KỸ THUẬT HỢP BURST TRONG CHUYỂN MẠCH BURST QUANG

Nội dung của đồ án bao gồm 3 chương và phần kết luận, được cấu trúc như sau: Chương 1: Đưa ra cái nhìn tổng quan về mạng truyền tải quang và hướng nghiên cứu đi sâu vào chuyển mạch quang. Chương 2: Giới thiệu về chuyển mạch burst quang và các khía cạnh cơ bản như kiến trúc, cơ chế báo hiệu, tập hợp burst, thuật toán sắp xếp kênh, phương pháp giải quyết tranh chấp….. Chương 3: Nghiên cứu kỹ thuật hợp burst cơ bản dựa trên mô hình chức năng của nút biên, nút lõi, cấu trúc gói tin điều khiển của OBS dựa trên MPLS. Từ đó đưa ra phương pháp hợp burst mới với thuật toán đặc biệt.

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

KHOA VIỄN THÔNG 1 - -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài:

KỸ THUẬT HỢP BURST TRONG

CHUYỂN MẠCH BURST QUANG

Giảng viên hướng dẫn : NGUYỄN THỊ THU NGA Sinh viên thực hiện : NGUYỄN TIẾN HOÀNG

Hệ : Chính quy

Hà Nội, tháng 12 năm 2012

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN:

Hà Nội , ngày tháng năm 2012

CÁN BỘ - GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪNNHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN:

Hà Nội , ngày tháng năm 2012

CÁN BỘ - GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH MỤC BẢNG

KÝ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT

K Acknowlegment Thông tin xác nhận

API Application Program Interface Giao diện trình ứng dụng

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

BHP Burst Header Packet Gói tiêu đề burst

DEMUX Multiplexer Bộ giải ghép kênh

DR Delay Reservation Đăng ký trễ

DWDM Dense WDM WDM mật độ cao

DXC Digital Cross connect Kết nối chéo số

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

FDL Fiber Delay Line Đường dây trễ quang

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

IBT In-Band-Terminal Tên giao thức

IM Input Module Module đầu vào

IN Intelligent Network Mạng thông minh

IP Internet Protocol Giao thức Internet

ISPs Internet Service Providers Nhà cung cấp dịch vụ InternetJET Just Enought Time (tên giao thức)

JIT Just In Time (tên giao thức)

LAN Local Area Network Mạng nội hạt

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

LIB Label Information Base Cơ sở thông tin nhãn

MAN Metro Area Network Mạng đô thị

MPLS Multi Protocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thứcMUX Multiplexer Bộ ghép kênh

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

ODL Optical Delay Line Đường dây trễ quang

ODD Only Destination Delay (tên giao thức)

O/E/O Optical/Electrical/Optical Quang/điện/quang

OM Output Module Module đầu ra

OPR Optical Packet Routing Định tuyến gói quang

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

RFD Reserve-a-fixed-Delay Đăng ký trễ cố định

RS Random Selection Lựa chọn ngẫu nhiên

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

TAG Tell Ang Go (tên giao thức)

TAW Tell And Wait (tên giao thức)

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

Division Multiplexing Bộ xen rẽ theo bước sóng

WAN Wide Area Network Mạng điện rộng

WDM Wavelength Division

Multiplexer Bộ ghép kênh phân chia theo bước sóng

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, mạng viễn thông toàn cầu phát triển với tốc

độ chóng mặt Đi kèm với đó là những biến đổi rất lớn về bản chất lưu lượngtruyền tải trên mạng Rất dễ dàng nhận thấy rằng lưu lượng thoại truyền thốngngày càng trở nên lép vế trước những luồng lưu lượng phi thoại khổng lồ Vìvậy những công nghệ cũ vốn được sử dụng cho thoại dần dần không đáp ứngđược các yêu cầu truyền thông có tính bùng nổ và liên tục như hiện nay

Internet trở thành một phần không thể thiếu của cuộc sống, số người sửdụng không ngừng gia tăng, cộng thêm sự đa dạng về các loại hình dịch vụ, …Chính vì lẽ đó yêu cầu về băng thông đối với các dịch vụ viễn thông trở nêncần thiết hơn bao giờ hết Một trong những xu hướng phát triển của mạng viễnthông hiện nay là quang hóa từ mạng lõi cho đến tận mạng truy nhập của kháchhàng Công nghệ ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM đã và đang đượctriển khai trong các hệ thống thông tin quang hiện tại cho phép tốc độ truyềndẫn cực lớn và khả năng hỗ trợ các lưu lượng khác nhau như IP, Ethernet,SONET/SDH

Khi đã có tốc độ truyền dẫn cao rồi thì một bài toán khác được đặt ra đó

là làm thế nào để có thể sử dụng một cách tối ưu băng thông và giảm thiểu trễ

xử lý tại các thiết bị chuyển mạch Ba công nghệ chuyển mạch quang đượcnghiên cứu để sử dụng trong mạng WDM là: chuyển mạch kênh quang, chuyểnmạch gói quang và chuyển mạch burst quang Trong ba công nghệ này, chuyểnmạch burst quang ra đời nhằm đáp ứng sự bùng nổ dữ liệu, cộng với việc kếthợp các ưu điểm của cả chuyển mạch gói quang và chuyển mạch kênh quang.Xuất phát từ thực tế trên em đã chọn hướng nghiên cứu về chuyển mạch burstquang, đặc biệt là các kỹ thuật hợp burst trong chuyển mạch burst quang Nộidung của đồ án bao gồm 3 chương và phần kết luận, được cấu trúc như sau:

- Chương 1: Đưa ra cái nhìn tổng quan về mạng truyền tải quang và

hướng nghiên cứu đi sâu vào chuyển mạch quang

- Chương 2: Giới thiệu về chuyển mạch burst quang và các khía cạnh

cơ bản như kiến trúc, cơ chế báo hiệu, tập hợp burst, thuật toán sắpxếp kênh, phương pháp giải quyết tranh chấp…

- Chương 3: Nghiên cứu kỹ thuật hợp burst cơ bản dựa trên mô hình

chức năng của nút biên, nút lõi, cấu trúc gói tin điều khiển của OBSdựa trên MPLS Từ đó đưa ra phương pháp hợp burst mới với thuậttoán đặc biệt

- Kết luận

Do có sự hạn chế về mặt thời gian cũng như năng lực của cá nhân nênnội dung của đồ án này sẽ không tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế Emmong các thầy cô giáo và các bạn quan tâm đóng góp ý kiến thêm vào để đồ ánnày càng được hoàn thiện hơn Em xin chân thành cảm ơn cô giáo Nguyễn ThịThu Nga đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.Em cũngxin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo trong Học Viện Công Nghệ Bưu ChínhViễn Thông và đặc biệt là các thầy cô khoa Viễn Thông đã dạy dỗ, chỉ bảo emtrong suốt thời gian qua Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, tháng 12 năm 2012

Sinh viên

Nguyễn Tiến Hoàng

CHƯƠNG 1: MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG

1.1 Tổng quan về mạng truyền tải quang

Trong khoảng hơn một thập kỷ trước, nhu cầu trao đổi thông tin của conngười chưa cao, chỉ đơn giản là thoại, số liệu và một vài ứng dụng khác nữa.Không những thế, số lượng người dùng cũng rất ít đa phần là phục vụ công tácquản lý, kinh doanh, sản xuất, nghiên cứu… Chính vì vậy cơ sở hạ tầng mạnglúc đó chỉ ở mức trung bình mà vẫn đáp ứng đủ nhu cầu

Qua hơn mười năm đầu thế kỷ 21, chúng ta được chứng kiến sự pháttriển chóng mặt của công nghệ truyền thông Internet phát triển đưa ra rất nhiềudịch vụ mới, bởi vậy số lượng người dùng ngày càng tăng cao Từ đó dẫn tớimột hệ quả tất yếu đó là những công nghệ đã sử dụng tuy không cũ nhưng phầnnào chưa đáp ứng được yêu cầu ngày càng bùng nổ Bởi lẽ đó cần có sự nângcấp, áp dụng thêm các công nghệ mới để có thể đáp ứng được các nhu cầu củakhách hàng đồng thời phù hợp hơn trong việc cung cấp các dịch vụ mới vớichất lượng 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

sử dụng các dịch vụ viễn thông và sự bùng nổ lưu lượng Internet, nguyên nhân

là do sự hạn chế tốc độ của các chuyển mạch điện tử Đây là cơ hội nhưng cũng

là thách thức đối với các nhà cung cấp dịch vụ mạng Vấn đề đó là làm sao phảităng được tốc độ truyền dẫn và tốc độ chuyển mạch nhưng vẫn đảm bảo sự linhđộng, khả năng mở rộng trong tương lai, bảo mật…

Lúc này, cáp quang được đưa ra như một phương tiện truyền dẫn, chophép sử dụng công nghệ WDM, điều này đã mở đầu một sự tăng trưởng nhanhchóng về giá trị của băng thông truyền dẫn, làm cho Internet tốc độ cao đượccung cấp tới mọi người Nguyên tắc căn bản của mạng quang chính là việctruyền tải dữ liệu bằng ánh sáng trong môi trường sợi thủy tinh (chi phí thấp)

Ưu điểm của truyền dẫn sợi quang so với truyền dẫn điện là suy hao thấp và tốc

độ bít cao, không có nhiễu điện từ và không bức xạ điện từ Do đó, thông tinquang có thể đạt được khoảng cách truyền dẫn dài, không xuyên kênh và khó cóthể nghe trộm Công nghệ ghép kênh WDM ra đời như một giải pháp được lựachọn để cung cấp cơ sở hạ tầng mạng nhanh hơn đáp ứng được sự bùng nổ lưulượng Internet, cho phép cung cấp nhiều dịch vụ mới với chất lượng tốt hơnđáp ứng được nhu cầu sử dụng các dịch vụ viễn thông ngày càng tăng của xãhội

Công nghệ WDM đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển Trong thế hệđầu tiên, WDM chỉ cung cấp các kết nối vật lý điểm điểm được sử dụng hạnchế trong các trung kế WAN Thế hệ thứ hai, WDM có thêm một chút pháttriển, WDM có khả năng thiết lập các tuyến kết nối chéo lựa chọn bước sóng từđầu cuối tới đầu cuối tạo ra các tô pô ảo trên sợi quang vật lý, mặt khác cấu hìnhbước sóng ảo này có thể được thay đổi theo quy hoạch mạng Ở thế hệ thứ ba,WDM được sử dụng trong các mạng chuyển mạch gói phi kết nối, trong mạngchuyển mạch gói, các tiêu đề hay nhãn được gắn với dữ liệu và được truyền đicùng với phần tải trọng là các dữ liệu của người dùng Tại mỗi nút chuyểnmạch WDM, phần tiêu đề được xử lý, bóc tách thông tin định tuyến để xácđịnh tuyến đường cho gói tin từ nguồn tới đích Dựa trên tỷ lệ giữa chi phí xử

lý tiêu đề gói và chi phí truyền dẫn gói mà công nghệ WDM có thể được sửdụng hiệu quả hơn bằng cách sử dụng các công nghệ chuyển mạch nhãn hayburst thực hiện truyền một gói tin điều khiển để sử dụng cho nhiều gói tinngười dùng Đây quả là một hướng đi mới tiến tới mạng NGN trong tương lai

Để có một mạng truyền tải quang tốc độ cao, ngoài vấn đề tốc độ truyềndẫn thì vấn đề chuyển mạch cũng cực kỳ quan trọng Nếu không thì dù tốc độ

có cao nhưng khi xử lý tại các nút trung gian với công nghệ chuyển mạch kémthì sẽ xảy ra trễ, tắc nghẽn, mất gói….Vì vậy việc nghiên cứu về chuyển mạchtrên quang đang được tiến hành nghiên cứu rất rộng rãi nhằm tìm ra cácphương pháp chuyển mạch tối ưu nhất

1.2.1 Tổng quan về chuyển mạch quang

1.2.1 Khái niệm

Chuyển mạch là một thiết bị rất quan trọng trong mạng truyền tải, nó làthiết bị duy nhất cho phép truyền tải thông tin giữa một nút này với một haynhiều nút 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 đã 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

sử dụng tài nguyên mạng một cách hiệu quả hơn

Mặt khác do công nghệ truyền dẫn quang phát triển, các mạng truyềndẫn quang đã đem lại dung lượng truyền dẫn vô cùng lớn do băng tần sóngmang quang có thể lên tới 200 THz, nhưng dung lượng mạng vẫn không đápứng được lưu lượng khổng lồ do bị hạn chế bởi các thiết bị chuyển mạch điện

tử có dung lượng và tốc độ thấp Đây là một sự lãng phí tài nguyên Và buộclòng phải giải bài toán chuyển mạch này nếu muốn một mạng truyền tải tốc độcao.

Chuyển mạch quang ra đời như một giải pháp được lựa chọn để nângcao hiệu quả truyền tải thông tin tốc độ cao mà không phải thay đổi hay bổsung hệ thống truyền dẫn quang có sẵn của mạng Tốc độ xử lý tại các nútđược tăng lên đồng thời cho phép tăng đáng kể dung lượng mạng cũng nhưchất lượng dịch vụ được cung cấp bởi mạng có hệ thống truyền dẫn quang Chophép cung cấp nhiều dịch vụ mới với băng thông rộng trên hệ thống truyền dẫnquang đã được lắp đặt trước đây Góp phần làm tăng lợi nhuận của các nhà đầu

tư viễn thông, cùng các nhà khai thác dịch vụ

Chuyển mạch quang đã khắc phục được các nhược điểm của việc xử lý

và chuyển mạch tín hiệu trong miền điện như trước đây Trong chuyển mạchquang chỉ có các thông tin điều khiển với số lượng ít ỏi là được biến đổi O/E/O(quang/điện/quang) tại mỗi nút chuyển mạch để xử lý định tuyến, vì vậy đã làmgiảm đáng kể trễ xử lý do không còn phải tốn thời gian để biến đổi O/E/O chophần thông tin người dùng (khối lượng lớn) tại các đầu vào và đầu ra ở nútmạng quang Thêm vào đó, sự có mặt của chuyển mạch quang giúp nhà cungcấp dịch vụ mạng đưa ra nhiều dịch vụ mới rất hấp dẫn Từ đó kích thích, cànglàm gia tăng số người sử dụng giúp sử dụng triệt để nguồn tài nguyên

1.2.2 Nguyên tắc hoạt động

Nguyên tắc chung đó là thực hiện chuyển mạch thông tin dữ liệu trongmiền quang (tại lớp quang) mà không còn cần phải chuyển đổi thông tin dữ liệusang miền điện, bằng cách tạo ra các kênh quang (kênh bước sóng hay khe thờigian) để truyền tải thông tin dữ liệu và các thông tin điều khiển được tách riêngbiến đổi quang điện, và xử lý để lấy thông tin định tuyến

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

tử là: Trong chuyển mạch quang, dữ liệu được "làm trễ" trước khi được chuyểntiếp tới nút tiếp theo trên đường đi tới đích, chứ không phải thực hiện đệm tạicác nút trung gian như trong chuyển mạch điện tử

Với những nguyên tắc hoạt động như trên ta dễ dàng nhận thấy so vớichuyển mạch điện tử trước đây thì chuyển mạch quang đã có một bước tiến xa.Phần dữ liệu người dùng có kích thước rất lớn đã được chuyển mạch trongmiền quang từ đó giảm đáng kể trễ xử lý tại các nút chuyển mạch

Ta có mô hình của một nút chuyển mạch quang:

Hình 1.1: Mô hình chung của một nút chuyển mạch quang

Một nút chuyển mạch quang bao gồm 4 phần chính:

1. Khối giao diện đầu vào: Khối này thực hiện việc thu, đệm tín hiệu

quang để chuẩn bị đưa vào trường chuyển mạch thực hiện chuyểnmạch tới đầu ra, và tách thông tin điều khiển đưa lên khối điều khiểnchuyển mạch

2. Khối điều khiển chuyển mạch: Khối này thực hiện việc thu nhận

các thông tin từ module đầu vào, phân tích thông tin điều khiển vàthực hiện điều khiển khối chuyển mạch Ngoài ra sau khi phân tíchxong thông tin điều khiển thì nó còn phải có chức năng cấu tạo lạiphần thông tin điều khiển đưa tới module đầu ra

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

chuyển mạch quang thực hiện chức năng chuyển mạch thông tin từđầu vào 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 vớiđường truyền và đưa lên đường truyền dẫn

Các đơn vị thông tin truyền tải khi đến nút chuyển mạch được đưa quamột bộ phân kênh (DEMUX) để tách phần tải trọng đưa vào bộ đệm quang(đường dây trễ), phần thông tin điều khiển được đưa vào module đầu vào củakhối điều khiển chuyển mạch để chuẩn bị xử lý lấy thông tin định tuyến, nhằmmục đích điều khiển khối chuyển mạch Thực hiện chuyển mạch thông tin dữ

liệu tới đầu ra phù hợp, rồi qua bộ ghép thông tin điều khiển (MUX) và đượcđưa lên đường truyền quang tới nút tiếp theo trên đường đi từ nguồn tới đích.

1.2.3 Phân loại

1.2.3.1 Chuyển mạch kênh quang

Trong chuyển mạch kênh quang, một kênh quang được thiết lập trướckhi truyền 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 Kênh này chỉphục vụ cho một kết nối

Chuyển mạch kênh gồm có 3 giai đoạn: Thiết lập kênh, truyền dữ liệu,

và giải phóng kênh

• Thiết lập kênh: Đăng ký một bước sóng cố định theo đường dẫn lựa

chọn, mỗi liên kết trên đường dẫn được định hướng từ nguồn tới đíchtương ứng của nó

• Truyền dữ liệu: Dữ liệu được gửi trên một đường riêng Khi phân phối

điều khiển được sử dụng trong giai đoạn định tuyến, một khoảng thờigian yêu cầu giữa giai đoạn thiết lập và giai đoạn truyền dẫn là T, có giátrị T=2p+delta (p là thời gian truyền một chiều), delta là tổng trễ xử lý

do yêu cầu thiết thiết lập trên đường truyền) Dữ liệu trong chuyển mạchkênh không cần đệm ở các nút trung gian do kênh chỉ sử dụng phục vụcho việc truyền dữ liệu này tại thời điểm cụ thể

• Giải phóng kênh: Sau khi dữ liệu gửi đi tới đích, kênh truyền dẫn sẽ

được giải phóng Đích gửi về nguồn một bản tin xác nhận Các nút trênđường truyền lần lượt được giải phóng để phục vụ cho kết nối khác

Hình 1.3: Tín hiệu trong chuyển mạch kênh

1.2.3.2 Chuyển mạch gói quang

Trong mạng chuyển mạch gói, thông tin được chia nhỏ thành các gói tinnhỏ hơn có kích thước cố định hoặc thay đổi Những gói tin này gồm hai phần

đó là phần mào đầu mang thông tin điều khiển, tiếp theo là phần tải trọng(chiếm khối lượng lớn) chứa thông tin người dùng Dữ liệu được phân mảnh tại

phía phát để tạo ra các gói tin, ở phía thu, thông tin được tập hợp lại thành dữliệu hoàn chỉnh.

Trong mạng chuyển mạch gói, các kết nối được thực hiện thiết lập khi

xử lý gói tin còn khi gói tin được xử lý xong thiết lập đó được giải phóng ngaylập tức để thiết lập và xử lý các gói tiếp theo Đây là điểm khác biệt so vớichuyển mạch kênh Trong mạng chuyển mạch gói đã khắc phục được nhượcđiểm của mạng chuyển mạch kênh đó là sử dụng tài nguyên mạng một cáchmềm dẻo và đạt hiệu quả cao

Bằng cách sử dụng chuyển mạch gói quang, các dữ liệu người dùngđược truyền dẫn quang hoàn toàn từ nguồn đến đích Chính điều này đã làmgiảm đáng kể thời gian trễ xử lý như ở các mạng chuyển mạch gói sử dụngchuyển mạch điện tử do không phải thực hiện biến đổi O/E/O tại các nút trunggian 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 tuyến trên 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

• Định tuyến ngẫu nhiên: Là gói tin được gửi đi liên tục trên mạng và

ngẫu nhiên đến đích

Với mạng chuyển mạch gói, các gói tin có thể đi theo nhiều tuyếnđường khác nhau tới đích Điều này phụ thuộc vào việc định tuyến của nútmạng Nút chuyển mạch sẽ áp dụng các giao thức định tuyến để từ đó tìm ratuyến đương tối ưu Mặt khác, tuyến đường có thể tối ưu trong thời điểm nàynhưng ngay sau đó có thể bị lỗi Nếu điều đó xảy ra thì các nút sẽ phải địnhtuyến lại Đó là lý do các gói tin có thể đi nhiều đương khác nhau tới đích Nóichung định tuyến kiểu này tận dụng tối đa tài nguyên nhưng tỷ lệ mất gói cũnglớn

Hình 1.4: Mô hình mạng chuyển mạch góiThêm một nguyên tắc cơ bản của chuyển mạch gói đó là lưu đệm vàchuyển tiếp, tức là một gói tin chỉ được gửi đi khi đã thu được hoàn toàn đầy

đủ tại nút nguồn hay các nút trung gian Chính đặc điểm này đã khiến các góitin bị trễ tương ứng với độ dài của mỗi gói tại các nút trung gian Để giảm trễthì người ta có thể tiến hành sử dụng các giao thức khác như: Giao thức khôngkiểm tra lỗi tại nút trung gian (trong mạng sử dụng công nghệ ATM), giao thứckhông 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

Qua đó ta nhận thấy, không chỉ có nhược điểm về mất gói, chuyển mạchquang còn có độ trễ không nhỏ Nếu kích thước gói nhỏ thì thời gian địnhtuyến trở nên lớn hơn thời gian truyền thông tin rất nhiều, hay có thể xảy ratranh chấp gây tắc nghẽn mạng do quá nhiều thông tin điều khiển phải xử lý Chuyển mạch gói quang đã phần nào giải quyết được một số nhược điểm củachuyển mạch kênh Nhưng như thế là chưa đủ, các hạn chế của chuyển mạchgói còn nhiều chính vì thế cần phải có một công nghệ chuyển mạch mới vớinhững tín năng vượt trội hơn

1.2.3.3 Chuyển mạch burst quang

Chuyển mạch burst quang ra đời là sự kết hợp các ưu điểm của cảchuyển mạch gói quang và chuyển mạch kênh quang Khái niệm chuyển mạchquang xuất hiện từ đầu những năm 1980 Gần đây, chuyển mạch burst quangđược nghiên cứu trở lại và được biết đến như một giải pháp kế tiếp của chuyểnmạch gói quang Chuyển mạch burst được thiết kế để cân bằng giữa các ưu vànhược điểm của cả hai loại chuyển mạch kênh và gói, thực hiện truyền thông

tin dưới dạng các burst quang Thêm vào đó là nó không yêu cầu đệm các burstquang tại các nút trung gian (thực hiện truyền dẫn qua mạng truyền tải quangmột cách trong suốt).

Với chuyển mạch burst quang, nhiều dữ liệu thông tin được tập hợp thànhcác burst Trong đó, có một gói tin điều khiển được gửi đi trước để đăng ký sửdụng tài nguyên mạng, theo sau là burst dữ liệu Các nút mạng trong mạngchuyển mạch burst quang được phân thành hai loại: nút lõi và nút biên

• Nút lõi: Có chức năng nhận và chuyển tiếp các burst đi đến các nút tiếp

theo Nút lõi có thể có hoặc không có bộ đệm tùy theo các phương thứcđiều khiển được sử dụng trong mạng

• Nút biên: Có những chức năng giống nút lõi, thêm vào đó nó phải có

chức năng cấu tạo và phân giải các burst thông tin Đây là nơi bắt đầuhoặc kết cuối của các burst Đây là nút có giao diện tín hiệu quang vớicác mạng quang và mạng chuyển mạch burst, giao diện tín hiệu điện vớicác mạng chuyển mạch gói điện hay các mạng truy nhập

Ở mạng chuyển mạch burst quang mỗi burst chỉ có một gói mang thôngtin điều khiển (gói điều khiển) nên đã giảm được đáng kể lượng thông tin điềukhiển từ đó tăng hiệu suất truyền tin Đồng thời trong mỗi burst được cấu tạo từnhiều gói nên cũng không chiếm dụng kênh trong thời gian qua dài hay gây trễquá lớn tới các burst khác Với mạng chuyển mạch burst có thể tiến hành phátburst trong khi vẫn còn đang thu phần sau của burst đó nên giảm hiện tượng trễ

do một burst chiếm dụng kênh quá lâu gây ảnh hưởng tới các burst khác, từ đótăng hiệu quả sử dụng tài nguyên đồng thời tăng được chất lượng dịch vụ

Một vài đăc trưng điển hình của chuyển mạch burst quang:

- Kích thước đơn vị truyền dẫn của chuyển mạch burst nhỏ hơn kíchthước đơn vị truyền dẫn của chuyển mạch kênh và lớn hơn đơn vịtruyền dẫn của chuyển mạch gói

- Thông tin điều khiển của chuyển mạch burst được truyền trên mộtbước sóng riêng (báo hiệu ngoài băng), và không được truyền đi cùngvới burst như ở chuyển mạch gói Thông tin điều khiển ở đây đượctruyền đi trước để đăng ký sử dụng tài nguyên

- Kích thước burst có thể thay đổi

- Không sử dụng bộ đệm

- 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 nút nguồn

Chuyển mạch burst quang là chuyển mạch hứa hẹn nhiều triển vọng, nó

sẽ thay thế các chuyển mạch hiện tại, và sẽ mang tính thương mại cao hơn

chuyển mạch gói quang Nó tránh được hai vấn đề chính đó là: Tốc độ chuyểnmạch và bộ đệm quang Giảm hiện tượng tắc nghẽn trong mạng chuyển mạchgói quang khi xử lý tiêu đề gói tin trong trường chuyển mạch

Thông tin được tập hợp vào một burst với độ dài lớn hơn gói trước đây

mà vẫn dùng một gói tin điều khiển Trước tiên, là đạt được tốc độ dữ liệu caohơn với cùng một tốc độ xử lý tiêu đề Hơn nữa, không cần thiết phải triển khaicác bộ đệm quang phức tạp, các burst có thể được đệm trong miền điện tại biêncủa mạng thay cho bộ đệm tại mỗi nút vì thời gian mào đầu đã được xử lý Cáctrường chuyển mạch có thể được triển khai mà không cần bộ đệm hoặc với mộtvài đường trễ để giải quyết xung đột Chuyển mạch burst đã tránh được nhữngvấn đề của chuyển mạch gói, và phù hợp hơn với yêu cầu lưu lượng

1.3 Kết luận chương

Chương 1 đã giới thiệu tổng quan về mạng truyền tải quang, với việc sửdụng cáp quang đã tạo một bước ngoặt thật sự với hàng loạt ưu điểm của truyềndẫn sợi quang so với truyền dẫn điện là suy hao thấp và tốc độ bít cao, không cónhiễu điện từ và không bức xạ điện từ

Tuy nhiên để tận dụng tối khả năng của cáp quang thì cần phải có côngnghệ chuyển mạch quang phù hợp Có một vài công nghệ chuyển mạch quangđược đưa ra, tuy nhiên công nghệ chuyển mạch burst đang chiếm ưu thế hơn cảbởi những ưu điểm nổi bật

Bảng 1 tổng kết ưu nhược điểm của ba loại chuyển mạch đã phân tích ởtrên:

Bảng 1:Tổng kết ưu nhược điểm của ba loại chuyển mạch

Hiện nay chuyển mạch burst quang đang là một giải pháp phù hợp nhấtcho mạng Internet tốc độ cao và cung cấp các dịch vụ đa phương tiện Tuynhiên vấn đề ứng dụng chuyển mạch burst quang vào mạng viễn thông hiệnnay vẫn đang gặp nhiều khó khăn, do công nghệ bộ nhớ truy nhập quang chưaphát triển, chất lượng các thiết bị quang lượng tử chưa được chính xác,…đang

là vấn đề lớn nhất cần giải quyết

CHƯƠNG 2: CHUYỂN MẠCH BURST QUANG

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

2.1.1 Cấu trúc mạng chuyển mạch burst quang

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

Hình 2.1: Cấu trúc mạng chuyển mạch burst quangTrong mạng chuyển mạch burst quang (OBS) hay còn được gọi là mạngtoàn quang thì đơn vị truyền dẫn là các burst, có kích thước bằng một số gói IPhay một chuỗi các tế bào ATM Nhưng các burst này nhỏ hơn đơn vị truyềndẫn của chuyển mạch kênh là bản tin Một gói tin điều khiển được truyền trướcburst dữ liệu để cấu hình các chuyển mạch quang trên đường đi từ nguồn đếnđích của burst Gói điều khiển mang thông tin về chiều dài burst, thời điểm bắtđầu phát burst Burst được truyền đi ngay sau gói tin điều khiển một khoảngthời gian trễ để đảm bảo vẫn đủ thời gian xử lý chuyển mạch mà các burstkhông cần phải trễ (đệm) tại bất cứ nút trung gian nào trên đường đi từ nguồntới đích Tại mỗi nút trung gian chỉ có gói điều khiển được phân tích, xử lý cònburst được truyền thẳng (truyền trong suốt)

Cấu trúc mạng OBS bao gồm: nút biên, nút lõi và các đường truyềnquang

Nút biên: là thành phần rất quan trọng trong mạng OBS, là nút giao tiếp

với các mạng truy nhập khác như mạng chuyển mạch gói, IP hay mạng LAN,

WAN khác…Nút biên có trách nhiệm thu thập thông tin sau đó cấu tạo thànhcác burst, đồng thời cũng có chức năng thu thập các burst từ mạng chuyểnmạch burst, tiến hành phân giải chúng thành các gói tin ban đầu và định tuyếnchúng tới đúng người sử dụng trong các mạng truy nhập Vì vậy chức năngchính của các nút biên là cấu tạo và phân giải các burst hay còn gọi đây là nơi

mở đầu và kết cuối các burst

Để làm được điều đó nút biên được trang bị bộ định tuyến biên để cókhả năng định tuyến các gói tin được tách ra từ các burst sao cho vào đúngđược mạng yêu cầu đồng thời thực hiện phân tích nút đích của các gói tin đi tới

để tiến hành cấu trúc burst đưa lên mạng chuyển mạch burst đúng hướng Đặcbiệt tại nút biên thông tin đến được đệm trong miền điện tại các bộ đệm điện tửđơn giản

Nút lõi: Có chức năng chính là chuyển tiếp các burst đi từ nguồn tới

đích được yêu cầu Nút lõi thực hiện phân tích các bản tin điều khiển để tiếnhành cấp phát tài nguyên mạng phục vụ thiết lập kết nối cho việc truyền bursttương ứng Trong một số trường hợp các nút lõi có nhiệm vụ làm trễ các burst

để có đủ thời gian xử lý bản tin điều khiển chuyển mạch nếu thấy cần thiết

Khi một burst tới nút lõi thì gói tin điều khiển sẽ được kết nối tới khốiđiều khiển và kết cuối tại khối điều khiển, còn thông tin dữ liệu được kết cuốitại khối chuyển mạch đợi để được đưa tới đầu ra thích hợp Sau khi gói điềukhiển được phân tích, chúng được cấu trúc lại có bổ sung các thông tin, có sựthay đổi như thời gian trễ, bước sóng truyền burst,…để đi tới nút tiếp theo

Trong mỗi nút lõi của mạng chuyển mạch burst quang (OBS), tuỳ vàokiến trúc và phương pháp điều khiển chuyển mạch mà nó được cấu trúc saocho phù hợp và đạt hiệu quả kinh tế cao Nó có thể có bộ đệm hay không có bộđệm, và gói điều khiển của burst dữ liệu có thể được truyền trong băng (tức làtrên cùng một bước sóng với dữ liệu) hay ngoài băng (tức là trên một bướcsóng riêng biệt) thông thường gói điều khiển sẽ được truyền đi trên một bướcsóng riêng biệt so với bước sóng burst, ngay sau burst hay sau một khoảng thờigian trễ

Các đường truyền dẫn: Trên các đường truyền dẫn quang có thể thực

hiện truyền một bước sóng hay nhiều bước sóng nhờ công nghệ WDM vàDWDM, ngay sau khi truyền xong burst, kênh bước sóng sẽ được giải phóng đểphục vụ cho các kết nối khác

Trong mạng chuyển mạch burst quang thì trước khi burst được truyền đi nóphải đăng ký bước sóng sử dụng và bước sóng đó được giải phóng ngay sau khiburst truyền qua nên các burst từ các nguồn và đích khác nhau có thể sử dụngcùng một bước sóng theo kiểu ghép kênh thống kê theo thời gian

2.1.2 Cấu trúc các nút trong mạng chuyển mạch burst quang

2.1.2.1 Cấu trúc nút lõi

Cấu trúc bao gồm khối chuyển mạch, khối điều khiển chuyển mạch vàcác giao diện đầu vào/ra Tuỳ theo cấu trúc có thể có thêm bộ đệm quang

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

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

Một nút 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)

• Khối chuyển mạch quang: Đây là khối quyết định dung lượng chuyển

mạch của cả nút chuyển mạch Khối chuyển mạch bao gồm khối chuyểnmạch không gian không tắc nghẽn và bộ chuyển đổi bước sóng, chophép 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

tin điều khiển nhằm đưa ra các thông tin điều khiển, và điều khiển khốichuyển mạch thực hiện 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 so sánh và tìm kiểm trong bảng địnhtuyến để tìm liên kết đầu ra tối ưu nhất cho các burst Sắp xếp các kênhđầu ra và phục hồi lại gói tin tiêu đề để đưa tới đầu ra chuyển tới nút tiếptheo

• Khối đệm đầu vào: Được cấu tạo từ các đường dây trễ quang hay bộ

nhớ truy nhập quang nhằm làm trễ các burst dữ liệu tới cho phép khối

điều khiển chuyển mạch có đủ thời gian để xử lý và đưa ra các thông tinđiều khiển, khối này trong khi thực hiện có thể có hay không tuỳ vàophương thức điều khiển được sử dụng trong mạng OBS.

• Các khối giao diện đầu vào và đầu ra: Thực hiện việc nhận các burst và

biến đổi tín hiệu thu thành dạng tín hiệu phù hợp với các đầu vào tươngứng IM (Input module) thực hiện thu gói tin tiêu đề và biến đổi chúngsang tín hiệu điện, còn OM (Output Module) thì thực hiện các công việcngược lại với IM DEMUX tách kênh burst đầu vào, tách gói điều khiểnđưa tới khối giao điện đầu vào và tải trọng đưa tới bộ đệm quang

2.1.2.2 Cấu trúc nút biên

Nút biên do có giao tiếp cả với nút lõi và các mạng truy nhập khác nênngoài chức năng như nút lõi, nó còn phải có chức năng cấu tạo và phân giải cácburst Đồng thời được trang bị thêm một bộ định tuyến biên để định tuyến cácgói tin sau khi phân giải tới đúng đích yêu cầu

Không những thế, các nút biên phục vụ một số người sử dụng, mỗingười sử dụng được kết nối tới nút biên thông qua một kết nối cáp sợi quang hỗtrợ nhiều bước sóng Mỗi một bước sóng tương ứng với một tiến trình burstđến riêng biệt (burst arrival process) là một hàm xác suất mô tả tiến trình lưulượng tới nút Và chúng ta giả sử rằng quá trình burst đến là quá trình poison,mặc dù nó không phù hợp với lưu lượng diện rộng và cũng không giống vớitiến trình burst đến trong mạng quang trong tương lai

Nút 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 nút OBS Chú ýrằng thông tin ở nút biên được đệm trong miền điện nên được thực hiện dễ dàng

Bộ định tuyến biên có nhiệm vụ định tuyến các gói tin của người dùng tới đúngđịa chỉ thiết bị đầu cuối của người dùng, đồng thời thu nhận thông tin và thựchiện phân bổ chúng vào đúng hàng đợi phát theo hướng tới đích để được cấutrúc thành các burst phát đi

Hình 2.3:Cấu trúc nút biên trong mạng chuyển mạch burst quang

Các nút biên trong mạng chuyển mạch burst quang có thể được cấu trúctheo hai cách sau: có bộ chuyển đổi bước sóng hoặc không có bộ chuyển đổibước sóng:

Nút biên không có bộ chuyển đổi bước sóng: Đây là trường hợp một

burst trên một bước sóng đầu vào chỉ có thể được chuyển mạch tới bước sóng

đó trên một cổng đầu ra và việc sử dụng các burst đến trên các bước sóng khácnhau không làm ảnh hưởng lẫn nhau Do đó, mỗi nút biên có thể được phânchia thành W hệ thống con, sử dụng cho từng bước sóng burst Trong đó mỗi

hệ thống con w (với w = 1,2, ,W) là một khối chuyển mạch PxP phục vụ Nngười sử dụng, nhưng mỗi cổng đầu vào và một cổng đầu ra chỉ có một bướcsóng riêng, tương ứng với w bước sóng của nút 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 tin điều khiển tới thiết lập cổng đầu ra cho burst, nếu tại cổng đầu

ra yêu cầu mà bước sóng tương ứng với bước sóng đầu vào còn rỗi thì burst sẽđược phục vụ ngay lập tức, nếu không còn rỗi (đang phục vụ truyền dẫn burstkhác) thì burst sẽ bị loại bỏ hay được làm trễ trong các đường dây trễ (nếu có)

và sau một khoảng thời gian ngẫu nhiên sẽ tiến hành truyền lại gói điều khiển

và nếu lần này vẫn thất bại thì nó lại tiếp tục được làm trễ cho tới khi thực hiện

truyền dẫn thành công burst đó thì thôi Khoảng thời gian trễ của các burst làkhông xác định, và được phân bố theo hàm mũ.

Nút 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 bịloại bỏ, và burst phải trễ một khoảng thời gian trước khi gói điều khiển đượctruyền lại Rõ ràng, sự phân chia một nút chuyển mạch biên thành các hệ thốngcon tương ứng với mỗi bước sóng là không thể thực hiện được nữa Vì vậyburst của người sử dụng đến trên những bước sóng khác nhau có thể gấy ảnhhưởng lên các burst của những người sử dụng khác

Với phương pháp này, ta giảm được xác suất loại bỏ burst hay việc phảitrễ burst Tuy nhiên phương pháp này không loại bỏ được hoàn toàn việc cácburst bị loại bỏ hay phải trễ tại các nút trung gian

2.1.3 Nguyên lý hoạt động của mạng chuyển mạch burst quang

Khác với chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói, thông tin người dùngđược tập hợp vào các burst có chiều dài cố định hoặc thay đổi Khi truyền burstthì cơ chế cũng thật là đặc biệt Trước tiên gói tin điều khiển sẽ được gửi đi, góitin này sẽ giành trước tài nguyên Với giao thức TAW, là phương pháp đăng kýhai chiều có xác nhận, nút chuyển mạch cần nhận được bản tin xác nhận thiếtlập kết nối thì burst dữ liệu mới được gửi đi Còn với TAG, là phương phápđăng ký một chiều, burst dữ liệu được gửi đi sau một khoảng thời trễ, màkhông cần nhận được bản tin xác nhận thiết lập kết nối

Một điểm rất hay trong cơ chế của OBS đó là chỉ sử dụng một gói điềukhiển để chuyển thành công một burst có độ dài từ một tới vài gói tin Phầnmào đầu điều khiển rất nhỏ đã làm tăng hiệu quả truyền tin Từ đó vừa tậndụng tối đa tài nguyên vừa tăng tôc độ truyền Chuyển mạch burst quang(OBS) thường sử dụng báo hiệu ngoài băng, tức là gói tin điều khiển đượctruyền đi trên một kênh bước sóng riêng biệt, như vậy 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 nút OBS nguồn bởi thời gian trễ (offset time) Thời gian trễ này có

giá trị lớn bằng tổng thời gian xử lý gói điều khiển tại các nút trung gian trênđường truyền dẫn Chính việc làm trễ này sẽ đảm bảo burst dữ liệu không cầnphải đệm tại bất kỳ nút trung gian nào, mà được truyền dẫn trong suốt từ nútOBS nguồn tới nút OBS đích

Mặt khác, cũng có một cách khác mà giao thức OBS có thể không sửdụng thời gian trễ tại nút nguồn, nhưng ngược lại, nó yêu cầu burst dữ liệu tạimỗi nút trung gian phải trễ đi một khoảng thời gian cố định không nhỏ hơn thời

gian nhỏ nhất cần thiết để xử lý một gói điều khiển và thời gian cấu hìnhchuyển mạch tại nút trung gian Nhờ đó mà khối chuyển mạch có đủ thời gian

để phân tích thông tin định tuyến trong gói điều khiển và thực hiện chuyểnmạch burst dữ liệu

Trong OBS, bước sóng của một liên kết mà burst sử dụng sẽ bị giảiphóng ngay lập tức sau khi burst đi qua liên kết đó, đồng thời tự động đăng kýhay giải phóng băng thông đã đăng ký Điều này có nghĩa là các burst từ cácnguồn khác nhau tới các đích khác nhau có thể cùng tận dụng một cách hiệu quả

độ rộng băng của cùng một bước sóng trên một liên kết theo kiểu ghép kênhthống kê phân chia theo thời gian Trong trường hợp gói điều khiển đăng kýbước sóng tại một nút trung gian sai, burst sẽ không được định tuyến và nó sẽ bịmất Không phải tất cả các giao thức OBS đều giống nhau, một số giao tức OBS

hỗ trợ cho truyền dẫn một cách tin cậy (giao thức TAW).Khi có một bản tinkhông xác nhận được gửi trở về nút nguồn, gói điều khiển và burst sẽ được gửilại

2.2 Tổ hợp Burst

Tổ hợp burst là tiến trình tập hợp và đóng các gói ở nút biên đầu vào từcác lớp cao hơn thành các burst để truyền tải vào mạng OBS Khi các gói tin điđến từ lớp cao hơn, chúng được lưu đệm trong các bộ nhớ đệm điện và đượcphân loại theo địa chỉ và loại dịch vụ Việc tổ hợp burst sẽ quyết định khi nàotạo ra một burst và gửi burst đó vào mạng OBS Hai phương pháp tổ hợp burstphổ biến nhất là tổ hợp burst dựa trên bộ định thời và tổ hợp burst dựa trên mứcngưỡng

2.2.1 Tổ hợp burst dựa trên bộ định thời

Như đã trình bày trong phần trước, các nút biên có cấu tạo gồm có bộđịnh tuyến, các bộ tổ hợp burst và các bộ lập lịch kênh Khi các gói tin đến nútbiên, bộ định tuyến sẽ căn cứ vào địa chỉ đích của các gói tin để chuyển các góitin này đến bộ tổ hợp burst thích hợp Các gói tin này sẽ được lưu đệm tạm thờitrong các hàng đợi khác nhau nằm trong bộ tổ hợp burst Trong phương pháp tổhợp burst dựa trên bộ định thời, mỗi bộ tổ hợp burt sẽ tham chiếu thời gian củamột bộ định thời cục bộ nằm trên một hàng đợi để quyết định việc tổ hợp cácgói tin thành các burst Thời điểm bộ định thời bắt đầu đếm thời gian có thể làngay sau khi một burst trước đó được lập lịch đểtruyền đi hoặc ngay sau khigói tin đầu tiên đến hàng đợi sau khi hàng đợi trống

Sau một khoảng thời gian T được cấu hình từ trước, các gói tin trong

hàng đợi đó sẽ được tổ hợp thành một burst và lập lịch để truyền đi Phương

pháp tổ hợp burst này sẽ tạo ra các burst có chiều dài ngẫu nhiên Lưu lượngvào mạng thay đổi phần lớn sẽ quyết định chiều dài của burst Lưu lượng vào

mạng lớn, burst sẽ có kích thước lớn, lưu lượng vào mạng nhỏ, burst sẽ có kíchthước nhỏ Tuy nhiên, thời gian của bộ định thời cũng là một nhân tố quyếtđịnh kích thước các burst.

Hình 2.4: Tổ hợp burst dựa trên bộ định thời

2.2.2 Tổ hợp burst dựa trên mức ngưỡng

Trong phương pháp tổ hợp burst dựa trên mức ngưỡng, số lượng cácburst bị giới hạn hay chiều dài của các burst là bằng nhau Cụ thể là khi khikích thước của các gói tin trong hàng đợi đạt đến một giá trị ngưỡng L, các góitin được tổ hợp thành burst và lập lịch để truyền đi Phương pháp tổ hợp burstnày không đảm bảo về thời gian trễ tổ hợp burst

Hình 2.5: Tổ hợp burst dựa trên mức ngưỡngMột vấn đề đặt ra cho việc tổ hợp burst là làm sao tìm ra giá trị của bộđịnh thời và kích thước ngưỡng để tối thiểu hóa xác suất mất gói trong mạngOBS Nếu như mức ngưỡng quá thấp dẫn đến kích thước burst nhỏ, số lượngburst truyền trong mạng sẽ nhiều dẫn đến xác suất xảy ra xung đột ở các nút lõicao, nhưng số lượng gói trung bình bị mất do xung đột lại nhỏ Thêm vào đó sốlượng burst nhiều sẽ làm tăng áp lực lên mặt bằng điều khiển do phải xử lýnhiều các gói tin điều khiển của mỗi burst dữ liệu Nếu thời gian cấu hình chomỗi nút chuyển mạch không được bỏ qua, các burst ngắn sẽ khiến cho việc sửdụng tài nguyên một cách kém hiệu quả do phải mất nhiều thời gian chuyểnmạch Ngược lại, khi mức ngưỡng lớn dẫn đến kích thước burst lớn, số lượngburst vào mạng sẽ nhỏ, do đó xác suất xảy ra xung đột sẽ nhỏ nhưng số lượnggói trung bình bị mất do xung đột sẽ lớn

Vì thế, cần có một sự cân bằng giữa số lượng xung đột và số lượng góimất trung bình tại mỗi lần xung đột Do đó, hoạt động của mạng OBS sẽ đượccải thiện khi các gói đến được tổ hợp thành burst với một kích thước tối ưu

Tương tự, phương pháp tổ hợp burst dựa trên bộ định thời cũng cần giá trị tối

ưu về mặt thời gian

Việc lựa chọn phương pháp tổ hợp burst tùy thuộc vào loại lưu lượngđược truyền đi Phương pháp tổ hợp burst dựa trên bộ định thời thích hợp vớicác lưu lượng nhạy cảm về mặt thời gian như các dịch vụ thời gian thực nhưthoại, truyền tải video vì thời gian trễ tổ hợp burst bị giới hạn Nếu không cógiới hạn về độ trễ, phương pháp tổ hợp burst dựa trên mức ngưỡng phù hợpcho các dịch vụ không yêu cầu thời gian thực như truyền số liệu, và cho phépđiều khiển được số lượng gói bị mất trong mỗi lần xung đột

Sau khi một burst được tạo ra sử dụng các phương pháp được nói ở trên,burst được lưu đệm trong hàng đợi trong một khoảng thời gian trước khi truyền

đi sao cho gói tin điều khiển của burst đó có đủ thời gian để dự trữ tài nguyên.Trong thời gian này, các gói tin khác có thể tiếp tục đến nút biên Việc thêmcác gói tin này vào burst là không chấp nhận được vì tài nguyên cho burst lúcđầu được dự trữ căn cứ vào chiều dài của burst có trong gói tin điều khiển Đểcác gói tin này cho các burst ở đằng sau có khả năng tăng trễ trung bình trongtrường hợp lưu lượng lớn

Theo Yang Chen, Chunming Quiao và Xiang Yu, một cách để giảmthiểu trễ là thực hiện dự đoán chiều dài burst: Gói tin điều khiển sẽ mang thôngtin về chiều dài Burst là L + f(t) thay vì là L với L là chiều dài chính xác củaburst khi gói tin điều khiển được gửi đi, f(t) là chiều dài dự đoán của các gói tin

đi đến trong khoảng thời gian trễvà được tính toán dựa trên tốc độ trung bìnhcủa lưu lượng tới Giả sử chiều dài thực sự của các gói tin đi đến là l(t) Nếuf(t) > l(t), chiều dài của burst khi truyền vào nút lõi là L + l(t), tài nguyên dựtrữ cho burst sẽ bị lãng phí Nếu f(t) < l(t), chiều dài của burst khi truyền vàonút lõi là L + f(t) Một phần gói tin có chiều dài l(t) – f(t) sẽ được ghép vào đểtruyền trên các burst phía sau Nếu f(t) = l(t) là trường hợp lý tưởng nhất khi đóviệc dự trữ tài nguyên cho burst sẽ là tối ưu và không tăng trễ

2.3 Các phương thức điều khiển trong mạng chuyển mạch burst quang 2.3.1 Phương thứcđiều khiển theo kiểu TAG (Tell-And-Go)

Đối với phương thức điều khiển theo kiểu TAG, để thực hiện truyền dẫnmột burst, một gói tin điều khiển sẽ được gửi đi trước để thực hiện đăng kýbước sóng và cấu trúc trường chuyển mạch Sau đó, burst sẽ được gửi đi ngaysau mà không cần phải đợi bản tin xác nhận kết nối ACK từ phía đích gửi về.Bởi vậy mà thời gian trễ của các burst là rất nhỏ thậm chí có thể bằng 0 Saukhi burst được gửi đi hoàn toàn sẽ có một bản tin thông báo để giải phóng kếtnối

Đây là phương thức giảm trễ tuy nhiên độ tin cậy lại chưa cao Nếu sựthiết lập mà không thành công thì burst sẽ bị mất tại một nút trung gian nào đókhông còn tồn tại bước sóng burst rỗi Vì vậy cần phải được sử dụng cùng vớicác giao thức đảm bảo độ tin cậy cao (JET chẳng hạn).

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

có bộ đệm quang hay các đường dây trễ

Hình 2.6: Quá trình đăng ký tài nguyên theo phương thức TAG

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

Phương thức TAW có cách thức hoạt động khác với phương thức TAG,một burst sẽ chỉ được phát lên mạng bởi một nút OBS đầu vào khi chắc chắn

có một đường quang ảo đã được thiết lập thông qua mạng tới nút đầu ra.Đường quang ảo được định nghĩa là một sự liên kết các bước sóng theo mộttrật tự xác định, từng kết nối liên tiếp nhau trong khoảng thời gian thiết lập chotrước Chính vì đặc điểm này mà ta thấy phương thức điều khiển TAW phù hợpcho mô hình chuyển mạch kênh truyền thống hơn là mô hình chuyển mạchburst

Khi mà một nút biên nguồn có một burst cần phát đi, nó thực hiện gửitrên bước sóng điều khiển một bản tin điều khiển thiết lập tới nút biên đích, bảntin này nhằm để đăng ký trước một bước sóng burst trên mỗi liên kết dọc theotuyến đường đi từ nút biên nguồn tới nút biên đích Tại các nút trung gian sau,khi thu bản tin điều khiển thì khối điều khiển thực hiện đăng ký một bước sóngburst còn rỗi được định tuyến tới đầu ra Và sau khi burst được truyền qua từng

kết nối sẽ có một bản tin giải phóng kết nối được gửi đi để giải phóng bướcsóng đã đăng ký tại kết nối đó.

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

về từ nút cuối cùng cấu hình thành công trường chuyển mạch và burst sẽ khôngđược phát đi Nếu không thì bản tin thông báo sẽ bị trễ đi một khoảng thời giannào đó tại nút biên đích trước khi gửi về nút 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

Ta có hình vẽ mô tả quá trình đăng ký tài nguyên theo phương thứcTAW:

Hình 2.7: Mô tả quá trình đăng ký tài nguyên theo phương thức TAW

2.3.3 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 phần tiêu đềriêng của mình (giống như chuyển mạch gói), vì vậymột bộ phân định đặc biệt hay bộ kết cuối sẽ chỉ ra điểm kết thúc của burst.IBT không sử dụng lưu đệm và chuyển tiếp mà nó sử dụng một đường tắt ảo(virtual cut through) Đặc biệt một nút nguồn hay nút trung gian có thể gửiphần trước của burst trước khi nút đó thu phần cuối burst Khi đó độ trễ burst

sẽ ít hơn và kích thước bộ đệm tại một nút cần thiết cũng nhỏ hơn, trừ trườnghợp toàn bộ burst phải đợi tại một nút khi không có bước sóng khả dụng

2.3.4 Phương thức điều khiển theo kiểu RFD (Reserve-a-Fixed-Duration)

Trong phương thức này, một gói tin điều khiển sẽ được gửi đi trước đểđăng ký độ rộng băng và thiết lập cấu hình chuyển mạch, burst dữ liệu đượcgửi đi sau đó một khoảng thời gian bằng thời gian trễ T Độ rộng băng đượcđăng ký cho một khoảng thời gian cụ thể được xác định bởi gói điều khiển Góiđiều khiển có vai trò như tiêu đề của gói có độ dài khác nhau, trong đó nó chobiết độ dài burst, địa chỉ nút đích, thời gian trễ burst Tuy nhiên kích thướcburst trong RFD chỉ có thể biến thiên trong khoảng từ giá trị kích thước burstnhỏ nhất 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 khibít 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

để đảm bảo không gây ra chồng lấn hay xung đột tài nguyên

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

Trong OBS có rất nhiều các giao thức đăng ký tài nguyên như JET (JustEnought Time), JIT (Just In Time), ODD (Only Delay Destination), horizo …Tuy nhiên sau đây ta tìm hiểu hai loại giao thức điển hình là JIT và JET

2.4.1 Giao thức JIT (Just-In-Time)

Đây là hình vẽ mô tả quá trình hoạt động của giao thức này:

Hình 2.8: Mô tả quá trình hoạt động của giao thức JITGiao thức JIT là một trong những giao thức đăng ký tài nguyên theokiểu đăng ký trực tiếp Với giao thức này một bước sóng được đăng ký cho một

burst ngay sau khi bản tin thiết lập tương ứng của burst đó đến Nếu bước sóngkhông được đăng ký tại thời điểm đó, thì bản tin thiết lập được loại bỏ và bursttương ứng cũng bị loại bỏ theo.

Với t là thời điểm bản tin thiết lập đến một nút chuyển mạch nào đó theođường từ nguồn tới đích Ta thấy rằng tiến trình xử lý bản tin thiết lập đượchoàn thành tại thời điểm t+Tsetup, ngay lập tức một bước sóng đã được đăng kýcho burst, và một quá trình cấu hình kết nối chéo quang (OXC: Optical Cross-connect) chuyển mạch burst được bắt đầu Khi quá trình này hoàn thành tạithời điểm t+Tsetup+Toxc, OXC đã sẵn sàng để mang burst Một điều quan trọng

đó là burst sẽ không đến nút OBS đang xét cho tới thời điểm t+Toffset Như vậy

là, các bước sóng còn rỗi trong một khoảng thời gian bằng Toffset-Tsetup-Toxc Chonên giá trị thời gian trễ được giảm đi dọc theo các nút trên đường đi từ nútnguồn tới nút đích, càng đi tới các nút OBS gần phía đích hơn, thì khoảng thờigian rỗi giữa thời điểm mà cấu hình chuyển mạch (kết nối chuyển mạch) đãđược thiết lập và burst đến càng ngắn Ta có hình vẽ:

Hình 2.9: Mô tả hoạt động của một bước sóng tại nút OBS

Hình vẽ trên đưa ra một cách mô tả khác về hoạt động của JIT hiệu quảhơn Với việc xem xét hoạt động của một bước sóng ra tại nút OBS Mỗi bướcsóng như vậy có thể có hai trạng thái: được cung cấp (reserved) và rỗi (free).Hình 2.9 chỉ ra rằng hai burst liên tiếp i và i+1 được 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 thờigian giữa 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 nốikhác Độ dài khoảng thời gian t3-t1, trong khoảng thời gian đó các bản tin thiếtlập mới đến 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 nút 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 2.9, 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 cấpbăng độ dài burst cộng với thời gian trễ tương ứng Trong khi đó thì thời gianrỗi bằng 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 tớichuyển mạch

Trong giao thức này có một khoảng thời gian mà ở đó bước sóng đãđược cung cấp nhưng vẫn chưa có thông tin để truyền Điều này là một sự lãngphí tài nguyên mạng đáng kể Tồn tại trường hợp trên thực tế bước sóng đangrỗi nhưng những gói điều khiển đến tại thời điểm này lại không được chấp nhận

Ta cần quản lý thời gian trễ burst một cách chặt chẽ để khắc phục tình trạnglãng phí đó, người ta đưa ra giao thức JET như là một phương pháp hiệu quảhơn trong vấn đề quản lý thời gian trễ JET sẽ được trình bày ở phần sau

2.4.2 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 (DelayedReservation) và khả năng tích hợp DR với các bộ ghép burst đệm bằng đườngdây trễ quang FDL

2.4.2.1 Hoạt động của giao thức

Tại nút nguồn: Dữ liệu người dùng từ các mạng truy nhập được đệm

theo hướng tới đích Sau đó được chuẩn bị sẵn sàng để phát đi trên một burstquang Khi ấy nút nguồn đang chứa một burst dữ liệu cần truyền đi, nó sẽ gửi