Chuyển mạch Burst quang và ứng dụng trong mạng truyền tải thế hệ sau

Đề tài : Chuyển mạch Burst quang và ứng dụng trong mạng truyền tải thế hệ sau

-o0o -

-o0o -ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Họ và tên : Hà Thanh Hoà

Lớp : D2001-VT

Khoá : 2001 – 2006

Ngành : Điện tử – Viễn thông

TÊN ĐỀ TÀI:

CHUYỂN MẠCH BURST QUANG VÀ ỨNG DỤNG TRONG

MẠNG TRUYỀN TẢI THẾ HỆ SAU

NỘI DUNG ĐỒ ÁN :

- Tổng quan về mạng truyền tải quang

- Kỹ thuật chuyển mạch burst quang

- Mạng truyền tải quang cấu trúc vòng OBS

- Nghiên cứu ứng dụng trong mạng truyền tải thế hệ sau

Ngày giao đề tài: 25/07/2005

Ngày nộp đồ án: 25/10/2005

Hà Nội, ngày tháng năm 2005

Giáo vên hướng dẫn

TS Bùi Trung Hiếu

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Điểm: (Bằng chữ: )

Ngày tháng năm 2005 Giáo vên hướng dẫn

TS Bùi Trung Hiếu

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Điểm: (Bằng chữ: )

Ngày tháng năm 2005 Giáo viên phản biện

MỤC LỤC

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 1

LỜI NÓI ĐẦU 3

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN MẠCH QUANG 5

1.1 Tổng quan về mạng truyền tải quang 5

1.2 Tổng quan về chuyển mạch quang 6

1.2.1 Tầm quan trọng của chuyển mạch quang 6

1.2.2 Nguyên tắc chung của chuyển mạch quang 9

1.2.3 Phân loại chuyển mạch quang 10

1.2.3.1 Chuyển mạch kênh quang 10

1.2.3.2 Chuyển mạch gói quang 11

1.2.3.3 Chuyển mạch burst quang 13

CHƯƠNG II: KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH BURST QUANG 16

2.1 Cấu trúc và hoạt động của mạng chuyển mạch burst quang 16

2.1.1 Cấu trúc mạng chuyển mạch burst quang 16

2.1.2 Cấu trúc node trong mạng chuyển mạch burst quang 18

2.1.2.1 Cấu trúc node lõi 18

2.1.2.2 Cấu trúc node biên 19

2.1.3 Hoạt động của mạng chuyển mạch OBS 21

2.2 Các phương thức điều khiển trong chuyển mạch burst quang 24

2.2.1 Phương thức điều khiển theo kiểu TAG 24

2.2.2 Phương thức điều khiển theo kiểu TAW 25

2.2.3 Phương thức điều khiển theo kiểu IBT 26

2.2.4 Phương thức điều khiển theo kiểu RFD 26

2.3 Các giao thức sử dụng để đăng ký tài nguyên trong OBS 27

2.3.1 Giao thức JIT (Just-In-Time) 27

2.3.2 Giao thức JET(Just-Enought-Time) 29

2.4 Một số vấn khác đề liên quan đến chuyển mạch burst quang 35

2.4.1 Các cơ chế đăng ký bước sóng 35

2.4.1.1 Thiết lập và giải phóng rõ ràng 35

2.4.1.2 Thiết lập rõ ràng và giải phóng ước lượng 36

2.4.1.3 Thiết lập ước lượng và giải phóng rõ ràng 36

Hà Thanh Hoà - Lớp D2001VT

2.4.1.4 Thiết lập và giải phóng ước lượng 36

2.4.2 Thời gian trễ 36

2.4.2.1 Không đăng ký 37

2.4.2.2 Đăng ký một chiều 37

2.4.2.3 Đăng ký hai chiều 37

2.4.3 Tranh chấp và giải quyết tranh chấp trong mạng OBS 38

2.4.3.1 Phương pháp sử dụng bộ đệm quang 38

2.4.3.2 Phương pháp chuyển đổi bước sóng 40

2.4.3.3 Phương pháp định tuyến đổi hướng 40

2.4.3.4 Phương pháp phân mảnh burst 41

CHƯƠNG III: MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG CẤU TRÚC VÒNG OBS 43

3.1 Giới thiệu chung 43

3.2 Kiến trúc mạng và node của mạng vòng OBS 43

3.2.1 Kiến trúc mạng vòng OBS 43

3.2.2 Kiến trúc node mạng trong mạng vòng OBS 45

3.3 Hoạt động của bước sóng điều khiển trong mạng vòng OBS 47

3.4 Các giao thức truy nhập mạng vòng OBS 49

3.4.1 Nguyên lý truy nhập mạng vòng OBS 50

3.4.2 Giao thức quay vòng lựa chọn với ngẫu nhiên (RR/R) 52

3.4.3 Giao thức quay vòng phục vụ kiên trì (RR/P) 54

3.4.4 Giao thức quay vòng phục vụ không kiên trì (RR/NP) 57

3.4.5 Giao thức quay vòng thẻ bài (RR/Token) 59

3.4.6 Giao thức quay vòng có xác nhận (RR/ACK) 61

CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG OBS TRONG MẠNG THẾ HỆ SAU 64

4.1 Giới thiệu về mạng thế hệ sau 64

4.2 Mạng truyền tải quang thế hệ sau 69

4.3 Chuyển mạch nhãn đa giao thức có sử dụng OBS 71

4.4 OBS như là một vấn đề tối ưu hóa hệ thống hàng đợi 73

4.5 Các kiến trúc OBS thế hệ tiếp theo 75

4.6 OBS hỗ trợ điều khiển luồng 77

4.7 Khả năng ứng dụng của OBS trong mạng truyền tải thế hệ sau 78

KẾT LUẬN 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 80

Hà Thanh Hoà - Lớp D2001VT

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

API Application Program Interface Giao diện trình ứng dụng

AQM Active Queue Management Quản lý hàng đợi tích cực

ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền tải không đồng bộBBM Buffered Burst Multiplexer Bộ ghép burst có đệm

DFDP Deflecr First, Drop Policy Đổi hướng trước, và chính sách loại bỏDFSDP Deflect First, Segment and

DXC Digital Cross connect Kết nối chéo số

FCFS First Come, First Served Đến trước, phục vụ trước

FDDI Fiber Distributed Data Interface Giao diện dữ liệu phân bố cápFIFO First In, First Out Vào trước, ra trước

FRP Fast Reservation Protocol Giao thức đăng ký trước

HDTV High Difinition Television Truyền hình độ phân giải cao

ISPs Internet Service Providers Nhà cung cấp dịch vụ Internet

LCFS Last Come, First Served Đến sau, phục vụ trước

LIB Label Information Base Cơ sở thông tin nhãn

MPLS Multi Protocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức

NGN Next Generation Network Mạnh thế hệ tiếp theo

OADM Optical Add/Drop Multiplexer Bộ xen rẽ quang

OBS Optical Burst Switching Chuyển mạch Burst quang

ODD Only Destination Delay (tên giao thức)

OLS Optical Lable Switching Chuyển mạch nhãn quang

OPR Optical Packet Routing Định tuyến gói quang

Hà Thanh Hoà - Lớp D2001VT

OPS Optical Packet Switching Chuyển mạch gói quang

OSM Optical Switching matrix Ma trận chuyển mạch quangOSN Optical Switching node Nút chuyển mạch quang

OXC Optical Cross-Connect Kết nối chéo quang

PSE Primitive Switching Element Phần tử chuyển mạch sơ cấpRFD Reserve-a-fixed-Delay Đăng ký trễ cố định

RR/ACK Round-Robin With Acknowlegment Giao thức quay vòng có xác nhậnRR/NP Round-Robin With Non-

Persistent service

Giao thức quay vòng phục vụ không kiên trì

RR/P Round-Robin With Persistent service Giao thức quay vòng phục vụ kiên trìRR/R Round-Robin With selection

Random

Giao thức quay vòng với lựa chọn ngẫu nhiên

RR/Token Round-Robin With Token Giao thức quay vòng với thẻ bài

SCU Switching Control Unit Khối điều khiển chuyển mạchSDH Synchronous Digital Hierarchi Ghép kênh cận đồng bộ

SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ

TCP Transfer Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫnTDM Time Dvision Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thời gianWADM Wavelength Add/drop Division

WDM Wavelength Division Multiplexer Bộ ghép kênh phân chia theo bước sóngWR-OBS Wavelength-Route OBS OBS định tuyến theo bước sóng

Hà Thanh Hoà - Lớp D2001VT

LỜI NÓI ĐẦU

Cuối thể kỷ 20 nhiều nhà khai thác viễn thông trên thế giới đã chứngkiến những biến động lớn về bản chất lưu lượng truyền tải trên mạng Lưulượng phi thoại dần lấn át lưu lượng thoại truyền thống Nguyên nhân sâu xacủa vấn đề này là do tốc độ phát triển vượt bậc của lưu lượng Internet và sựgia tăng không ngừng của số người sử dụng cùng các nhà cung cấp dịch vụInternet đã làm cho Internet ngày càng trở nên hữu dụng Các cuộc gọi truyềnthống đã bị thay thế bằng các cuộc gọi số liệu với đặc tính lưu lượng “bùngnổ”, thời gian cuộc gọi dài và có tính bất đối xứng (lưu lượng đường lênkhác với lưu lượng đường xuống…), đã tạo nên những thách thức mới cho nhàkhai thác mạng

Kiến trúc mạng IP ngày nay được xây dựng theo kiểu xếp chồng giaothức những công nghệ như ATM, SDH và WDM Do có nhiều lớp liên quannên đặc trưng của kiến trúc này là dư thừa tính năng; và chi phí liên quan đếnvận hành khai thác cao Hơn nữa, kiến trúc này trước đây sử dụng để cung cấpchỉ tiêu đảm bảo cho dịch vụ thoại và thuê kênh, không được thiết kế phù hợpcho mạng số liệu Do đó nó không thật sự thích hợp đối với các ứng dụnghoạt động dựa trên công nghệ chuyển mạch gói và đặc biệt là những ứng dụng

có nguồn gốc IP

Một số nhà cung cấp và tổ chức tiêu chuẩn đang đề xuất những giải phápmới khai thác IP trên kiến trúc mạng đơn giản, ở đó lớp WDM là nơi cung cấpbăng tần truyền dẫn vô cùng lớn Những giải pháp này cố gắng giảm tối đa cáctính năng dư thừa, thông tin mào đầu giao thức, đơn giản hoá công việc quản lý

và qua đó truyền tải IP trên lớp WDM (lớp mạng quang) càng hiệu quả càng tốt Việc loại bỏ các lớp mạng trung gian trong kiến trúc mạng truyền tải IPgắn liền với sự phát triển của công nghệ chuyển mạch quang Sự mở rộng chứcnăng của chuyển mạch quang tới lớp cao hơn sẽ tạo ra một kiến trúc mạng vôcùng đơn giản, và đó cũng là mục tiêu hướng đến trong tương lai; kiếntrúc mạng chỉ gồm hai lớp: IP/quang Hiện nay các sản phẩm chuyển mạchbước sóng quang đã được thương mại hoá Chuyển mạch burst quang (OBS),chuyển mạch gói quang (OPS) đang trong giai đoạn nghiên cứu phát triển Vấn

đề về công nghệ đang là rào cản chính trong lĩnh vực này

Hà Thanh Hoà - D2001VT 1

Nội dung của đồ án bao gồm 4 chương và phần kết luận, được cấu trúcnhư sau:

• Chương 1: Trình bày tổng quang về sự phát triển của công nghệ

chuyển mạch quang hiện tại Thực hiện đi xâu vào tình hình phát triểncủa kỹ thuật OBS

• Chương 2: 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 tìmhiểu một số vấn đề liên quan đến OBS

• Chương 3: Chương này đi giới thiệu về cơ chế hoạt động của một số

giao thức truy nhập dùng trong mạng OBS cấu trúc vòng

• Chương 4: Nghiên cứu một số đặc điểm đặc trưng chủ yếu của OBS

phù hợp với mạng truyền tải thế hệ sau và đưa ra một số cấu trúcchuyển mạch burst cải tiến để phù hợp với mạng truyền tải thế hệ sau

Phạm vi, sở cứ và phương pháp nghiên cứu

Công nghệ OBS đang trong giai đoạn nghiên cứu thử nghiệm chính vì vậythông tin về những công nghệ này còn chưa nhiều Nội dung của đồ án được thựchiện trên cơ sở thu thập, nghiên cứu các bài báo đã được công bố trên các tạp chíkhoa học như: IEEE, Computer Network, Journal of Lighwave Technology vàcác tài liệu thu thập được từ Internet

Xuất phát từ những đặc điểm trên nên phạm vi của đề tài chỉ dừng lại ở mứcnghiên cứu lý thuyết nhằm đưa ra một bức tranh tổng thể về lĩnh vực công nghệchuyển mạch này Những vấn đề nghiên cứu sâu như vấn đề đồng bộ, QoS, trong mạng chưa được đề cập vì thời gian cũng như trình độ hiểu biết còn nhiềuhạn chế Nếu có điều kiện Em sẽ xin được tìm hiểu và nghiên cứu sâu hơn

Hà Thanh Hoà - D2001VT 2

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN MẠCH QUANG

1.1 Tổng quan về mạng truyền tải quang

Trước đây, do xa hội chưa phát triển nên nhu cầu trao đổi thông tin củacon người chưa cao và cũng không yêu cầu khắt khe về chất lượng của các dịch

vụ được cung cấp Chính vì vậy, mà chỉ cần một cơ sở hạ tầng mạng vừa phải

đã đủ cung cấp các dịch vụ viễn thông đáp ứng nhu cầu trao đổi thông tin của

xã hội lúc bấy giờ

Ngày nay, sự phát triển của xã hội có thể được đánh giá qua sự phát triểncủa ngành công nghệ viễn thông, mặt khác do nhu cầu trao đổi thông tin củacon người ngày càng tăng và đòi hỏi chất lượng cao hơn với nhiều dịch vụ hơn

đã gây ra sự bùng nổ lưu lượng Vì vậy mà với cơ sở hạ tầng mạng trước đâytrở nên không còn phù hợp cần phải được nâng cấp, để đáp ứng được các nhucầu của khách hàng đồng thời phù hợp để cung cấp các dịch vụ mới với chấtlượng tốt hơn

Do sự phát triển của công nghệ vi mạch điện tử, bán dẫn và công nghệtruyền dẫn quang đã cho phép thu nhỏ kích cỡ, đồng thời làm tăng tính năngcủa các vi mạch điện tử Mặt khác, tốc độ truyền dẫn tăng đột biến nhưng vẫnkhông đủ để đáp ứng tốc độ tăng nhanh như vũ bão của số lượng khách hàng sửdụng các dịch vụ viễn thông và sự bùng nổ lưu lượng internet, do sự hạn chếtốc độ của các chuyển mạch điện tử Đây quả là một cơ hội tốt để các nhà cungcấp tăng doanh thu của mình nhưng cũng đồng thời đặt ra cho họ một tháchthức là phải nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên mạng một cách tối đa bằngcách áp dụng các công nghệ mới, đồng thời nghiên cứu phát triển công nghệchuyển mạch mới với tốc độ cao hơn và thực hiện đơn giản hơn

Cũng tại thời điểm này, cáp quang được đưa ra như một phương tiện truyềndẫn, cho phép sử dụng công nghệ WDM, điều này đã mở đầu một sự tăng trưởngnhanh chóng về giá trị của băng thông truyền dẫn làm cho Internet tốc độ caođược cung cấp tới mọi người Khả năng tính toán thô sơ của những máy vi tính

cá nhân đã tạo ra những ứng dụng tinh vi (như là truyền hình và thoại thời gianthực) có thể cung cấp cho nhiều người, và để truy nhập vào nội dung các ứngdụng trên Internet đây là một nguồn tiềm năng của các nhà cung cấp dịch vụ

Internet (ISPs: Internet Service Providers), các nhà cung cấp đã đi tới hướngcung cấp các dịch vụ truy nhập yêu cầu băng thông rộng tới khách hàng.

Công nghệ ghép kênh WDM ra đời như một giải pháp được lựa chọn đểcung cấp cơ sở hạ tầng mạng nhanh hơn đáp ứng được sự bùng nổ lưu lượnginternet, cho phép cung cấp nhiều dịch vụ mới với chất lượng tốt hơn đáp ứngđược nhu cầu sử dụng các dịch vụ viễn thông ngày càng tăng của xã hội Nhưngthế hệ đầu tiên của WDM chỉ cung cấp các kết nối vật lý điểm điểm được sửdụng hạn chế trong các trung kế WAN

Thế hệ thứ hai của WDM có khả năng thiết lập các tuyến kết nối chéo lựachọn bước sóng từ đầu cuối tới đầu cuối tạo ra các tô pô ảo trên sợi quang vật lý,mặt khác cấu hình bước sóng ảo này có thể được thay đổi theo quy hoạch mạng.Thế hệ WDM thứ 3 được sử dụng trong các mạng chuyển mạch gói phikết nối, trong mạng chuyển mạch gói các tiêu đề hay nhãn được gắn với dữ liệu

và được truyền đi cùng với tải trọng là các dữ liệu người dùng Tại mỗi nodechuyển mạch WDM chúng được xử lý lấy ra thông tin định tuyến để xác địnhtuyến đi cho gói tin từ nguồn tới đích Dựa trên tỷ lệ giữa chi phí xử lý tiêu đềgói và chi phí truyền dẫn gói mà công nghệ WDM có thể được sử dụng hiệuquả hơn bằng cách sử dụng các công nghệ chuyển mạch nhãn hay burst thựchiện truyền một gói tin điều khiển để sử dụng cho nhiều gói tin người dùng.Đây quả là một hướng đi mới tiến tới mạng NGN trong thời gian tới

Hiện nay trên thế giới chuyển mạch quang vẫn đang trong quá trìnhnghiên cứu và thử nghiệm nên chưa được triển khai rộng trên thực tế Các mạngtrên thực tế hiện nay chủ yếu được phát triển theo hướng truyền dẫn quang vàchuyển mạch điện tử do công nghệ bộ nhớ truy nhập quang chưa phát triển gâycản trở cho sự ứng dụng của chuyển mạch quang trong các mạng thực tế

1.2 Tổng quan về chuyển mạch quang

1.2.1 Tầm quan trọng của chuyển mạch quang

Chuyển mạch là một thiết bị tối cần thiết trong mạng truyền tải, nó là thiết

bị duy nhất cho phép truyền tải thông tin giữa một node này với một hay nhiềunode khác, hay đầu cuối này với một hay nhiều đầu cuối khác trong mạngtruyền tải thông tin

Trước đây, do dung lượng mạng không lớn nên chỉ cần hệ thống chuyểnmạch với dung lượng nhỏ, tốc độ không cao cũng có thể đáp ứng đủ nhu cầucủa xã hội lúc bấy giờ Nhưng sau này, do nhu cầu trao đổi thông tin của conngười ngày càng tăng với nhiều dịch vụ đa dạng hơn gây nên sự "bùng nổ" lưulượng làm cho mạng với cơ sở hạ tầng cũ trở nên quá tải, và cần phải sử dụngcác công nghệ chuyển mạch mới để tăng tốc độ truyền tải thông tin cũng như sửdụng tài nguyên mạng một cách hiệu quả hơn.

Mặt khác do công nghệ truyền dẫn quang phát triển, các mạng truyền dẫnquang được xây dựng, đã đem lại dung lượng truyền dẫn vô cùng lớn do băngtần sóng mang quang có thể lên tới 200 THz, nhưng dung lượng mạng vẫnkhông đáp ứng được sự "bùng nổ" lưu lượng do dung lượng mạng bị giới hạnbởi các thiết bị chuyển mạch điện tử có dung lượng và tốc độ hạn chế

Chuyển mạch quang ra đời như một giải pháp được lựa chọn để nâng caohiệu quả truyền tải thông tin tốc độ cao mà không phải thay đổi hay bổ sung hệthống truyền dẫn quang sẵn có của mạng Đồng thời cho phép tăng đáng kểdung lượng mạng cũng như chất lượng dịch vụ được cung cấp bởi mạng có hệthống truyền dẫn quang Cho phép cung cấp nhiều dịch vụ mới với băng thôngrộng trên hệ thống truyền dẫn quang đã được lắp đặt trước đây Góp phần làmtăng lợi nhuận của các nhà đầu tư viễn thông, cùng các nhà khai thác dịch vụ.Chuyển mạch quang ra đời đã khắc phục được các hạn chế của việc xử lý

và chuyển mạch tín hiệu trong miền điện như trước đây Ở trong chuyển mạchquang chỉ có các thông tin điều khiển với số lượng ít ỏi là được biến đổi quang-điện-quang tại mỗi node chuyển mạch để xử lý định tuyến, vì vậy đã làm giảmđáng kể trễ xử lý do không còn phải tốn thời gian để biến đổi quang-điện-quangcho phần thông tin người dùng (khối lượng lớn) tại các đầu vào và đầu ra nodemạng quang

Ngoài ra sự có mặt của chuyển mạch quang cho phép các nhà cung cấpdịch vụ viễn thông cung cấp nhiều dịch vụ viễn thông mới với chất lượng dịch

vụ tốt hơn, băng thông rộng hơn và được cung cấp một cách mềm dẻo hơn Cónhiều mức chất lượng dịch vụ khác nhau cho khách hàng lựa chọn Tăng đáng

kể dung lượng mạng viễn thông hiện có mà không phải bổ sung thêm cơ sở hạtầng mới gây tốn kém

Các công nghệ chuyển mạch quang mới ra đời nhằm nâng cao hiệu quả sửdụng tài nguyên mạng, cũng như tận dụng tốc độ truyền dẫn dịch vụ tương đốicao của các mạng truyền dẫn quang hiện có như chuyển mạch kênh quang,chuyển mạch gói quang, chuyển mạch burst quang Đồng thời bổ sung thêm cácchức năng mới để phù hợp hơn với các dịch vụ viễn thông mới chất lượng caobăng thông rộng, với nhiều loại hình dịch vụ.

Chuyển mạch gói quang là công nghệ chuyển mạch mà trong đó thông tincần truyền được cắt nhỏ thành các đoạn nhỏ có kích thước cố định hoặc biếnđổi Sau đó chúng được gắn thêm thông tin điều khiển, định tuyến và hỗ trợmạng và được truyền đi trên mạng truyền tải gói tới đích

Chuyển mạch gói quang, là công nghệ tiếp theo của chuyển mạch kênhquang nên đã khắc phục được nhược điểm lớn nhất của chuyển mạch kênh là sửdụng tài nguyên mạng không hiệu quả, chiếm dụng tài nguyên mạng cả khikhông thật sự cần thiết (tức là không thật sự có thông tin cần truyền, các khoảnglặng trong khi kết nối) Tuy nhiên để đạt được hiệu quả tối đa trong chuyểnmạch gói là một điều rất khó vì cần phải dung hoà giữa hai yêu cầu trái ngượcnhau Đó là hiệu suất truyền thông tin (được đánh giá dựa trên tỷ số giữa thôngtin tải trọng và thông tin truyền đi, yêu cầu gói phải có kích thước lớn để tănghiệu suất truyền tin) và tỷ số lỗi thông tin (là tỷ số giữa số bít lỗi và tổng số bítthông tin truyền đi trong thời gian quan trắc, yêu cầu gói tin nhỏ để khi lỗi bíthay mất gói thì lượng thông tin mất đi là nhỏ)

Chuyển mạch burst quang Đây là một công nghệ chuyển mạch mới đã kếthợp các ưu điểm của cả chuyển mạch kênh và gói quang, thực hiện kết hợp một

số gói tin tạo thành burst với một gói mang thông tin điều khiển nên giảm lượngthông tin điều khiển mà không làm kích thước gói tin tăng lên Mặt khác, dođược truyền tải trên mạng truyền tải quang nên khoảng thời gian truyền mộtburst không quá lớn để gây trễ tới các burst khác Hiện tại chuyển mạch burstquang đang là sự lựa chọn phù hợp nhất cho mạng internet tốc độ cao, để cungcấp các dịch vụ băng thông rộng, đa phương tiện đồng thời với chất lượng dịch

vụ theo yêu cầu Tuy nhiên để phát triển công nghệ này phổ biến còn gặp rấtnhiều khó khăn, và phụ thuộc vào nhiều yếu tố khách quan khác như sự pháttriển của công nghệ bộ nhớ truy nhập quang, công nghệ quang lượng tử …

1.2.2 Nguyên tắc chung của chuyển mạch quang

Nguyên tắc chung của chuyển mạch quang là thực hiện chuyển mạchthông tin dữ liệu trong miền quang (tại lớp quang) mà không còn cần phảichuyển đổi thông tin dữ liệu sang miền điện như các node chuyển mạch điệntrước đây Bằng cách tạo ra các kênh quang (kênh bước sóng hay khe thời gian)

để truyền tải thông tin dữ liệu

Ngoài ra, cũng giống như chuyển mạch nói chung Chuyển mạch quangcũng thực hiện lưu đệm và chuyển tiếp thông tin tải trọng giữa nguồn và đích.Nhưng có một điểm khác biệt giữa chuyển mạch quang và chuyển mạch điện tửlà: Trong chuyển mạch quang dữ liệu được "làm trễ" trước khi được chuyểntiếp tới node tiếp theo trên đường đi tới đích, chứ không phải thực hiện đệm tạicác node trung gian như trong chuyển mạch điện tử

Trong chuyển mạch quang, tại các node chuyển mạch các thông tin điềukhiển được tách riêng biến đổi quang điện, và xử lý để lấy thông tin định tuyến,còn thông tin tải trọng được lưu trong các bộ đệm quang hay các đường dây trễ

để đợi chuyển mạch tới đầu ra thích hợp trên hướng đi tới đích Như vậy trongchuyển mạch quang đã bỏ đi hẳn quá trình chuyển đổi O/E/O làm giảm đáng kểtrễ xử lý tại các node chuyển mạch

Dưới đây là mô hình chung của một node chuyển mạch quang

Giao diện đầu vào

Modul chuyển mạch quang

Modul điều khiển chuyển mạchIM

Giao diện đầu

Một node chuyển mạch quang nói chung bao gồm 4 phần chính:

1 Khối giao diện đầu vào: Thu, đệm tín hiệu quang để chuẩn bị đưa vào

trường chuyển mạch thực hiện chuyển mạch tới đầu ra, và tách thôngtin điều khiển đưa lên khối điều khiển chuyển mạch

2 Khối điều khiển chuyển mạch: Khối này thực hiện thu nhận các thông

tin từ module đầu vào và phân tích thông tin điều khiển và thực hiệnđiều khiển khối chuyển mạch Ngoài ra sau khi phân tích song thông tinđiều khiển thì nó còn phải có chức năng cấu tạo lại phần thông tin điềukhiển đưa tới module đầu ra

3 Khối chuyển mạch quang: Đây là thành phần chính trong mỗi node

chuyển mạch quang thực hiện chức năng chuyển mạch thông tin từ đầuvào tới đầu ra theo yêu cầu

4 Khối giao diện ra: thực hiện đệm đầu ra và ghép thông tin tải trọng và

thông tin điều khiển mới, biến đổi thành tín hiệu phù hợp với đườngtruyền và đưa lên đường truyền dẫn

Các đơn vị thông tin truyền tải khi đến node chuyển mạch nó được đưaqua một bộ phân kênh (DEMUX) để tách phần tải trọng đưa vào bộ đệm quang(đường dây trễ), và thông tin điều khiển đưa vào module đầu vào của khối điềukhiển chuyển mạch để chuẩn bị xử lý lấy thông tin định tuyến, để điều khiểnkhối chuyển mạch Thực hiện chuyển mạch thông tin dữ liệu tới đầu ra phùhợp, rồi qua bộ ghép thông tin điều khiển (MUX) và được đưa lên đường truyềnquang tới node tiếp theo trên đường đi từ nguồn tới đích

1.2.3 Phân loại chuyển mạch quang

1.2.3.1 Chuyển mạch kênh quang

Trong chuyển mạch kênh quang, một kênh quang được thiết lập trước khitruyền tin bởi một bản tin thiết lập, và được giải phóng bởi một bản tin giảiphóng được gửi đi sau khi cuộc nối kết thúc Đơn vị dữ liệu trong chuyển mạchkênh thường là bản tin

Chuyển mạch kênh quang hoạt động theo phương pháp định tuyến bướcsóng Trong mạng chuyển mạch kênh quang định tuyến bước sóng một kênhbước sóng sẽ được thiết lập từ điểm đầu tới điểm cuối trước khi truyền tin vàkênh đó sẽ bị chiếm dụng trong suốt thời gian diễn ra cuộc nối

Để thiết lập một cuộc nối trong mạng chuyển mạch kênh bao gồm 3 pha(thiết lập kết nối, truyền tin, giải phóng kết nối) Sau đây là mô hình thiết lậpmột kết nối đối với giao thức không yêu cầu bản tin xác nhận kết thúc phiêntruyền tin.

Pha truyền bản tin

Yêu cầu thiết lập cuộc nối

Tín hiệu chấp nhận cuộc nối.

Tín hiệu giải phóng kết nối

Trễ xử lý

Trễ

truyền

dẫn

Hình 1.2: Mô tả quá trình kết nối trong mạng chuyển mạch kênh quang

1.2.3.2 Chuyển mạch gói quang

Ở mạng chuyển mạch gói thông tin cần truyền được cắt nhỏ thành cáckhối có kích thước cố định hay thay đổi, và được cấu trúc thành gói tin bao gồmthông tin tải trọng (là thông tin dữ liệu người dùng cần truyền, trao đổi) và phần

thông tin điều khiển mạng (thông tin điều khiển header) để gửi qua mạng tới

đích Tại phía thu phải thực hiện phục hồi bản tin từ các gói tin thu được Trongmạng chuyển mạch gói các kết nối chỉ được thiết lập khi truyền gói tin, sau khitruyền song gói tin thì kết nối đó được giải phóng và các tài nguyên mạng đãphục vụ kết nối này lại được cung cấp phục vụ cho các kết nối khác, vì vậy màkết nối chỉ được thiết lập khi thực sự có thông tin cần truyền Đây là điểm khácbiệt so với chuyển mạch kênh Trong mạng chuyển mạch gói đã khắc phụcđược nhược điểm của mạng chuyển mạch kênh đó là sử dụng tài nguyên mạngmột cách mềm dẻo và đạt hiệu quả cao

Trong mạng chuyển mạch gói quang thì các dữ liệu người sử dụng đượctruyền dẫn quang hoàn toàn từ nguồn đến đích Chính điều này đã làm giảm đáng

kể thời gian trễ xử lý như ở các mạng chuyển mạch gói sử dụng chuyển mạchđiện tử do không phải thực hiện biến đổi O-E-O tại các node trung gian

Tuỳ theo kỹ thuật chuyển mạch được áp dụng mà ta có các kiểu thiết lậpkết nối khác nhau: Như định tuyến độc lập ( tức là, mỗi gói tin được định tuyếntrên những đường đi khác nhau tối ưu tại thời điểm đó), định tuyến phụ thuộc(là phương pháp định tuyến mà trong đó các gói tin cùng đi trên một đường đi)hay định tuyến ngẫu nhiên (là gói tin được gửi đi liên tục trên mạng và ngẫunhiên đến đích) Ở mạng chuyển mạch gói các gói tin có thể đi trên các conđường khác nhau, là con đường tối ưu nhất tại thời điểm đó, khi con đường tối

ưu nhất bị lỗi thì mạng có khả năng định tuyến lại

Đường truyền dẫn

Gói tin

Node chuyển mạch

Hình 1.3: Mô hình mạng chuyển mạch gói.

Một nguyên tắc cơ bản của chuyển mạch gói đó là "lưu đệm" và chuyểntiếp, tức là một gói tin chỉ được gửi đi khi đã thu được hoàn toàn đầy đủ tạinode nguồn hay các node trung gian Chính đặc điểm này đã khiến các gói tin

bị trễ tương ứng với độ dài của mỗi gói tại các node trung gian Để giảm trễ thìngười ta có thể tiến hành sử dụng các giao thức khác như: Giao thức khôngkiểm tra lỗi tại node trung gian (trong mạng sử dụng công nghệ ATM), giaothức không cần bản tin xác nhận, hay có thể thực hiện ước lượng thống kê kíchthước gói để gửi đi trước thiết lập băng thông và cấu hình chuyển mạch v v Tuy nhiên chuyển mạch gói vẫn không phải là một phương pháp hoàn hảo

có thể đáp ứng mọi nhu cầu trong tương lai, nó vẫn tồn tại các hạn chế khó khắcphục như: Khi tốc độ đường truyền lên cao thì thời gian truyền dẫn trở nênkhông đáng kể Vì vậy, nếu kích thước gói nhỏ thì thời gian định tuyến trở nênlớn hơn thời gian truyền thông tin rất nhiều, hay có thể xảy ra tranh chấp gâytắc nghẽn mạng do quá nhiều thông tin điều khiển phải xử lý Vì vậy cần phảiphát triển một công nghệ chuyển mạch khác khắc phục được các nhược điểm

này, phù hợp hơn với các mạng hiện tại có dung lượng lớn tốc độ truyền dẫncao Chuyển mạch burst quang là một trong những công nghệ chuyển mạch đápứng được các yêu cầu đó.

1.2.3.3 Chuyển mạch burst quang(OBS):

Chuyển mạch burst quang ra đời là sự kết hợp các ưu điểm của cả chuyểnmạch gói quang và chuyển mạch kênh quang Nó được thiết kế để cân bằnggiữa các ưu và nhược điểm của cả hai loại chuyển mạch này, thực hiện truyềnthông tin dưới dạng các burst quang Đặc biệt hơn là nó không yêu cầu đệm cácburst quang tại các node trung gian (thực hiện truyền dẫn qua mạng truyền tảiquang một cách trong suốt)

Gói IP

Burst

Gói điều khiển

Gói điều khiển

Gói điều khiển

Gói IP

Hình 1.4: Mô hình mạng chuyển mạch burst quang

Trong mạng chuyển mạch burst quang các thông tin cần truyền được cấutrúc vào thành các burst, bao gồm một gói điều khiển được gửi đi trước để đăng

ký sử dụng tài nguyên mạng và phần thông tin tải trọng bao gồm nhiều gói tin IPhay tế bào ATM hay Frame ralay thậm trí là dữ liệu HDTV đã được cấu trúcthành một burst đi theo sau gói điều khiển đã được gửi đi

Các node mạng trong mạng chuyển mạch burst quang được phân thành hailoại: node lõi và node biên

Node lõi: Là node chỉ có chức năng thu nhận và chuyển tiếp các burst đến

tới các node tiếp theo trên đường đi trong mạng Tuỳ theo các phương thức điềukhiển được sử dụng trong mạng mà node lõi có thể có bộ đệm hay không Chứcnăng chính của node này chỉ đơn thuần thực hiện cung cấp kết nối để chuyển tiếpburst tới node tiếp theo mà không có chức năng cấu thành hay phân giải burst

Node biên: Ngoài chức năng của một node lõi nó còn phải có chức năng

cấu tạo (thành lập) và phân giải các burst thông tin, là nơi kết cuối hay bắt đầucủa các burst Đây là node có cả giao diện tín hiệu quang với các mạng quang vàmạng chuyển mạch burst và giao diện tín hiệu điện với các mạng chuyển mạchgói điện hay các mạng truy nhập Chức năng chính của node này là thu thậpthông tin để cấu tạo các burst và phân giải các burst ra thành các dạng thông tinban đầu(gói hay bản tin) phân bổ chúng tới các mạng truy nhập

Ở mạng chuyển mạch burst quang mỗi burst chỉ có một gói mang thông tinđiều khiển (gói điều khiển) nên đã giảm được đáng kể lượng thông tin điêu khiểntăng hiệu suất truyền tin Đồng thời trong mỗi burst được cấu tạo từ nhiều góinên cũng không chiếm dụng kênh trong thời gian qua dài hay gây trễ quá lớn tớicác burst khác Ở mạng chuyển mạch burst có thể tiến hành phát burst trong khivẫn còn đang thu phần sau của burst đó nên giảm hiện tượng trễ do một burstchiến dụng kênh quá lâu gây ảnh hưởng tới các burst khác, nên tăng hiệu quả sửdụng tài nguyên đồng thời tăng được chất lượng dịch vụ

Chuyển mạch burst quang có một số đặc chưng sau đây:

1 Kích thước đơn vị truyền dẫn của chuyển mạch burst nhỏ hơn kích thướcđơn vị truyền dẫn của chuyển mạch kênh và lớn hơn đơn vị truyền dẫncủa chuyển mạch gói quang

2 Có sự ngăn cách giữa điều khiển và dữ liệu: Thông tin điều khiển củachuyển mạch burst được truyền trên một bước sóng riêng (báo hiệu ngoàibăng), và không được truyền đi cùng với burst như ở chuyển mạch gói

mà nó được truyền đi trước

3 Sử dụng đăng ký trước: Trước khi truyền burst thì nó gửi đi một gói điềukhiển để đăng ký tài nguyên và cấu hình trường chuyển mạch Nodenguồn không yêu cầu thu nhận thông tin xác nhận từ node đích gửi vềtrước khi truyền tin tới node đích

4 Kích thước burst có thể thay đổi Từ kích thước burst nhỏ nhất tới kíchthước burst lớn nhất Đặc biệt có thể phát burst bổ sung.

5 Không sử dụng bộ đệm: Các node trung gian trong mạng chuyểnmạch burst quang không thực hiện đệm tín hiệu Các burst đượctruyền thẳng qua các node trung gian tới node đích

6 Đặc biệt trong chuyển mạch burst quang có thể ứng dụng kỹ thuậtước lượng thống kê kích thước burst để gửi đi trước trong gói điềukhiển, giảm thời gian trễ burst tại các node nguồn

Mặt khác chuyển mạch burst quang có tốc độ cao và cho phép đồngthời truyền dẫn nhiều loại lưu lượng khác nhau (IP, ATM, Frame relay hayHDTV ) nên có thể đáp ứng được các dịch vụ mới yêu cầu chất lượng caobăng thông rộng trong tương lai Hiện nay chuyển mạch burst quang đang làmột giải pháp phù hợp nhất cho mạng internet tốc độ cao và cung cấp cácdịch vụ đa phương tiện Tuy nhiên vấn đề ứng dụng chuyển mạch burstquang vào mạng viễn thông hiện nay vẫn đang gặp nhiều khó khăn, do côngnghệ bộ nhớ truy nhập quang chưa phát triển, chất lượng các thiết bị quanglượng tử chưa được chính xác,…đang là vấn đề lớn nhất cần giải quyết

CHƯƠNG II

KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH BURST QUANG 2.1 Cấu trúc và hoạt động của mạng chuyển mạch burst quang (OBS)

2.1.1 Cấu trúc mạng chuyển mạch burst quang(OBS)

Mạng chuyển mạch burst quang được cấu trúc như hình vẽ dưới đây

Hình 2.1: Cấu trúc mạng chuyển mạch burst quang

Ở mạng chuyển mạch burst quang hay còn được gọi là mạng toàn quang

có đơn vị truyền dẫn là các burst, có kích thước bằng một số gói IP hay mộtchuỗi các tế bào ATM Nhưng nhỏ hơn đơn vị truyền dẫn của chuyển mạchkênh là bản tin Ở đây burst được truyền đi sau gói điều khiển một khoảng thờigian trễ để đảm bảo vẫn đủ thời gian xử lý chuyển mạch mà các burst khôngcần phải trễ (đệm) tại bất cứ node trung gian nào trên đường đi từ nguồn tớiđích Tại mỗi node trung gian chỉ có gói điều khiển được phân tích, xử lý cònburst được truyền thẳng (truyền trong suốt)

Mạng chuyển mạch burst quang được cấu trúc bao gồm hai loại nodemạng (node lõi, node biên) và các tuyến truyền dẫn quang

Các node biên, có giao tiếp với các mạng truy nhập khác như mạng

chuyển mạch gói, IP hay mạng LAN, WAN khác thu thập thông tin sau đó cấutạo burst, đồng thời có chức năng thu thập các burst từ mạng chuyển mạch bursttiến hành phân giải chúng thành các gói tin ban đầu và định tuyến chúng vàođúng người sử dụng trong các mạng truy nhập nhờ bộ định tuyến biên Vì vậychức năng chính của các node biên là cấu tạo và phân giải các burst hay còn gọiđây là nơi mở đầu và kết cuối các burst

Node biên được trang bị bộ định tuyến biên để có khả năng định tuyến cácgói tin được tách ra từ các burst vào đúng mạng yêu cầu đồng thời thực hiệnphân tích node đích của các gói tin đến để tiến hành cấu trúc burst đưa lênmạng chuyển mạch burst đúng hướng Đặc biệt tại node biên thông tin đếnđược đệm trong miền điện tại các bộ đệm điện tử đơn giản

Các node lõi, có chức năng chính là chuyển tiếp các burst đi từ nguồn tới

đích yêu cầu Node lõi thực hiện phân tích các bản tin điều khiển để tiến hànhcấp phát tài nguyên mạng phục vụ thiết lập kết nối truyền burst tương ứng.Trong một số trường hợp các node lõi có nhiệm vụ làm trễ các burst để có đủthời gian xử lý bản tin điều khiển chuyển mạch nếu thấy cần thiết

Khi một burst tới node lõi thì gói điều khiển sẽ được kết nối tới khối điềukhiển và kết cuối tại khối điều khiển, còn thông tin dữ liệu được kết cuối tạikhối chuyển mạch đợi để được đưa tới đầu ra thích hợp Gói điều khiển sau khiđược phân tích song chúng được cấu trúc lại có bổ sung các thông tin có sự thayđổi như thời gian trễ, bước sóng truyền burst,…để đi tới node tiếp theo

Trong mỗi node lõi của mạng chuyển mạch burst quang, tuỳ vào kiến trúc

và phương pháp điều khiển chuyển mạch mà nó được cấu trúc sao cho phù hợp

và đạt hiệu quả kinh tế cao Nó có thể có bộ đệm hay không có bộ đệm, và góiđiều khiển của burst dữ liệu có thể được truyền trong băng (tức là, trên cùngmột bước sóng với dữ liệu) hay ngoài băng (tức là, trên một bước sóng riêngbiệt) thông thường gói điều khiển sẽ được truyền đi trên một bước sóng riêngbiệt so với bước sóng burst, ngay sau burst hay sau một khoảng thời gian trễ

Các tuyến truyền dẫn, Trên các đường truyền dẫn quang có thể thực hiện

truyền một bước sóng hay nhiều bước sóng nhờ công nghệ WDM và DWDM, cáckênh bước sóng sẽ được giải phóng ngay sau khi truyền song burst để phục vụ chocác kết nối khác Trong mạng chuyển mạch burst quang thì trước khi burst được

truyền đi nó phải đăng ký bước sóng sử dụng và bước sóng đó được giải phóngngay sau khi burst truyền qua nên các burst từ các nguồn và đích khác nhau có thể

sử dụng cùng một bước sóng theo kiểu ghép kênh thống kê theo thời gian

2.1.2 Cấu trúc node trong mạng chuyển mạch burst quang

Như đã nói ở phần trên mạng chuyển mạch burst được cấu trúc bao gồmhai loại node chuyển mạch: Node lõi, và node biên Sau đây chúng ta đi phântích cấu trúc từng loại node

2.1.2.1 Cấu trúc node lõi

Do chức năng chính của node lõi là chuyển mạch các burst đến tới đầu ratheo yêu cầu để tới node tiếp theo nên nó được cấu trúc bao gồm khối chuyểnmạch, khối điều khiển chuyển mạch và các giao diện đầu vào/ra Tuỳ theo cấutrúc có thể có thêm bộ đệm quang

Node lõi trong mạng chuyển mạch burst quang được cấu trúc như hình 2.2

Đệm quang đầu vào

Modul chuyển mạch quang

Modul điều khiển chuyển mạch

MUX DEMUX

MUX DEMUX

Hình 2.2: Cấu trúc node lõi trong mạng chuyển mạch burst quang

Một node lõi trong mạng OBS được cấu trúc bao gồm khối chuyển mạch,khối điều khiển chuyển mạch, bộ đệm quang đầu vào và các khối giao diệnđường truyền dẫn(MUX, DEMUX, IM, OM)

Trong đó khối chuyển mạch quang, mang ý nghĩa chủ chốt nó quyết địnhdung lượng chuyển mạch của cả node chuyển mạch Khối chuyển mạch bao

gồm khối chuyển mạch không gian không tắc nghẽn và bộ chuyển đổi bướcsóng cho phép chuyển mạch các burst dữ liệu từ bất cứ đầu vào nào tới đầu ratheo yêu cầu đảm bảo không bị chồng lấn lên các burst dữ liệu khác.

Khối điều khiển chuyển mạch, có nhiệm vụ thu nhận và phân tích gói điềukhiển để đưa ra các thông tin điều khiển, và điều khiển khối chuyển mạch thựchiện chuyển mạch các burst một cách chính xác Công việc chính của khối này

là thực hiện phân tích gói tin tiêu đề burst (BHP: Burst Header Packet) rồi sosánh với bảng tìm kiểm định tuyến để tìm liên kết đầu ra cho các burst, sắp xếpcác kênh đầu ra và phục hồi BHP đưa tới đầu ra phát tới node tiếp theo

Khối đệm đầu vào, được cấu tạo từ các đường dây trễ quang hay bộ nhớtruy nhập quang nhằm làm trễ các burst dữ liệu tới cho phép khối điều khiểnchuyển mạch có đủ thời gian để xử lý và đưa ra các thông tin điều khiển, khốinày trong khi thực hiện có thể có hay không tuỳ vào phương thức điều khiểnđược sử dụng trong mạng OBS

Các khối giao diện đầu vào và đầu ra, thực hiện thu nhận các burst và biếnđổi tín hiệu thu thành dạng tín hiệu phù hợp với các đầu vào tương ứng.IM( Input module)thực hiện thu BHP và biến đổi chúng sang tín hiệu điện, cònOM(Output Module) thì thực hiện các công việc ngược lại với IM DMUX táchkênh burst đầu vào, tách gói điều khiển đưa tới khối giao điện đầu vào và tảitrọng đưa tới bộ đệm quang

2.1.2.2 Cấu trúc node biên

Như đã nói ở trên node biên do có giao tiếp cả với node lõi và các mạngtruy nhập khác nên ngoài chức năng như node lõi, nó còn phải có chức năngcấu tạo và phân giải các burst Đồng thời được trang bị thêm một bộ định tuyếnbiên để định tuyến các gói tin sau khi phân giải tới đúng đích yêu cầu

Các node biên phục vụ một số người sử dụng, mỗi người sử dụng được kếtnối tới node biên thông qua một kết nối cáp sợi quang hỗ trợ nhiều bước sóng.Mỗi một bước sóng tương ứng với một tiến trình burst đến riêng biệt (burstarrival process) là một hàm xác suất mô tả tiến trình lưu lượng tới node Vàchúng ta giả sử rằng quá trình burst đến là quá trình poison, mặc dù nó khôngphù hợp với lưu lượng diện rộng và cũng không giống với tiến trình burst đếntrong mạng quang trong tương lai

Node biên còn được cấu trúc thêm một bộ định tuyến biên có trường chuyểnmạch là chuyển mạch gói điện tử và các bộ đệm gói để đệm thông tin từ và đi tớicác người sử dụng trong các mạng truy nhập kết nối trực tiếp với node OBS Chú

ý rằng thông tin ở node biên được đệm trong miền điện nên được thực hiện rễràng

Bộ định tuyến biên có nhiệm vụ định tuyến các gói tin người dùng tớiđúng địa chỉ thiết bị đầu cuối của người dùng, đồng thời thu nhận thông tin vàthực hiện phân bổ chúng vào đúng hàng đợi phát theo hướng tới đích để đượccấu trúc thành các burst phát đi

Các node biên trong mạng chuyển mạch burst quang có thể được cấu trúctheo hai cách sau: có bộ chuyển đổi bước sóng hay không có bộ chuyển đổibước sóng Hình 2.3 dưới đây mô tả một node OBS biên

Đệm quang đầu vào

Modul chuyển mạch quang

Modul điều khiển chuyển mạch

MUX DEMUX

MUX DEMUX

Node biên không có bộ chuyển đổi bước sóng: Trong trường hợp này

một burst trên một bước sóng đầu vào chỉ có thể được chuyển mạch tới bướcsóng đó trên một cổng đầu ra, và việc sử dụng các burst đến trên các bước sóngkhác nhau không làm ảnh hưởng lẫn nhau Do đó, mỗi node biên có thể đượcphân chia thành W hệ thống con, sử dụng cho từng bước sóng burst Trong đómỗi hệ thống con w (với w = 1,2, ,W) là một khối chuyển mạch PxP phục vụ

N người sử dụng, nhưng mỗi cổng đầu vào và một cổng đầu ra chỉ có một bướcsóng riêng, tương ứng với w bước sóng của node chuyển mạch biên nguồn Do

đó, mỗi một hệ thống con sẽ có N tiến trình burst đến riêng biệt

Khi có một burst đến trên một bước sóng đầu vào, tương ứng với burst đó

là một gói điều khiển tới thiết lập cổng đầu ra cho burst, nếu tại cổng đẩu ra yêucầu mà bước sóng tương ứng với bước sóng đầu vào còn rỗi thì burst sẽ đượcphục vụ ngay lập tức, nếu không còn rỗi (đang phục vụ truyền dẫn burst khác)thì burst sẽ bị loại bỏ hay được làm trễ trong các đường dây trễ (nếu có) và saumột khoảng thời gian ngẫu nhiên sẽ tiến hành truyền lại gói điều khiển và nếulần này vẫn thất bại thì nó lại tiếp tục được làm trễ cho tới khi thực hiện truyềndẫn thành công burst đó thì thôi Khoảng thời gian trễ của các burst là khôngxác định, và được phân bố theo hàm mũ

Node biên có bộ chuyển đổi bước sóng: Trong trường hợp này thì khi

một burst đến trên cổng đầu vào tương ứng với một gói điều khiển tới thiết lậpcho cổng đầu ra i của trường chuyển mạch được chấp nhận nhanh nhất trên mộtbước sóng nào còn rỗi trên cổng đầu ra đó Nếu không, gói điều khiển đó bị loại

bỏ, và burst phải trễ một khoảng thời gian trước khi gói điều khiển được truyềnlại Rõ ràng, sự phân chia một node chuyển mạch biên thành các hệ thống contương ứng với mỗi bước sóng là không thể thực hiện được nữa Vì vậy burstngười sử dụng đến trên những bước sóng khác nhau có thể gấy ảnh hưởng lêncác burst của những người sử dụng khác

Trong phương pháp này, sự trả giá cho việc phức tạp trong cấu trúc củanode chuyển mạch là làm giảm xác suất loại bỏ burst hay việc phải trễ burst.Tuy nhiên, phương pháp này không loại bỏ được hoàn toàn việc các burst bịloại bỏ hay phải trễ tại các node trung gian

2.1.3 Hoạt động của mạng chuyển mạch OBS

Trong mạng chuyển mạch burst quang, khi có một burst cần truyền đi thìtrước tiên một gói điều khiển sẽ được gửi đi, sau đó burst dữ liệu cũng được gửi

đi sau một khoảng thời trễ, mà không cần nhận được bản tin xác nhận thiết lậpkết nối (đối với giao thức TAG) đây được gọi là phương pháp đăng ký mộtchiều hoặc đợi nhận bản tin xác nhận (với giao thức TAW) đây là phương thứcđăng ký hai chiều có xác nhận

Đặc điểm chính của chuyển mạch burst quang là để chuyển thành côngmột burst có độ dài từ 1 tới vài gói mà chỉ sử dụng một gói điều khiển, kết quả

là phần mào đầu điều khiển trên một đơn vị dữ liệu nhỏ hơn làm tăng được hiệuquả truyền tin Chuyển mạch burst quang thường sử dụng báo hiệu ngoài băng,tức là gói điều khiển được truyền đi trên một kênh bước sóng riêng biệt, nhưvậy gói điều khiển và burst dữ liệu kết hợp với nhau không chặt chẽ tại một thời

điểm Tức là chúng bị phân chia tại node OBS nguồn bởi thời gian trễ (offset

time) có giá trị lớn bằng tổng thời gian xử lý gói điều khiển tại các node trung

gian trên đường truyền dẫn để đảm bảo burst dữ liệu không cần phải đệm tạibất kỳ node trung gian nào, mà được truyền dẫn trong suốt từ node OBS nguồntới node OBS đích

Ngoài ra, có một cách khác mà giao thức OBS có thể không sử dụng thờigian trễ tại node nguồn, nhưng ngược lại, nó yêu cầu burst dữ liệu tại mỗi nodetrung gian phải trễ đi một khoảng thời gian cố định không nhỏ hơn thời giannhỏ nhất cần thiết để xử lý một gói điều khiển và thời gian cấu hình chuyểnmạch tại node trung gian Nhờ đó mà khối chuyển mạch có đủ thời gian đểphân tích thông tin định tuyến trong gói điều khiển và thực hiện chuyển mạchburst dữ liệu

Để hỗ trợ IP qua WDM trong OBS, chúng ta phải khởi động phần mềm IPcùng với các phần mềm điều khiển khác như một bộ phận của giao diện giữalớp mạng và lớp WDM trong chuyển mạch quang Trong WDM, một bướcsóng điều khiển riêng được sử dụng để truyền gói điều khiển Để gửi dữ liệu,thông qua địa chỉ IP đích thiết lập một gói điều khiển và được định tuyến từnode nguồn tới node đích dựa trên địa chỉ IP nó mang theo để thiết lập một kếtnối bằng cách thiết lập cấu hình chuyển mạch toàn quang trên đường truyền

dẫn Khi đó một burst sẽ được phát đi mà không cần truy nhập địa chỉ IP tại bất

cứ node trung gian nào, vì vậy giảm độ phức tạp cũng như xử lý tại lớp IP.Trong OBS, bước sóng của một liên kết mà burst sử dụng sẽ bị giải phóngngay sau khi burst đi qua liên kết đó, đồng thời tự động đăng ký hay giải phóngbăng thông đã đăng ký Điều này có nghĩa là các burst từ các nguồn khác nhautới các đích khác nhau có thể cùng tận dụng một cách hiệu quả độ rộng băng củacùng một bước sóng trên một liên kết theo kiểu ghép kênh thống kê phân chiatheo thời gian Trong trường hợp gói điều khiển đăng ký bước sóng tại một nodetrung gian sai, burst sẽ không được định tuyến, và nó sẽ bị mất Không phải tất cảcác giao thức OBS đều giống nhau, một số giao tức OBS hỗ trợ cho truyền dẫnmột cách tin cậy (giao thức TAW), khi có một bản tin không xác nhận được gửitrở về node nguồn, thì sau đó gói điều khiển và burst sẽ được gửi lại

Chuyển mạch burst quang có một số đặc điểm sau đây:

 Tính chất hạt (granularity), kích cỡ đơn vị thông tin truyền dẫn trong

OBS nằm giữa chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói

 Sự phân chia thông tin điều khiển và dữ liệu, Thông tin điều khiển

được truyền trên một bước sóng hay một kênh riêng biệt đối với burst

 Sự đăng ký một chiều, Các nguồn được chỉ định sử dụng đăng ký một

chiều Do đó một node nguồn không cần đợi đến khi nhận được bản tinxác nhận gửi về từ node đích trước khi nó bắt đầu truyền burst

 Độ dài các burst khác nhau, Kích thước các burst là khác nhau tuỳ

theo lượng thông tin trong các hàng đợi phát tại thời điểm cấu trúcburst Nằm trong khoảng từ kích thước burst nhỏ nhất tới kích thướcburst lớn nhất

 Không cần đệm quang, Tại các node trung gian trong mạng OBS

không cần sử dụng các bộ đệm để đệm thông tin dữ liệu

 Thực hiện truyền trong suốt dữ liệu người dùng, Thông tin người

dùng được đệm trong miền điện tại node OBS nguồn mà không cầnđệm tại bất cứ node OBS trung gian nào

Đặc biệt, đơn vị truyền dẫn của mạng OBS là burst, 1 burst bao gồm một

số gói IP, hay một chuỗi các tế bào ATM, hay các khung HDTV hay một chuỗicác bit ban đầu, thậm chí có thể là nhiều loại thông tin người dùng khác nhau

2.2 Các phương thức điều khiển trong chuyển mạch burst quang

Trong mạng chuyển mạch burst quang có sử dụng một trong 4 phươngthức điều khiển sau đây: Tell-and-go (TAG), Tell-And-Wait (TAW), In-Band-Terminater (IBT) và Reserve-a-fixed-duration (RFD) Trong cả 3 loại phươngthức điều khiển TAG, IBT và RFD thì độ rộng băng được đăng ký mức burst,

sử dụng xử lý một chiều và quan trọng hơn đó là các burst được "đi tắt" qua cácnode trung gian, khác với phương thức TAW có sử dụng bản tin xác nhận kếtnối Điều quan trọng hơn cả là 4 loại giao thức này đểu thực hiện truyền dẫntrong suốt các thông tin người dùng qua mạng, chứ không thực hiện lưu đệm vàchuyển tiếp như trong chuyển mạch gói quang

2.2.1 Phương thức điều khiển theo kiểu TAG (Tell-And-Go)

Ở phương thức này để thực hiện truyền dẫn một burst, thì một gói tin điềukhiển sẽ được gửi đi trước để thực hiện đăng ký bước sóng và cấu trúc trườngchuyển mạch Sau đó, burst sẽ được gửi đi ngay sau đó mà không cần phải đợibản tin xác nhận kết nối ACK từ phía đích gửi về Do đó mà thời gian trễ củacác burst là rất nhỏ có thể bằng 0 Sau khi burst được gửi đi hoàn toàn sẽ có mộtbản tin thông báo để giải phóng kết nối

Thời gian t 0

Node biên nguồn

Node trung gian

Node trung gian

Burst Cont

Điểm gây mất burst(không đăng ký được băng thông)

Hình 2.4: Mô tả quá trình đăng ký tài nguyên theo phương thức TAG

Nếu sự thiết lập mà không thành công thì burst sẽ bị mất tại một nodetrung gian nào đó không còn tồn tại bước sóng burst rỗi Vì vậy cần phải được

sử dụng cùng với các giao thức đảm bảo độ tin cậy cao (JET chẳng hạn)

Trong phương thức này các burst cần phải được đệm tại mỗi node trunggian để node có đủ thời gian xử lý và cấu hình chuyển mạch, chính điều này đãgây trễ cho các burst tại các node trung gian, và yêu cầu các node trung gianphải có bộ đệm quang hay các đường dây trễ

2.2.2 Phương thức điều khiển theo kiểu TAW (Tell-And-Wait)

Khác với phương thức điều khiển theo kiểu TAG Một burst sẽ chỉ đượcphát lên mạng bởi một node OBS đầu vào khi chắc chắn có một đường quang

ảo đã được thiết lập thông qua mạng tới node đầu ra Đường quang ảo đượcđịnh nghĩa là một sự liên kết các bước sóng theo một trật tự xác định, từng kếtnối liên tiếp nhau trong khoảng thời gian thiết lập cho trước Chính vì đặc điểmnày mà ta thấy phương thức điều khiển TAW phù hợp cho mô hình chuyểnmạch kênh truyền thống hơn là mô hình chuyển mạch burst

Thời gian t 0

Node biên nguồn

Node trung gian

Node trung gian

Hình 2.5: Mô tả quá trình đăng ký tài nguyên theo phương thức TAW

Khi mà một node biên nguồn có một burst cần phát đi thì nó thực hiện gửi

đi trên bước sóng điều khiển một bản tin điều khiển thiết lập tới node biên đích,bản tin này nhằm để đăng ký trước một bước sóng burst trên mỗi liên kết dọc

theo đường đi từ node biên nguồn tới node biên đích Tại các node trung giansau khi thu bản tin điều khiển thì khối điều khiển thực hiện đăng ký một bướcsóng burst còn rỗi được định tuyến tới đâu ra Và sau khi burst được truyền quatừng kết nối sẽ có một bản tin giải phóng kết nối được gửi đi để giải phóngbước sóng đã đăng ký tại kết nối đó.

Nếu quá trình thiết lập là không thành công tại một node OBS trung giannào đó thì ngay lập tức sẽ có một bản tin thông báo không thành công được gửi

về từ node cuối cùng cấu hình thành công trường chuyển mạch và burst sẽkhông được phát đi Nếu không thì bản tin thông báo sẽ bị trễ đi một khoảngthời gian nào đó tại node biên đích trước khi gửi về node biên nguồn

Điểm đặc biệt của phương thức này là thực hiện thiết lập toàn bộ tuyếnquang trước khi truyền dẫn burst Các burst mất có thể được khôi phục lại bằngviệc sử dụng giao thức lớp cao hay giao thức lớp kênh quang

2.2.3 Phương thức điều khiển theo kiểu IBT (In-Band-Terminater)

Trong phương thức điều khiển theo kiểu IBT (Kết cuối trong băng), mỗiburst đều có tiêu đề riêng của mình (giống như chuyển mạch gói), vì vậy một

bộ phân định đặc biệt hay bộ kết cuối sẽ chỉ ra điểm kết thúc của burst IBTkhông sử dụng lưu đệm và chuyển tiếp mà nó sử dụng một đường tắt ảo (virtualcut through) Đặc biệt một node nguồn hay node trung gian có thể gửi phầntrước của burst trước khi node đó thu phần cuối burst Khi đó độ trễ burst sẽ íthơn và kích thước bộ đệm tại một node cần thiết cũng nhỏ hơn, trừ trường hợptoàn bộ burst phải đợi tại một node khi không có bước sóng khả dụng

2.2.4 Phương thức điều khiển theo kiểu RFD Duration)

(Reserve-a-Fixed-Trong phương thức này, một gói điều khiển sẽ được gửi đi trước để đăng

ký độ rộng băng và thiết lập cấu hình chuyển mạch, burst dữ liệu được gửi đisau đó một khoảng thời gian bằng thời gian trễ T Độ rộng băng được đăng kýcho một khoảng thời gian cụ thể được xác định bởi gói điều khiển Gói điềukhiển có vai trò như tiêu đề của gói có độ dài khác nhau, trong đó nó cho biết

độ dài burst, địa chỉ node đích, thời gian trễ burst Tuy nhiên kích thước bursttrong RFD chỉ có thể biến thiên trong khoảng từ giá trị kích thước burst nhỏnhất đến giá trị kích thước burst lớn nhất

Với phương thức điều khiển này thì độ rộng băng tần chỉ được cung cấp

để phục vụ cho kết nối khi bít đầu tiên của burst đến, còn kể cả trong khoảngthời gian trễ (khoảng thời gian từ khi gói điều khiển đăng ký bước sóng tới khibit đầu tiên của burst đến) độ rộng băng vẫn có thể phục vụ kết nối khác Chínhđiều này làm tăng đáng kể hiệu quả sử dụng băng tần Tuy nhiên, việc đó phảitrả giá cho sự phức tạp trong quản lý băng thông, và điều khiển chuyển mạch đểđảm bảo không gây ra chồng lấn hay xung đột tài nguyên

2.3 Các giao thức sử dụng để đăng ký tài nguyên trong OBS

Trong OBS có sử dụng một số các giao thức khác nhau để đăng ký tàinguyên như: JET (Just Enought Time), JIT (Just In Time), ODD (Only DelayDestination), horizo nhưng sau đây chúng ta chỉ đi vào phân tích hai loại giaothức điển hình là giao thức JIT và JET

2.3.1 Giao thức JIT (Just-In-Time)

Giao thức JIT là một trong những giao thức đăng ký tài nguyên theo kiểuđăng ký trực tiếp Trong giao thức này một bước sóng được đăng ký cho mộtburst ngay lập tức sau khi bản tin thiết lập tương ứng đến; Nếu bước sóngkhông được đăng ký tại thời điểm đó, thì bản tin thiết lập được loại bỏ và bursttương ứng bị loại bỏ

Burst

Wavelength Reserved

OXC Configured

Thời

gian

trễ

Hình2.6: Mô tả quá trình hoạt động của giao thức JIT

Hình 2.6 mô tả hoạt động của giao thức JIT Cho t là thời điểm bản tinthiết lập đến tại một node chuyển mạch nào đó dọc theo đường đi từ nguồn đếnđích Hình 2.6 chỉ ra rằng, một tiến trình xử lý bản tin thiết lập được hoàn thànhtại thời điểm t+Tsetup, ngay lập tức một bước sóng đã được đăng ký cho burst, vàmột quá trình cấu hình kết nối chéo quang (OXC: Optical Cross-connect)chuyển mạch burst được bắt đầu Khi quá trình này hoàn thành tại thời điểm

node OBS đang xét cho tới thời điểm t+Toffset Kết quả là, các bước sóng cònrỗi trong một khoảng thời gian bằng Toffset-Tsetup-Toxc Như vậy, giá trị thờigian trễ được giảm đi dọc theo các node trên đường đi từ node nguồn tới nodeđích, càng đi tới các node OBS gần phía đích hơn, thì khoảng thời gian rỗi giữathời điểm mà cấu hình chuyển mạch (kết nối chuyển mạch) đã được thiết lập vàburst đến càng ngắn

Thời điểm bản tin

thiết lập thứ i đến thiết lập thứ i+1 đếnThời điểm bản tin

Hình 2.7: Mô tả hoạt động của một bước sóng tại node OBS

Hình 2.7, cung cấp một cách khác mô tả hoạt động của JIT hiệu quả hơn.Bằng cách xem sét hoạt động của một bước sóng ra tại node OBS Mỗi bướcsóng như vậy có thể có hai trạng thái: được cung cấp(reserved) và rỗi (free).Hình 2.7 chỉ ra rằng 2 burst liên tiếp i và i+1được truyền dẫn thành công trêncùng một bước sóng ra Chúng ta cũng có thể thấy rằng, bản tin thiết lập tươngứng với burst thứ i đến tại thời điểm t1, khi đó giả sử rằng bước sóng đó đangrỗi Bản tin thiết lập được chấp nhận, và trạng thái của bước sóng chuyển sangtrạng thái đã được cung cấp, sau khoảng thời gian bằng thời gian trễ thì bít đầutiên của burst đến tại thời điểm t2 Bít cuối cùng của burst tới tại thời điểm t3

Tại thời điểm đó trạng thái của bước sóng ngay lập tức được thiết lập trở lạitrạng thái rỗi Chú ý rằng, bất cứ bản tin thiết lập nào tới trong khoảng thời giangiữa t1 và t3 trạng thái của bước sóng là đang được cung cấp thì đều bị loại bỏ.

Vì vậy, bước sóng không thể được cung cấp để phục vụ một kết nối khác Độdài khoảng thời gian t3-t1, trong khoảng thời gian đó các bản tin thiết lập mớiđến đều bị loại bỏ, bằng tổng giá trị thời gian trễ và độ dài burst thứ i

Bây giờ cho rằng, bản tin thiết lập cho bước sóng này đến tại thời điểmt4>t3, trong khi bước sóng vẫn còn rỗi Do đó burst tương ứng với bản tin thiếtlập này là burst thứ i+1 được bước sóng này vận chuyển thành công; chú ý rằngburst này có thể không phải là burst thứ i+1 đến node đang xét, có thể một vàibản tin thiết lập (s) đã bị loại bỏ do tới chuyển mạch trước thời điểm t3 Saumột khoảng thời gian bằng thời gian trễ, burst đến tại thời điểm t5, và sự truyềndẫn nó kết thúc tại thời điểm t6, tại thời điểm đó bước sóng được thiết lập làtrạng thái rỗi lại một lần nữa

Như hình 2.7, sự đăng ký trực tiếp là khá đơn giản Thời gian được phânchia ra thành các khoảng phân biệt, khoảng thời gian đã được cung cấp và theosau đó là khoảng thời gian rỗi Độ dài của khoảng thời gian được cung cấp băng

độ dài burst cộng với thời gian trễ tương ứng Trong khi đó thì thời gian rỗibằng từ đó cho tới thời điểm trước khi bản tin thiết lập tiếp theo đến Sự phục

vụ trên mỗi bước sóng cũng theo kiểu FCFS(first-come, first-service), trong đó

burst được phục vụ theo đúng thứ tự mà các bản tin thiết lập tới chuyển mạch

Ở giao thức này vẫn tồn tại khoảng thời gian mà bước sóng đã được cungcấp nhưng vẫn chưa có thông tin để truyền gây nên tình trạng lãng phí tài nguyênmạng Tồn tại trường hợp trên thực tế bước sóng đang rỗi nhưng những gói điềukhiển đến tại thời điểm này lại không được chấp nhận Để khác phục tình trạngnày thì ta cần phải thực hiện quản lý thời gian trễ burst một cách chặt chẽ, giaothức JET được trình bày dưới đây là một trong các giao thức thuộc kiểu đó

2.3.2 Giao thức JET(Just-Enought-Time)

Giao thức JET (Just Enough Time) là một giao thức hoạt động theo kiểuđăng ký trễ cố định giống như giao thức RFD (Reserved-a-Fix-Duration) xuấthiện đầu tiên vào năm 1997, là giao thức được sử dụng chủ yếu trong OBS.Giao thức này có hai đặc trưng cơ bản là: sử dụng sự đăng ký trễ DR (Delayed

Reservation) và khả năng tích hợp DR với các bộ ghép burst đệm đệm bằngđường dây trễ quang FDL.

Hoạt động của giao thức này như sau:

 Tại node nguồn: Dữ liệu đầu vào từ các người sử dụng trong các mạng

truy nhập được đệm theo hướng tới đích của nó Sau đó được chuẩn bịsẵn sàng để phát đi trên một burst quang Khi ấy node nguồn đang chứamột burst dữ liệu cần truyền đi, nó sẽ gửi đi một gói điều khiển trên mộtkênh điều khiển có bước sóng riêng khác với bước sóng mang burst dữliệu đi tới node đích Tại mỗi node trên đường truyền, gói điều khiển sẽđược xử lý để thiết lập một đường dẫn quang cho burst dữ liệu Mỗinode trên đường dẫn lựa chọn một bước sóng thích hợp trên liên kết đầu

ra, đăng ký độ rộng băng trên liên kết đó, và thiết lập cấu trúc chuyểnmạch quang Trong thời gian này, burst dữ liệu đợi một khoảng thờigian trễ Toffset tại node biên nguồn trong miền điện trước khi burstđược truyền đi

 Tại node trung gian: Một tín hiệu điều khiển được gửi tới trước để

đăng ký băng thông cùng với thời gian trễ burst của nó và cấu hìnhchuyển mạch, sau khi đã được phân tích để lấy thông tin định tuyến góiđiều khiển được cấu trúc lại có thêm thông tin định tuyến mới, như thờigian trễ burst mới, bước sóng mang burst… Sau đó gói điều khiển lạiđược gửi tới node kế tiếp, và sau khoảng thời gian trễ T burst đượctruyền trên bước sóng đã xác định trong tiêu đề Khoảng thời gian T là

độ trễ giữa tiêu đề và burst dữ liệu tương ứng của nó Thời gian trễ T sẽđược tính toán sao cho đủ lớn để các node trung gian hoàn thành việc

xử lý tiêu đề burst tới node đó trên kênh điều khiển, xác định bước sónghay các khe thời gian phục vụ cho truyền burst tới đích của nó Khảnăng biên dịch toàn bộ bước sóng tại mỗi liên kết là cần thiết để bất kỳburst nào cũng có thể được định tuyến tới bất kỳ bước sóng rỗi nào trênliên kết đầu ra Do đó, bước sóng của một burst chỉ mang ý nghĩa cục

bộ Node trên đường thuận sau đó gửi một gói tiêu đề mới tới node kếtiếp Mỗi lần gói điều khiển đi qua một node trung gian, giá trị T tại cácnode trung gian giảm đi một lượng bằng giá trị thời gian xử lý tiêu đềtại mỗi node gọi là Tpro (per-hop-offset) Do đó, để burst không phải

đệm tại bất kỳ node trung gian nào thì T > n Tpro với n là số node màburst phải đi qua.

Trễ xử lý

&cấu hình

chuyển mạch

Truyền gói điều khiển

Truyền burst

Trễ truyền dẫn

Thời gian trễ (T)

Thời gian t

Node

nguồn

Node

Mô tả hoạt động của giao thưc JET

Gói điều khiển

Burst

Quá trình truyền burst trong mạng sử dụng giao thức JET

Node trung gian

Hình 2.8: Mô tả hoạt động của giao thức JET

Sử dụng thời gian trễ trong giao thức JET

Ta giả sử, thời gian xử lý gói điều khiển và thiết lập cấu trúc chuyển mạchtại mỗi node trung gian là  đơn vị thời gian, như vậy trong mạng OBS sử dụngphương thức điều khiển theo kiểu TAG, các burst đi ngay sau gói điều khiển màkhông có trễ nên tại mỗi node chuyển mạch trung gian burst sẽ phải trễ đi mộtkhoảng bằng , gây ảnh hưởng tới độ trễ điều khiển của burst Vì vậy độ trễburst nhỏ nhất sẽ là p+.H, với p là trễ truyền và H là số hop trên đường đi từnguồn tới đích

Trong giao thức JET chọn T=.H để cho các node trung gian có đủ thờigian để xử lý gói điều khiển và burst không phải trễ tại bất cứ node trung giannào Ở đây  được bao gồm hai khoảng thời gian

1, Khoảng thời gian đủ để node trung gian thực hiện song các công việc

xử lý gói điều khiển và cấu hình chuyển mạch là  đơn vị thời gian

2, Là khoảng thời gian s =  - , là khoảng thời gian yêu cầu để thực hiệnsong các công việc trước khi burst đến.

Như vậy gói điều khiển sẽ được gửi tới node tiếp theo sau một khoảng thờigian  hay trước khi burst đến một khoảng s Do thời gian thiết lập chuyển mạch

và thời gian phát gói điều khiển tới node kế tiếp có thể được chồng lấn lên nhaunên ta có thể làm giảm thời gian trễ xử lý của burst còn lại là T' = .H + s, và thờigian trễ burst là p+T'< T

Do giao thức JET không phải đợi bản tin xác nhận ACK gửi về từ nodeđích nên cũng góp phần làm giảm đáng kể thời gian trễ burst Ví dụ tại tốc độ2.5 Gbps, 1 burst kích thước 500 Kbyte có thể truyền đi trong khoảng 1.6 ms

Để nhận được một bản tin xác nhận phải mất 2.5 ms để truyền trên khoảng cách

500 Km Do đó giao thức JET đặc biệt thích hợp để áp dụng truyền burst ởkhoảng cách xa Mặt khác các burst không phải trễ tại bất cứ node trung giannào nên độ trễ mà nó gặp phải cũng như chuyển mạch gói

Sử dụng đăng ký thời gian trễ trong giao thức JET

Như ta có trong khoảng thời gian trễ giữa gói điều khiển và bit đầu tiêncủa burst đến, phần băng thông đã được đăng ký vẫn còn đang rỗi Chính vì vậy

ta có thể thực hiện truyền một burst nếu độ dài burst là nhỏ hơn khoảng thờigian trễ nhờ việc đăng ký trễ

Giả sử xét tại node i, một gói điều khiển tới và đăng ký độ rộng băngthông tại thời điểm t1 và thời điểm bít đầu tiên của burst tương ứng đến là t1', vìvậy khoảng thời gian trễ từ khi đăng ký độ rộng băng tới khi truyền burst là t1'-t1 và độ rộng băng được đăng ký cho burst tương ứng này tới thời điểm t1'',thời gian t1' được xác định căn cứ trên thời điểm burst tới và thời gian trễ, t1''được xác định thông qua thời gian trễ và độ dài burst

Cũng giả sử, có một gói điều khiển khác đến node đang xét tại thời điểmt2, tương tự t2' tương ứng là thời bít đầu tiên của burst thứ 2 đến, và yêu cầuđăng ký độ rộng băng cho burst của nó tới thời điểm t2'' Ta có thời gian trễ củaburst này là t2'-t2

Để thấy tác dụng của việc sử dụng đăng ký trễ ta đi xét hai trường hợp xảy

ra như hình vẽ 2.9 chỉ ra dưới đây

Thời điểm gói

điều khiển thứ

Thời điểm gói điều khiển thứ hai tới t1

t2

t2'

Burst thứ 1

Hình 2.9: Tác dụng của việc đăng ký trễ

Như hình 2.9 đưa ra ta thấy trong hai trường hợp trên nếu không sử dụngđăng ký trễ và sử dụng phương thức điều khiển TAG thì burst thứ 2 đến sẽ bịloại bỏ Nhưng nếu sử dụng giao thức JET và đăng ký trễ thì burst thứ hai đếnvẫn được phục vụ nếu t1<t2<t2''<t1' hay t1<t2<t1''<tt2'

Trong giao thực JET sử dụng đăng ký thời gian trễ T, Thay vì để nó là vôhạn sẽ có tác dụng làm giảm thời gian trễ burst do phải truyền lại, đồng thời sửdụng hiệu quả hơn băng thông đường truyền

Ở giao thức này việc phát gói điều khiển luôn được thực hiện tại thời điểmsớm nhất có thể bằng cách thực hiện ước lượng burst, nếu tại thời điểm phátburst mà kích burst lớn hơn kích cỡ đã ước lượng một bản tin giải phóng đượcgửi đi để giải phóng băng thông đã đăng ký, nếu burst là nhỏ hơn thì phần dữliệu còn lại được gửi đi như các burst bổ sung Tuy nhiên, giao thức này chưakhắc phục được hoàn toàn sự loại bỏ burst do sung đột Để giải quyết triệt đểcần kết hợp một số phương pháp đồng thời

Quản lý bộ đệm thông minh

Trong mạng OBS không sử dụng bộ đệm, tuy nhiên cùng với việc sử dụnggiao thức JET thì việc sử dụng thêm các bộ đệm là các đường dây trễ nhằm làmtrễ dữ liệu tại các đầu vào có thể làm tăng thêm hiệu quả sử dụng băng tần vàlàm giảm đáng kể việc phải truyền lại do burst bị loại bỏ

Các bộ trễ được cấu tạo từ các sợi quang có chiều dài khác nhau được kếtnối phù hợp, để có thể tạo ra các khoảng trễ phù hợp khoảng vài trục s, các

đường đây trễ có thể cấu trúc theo 2 kiểu: dùng chung hay dùng riêng cho cácđầu vào khối chuyển mạch quang.

Nhờ có bộ đệm mà các burst đến tại các thời điểm node không còn bướcsóng rỗi (không thực hiện đăng ký được băng thông) thì các burst này có thểđược trễ lại tới thời điểm phù hợp mà không bị loại bỏ Nhờ có giao thức JETkhông quy định kích thước burst và thời gian trễ burst tại mỗi node mà việc sửdụng các đường dây trễ trở nên tiện lợi hơn Góp phần làm giảm đáng kể xácsuất loại bỏ burst do tới không đúng lúc

Định tuyến đổi hướng và các phương pháp ưu tiên

Trong chuyển mạch burst quang sử dụng giao thức JET còn có thể nângcao hiệu quả sử dụng băng thông và giảm xác suất loại bỏ burst bằng cách sửdụng định tuyến đổi hướng và sử dụng độ ưu tiên khác nhau cho các burst.Chuyển mạch burst quang sử dụng giao thức JET có hỗ trợ định tuyến đađường với thông tin về số node trên mỗi đường đi đã được xác định, từ đó tại cácnode có thể thực hiện định tuyến đổi hướng tới các đường đi khác khi mà bursttới không thể đăng ký được băng thông trên tuyến liên kết ban đầu đã lựa chọn.Đồng thời với việc định tuyến đổi hướng trong phương thức điều khiểnTAG không sử dụng thời gian trễ nên trong giao thức JET cần phải thay đổithời gian trễ của burst sao cho phù hợp trên đường đi mới bằng cách sử dụngcác đường dây trễ, trễ burst tại các node trung gian khi mà thời gian trễ củaburst tại node đó chưa bằng 0 Và thực hiện việc sử dụng độ ưu tiên cao cho cácburst có độ trễ lớn sẽ làm giảm xác suất loại bỏ burst

Ngoài ra còn có thể sử dụng thời gian trễ bổ sung tại node nguồn để xácđịnh độ tăng thời gian trễ do định tuyến đổi hướng

Tóm lại: giao thức JET là một giao thức phù hợp để tăng hiệu quả sử dụng

băng thông cũng như độ tin cậy của mạng OBS và làm giảm đáng kể thời giantrễ khi nó được sử dụng cùng với phương thức điều khiển TAG Mặt khác nócũng cho phép nâng cao độ tin cậy khi sử dụng phương thức điều khiển TAGbằng cách làm tăng tối đa khả năng mà một burst có thể được truyền đi màkhông bị loại bỏ

2.4 Một số vấn đề liên quan đến chuyển mạch burst quang

2.4.1 Các cơ chế đăng ký bước sóng

Để việc sử dụng băng thông trong mạng chuyển mạch burst đạt hiệu quảcao cần có một cơ chế đăng ký tài nguyên hợp lý cụ thể là tài nguyên băngthông Trong phần này cung cấp 4 kiểu đăng ký băng thông dựa trên phươngpháp đăng ký và giải phóng băng thông đã đăng ký

2.4.1.1 Thiết lập và giải phóng rõ ràng

Trong cơ chế này, bản tin thiết lập (gói điều khiển) có chứa giá trị thờigian trễ của burst, nhưng không có khoảng thời gian tồn tại của burst Việcđăng ký bước sóng được bắt đầu ngay sau khi chuyển mạch thu bản tin thiết lập

và kết thúc sau khi bản tin giải phóng tới Vì vậy chỉ cần một bit on/off để ghilại trạng thái của một bước sóng “On” tức là bước sóng đang bận, “Off” tức làbước sóng đang rỗi Trạng thái của bit on/off được điều khiển bởi trường tươngứng trong các bản tin thiết lập hay giải phóng băng thông

Bản tin

thiết lập

Bản tin thiết lập

Bản tin thiết lập Burst

Hình 2.10: Mô tả cơ chế thiết lập và giải phóng rõ ràng

Bước sóng đã đăng ký sẽ được dành cho burst ngay sau khi bản tin thiết lập tớicho đến khi nhận được bản tin giải phóng từ node nguồn, ở phương pháp này hiệuquả sử dụng băng thông thấp, không mềm dẻo