Giải pháp điều khiển mạng trong OBS trong phương pháp làm lệch hướng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG…………… LUẬN VĂN Giải pháp điều khiển mạng OBS phương pháp làm lệch hướng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU MẠNG THÔNG TIN QUANG Giới thiệu chương Lượng thông tin trao đổi hệ thống thông tin ngày tăng lên nhanh Bên cạnh gia tăng số lượng, dạng lưu lượng truyền thông mạng thay đổi Dạng liệu chủ yếu lưu lượng Internet Phần lớn nhu cầu truyền liệu tiếng nói Số lượng người sử dụng Internet ngày đông thời gian lần truy cập thường kéo dài nhiều lần gọi điện thoại Và nhu cầu cần sử dụng băng thông lớn, đường truyền tốc độ cao chi phí thấp Mạng thơng tin quang đời đáp ứng nhu cầu Thông tin quang cung cấp băng thông lớn, tỉ lệ lỗi thấp Bên cạnh dung lượng cao, môi trường quang cịn cung cấp khả suốt Tính suốt cho phép dạng liệu khác chia sẻ môi trường truyền điều phù hợp cho việc mang tín hiệu có đặc điểm khác Vì truyền thơng quang xem kĩ thuật cho hệ thống thông tin băng rộng tương lai Kỹ thuật ghép kênh quan tâm kỹ thuật ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) kỹ thuật ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM) Trong chương giới thiệu sơ lược số mạng chuyển mạch quang ứng dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia theo bước sóng Và ứng dụng mạng thực tế 1.1 Mạng quang định tuyến bước sóng Kiến trúc mạng mơ tả hình 1.1 Mạng cung cấp tuyến quang cho người sử dụng, thiết bị đầu cuối SONET địch tuyến IP Tuyến quang kết nối quang mang từ đầu cuối đến đầu cuối bước sóng tuyến trung gian Ở nút trung gian mạng, tuyến định tuyến chuyển mạch từ tuyến sang tuyến khác Trong số trường hợp tuyến chuyển từ bước sóng thành LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com bước sóng khác dọc theo đường Các tuyến mạng định tuyến bước sóng sử dụng bước sóng không dùng chung tuyến truyền dẫn Điều cho phép bước sóng sử dụng lại phần tử khác mạng Hình 1.1 Mạng quang định tuyến bước sóng Tuyến quang B C, tuyến quang D E tuyến quang E F không dùng chung tuyến liên kết mạng thiết lập sử dụng bước sóng 1 Đồng thời tuyến quang A E dùng chung kết nối với tuyến B C nên phải sử dụng bước sóng khác 2 Tương tự hai tuyến E F phải gán bước sóng khác Chú ý tất tuyến sử dụng bước sóng liên kết đường Đây ràng buộc mà ta phải giải ta khơng có khả chuyển đổi bước sóng, ta khơng thể thiết lập tuyến Giả sử ta có hai bước sóng có sẵn mạng muốn thiết lập tuyến nút E F Khơng có chuyển đổi bước sóng ta khơng thể thiết lập tuyến Nói cách khác, nút trung gian X LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com chuyển đổi bước sóng ta thiết lập tuyến sử dụng bước sóng  tuyến EX 1 tuyến XF Sự hạn chế mạng quang định tuyến bước sóng giới hạn số lượng bước sóng sợi Rất khó để thiết lập mạng lưới tuyến user mạng rộng Việc thiết lập tuyến mạng quang định tuyến bước sóng lượng trễ phản hồi với số lượng bước sóng ỏi sử dụng thời gian giữ kết nối ngắn 1.2 Chuyển mạch gói quang (OPS) Ta nói mạng quang cung cấp tuyến quang, mạng chất mạng chuyển mạch Những nhà nghiên cứu làm việc mạng quang mà thực chuyển mạch gói miền quang Với kết nối ảo, mạng cung cấp kết nối chuyển mạch hai nút Tuy nhiên băng thông cấp kết nối nhỏ tồn băng thơng có sẵn tuyến liên kết Ví dụ như, kết nối riêng lẽ mạng tốc độ cao tương lai hoạt động 10Gbps, tốc độ bit truyền dẫn bước sóng 100Gbps Vì mạng phải hợp số dạng ghép kênh phân chia thời gian để kết hợp nhiều kết nối thành tốc độ bit Ở tốc độ thực ghép kênh miền quang dễ dàng miền điện Một nút chuyển mạch gói quang mơ tả, mục đích nhằm tạo nút chuyển mạch gói với dung lượng cao nhiều so với chuyển mạch gói điện Một nút lấy gói điện vào, đọc header chuyển mạch đến ngõ thích hợp Nút áp đặt header gói Nó phải xử lí tranh chấp cho cổng Nếu hai gói vào cổng khác muốn cổng, hai phải đệm gửi cổng khác Một cách lí tưởng, tất chức bên nút thực miền quang, thực tế số chức xử lí header điều khiển chuyển mạch phải thực điện Điều khả xử lí bị giới hạn miền quang Bản thân header gửi tốc độ bít thấp so với liệu xử lí điện LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nhiệm vụ chuyển mạch gói quang cho phép khả chuyển mạch gói tốc độ mà khơng thể đạt chuyển mạch gói điện Tuy nhiên nhà thiết kế bị cản trở nhiều mặt xử lí tín hiệu miền quang Một yếu tố quan trọng thiếu truy xuất ngẫu nhiên quang để đệm Thay đệm quang thực cách sử dụng chiều dài sợi quang đường dây trễ thời gian mà nhớ Vì làm trễ gói thời gian dài vấn đề trễ cấu trúc chuyển mạch gói ngõ vào 1.3 Chuyển mạch chùm quang (OBS) Chuyển mạch chùm quang chuyển mạch truyền chùm lưu lượng Các công nghệ chuyển mạch chùm quang khác dựa việc làm nguồn tài nguyên mạng độ rộng băng thơng bị chiếm dụng giải phóng OBS dựa chuẩn ITU-T cho chuyển mạch chùm cho mạng có chế độ truyền bất đồng (ATM), truyền khối ATM (ABT) Có hai phiên ABT: ABT với trễ truyền ABT truyền tức thời Trong phiên đầu tiên, nút nguồn muốn truyền chùm, gởi gói tới chuyển mạch ATM đường kết nối thông tin để báo cho chúng biết muốn truyền chùm Nếu tất chuyển mạch đường truyền sẵn sàng, yêu cầu chấp nhận nút nguồn phép truyền Ngược lại yêu cầu bị từ chối nút nguồn phải gửi yêu cầu khác sau Trong ABT với chế độ truyền tức thời, nguồn gửi gói tin yêu cầu sau truyền mà khơng nhận thơng tin xác nhận Nếu chuyển mạch dọc theo đường truyền chuyển chùm tắc nghẽn, chùm bị loại bỏ Hai cơng nghệ lựa chọn cho mạng quang Chuyển mạch chùm quang cho phép chuyển mạch toàn kênh liệu miền quang nhờ việc cấp phát tài nguyên miền điện Trong chuyển mạch chùm quang gói điều khiển trước chùm liệu Gói điều khiển chùm liệu tương ứng tạo nguồn lúc tách biệt offset Gói điều khiển chứa thông tin cần thiết để định tuyến chùm liệu qua lõi mạng truyền dẫn quang, gói điều khiển gởi kênh điều khiển Gói điều khiển xử lí điện nút trung gian (các kết nối chéo quang) để đưa định LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com định tuyến (giao diện bước sóng ra), tiếp kết nối chéo quang lấy cấu hình để chuyển mạch chùm liệu mong muốn đến đích sau khoảng thời gian đưa trường offset gói điều khiển Chùm liệu sau chuyển hồn tồn miền quang, “nút cổ chai” điện đường dẫn liệu đầu cuốiđầu cuối hủy bỏ Điều dẫn đến việc cấp phát bước sóng phụ, tức tai giao diện bước sóng cấp phát khoảng thời gian có chùm liệu 1.4 Nghẽn mạng chuyển mạch chùm quang Mạng bị gọi nghẽn dịch vụ đòi hỏi mạng nhiều tài nguyên mạng phải cung cấp Nghẽn mạng liên quan tới độ trễ chùm đến, mức độ suy hao chùm…Có thể khắc phục nghẽn việc sử dụng phương pháp ngăn chặn phương pháp tác động lại Trong điều khiển ngăn chặn nghẽn, băng thông phân phối tạo kết nối thời gian thiết lập đạt QoS Trong điều khiển tác động lại tốc độ lưu lượng đầu cuối mạng điều chỉnh định tuyến lưu lượng biến đổi để giảm tranh chấp gói nút trung gian Những phương pháp điều khiển nghẽn đưa cho mạng OBS là:  Biến đổi bước sóng: hai chùm đến ngõ lúc, chúng truyền hai bước sóng khác Bộ biến đối bước sóng sử dụng để biến đổi chùm ngõ vào với bước sóng khác  Bộ đệm quang: đệm quang áp dụng việc sử dụng FDL Một FDL làm trễ chùm khoảng thời gian xác định có quan hệ với độ dài đường truyền  Làm lệch hướng đi: phương pháp này, có hai xung đột chùm , định tuyến đến ngõ xác định tuyến đến ngõ khác Tuy nhiên, làm lệch hướng làm tuyến chùm đến đích dài Và độ trễ đầu cuối- đầu cuối chùm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com không chấp nhận Cũng chùm bị phân tán nhiều hướng đến đích chúng cần phải xếp lại  Phân đoạn chùm: Khi xảy tranh chấp, thay loại bỏ tồn chùm, nút phân chia chùm thành đoạn đoạn bị chồng lấp bị loại bỏ Kết luận chương Các mạng chuyển mạch quang ngày đưa vào ứng dụng thực tế Nội dung chương giới thiệu khái quát mạng chuyển mạch gói quang, mạng quang phân chia theo bước sóng chuyển mạch chùm quang Và cụ thể nội dung mạng chuyển mạch chùm quang giới thiệu chương CHƯƠNG : MẠNG CHUYỂN MẠCH CHÙM QUANG (OBS) Gới thiệu chương Chuyển mạch chùm quang giải pháp cho phép truyền tải lưu lượng cách trực tiếp qua mạng WDM mà không cần đệm quang OBS thiết kế để đạt cân chuyển mạch kênh chuyển mạch gói OBS sử dụng sơ đồ định trước hướng với trình truyền tức thời, chùm liệu truyền sau gói điều khiển tương ứng mà khơng đợi phản hồi (báo nhận) từ nút đích Thực chất, OBS xem xét lớp quang học đơn phương tiện truyền thông suốt cho ứng dụng Tuy nhiên chưa có định nghĩa chung cho chuyển mạch chùm quang Một số đặc trưng chung OBS sau:  Tách biệt kênh diều khiển kênh liệu: thông tin điều khiển truyền bước sóng (kênh) riêng biệt  Sự dành riêng chiều: tài nguyên cấp phát sử dụng dành riêng chiều Nghĩa nút nguồn không cần đợi thơng tin phản hồi từ nút đích trước bắt đầu truyền chùm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com  Độ dài chùm thay đổi được: kích thước chùm thay đổi theo yêu cầu  Không cần đệm quang: nút trung gian mạng quang khơng u cầu phải có đệm quang Các chùm xuyên qua nút trung gian mà khơng có trễ Bảng tổng kết ưu nhược điểm chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói chuyển mạch chùm quang Khả Chuyển mạch Khả tận dụng Mức trễ Đệm quang băng thơng Xử lí/đồng thích ứng hóa mào (với lưu đầu lượng lỗi) Kênh Thấp Cao Gói Cao Thấp OBS Cao Thấp Không yêu cầu Yêu cầu Không yêu cầu Thấp Thấp Cao Cao Thấp Cao Bảng Những đặc trưng OBS xử lí điện thông tin mào đầu liệu dạng quang toàn thời gian truyền, dành riêng chiều, độ dài chùm thay đổi được, khơng bắt buộc phải có đệm Sau xem xét số kiến trúc mạng chuyển mạch chùm quang 2.1 Kiến trúc mạng chuyển mạch chùm quang 2.1.1 Kiến trúc mạng OBS dạng mắc lưới: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trong mạng chuyển mạch chùm quang chùm liệu bao gồm tổ hợp nhiều gói chuyển qua nút mạng dạng tồn quang Một thơng báo điều khiển (gói mào đầu) truyền trước chùm liệu với mục đích thiết lập chuyển mạch dọc theo đường chùm Chùm liệu truyền theo sau gói mào đầu mà không đợi báo nhận để thiết lập kết nối Hình 2.1 thể mạng OBS dạng mắc lưới bao gồm nút rìa nút lõi Mạng OBS bao gồm chuyển mạch chùm quang nối với tuyến WDM OBS phát chùm từ cổng đầu vào tới cổng đầu ra, dựa thiết kế chuyển mạch có khơng trang bị đệm quang Các tuyến WDM mang tổ hợp nhiều bước sóng bước sóng coi kênh truyền Gói điều khiển kết hợp với chùm truyền băng tần qua kênh liệu, kênh điều khiển riêng biệt Chùm cố định để mang nhiều gói IP Hình 2.1 Mơ hình mạng OBS dạng mắt lưới Một nút chuyển mạch đặc trưng bao gồm thành phần sau:  Giao diện đầu vào: Tiếp nhận gói mào đầu chùm liệu, chuyển đổi gói mào đầu thành tín hiệu điện LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com  Đơn vị điều khiển chuyển mạch: Phiên dịch gói mào đầu, đặt lịch trình giải xung đột, định tuyến, điều khiển ma trận chuyển mạch, tạo gói mào đầu điều khiển biến đổi bước sóng  Các biến đổi bước sóng đường trễ quang (ODL): đường trễ quang sử dụng đệm để chứa chùm khoảng thời gian trễ định  Đơn vị chuyển mạch quang: Các chuyển mạch không gian làm nhiệm vụ chuyển chùm liệu Các nút rìa có thêm chức tạo chùm kết hợp giải kết hợp Với cách thực khác sử dụng ngưỡng khoảng thời gian quy định để kết hợp gói liệu tạo chùm quang gửi chùm vào mạng Các nút lõi có thu WDM, phát WDM, ghép kênh, cácbộ giải ghép kênh khuếch đại nút, đơn vị điều khiển chuyển mạch, biến đổi bước sóng, đường tạo trễ, chuyển mạch phân chia không gian 2.1.2 Kiến trúc mạng OBS dạng Ring Chúng ta xem xét mạng gồm N nút OBS tổ chức Ring đơn hướng hình vẽ 2.2 Hình 2.2 Mơ hình mạng OBS dạng Ring 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nếu số lượng nút tuyến từ nguồn s đến nút nghẽn c lớn từ nút nghẽn c đến nút đích d, điều Ch  , thực làm lệch hướng để giải tranh chấp Ngược lại chùm bị loại bỏ Công thức (3.12) sử dụng để nhằm đạt mục đích:  Tài nguyên mạng cải tiến thể chùm việc định lệch hướng nút nghẽn gần nút đích truyền lại nút nghẽn gần nút nguồn  Giảm bớt việc xử lí tải mào đầu (thời gian tài nguyên đặt trước gói điều khiển) Đặt b  tốc độ chặn chịu từ đầu cuối – đầu cuối tuyến Cấu trúc kiểm tra để thõa b :  d 1  C b  lg b   lg 1   1  bi,i 1  , i, i   N d  i 1  (3.13) Đưa định:  Nếu Cb  , làm lệch hướng chùm  Nếu khác loại bỏ Ở bi ,i 1 thể khả (xác suất) tranh chấp nút i i+1 Mong muốn lựa chọn tuyến với xác suất tranh chấp nhỏ để giảm mức độ suy hao chùm mức độ bị chặn mạng Bây giờ, khái quát hóa cấu trúc kiểm tra gồm có số lượng nút tuyến xác suất chặn chùm Hai hệ số định chùm bị chặn b2 , b1 giá trị M Đưa hai định: 1, nêu giá tri C h  Qh   0, khác (3.14) Và 1,  Qb  M ,   M , nêu b 1*  C b  b2* nêu C b  b1* (3.15) nêu C b  b2* Sử dụng hai giá trị Qh Qb ta biễu diễn định khác: Qt=whQh+Qb (3.16) 52 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ở wh