LẬP VÀ TÁCH BURST TRONG CHUYỂN MẠCH BURST QUANG

Nội dung đồ án: Tìm hiểu về sự ra đời của chuyển mạch burst quang và nền tảng cơ sở lý thuyết của công nghệ này. Nghiên cứu về vai trò, nguyên lý hoạt động của quá trình lập và tách burst. Từ đó tìm ra những vấn đề còn tồn tại và hướng xử lý. Đưa ra những đề xuất về cấu trúc phần cứng của khối lập và tách burst áp dụng trong thực tiễn.

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc KHOA VIỄN THÔNG I *** *** ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Họ và tên: Đỗ Nhật Phong Lớp: D08VT1 Khóa: 2008-2013 Ngành học: Điện tử - Viễn thông Đề tài đồ án: LẬP VÀ TÁCH BURST TRONG CHUYỂN MẠCH BURST QUANG. Nội dung đồ án:  Tìm hiểu về sự ra đời của chuyển mạch burst quang và nền tảng cơ sở lý thuyết của công nghệ này.  Nghiên cứu về vai trò, nguyên lý hoạt động của quá trình lập và tách burst. Từ đó tìm ra những vấn đề còn tồn tại và hướng xử lý.  Đưa ra những đề xuất về cấu trúc phần cứng của khối lập và tách burst áp dụng trong thực tiễn. Ngày giao đề tài: 01/10/2012 Ngày nộp đề tài: 01/12/2012 Hà Nội, Ngày……tháng……năm 2012 Giáo viên hướng dẫn PGS.TS. Bùi Trung Hiếu NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Điểm : …… ( Bằng chữ………) Hà Nội, Ngày……tháng…….năm 2012 Giáo viên hướng dẫn PGS.TS. Bùi Trung Hiếu NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Điểm : …… ( Bằng chữ………) Hà Nội, Ngày……tháng……năm 2012 Giáo viên phản biện Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời mở đầu Lời mở đầu Trong những năm gần đây, việc phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật trong ứng dụng chế tạo các thiết bị công nghệ tiên tiến đã kéo theo nhu cầu sử dụng lưu lượng truyền thông đa phương tiện gia tăng nhanh chóng. Chính sự bùng nổ về yêu cầu sử dụng băng thông cao đó đã đòi hỏi hệ thống mạng truy cập cũng như hạ tầng, kỹ thuật mạng truyền tải cần có những cải tiến nhằm đáp ứng tốt với tình hình hiện nay. Kỹ thuật WDM, ghép kênh theo bước sóng đã ra đời và ngày càng phát triển để phục vụ tốt nhu cầu lưu lượng đang gia tăng theo từng ngày. Một vấn đề đặt ra với hệ thống mạng truyền tải quang hiện nay là kỹ thuật chuyển mạch quang. Dữ liệu ở miền quang, trên lý thuyết, có thể áp dụng các công nghệ chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói như trong miền điện để chuyển tiếp từ nguồn tới đích. Tuy nhiên, trên thực tế, mới chỉ có chuyển mạch kênh quang là được ứng dụng tốt trong hệ thống mạng truyền tải hiện nay, còn chuyển mạch gói quang, do những hạn chế về cấu kiện (cụ thể là thiếu các bộ đệm quang) mà vẫn chưa được áp dụng. Trong tình hình chuyển mạch gói còn đang vướng mắc và chuyển mạch kênh lại tồn tại nhiều nhược điểm không thể khắc phục, một công nghệ mới đã được đề xuất, đó là công nghệ chuyển mạch burst quang. Chuyển mạch burst quang được coi là cân bằng giữa cả hai công nghệ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. Nó hoạt động dựa trên cơ sở lý thuyết là tập hợp nhiều gói dữ liệu có cùng đích đến lại thành một dữ liệu lớn hơn, gọi là burst, và tiến hành chuyển mạch burst này qua mạng lõi của mạng truyền tải. Với phương thức như vậy, chuyển mạch burst quang đã tận dụng được ưu điểm của công nghệ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói, lại vừa khắc phục những nhược điểm còn tồn tại trong khi không đòi hỏi quá khó khăn về các cấu kiện quang. Một khối chức năng cơ bản nhưng cũng rất quan trọng trong kỹ thuật chuyển mạch burst quang là khối lập và tách burst. Chuyển mạch burst quang có thực sự hiệu quả hay không, có đáp ứng được sự bùng nổ nhu cầu lưu lượng mạng hay không? Có thể nói là phụ thuộc rất nhiều vào hoạt động của khối lập và tách burst này. Trong nội dung của đồ án này, em xin được tập trung nghiên cứu về nguyên tắc hoạt động của khối lập và tách burst này. Qua đó để thấy rõ hơn về vị trí, cũng như vai trò của khối trong tổng thể kỹ thuật chuyển mạch burst quang. Cuối cùng, em xin được đưa ra những đề xuất về quá trình làm việc của khối, cũng như cấu trúc phần cứng để đưa vào thực tiễn của khối chức năng quan trọng này. Sau đây là sơ lược các nội dung em xin được trình bày trong đồ án: - Chương 1: Kỹ thuật chuyển mạch burst quang. Tìm hiểu về sự ra đời của chuyển mạch burst quang và nền tảng cơ sở lý thuyết của công nghệ này. - Chương 2: Lập và tách burst trong chuyển mạch burst quang. Nghiên cứu về vai trò, nguyên lý hoạt động của quá trình lập và tách burst. Từ đó tìm ra những vấn đề còn tồn tại và hướng xử lý. - Chương 3: Đề xuất cấu trúc khối lập và tách burst. Đỗ Nhật Phong – D08VT1 4 Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời mở đầu Dựa trên những tìm hiểu ở chương 2, đưa ra những đề xuất về cấu trúc phần cứng của khối lập và tách burst áp dụng trong thực tiễn. Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã được thầy giáo Bùi Trung Hiếu tận tình hướng dẫn, giải đáp những khúc mắc mà em còn vướng phải, giúp em hiểu kỹ càng hơn về vấn đề kỹ thuật, công nghệ. Qua đồ án này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy. Do đây là lần đầu tiên em thử sức với một nghiên cứu chuyên sâu, nên không tránh khỏi những thiếu sót, em mong thầy Hiếu cùng với các thầy cô giáo trong trường nhận xét và chỉ bảo giúp em ngày càng hoàn thiện hơn, không chỉ là trong giới hạn của đồ án này. Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn. Hà Nội, ngày 01 tháng 12 năm 2012 Sinh viên Đỗ Nhật Phong Đỗ Nhật Phong – D08VT1 5 Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục Mục lục Lời mở đầu 1 Mục lục 3 Thuật ngữ viết tắt 5 Chương 1. Kỹ thuật chuyển mạch burst quang 8 1.1 Khái niệm về chuyển mạch burst quang 8 1.1.1 Sự ra đời của công nghệ chuyển mạch burst quang 8 1.1.2 Kỹ thuật chuyển mạch burst quang (OBS) 10 1.2 Nền tảng cơ sở của kỹ thuật chuyển mạch burst quang 16 1.2.1 Kiến trúc mạng chuyển mạch burst quang 16 1.2.2 Quá trình lập và tách burst 17 1.2.3 Quá trình truyền dữ liệu và tín hiệu điều khiển trong mạng OBS 18 1.3 Tóm tắt chương 21 Chương 2. Lập và tách burst trong chuyển mạch burst quang 23 2.1 Vai trò “Lập và tách burst” trong chuyển mạch burst quang 23 2.2 Khối lập burst (Burst Assembly) 25 2.2.1 Khái niệm lập burst 25 2.2.2 Lập burst dựa trên ngưỡng thời gian (Timer-Based Burst Assembly) 26 2.2.3 Lập burst dựa trên ngưỡng độ dài (Threhold-Based Burst Assembly) 28 2.2.4 Lựa chọn ngưỡng 29 2.2.5 Đánh giá kỹ thuật lập burst 31 2.3 Khối tách burst (Burst Deassembly) 38 2.3.1 Khái niệm tách burst 38 2.3.2 Nguyên lý tách burst 39 2.3.3 Vấn đề tồn tại trong quá trình tách burst 39 2.4 Tóm tắt chương 44 Chương 3. Đề xuất cấu trúc khối lập và tách burst 45 3.1 Đề xuất cấu trúc khối lập burst 45 3.1.1 Phân tích các khối chức năng cần có trong cấu trúc khối lập burst 45 3.1.2 Cấu trúc khối lập burst 46 3.2 Đề xuất cấu trúc khối tách burst 47 Đỗ Nhật Phong – D08VT1 6 Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục 3.2.1 Phân tích các khối chức năng cần có trong cấu trúc khối tách burst 47 3.2.2 Cấu trúc khối tách burst 48 3.3 Cấu trúc tích hợp khối lập và tách burst 51 3.4 Khối lập và tách burst trong tổng thể cấu trúc nút biên 54 3.5 Tóm tắt chương 55 Kết luận 56 Tài liệu tham khảo 57 Đỗ Nhật Phong – D08VT1 7 Đồ án tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ viết tắt THUẬT NGỮ VIẾT TẮT BA Burst Assembler Lập Burst BAM Burst Assembly Module Khối lập Burst BCP Burst Control Packet Gói tin điều khiển Burst C Classifier Khối phân loại dịch vụ CCG Control Channel Group Nhóm kênh điều khiển CoS Class of Service Lớp/Loại dịch vụ DCG Data Channel Group Nhóm kênh dữ liệu DEMUX Wavelength demultiplexer Bộ chia kênh bước sóng DIR Destination-initiated Reservation Đăng ký khởi đầu tại đích DLE Dynamic Lightpath Establishment Thiết lập đường quang động DP Drop Policy Tiêu chí loại bỏ DR Deflection Routing Định tuyến lệch hướng DR Delayed Reservation Đăng ký trễ DWR- OBSM Dynamic Wavelength Routing- Optical Burst Switching Mesh OBS định tuyến theo bước sóng động E/O Electrical/Optical converter Bộ chuyển đổi điện quang FDL Fiber Delay Lines Đường trễ quang INI Intermediate Node-initiated Reservation Đăng ký khởi đầu tại nút trung gian IP Internet Protocol Giao thức Internet JET Just Enought Time (tên giao thức) JIT Just In Time (tên giao thức) MUX Wavelength multiplexer Bộ ghép kênh bước sóng O/E Optical/Electrical converter Bộ chuyển đổi quang điện OADM Optical Add-Drop Multiplexer Bộ xen rẽ bước sóng quang OBS Optical Burst Switching Chuyển mạch Burst quang OBSM Optical Burst Switching Mesh Chuyển mạch Burst quang cấu hình Mesh OCS Optical Circuit Switching Chuyển mạch kênh quang ODD Only Destination Delay Chỉ có trễ đích Đỗ Nhật Phong – D08VT1 8 Đồ án tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ viết tắt OPS Optical Packet Switching Chuyển mạch gói quang O-RAM Optical Random Asscess Memory Bộ nhớ quang truy nhập ngẫu nhiên OXC Optical Cross Connect Kết nối chéo quang QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ RAM Random Asscess Memory Bộ nhớ truy nhập ngẫu nhiên RFD Reserve a Fixed Duration Đăng ký một khoảng thời gian cố định RLD Reserve a Limited Duration Đăng ký một khoảng thời gian giới hạn RM Routing Module Khối định tuyến RWA Routing and Wavelength Assignment Định tuyến và gán bước sóng SCU Switch control unit Điều khiển chuyển mạch SDP Segmentation Policy Tiêu chí phân đoạn SIR Source-initiated Reservation Đăng ký khởi đầu tại nguồn SLE Static Lightpath Establishment Thiết lập đường quang tĩnh TAG Tell And Go (tên giao thức) TAW Tell And Wait (tên giao thức) WC Wavelength Conversion Chuyển đổi bước sóng WDM Wavelength Division Multiplexing Chuyển mạch Burst quang cấu hình Mesh định tuyến bước sóng động WRN Wavelength-routed network Mạng định tuyến bước sóng WR- OBS Wavelength-routed optical Burst switching Chuyển mạch Burst quang định tuyến bước sóng WRON Wavelength-routed optical network Mạng quang định tuyến bước sóng Đỗ Nhật Phong – D08VT1 9 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương I. Kỹ thuật chuyển mạch burst quang CHƯƠNG I. KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH BURST QUANG 1.1 Khái niệm về chuyển mạch burst quang (Optical Burst Switching). 1.1.1 Sự ra đời của công nghệ chuyển mạch burst quang. Hơn một thập kỷ qua, trong lĩnh vực viễn thông đã có một sự phát triển mạnh mẽ về công nghệ cũng như mạng lưới với tốc độ đáng kinh ngạc. Sự bùng nổ của việc phổ cập Internet, cùng với sự tăng trưởng mạnh mẽ của nhu cầu truyền thông đa phương tiện đã và đang trở thành một thách thức lớn đối với công nghệ thông tin và viễn thông trên toàn thế giới. Và một nhu cầu cấp thiết đã được đặt ra, đó là cần phát triển một công nghệ mạng mới, với lưu lượng cao và khả năng đáp ứng tốt với yêu cầu mở rộng băng thông lớn hiện nay. Để đáp ứng nhu cầu trên, hệ thống thông tin sử dụng phương pháp “Ghép kênh quang theo bước sóng (WDM)” đã được đề xuất và triển khai trên rất nhiều mạng đường trục của các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông trên thế giới. Trong hệ thống WDM, một sợi quang sẽ mang nhiều kênh thông tin, với mỗi kênh sẽ làm việc trên từng bước sóng khác nhau. Như vậy, đối với một hệ thống truyền dẫn quang, mỗi một sợi quang sẽ có khả năng cung cấp cho ta một băng thông lên đến 50Tb/s! Điều này cho thấy WDM có khả năng tăng dung lượng truyền dẫn lên đáng kể mà không cần tăng tốc độ bit của đường truyền hay sử dụng thêm sợi dẫn quang. Hình 1.1 Sơ đồ tuyến truyền dẫn quang ghép kênh theo bước sóng. Công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng là một giải pháp hoàn hảo cho phép tận dụng hiệu quả khả năng cung cấp băng thông rộng của sợi quang, nâng cao rõ rệt dung lượng truyền dẫn cũng như hạ giá thành sản phẩm. Sự phát triển của hệ thống WDM cùng với các công nghệ chuyển mạch đã mở ra một thế hệ mạng truyền tải mới, mạng toàn quang. Trong mạng toàn quang, giao thức IP sẽ đóng vai trò của một giao thức chuẩn, sẽ được tích hợp với WDM. Sự tích hợp này sẽ tạo nên một cấu trúc mạng trực tiếp nhất, đơn giản nhất, nhưng cũng hiệu quả và kinh tế nhất, thích hợp cho cả mạng đường trục và mạng đô thị. Các thế hệ mạng quang và hướng phát triển của công nghệ chuyển mạch. Đỗ Nhật Phong – D08VT1 10 [...]... Chương II Lập và tách burst trong OBS CHƯƠNG II LẬP VÀ TÁCH BURST TRONG OBS Vai trò Lập và tách burst trong chuyển mạch burst quang Mạng chuyển mạch burst quang (OBS Network) Một mạng chuyển mạch burst quang bao gồm các nút chuyển mạch burst được kết nối với nhau thông qua các liên kết quang Mỗi liên kết quang có khả năng hỗ trợ nhiều kênh bước sóng sử dụng ghép kênh phân chia bước sóng Các nút trong. .. traffic) và một bộ lập lịch Bộ lập lịch tạo burst dựa vào kỹ thuật lập burst được sử dụng trong mạng và truyền burst tới cổng đầu ra mong muốn của chúng Ở nút biên đích, khối tách burst tách burst thành các gói và gửi chúng lên các lớp trên của mạng Vai trò khối Lập và tách burst trong mạng OBS Từ những trình bày về cấu trúc cơ bản của một mạng chuyển mạch burst quang, và kiến trúc nút sử dụng trong. .. đời, đó là công nghệ chuyển mạch burst quang (Optical Burst Switching - OBS) Trong công nghệ này, các gói sẽ được tập hợp thành burst và được truyền đi trên một kênh quang trong hệ thống mạng Kỹ thuật chuyển mạch burst quang (OBS) Các công nghệ chuyển mạch Chuyển mạch kênh quang (OCS - Optical Circuit Switching) Chuyển mạch kênh quang – OCS được sử dụng trong mạng định tuyến bước sóng quang (Wavelength... cả đều phụ thuộc vào quá trình lập và tách burst này! Chính vì vậy, trong nội dung chính của đồ án này, chúng ta sẽ tập trung đi sâu vào nghiên cứu chức năng, nguyên lý hoạt động, cũng như tìm ra những giải pháp tốt nhất cho cấu trúc, kiến tạo của khối lập và tách burst này 2.2 Khối lập burst (Burst Assembly) 2.2.1 Khái niệm lập burst Lập burst (Burst Assembly) trong chuyển mạch burst quang là “Quá trình... Chuyển mạch burst quang đã khắc phục một số hạn chế của phân bổ băng thông tĩnh phát sinh trong chuyển mạch kênh quang Hơn nữa, dữ liệu được truyền là một burst lớn, đã cho phép giảm các yêu cầu công nghệ cao đối với thiết bị chuyển mạch quang hơn đòi hỏi của chuyển mạch gói quang So sánh các công nghệ chuyển mạch Có thể thấy chuyển mạch kênh quang chỉ chuyển mạch cho một bước sóng trên một đường quang. .. thấy vị trí và vai trò của khối Lập và tách burst trong OBS Đây là một khối quan trọng nằm trong nút biên của chuyển mạch burst quang Nó có nhiệm vụ tập hợp gói dữ liệu thành các burst lớn hơn tại cổng vào, hay tách các gói dữ liệu tương ứng tới đầu ra từ burst dữ liệu nhận được tại cổng ra Đây là một nhiệm vụ cơ bản nhưng rất quan trọng đối với chuyển mạch burst quang Chuyển mạch burst quang có thật... phép nên chuyển mạch gói quang xử lý tiêu đề trong miền điện Trong chuyển mạch gói OPS mào đầu gói được xử lý và so sánh với một bảng định tuyến để nút thực hiện chuyển mạch Điều quan trọng là tải tin được truyền trong miền toàn quang trong suốt trong quá trình chuyển mạch Chuyển mạch burst quang (Optical Burst Switching) Với những nhược điểm cần được khắc phục của chuyển mạch kênh quang, cũng như... thuật chuyển mạch burst quang Khi công nghệ chuyển mạch quang phát triển, đã có nhiều nghiên cứu đề xuất mạng chuyển mạch gói quang, trong đó các gói tin được chuyển mạch và định tuyến độc lập qua mạng hoàn toàn trong miền quang mà không cần chuyển đổi thành tín hiệu điện tại mỗi nút trung gian Như vậy, mạng chuyển mạch gói quang cho phép một mức độ ghép kênh thống kê cao hơn trên các liên kết sợi quang. .. từng gói một với việc xử lý nhiều tiêu đề trong chuyển mạch gói sẽ không thể đáp ứng được lưu lượng như chuyển mạch burst quang Trong bảng 1.7 là so sánh một số tham số của ba công nghệ chuyển mạch được trình bày ở trên Bảng 1.7 So sánh các công nghệ chuyển mạch quang 1.2 Nền tảng cơ sở của kỹ thuật chuyển mạch burst quang 1.2.1 Kiến trúc mạng chuyển mạch burst quang Hình 1.8 chỉ ra một cấu trúc cơ bản... đích có nhiệm vụ tách burst Tại đây, các bước sóng quang mang burst sẽ được tách ra và đưa tới các bộ thu Sau đó, các burst được chuyển về tín hiệu điện và đưa tới các bộ nhớ đệm, đồng thời phần mào đầu burst được đọc để lấy ra các thông tin cần thiết Vì tách burst là quá trình ngược của lập burst nên cần căn cứ vào thông tin khi lập burst để thực hiện tách burst Mục đích của việc tách burst là thu lại . Lập và tách burst trong chuyển mạch burst quang 23 2.1 Vai trò Lập và tách burst trong chuyển mạch burst quang 23 2.2 Khối lập burst (Burst Assembly) 25 2.2.1 Khái niệm lập burst 25 2.2.2 Lập. thuật chuyển mạch burst quang CHƯƠNG I. KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH BURST QUANG 1.1 Khái niệm về chuyển mạch burst quang (Optical Burst Switching). 1.1.1 Sự ra đời của công nghệ chuyển mạch burst quang. Hơn. nghệ chuyển mạch burst quang (Optical Burst Switching - OBS). Chuyển mạch burst quang được đề xuất để đạt được một cân bằng giữa chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói quang. Trong công nghệ chuyển