch vụ cũng như đa phương tiện cần phải kiểm soát các ứng dụng và chất lượng dịch vụ một cách độc lập, đây chính là điểm yếu khi muốn điều khiển lưu lượng xuyên suốt để đảm bảo chất lượng dịch vụ. Tại các lớp thấp trong mô hình OSI, kỹ thuật lưu lượng được coi là yếu tố then chốt nhất nhằm nâng cao hiệu năng mạng đặc biệt trong bài toán kiểm soát tắc nghẽn. Để nâng cao hiệu năng mạng OBS tồn tại nhiều giải pháp được đề xuất dưới dạng: cấu trúc mạng, giải thuật khả thi. Do tính đa dạng về mô hình ứng dụng cũng như mức độ phức tạp về lưu lượng thực tế của mạng, các burts quang có độ dài thay đổi nên ảnh hưởng nhiều đến hiệu năng mạng. Vì vậy, bài toán ảnh hưởng của độ dài burst nhằm nâng cao hiệu năng của chuyển mạch burst quang đã và đang được các viện , trường, các nhà công nghiệp Viễn thông quan tâm, nghiên cứu triển khai. 1.2.2 Đối tượng của đề tài Đối tượng nghiên cứu của đề tài là mạng chuyển mạch burts quang OBS, phân bố độ dài burts ảnh hưởng đến hiệu năng của mạng chuyển mạch burts quang. - 5 - 1.2.3 Mục đích của đề tài  Nghiên cứu tổng quan mạng NGN và tập trung vào mạng chuyển mạch burts quang  Nghiên cứu, phân tích các phương pháp, giải pháp ảnh hưởng của burts quang đến hiệu năng của mạng chuyển mạch burts quang. 1.3 CẤU TRÚC LUẬN VĂN Luận văn tập trung nghiên cứu mạng chuyển mạch burst quang, các giải pháp, kỹ thuật nâng cao hiệu năng chuyển mạch burts quang trong đó đi sâu giải quyết vấn đề ảnh hưởng độ dài burts đến hiệu năng mạng chuyển mạch burts quang Luận văn được trình bày thành 4 chương như sau: Chương 1 : Giới thiệu: Trình bày khái quát về mạng chuyển mạch OBS, đối tượng và mục đích của đề tài. Chương 2: Giới thiệu chung về mạng truyền tải quang, chuyển mạch quang. Phân tích những nguyên lý, ưu điểm của các mạng NGN và phân loại chuyển mạch quang. Chương 3: Tìm hiểu hoạt động và một số vấn đề liên quan đế kỹ thuật chuyển mạch OBS, cùng với một số giao thức điều khiển đăng ký tài nguyên của OBS. Ngoài ra trong chương này còn đi vào tìm hiểu một số vấn đề liên quan đến OBS, làm cơ sở cho các nội dung trong chương tiếp theo. Chương 4: Trình bày những nghiên cứu về ảnh hưởng độ dài burst đến chuyển mạch burst quang. Phần kết luận nêu rõ các kết quả đạt được của đề tài, khả năng ứng dụng và hướng nghiên cứu tiếp theo. - 6 - CHƯƠNG II: MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG THẾ HỆ SAU Giới thiệu: Trong chương này chủ yếu giới thiệu các khái niệm mạng truyền tải và các kiến trúc đang sử dụng trong mạng thế hệ sau NGN. 2.1 MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG THẾ HỆ SAU NGN. Đặc trưng tập trung của NGN là dịch vụ và truyền tải sẽ được tách ra để trình bày riêng rẽ và phát triển độc lập.Vấn đề này liên quan tới mô hình tham khảo cơ bản [19] và được thể hiện như hình vẽ 2.1 dưới đây. Tuy nhiên luận văn chỉ tập trung vào mạng truyền tải. Hình 2.1 trình bày mô hình tham khảo cơ bản của mạng thế hệ sau NGN, mô hình được phân chia thành tầng dịch vụ ở phía trên và tầng truyền tải phía dưới. Hình 2.1 Mô hình tham khảo cơ bản đối với mạng thế hệ sau 2.2 MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG Sau phần giới thiệu chung về các đặc tính kỹ thuật và các đặc trưng khác của mạng truyền tải thì phần này trình bày các kiến trúc mạng truyền tải hiện tại và mạng truyền tải đang được phát triển trong tương lai. - 7 - Nguyên tắc căn bản của mạng quang chính là việc truyền tải dữ liệu bằng ánh sáng trong môi trường sợi thủy tinh (chí phí thấp). Ưu điểm của truyền dẫn sợi quang so với truyền dẫn điện là suy hao thấp và tốc độ bít cao,không có nhiễu điện từ và không bức xạ điện từ. Do đó, thông tin quang có thể đạt được khoảng cách truyền dẫn dài, không xuyên kênh và khó có thể nghe trộm. Hình 2.2 Mạng chuyển mạch bước sóng và các đoạn của mạng truyền tải quang Mạng chuyển mạch bước sóng WSN truyền tải dữ liệu trong kết nối quang, được gọi là tuyến quang và chúng có dạng lưới bước sóng. Tuyến quang bắt đầu vào máy phát quang, tạo kênh bước sóng trên các sợi quang và kết cuối trong bộ thu quang. Tuyến quang tại nút trung gian được chuyển mạch như chuyển mạch kênh cho cả kết nối tĩnh sử dụng panel nối quang và kết nối động sử dụng các bộ xen rẽ quang (OADM) hoặc kết nối chéo quang. Ngoài ra luận văn còn trình bày mạng IP over WDM, mạng truyền tải đa lớp,điều khiển mạng truyền tải quang. - 8 - 2.3 CÁC KIẾN TRÚC MẠNG QUANG TƯƠNG LAI Trong các phần trước thảo luận về kiến trúc mạng quang hiện nay thì phần này xem xét mạng quang tương lai và trình bày sâu hơn về mạng chuyển mạch chùm quang OBS trong chương sau. Chuyển mạch burst quang đã được đề xuất vào cuối những năm 1990 như là một kiến trúc mạng quang mới trực tiếp theo hướng truyền tải hiệu quả lưu lượng IP. Hình 2.3 Mạng chuyển mạch burst quang (OBS)  Các nút biên tập hợp lưu lượng lớp khách hàng , hợp các burst quang độ dài biến đổi. Các burts này được truyền tải thông qua mạng tới nút biên đích OBS thì tách burst và hướng về lưu lượng lớp khách hàng.  Các burst dữ liệu dị bộ được chuyển mạch trong suốt trong nút lõi đặt trong miền quang tới khi đạt được tới nút đích của chúng. [...]... giá ảnh hưởng của độ dài burts lên hiệu năng mạng sẽ được trình bày trong chương tiếp theo CHƯƠNG IV: ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ DÀI BURTS ĐẾN HIỆU NĂNG MẠNG CHUYỂN MẠCH BURTS QUANG OBS Giới thiệu Chương này tập trung vào bài toán phân bố độ dài burts, xét ảnh hưởng của độ dài burts đến hiệu năng của mạng OBS Phần đầu tiên cần xác định các tham số ảnh hưởng đến hiệu năng của mạng Tiếp theo phân tích bài toán ảnh. .. trung phân tích 2 ảnh hưởng của độ dài burts đến hiệu năng của mạng OBS : Thứ nhất là ảnh hưởng của kỹ thuật Phân biệt độ dài burts BLD đến hiệu năng mạng OBS khi dựa vào 2 lớp dịch vụ HP và BE Thứ hai là đánh giá kích thước burts của các burts lớp thấp trong trường hợp cách ly hoàn toàn Cả hai tham số ảnh hưởng này đều cải thiện được hiệu năng mạng OBS làm giảm xác suất nghẽn lớp thấp, độ thông qua cao... luận văn đã đề cập chủ yếu vào yếu tố ảnh hưởng của độ dài burts đến hiệu năng mạng OBS và chỉ tập trung phân tích tham số phân bố độ dài burst BLD kết hợp với phân bố thời gian offset - 24 OTD và cơ chế chặn đón trước burst BP Từ đó xét thêm ảnh hưởng độ dài burst đến các lớp hoàn toàn cách ly Luận văn đánh giá được phân bố độ dài burts ảnh hưởng nhiều đến hiệu năng mạng và kiến nghị rằng kỹ thuật BLD... tích bài toán ảnh hưởng của độ dài burst đến hiệu năng mạng Cuối chương đưa ra nhận xét đánh giá một số kết quả 4.1 CÁC THAM SỐ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG OBS Hiệu năng của mạng OBS phải được biểu thị theo các tham số QoS đo được Các tham số thông thường nhất thường được biết đến là các tham số: Băng thông, độ thông qua, độ tin cậy ,độ trễ, và xác suất mất gói Trong khung làm việc chung của QoS , ba dạng tham... các burst dữ liệu được chuyển mạch trong miền quang được tham khảo thường xuyên như là ứng dụng lai ghép 2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG II Xu hướng phát triển mạng toàn quang là tất yếu Mạng quang thế hệ sau NGN chỉ sử dụng lưu lượng gói Và ưu điểm hơn chính là mạng chuyển mạch burts quang Chương tiếp theo sẽ đi sâu vào các kỹ thuật trong mạng chuyển mạch burts quang CHƯƠNG III : KIẾN TRÚC CHUYỂN MẠCH BURST QUANG. .. nhỏ.Từ đó nhận thấy rằng độ dài burts là một tham số quan trọng ảnh hưởng tới hiệu năng mạng KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Luận văn đã đề cập tới các mạng quang thế hệ sau NGN, phân tích được các mạng quang tương lai và tập trung chủ yếu vào chuyển mạch burst quang OBS Luận văn đã đánh giá các đặc điểm chính của mạng OBS như : + Tập hợp các gói IP đầu vào tới cùng một router lối ra thành một burst + Mào đầu điều... làm giảm chất lượng mạng xuống cấp đáng kể 4.1.4 Độ thông qua (Throughput) Độ thông qua là tỷ số giữa toàn bộ tải lưu lượng được phục vụ tại đầu ra trên tổng số tải lưu lượng 4.2 XÉT ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ DÀI BURST ĐẾN HIỆU NĂNG MẠNG OBS 4.2.1 Đặt vấn đề : Trong mạng chuyển mạch gói nói chung và mạng OBS nói riêng, kỹ thuật lưu lượng còn được gọi là chất lượng dịch vụ (QoS) liên quan đến các cơ chế điều... QUANG OBS Giới thiệu : Trong chương này giới thiệu chi tiết các khái niệm cơ bản và các khối xây dựng nên chuyển mạch burst quang OBS. Chương này tổng quát lại các bài báo đã được công bố để tính toán cho kiến trúc mạng chuyển mạch burts quang 3.1 TẬP HỢP VÀ HỢP BURST TRONG NÚT BIÊN OBS - 10 - Hình 3.1 Các khối chức năng của mạng OBS dọc tuyến từ đầu cuối tới đầu cuối Tập hợp lưu lượng và hợp burst. .. tham số tính nhân (ví dụ như độ tin cậy).Các tham số tính lõm (ví dụ như băng thông) 4.1.1 Độ tin cậy Để xác định độ ổn định của hệ thống, người ta thường xác định độ khả dụng của hệ thống, đồng nghĩa với độ khả dụng - 15 của hệ thống và được nhìn nhận từ khía cạnh mạng là độ tin cậy của hệ thống Độ khả dụng của mạng càng cao nghĩa là độ tin cậy của mạng càng lớn và độ ổn định của hệ thống càng lớn 4.1.2... độ dài burts và mở rộng trễ tái truyền dẫn có thể không ảnh hưởng tới các ứng dụng thời gian thực Do đó kỹ thuật phân bố độ dài burts (BLD) kết hợp sự - 17 khác biệt thời gian offset OTD và chiếm trước burst BP được trình bày trong phần sau: 4.2.2.2.Phân bố độ dài burst Kiến trúc OBS có sử dụng đệm đường dây trễ quang FDL dễ ảnh hưởng với việc quá tải lưu lượng Trong thực tế các burst dài làm ảnh hưởng . quang rõ ràng là một yếu tố có ảnh hưởng lớn đến hiệu năng của mạng. Luận văn này tập trung nghiên cứu các ảnh hưởng của độ dài burts đến hiệu năng mạng. thay đổi nên ảnh hưởng nhiều đến hiệu năng mạng. Vì vậy, bài toán ảnh hưởng của độ dài burst nhằm nâng cao hiệu năng của chuyển mạch burst quang đã và