Đồ án tốt nghiệp các mô hình chuyển mạch

Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục CHƯƠNG i: TỔNG QUAN .1 1.1 Sự phát triển mạng quang .1 1.1.1 Sù ph¸t triĨn cđa topo mạng 1.1.2 Sự phát triĨn cđa dung lỵng trun dÉn .1 1.1.3 Sự phát triển mạng 1.2 Chun m¹ch quang 1.2.1 Phân loại chuyển mạch quang 1.2.1.1 Kü tht chun m¹ch kênh quang 1.2.1.2 Chuyển mạch gói quang .6 1.2.1.3 Chun m¹ch burst quang 1.3 So s¸nh 1.3.1 Giữa chuyển mạch kênh gói 1.3.2 Giữa chuyển mạch gói chuyển mạch burst .8 CHƯƠNG ii: CHUYểN MạCH Gói QUANG 10 2.1 Giíi thiƯu chung 10 2.2 Vai trß cđa m¹ng chun m¹ch gãi quang 10 2.3 Đặc tính lu lợng chuyển mạch gói quang 12 2.3.1 Đặc tính lu lợng chuyển mạch chức tách-ghép 12 2.3.1.1 Mạng kiÕn tróc chun m¹ch cđa hƯ thèng WDM 12 2.3.1.2 ảnh hởng chuyển đổi bớc sóng khả chØnh 13 2.3.2 Đặc tính lu lợng chuyển mạch với chức tách ghép 16 2.3.2.1 Lu lỵng mạng chuyển mạch gói tách- ghép WDM 18 Đồ án tốt nghiệp đại học 2.3.2.2 Thuật toán định tuyến kiểu kiểm tra 20 2.4 Bộ ®Ưm chun m¹ch gãi quang .23 2.4.1 Các kỹ thuật đệm .23 2.4.1.1 Bộ đệm đầu 25 2.3.1.2 Bộ đệm chia xẻ 26 2.3.1.3 Bộ đệm vòng 26 2.3.1.4 Bé ®Ưm đầu vào 27 2.4.2 Chuyển mạch đơn tầng 27 2.4.2.1 OASIS 27 2.4.2.2 Chuyển mạch lựa chọn quảng bá 29 2.4.2.3 Đệm vòng lặp đa bớc sóng .30 3.4.2.4 Chun m¹ch gãi quang dïng chung bé nhớ 32 2.4.3 Chuyển mạch đa tầng 33 2.4.3.1 Chun m¹ch ghÐp bíc sãng Wave-Mux .33 2.4.3.2 Chuyển mạch ghép tầng sử dụng phần tử chuyển mạch 2x2 35 2.4.3.3 Chun m¹ch víi bé ®Ưm quang lín SLOB 38 2.5 KiÕn tróc ®Þnh tuyến thực nghiệm gói quang có khả hoán đổi nh½n OPERA 39 2.5.1 KiÕn tróc m¹ng 39 2.5.2 Bộ định tuyến giao diện mạng quang 40 2.6 KiÕn tróc chun m¹ch gãi 40 2.6.1 Chun m¹ch dùa trờng chuyển mạch không gian 41 2.6.1.1 Chun m¹ch xen kÏ 42 2.6.1.2 Chuyển mạch gói photonic đệm đầu 42 Đồ án tốt nghiệp đại học 2.6.1.3 Chuyển mạch dựa chuyển mạch không gian không đệm 43 2.6.1.4 Chun m¹ch DAVID 44 2.6.2 Chun m¹ch ®Þnh tun bíc sãng 45 2.6.2.1 Chun mạch định tuyến bớc sóng đệm đầu 45 2.6.2.2 Chuyển mạch định tuyến bớc sóng đệm đầu vào 47 2.6.3 Chuyển mạch lựa chọn quảng bá 49 2.6.3.1 Chuyển mạch lựa chọn quảng bá KEOPS .49 2.6.3.2 Chuyển mạch lựa chọn quảng bá ULPHA .50 2.6.3.3 Chuyển mạch nhớ lặp sợi .51 2.6.5 Chuyển mạch định tuyến quang phân khe thời gian 52 CHƯƠNG iii: Các Mô hình chuyển mạch 53 3.1 KiÕn tróc chun m¹ch ATMOS 53 3.2 KiÕn tróc chun m¹ch KEOPS .53 3.3 KiÕn tróc chun m¹ch WASPNET 55 3.3.1 Chun m¹ch WASPNET 56 3.3.2 Điều khiển mạng 57 3.3.3 Định dạng gãi .57 3.4 M¹ng øng dơng cho chun m¹ch gãi quang 57 3.4.1 Chun m¹ch gãi quang st 57 3.4.1.1 Các mạng gói quang 57 3.4.1.2 Node chun m¹ch gãi quang 62 3.4.2 M¹ng kÕt nèi quang víi định tuyến IP terabit 64 3.4.2.1 Kiến trúc ®Þnh tun IP terabit 65 3.4.2.2 Bé ®iỊu khiển tuyến module định tuyến 68 3.4.2.3 Mạng kÕt nèi quang 70 §å án tốt nghiệp đại học 3.4.2.4 Khối phân xử Ping –Pong 75 KÕt luËn 76 Đồ án tốt nghiệp đại học ơng 1: Tng quan Ch- CHƯƠNG i: TNG QUAN 1.1 Sự phát triển mạng quang 1.1.1 Sự phát triển topo mạng Kiến trúc điểm - điểm loại đơn giản topo mạng Các gói đợc truyền node quang, nhng chuyển đổi quang điện tử đợc thực mäi node SONET/SDH lµ mét vÝ dơ Mét lùa chän khác có u điểm sử dụng topo mạng kiểu bus, vòng Hình1.1: Các topo mạngdạng Điểm - điểm, vòng, sao, lới Trong mạng WDM topo kiểu vòng đợc a dùng Topo kiểu mạng lới có nhiều u điểm so sánh với loại trớc dung sai cắt sợi tốt hơn, có nhiều lựa chọn định tuyến Thêm nữa, node với tốc độ lu lợng cao đợc nối với vài node, node với lu lợng liệu node đơn nối với node đơn Đáng tiếc, mạng topo dạng mạng lới gặp nhiều khó khăn triển khai yêu cầu phức tạp định tuyến chuyển mạch Mạng WDM xuất năm 1990 mạng kiểu điểm - điểm Sau phần tử tách-ghép đợc sử dụng cuối năm 1990 topo mạng kiểu vòng trở nên a dùng Ngày đà sử dụng mạng có topo mạng kiểu mạng lới Một phần mạng gói quang đợc thực môi trờng phòng thí nghiệm Chắc chắn mạng gói thơng mại theo phát triển giống nh mạng WDM trớc 1.1.2 Sự phát triển dung lợng truyền dẫn Tốc độ phát triển dung lợng truyền dẫn nhanh năm trớc Giữa thập niên 90 tốc độ tăng 30% năm, ngày 60% Bảng mô tả dự báo phát triển tổng dung lợng tốc độ bít ngời sử dụng 1995 2000 2005 2010 Đồ án tốt nghiệp đại học ơng 1: Tng quan Ch- Dung lợng 20-40 800 tỉng Gbit/s Gbit/s Tèc ®é POTS ADSL Quang, ADSL Quang, bÝt ngêi 64kbit/s 2- 155Mbit/s ®iƯn 8Mbit/s 2,10,50 622Mbit/s Mbit/s 100Mbit/s sư dơng  1Tbit/s 1.1.3 Sù ph¸t triển mạng Mạng quang đợc thực thi cách thập kỷ, nhng khai thác thực tế mạng quang lại liên quan với tợng Mạng sử dung công nghệ WDM tới đỉnh điểm nửa cuối năm nhng năm 2000 Sự phát triển tăng nhanh nh tốc độ phát triển dung lợng tăng 60% năm Hiện phơng pháp ghép kênh phân chia theo bớc sóng (WDM) công nghệ ghép kênh a chuộng cho mạng thông tin quang, thiết bị đầu cuối sử dụng cần hoạt động tần số kênh WDM WDM cách ghép, ta lợi dụng không đối xứng băng tần quang điện rộng lớn cách yêu cầu đầu cuối ngời sử dụng hoạt động tốc độ điện tử kênh ghép WDM từ đầu cuối ngời sử dụng khác đợc ghép vào cáp Trong ghép kênh theo bớc sóng WDM, bớc sóng hỗ trợ kênh thông tin hoạt động tốc độ đợc thiết kế Ghép kênh phân chia theo bíc sãng (WDM) xt hiƯn nh mét gi¶i pháp đợc lựa chọn để cung cấp sở hạ tầng mạng nhanh hơn, đáp ứng đợc bùng nổ Internet Thế hệ WDM cung cấp liên kết vật lý điểm tới điểm đợc sử dụng hạn chế trung kế WAN Các cấu hình mạng WDM, WAN cấu hình tĩnh Thế hệ thứ hai WDM có khả thiết lập tuyến quang kết nối từ đầu cuối tới đầu cuối lớp quang sử dụng kết nối chéo lựa chọn bớc sóng WSXC Các tuyến quang tạo tôpô ảo tôpô sợi quang vật lý Cấu hình bớc sóng ảo thay đổi động theo thay đổi quy hoạch mạng Đồ án tốt nghiệp đại học ơng 1: Tng quan Ch- Kỹ tht sư dơng thÕ hƯ WDM thø hai bao gồm thiết bị kết nối chéo tách ghép bớc sóng với khả chuyển đổi bớc sóng, định tuyến động phân bố bớc sóng node nối chéo WDM hệ thứ ba đợc sử dụng mạng quang chuyển mạch gói phi kết nối, tiêu đề hay nhÃn đợc gắn với liệu, truyền với tải đợc xử lý chuyển mạch quang WDM Dựa tỷ lệ thời gian xử lý tiêu đề gói chi phí truyền dẫn gói, chuyển mạch WDM đợc sử dụng hiệu cách sử dơng chun m¹ch nh·n hay chun m¹ch burst quang Chun mạch gói quang giai đoạn nghiên cứu Sự phát triển mạng WDM đợc nh h×nh vÏ ThÕ hƯ thø ThÕ hƯ thø Các kênh tĩnh tới động WADM Thế hệ thứ Các đường ảo lưu giữ chuyển tiễp OBS WAMP WSXC(OCX) OLS DCX Chuyển mạch kênh WDM OPR Chuyển mạch burst quang Chuyển mạch gói quang Hình 1.2 Sự phát triển mạng WDM Chuyển mạch kênh quang đợc sử dụng cho lu lợng đợc tập hợp lại có kích thớc lớn, kênh truyền đợc thiết lập trớc không thay Đồ án tốt nghiệp đại học ơng 1: Tng quan Ch- đổi trình truyền liệu Chuyển mạch gói quang sử dụng cho gói liệu có kích thớc nhỏ 1.2 Chuyển mạch quang Chuyển mạch từ dùng để hai nghĩa khác Một để định nghĩa tóm tắt khái niệm chuyển mạch tức thiết bị sử dụng chuyển mạch tín hiệu từ cổng đầu vào tới cổng đầu Hai chuyển mạch thiết bị với vài thiết bị thiết bị phức hợp mà gồm khối điều khiển phức tạp, đệm đờng dây trễ, lọc, chuyển đổi bớc sóng chuyển mạch đơn giản Các chuyển mạch không gian định tuyến bớc sóng thành phần chuyển mạch quang Một chuyển mạch không gian chuyển theo cách đơn giản tín hiệu từ đầu vào tới đầu Có vài cách để thực chuyển mạch không gian nhng lựa chọn tốt sử dụng SOA (các khuyếch đại quang bán dẫn) Nh hình 1.3 mô tả chuyển mạch không gian Hình 1.3: Chuyển mạch dựa cổng SOA Chuyển mạch dựa cổng SOA NN nh mô tả gồm N tách 1N, N2 cổng SOA N trộn 1N Nếu tín hiệu đợc chuyển Đồ án tốt nghiệp đại học ơng 1: Tng quan Ch- tới đầu j, cổng j trạng thái mở cổng khác trạng thái đóng Tất cổng có mục đợc kết nối tới trộn Một định tuyến bớc sóng đợc cấu hình trớc không Nh hình 1.4 mô tả định tuyến bớc sóng không cấu hình trớc Mỗi tín hiệu từ đầu vào i với bớc sóng j đợc truyền trực tiếp tới đầu k Một ví dụ định tuyến lại AWGM Một AWGM gồm hai coupler AWG chóng Coupler t¸ch c¸c tÝn hiƯu tõ c¸c cỉng đầu vào đa tới tất lới ống dẫn sóng mà lới ống dẫn sóng có độ dài khác Độ trễ tín hiệu phụ thuộc vào độ dài ống dẫn sóng bớc sóng Coupler thø hai chØ phèi hỵp theo cÊu tróc tín hiệu có pha khác cổng đầu đơn Mặc dù định tuyến bớc sóng không cấu hình trớc thuộc tính chuyển mạch đợc sử dụng rộng rÃi chuyển mạch gói quang định tuyến theo bớc sóng Y tởng để gói đợc chuyển đổi thành bớc sóng xác sau truyền trùc tiÕp tíi AWGM Bëi v× AWGM chän cỉng gói tuỳ thuộc cổng bớc sóng, gói đợc chuyển tới cổng đà định Hình 1.4: Bộ định tuyến bớc sóng 1.2.1 Phân loại chuyển mạch quang Chuyển mạch đợc chia thành chuyển mạch điện chuyển mạch quang Các chuyển mạch điện có thiết bị phát triển Đồ án tốt nghiệp đại học ơng 1: Tng quan Ch- chuyển mạch quang việc thực thi chúng dễ dàng Chuyển mạch quang lại đợc chia thành: Chuyển mạch kênh quang Chuyển mạch gói quang Chuyển mạch burst quang 1.2.1.1 Kỹ thuật chuyển mạch kênh quang Chuyển mạch kênh quang hoạt động theo kiểu định tuyến theo bớc sóng Trong mạng chuyển mạch kênh quang, đờng dẫn bớc sóng riêng đợc thiết lập khoảng thời gian kết nối Để mạng chuyển mạch kênh hoạt động, kênh đợc ấn định từ đầu tới cuối cho kết nối Kênh sau đợc đăng ký phục vụ cho kết nối Hình 1.5 Mạng chuyển mạch kênh Trong mạng chuyển mạch kênh yêu cầu nối điểm A B Một kênh đợc thiết lập thông qua node R1, R3, R4 vµ R5 Ta cịng cã thĨ thµnh lËp tuyến liên kết khác A B Giữa node chuyển mạch cho phép nhiều kênh đợc thiết lập Chuyển mạch kênh gồm có giai đoạn: Thiết lập kênh, truyền liệu, giải phóng kênh Thiết lập kênh: Đăng ký bớc sóng cố định theo đờng dẫn lựa chọn, liên kết đờng dẫn đợc định hớng từ nguồn tới đích t¬ng øng cđa nã