Định tuyến multiast và gán bước sóng trong mạng quang wdm với phương pháp giới hạn các sự phân phối

Trang 1 TRẦN QUỐC TUẤNTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI--- ---*TRẦN QUỐC TUẤN Xử lý thông tin & truyền thôngĐỊNH TUYẾN MULTICAST VÀ GÁN BƯỚC SÓNG TRONG MẠNG QUANG WDM VỚI PHƯƠNG PHÁP Tra

NGÀNH: XỬ LÝ THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS NGÔ HỒNG SƠN

LỜI CẢM ƠN

Trước hết tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Ngô Hồng Sơn,

thầy giáo hướng dẫn khoa học, người đã nhiệt tình hướng dẫn, chỉ bảo và đưa

ra những đóng góp hết sức quý báu để tôi hoàn thành bản luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo công tác tại Khoa Công nghệ thông tin, Đại học Bách Khoa Hà Nội đã trang bị cho tôi những kiến thức trong suốt thời gian học tập

Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn các anh, chị đồng nghiệp tại đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện bản luận văn

Hà nội ngày 21 tháng 11 năm 2009

Sinh viên thực hiện

Trần Quốc Tuấn

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

MỤC LỤC 2

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT 4

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ 6

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 7

MỞ ĐẦU 8

1 Giới thiệu chung 8

2 Công nghệ multicast trên mạng WDM 9

3 Mục tiêu và phạm vi của luận văn 9

4 Kết quả của luận văn 10

5 Nội dung chính của luận văn 10

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ ĐỊNH TUYẾN MULTICAST VÀ GÁN BƯỚC SÓNG TRÊN MẠNG QUANG WDM 11

1.1 Giới thiệu về mạng quang học WDM 11

1.1.1 Sự phát triển của WDM 11

1.1.2 Phân loại hệ thống WDM 13

1.1.3 Sơ đồ chức năng của hệ thống WDM 16

1.1.4 Các phần tử của mạng WDM 18

1.1.5.Ưu nhược điểm của công nghệ WDM 24

1 2 Giới thiệu chung về multicast 26

1.2.1 Các mô hình truyền thông trên mạng 26

2.2.2 So sánh các phương thức truyền 27

2.2.3 Đặc điểm của multicast 27

2.2.4 Các vấn đề của định tuyến multicast 28

1.3 Định tuyến và gán bước sóng 34

1.3.1 Các phương pháp định tuyến trong bài toán SLE 36

1.3.2 Các phương pháp gán bước sóng trong bài toán SLE 40

CHƯƠNG II: ĐỊNH TUYẾN MULTICAST VÀ GÁN BƯỚC SÓNG

TRÊN MẠNG QUANG WDM VỚI PHƯƠNG PHÁP GIỚI HẠN CÁC SỰ

PHÂN PHỐI 44

2.1 Các khái niệm 44

2.1.1 Khái niệm Light–Tree: Optical Multicasting 44

2.1.2 Cây Steiner 47

2.1.3 Cây Light Trees cho truyền thông Multicast 48

-2.2 Vấn đề định tuyến multicast và gán bước sóng trên mạng WDM 49

2.2.1 Tổng quan về vấn đề 49

2.2.2 Khả năng multicast với các bộ chuyển mạch quang 53

2.2.3 Multicast trong mạng WDM single-hop 56

2.2.4 Multicast toàn quang trên mạng WDM diện rộng 60

2.2.5 Gán bước sóng 63

2.3 Định tuyến multicast và gán bước sóng trong mạng quang WDM với phương pháp giới hạn các sự phân phối (Limited Drop-offs) 64

2.3.1 Giới thiệu bài toán 64

2.3.2 Điều kiện của bài toán 67

2.3.3 Giải pháp tối ưu cho k-MTR với k <=2 69

2.3.4 Giải pháp xấp xỉ cho k-MTR với k >=3 72

2.3.5 Gán bước sóng cho các multi-tree 74

CHƯƠNG II: MÔ PHỎNG THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 77 I 3.1 Mô phỏng thử nghiệm 77

3.1.1 Ma trận biểu diễn đồ thị 77

3.1.2 Mô hình mô phỏng 77

3.1.3 Cài đặt mô phỏng 80

3.1.4 Kết quả mô phỏng 81

3.2 Phân tích và đánh giá 81

KẾT LUẬN 83

TÀI LIỆU THAM KHẢO 84

TÓM TẮT LUẬN VĂN 86

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT

Ký hiệu

ATM Asynchronous Transfer Module Chế độ truyền không đồng bộ

DVMRP Distance ector ulticast V M

Routing rotocolP

Giao thức định tuyến phát đa phương theo vectơ khoảng cách

DWDM Desen Walength Division

Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo bước sóng mật độ cao EDFA Erbium Doped Fiber Amplifier Khuếch đại sợi pha tạp erbium FWM Four – Wave Mixing Trộn bốn bước sóng

ILP Integer Linear Program Quy hoạch tuyến tính nguyên ISDN Integrated Service igital D

Network

Mạng số liên kết dịch vụ

OADM Optical add-drop multiplexer Bộ tách ghép kênh quang OCX Optical Cross Connect Kết nối chéo quang

OTN Optical Transport Network Mạng truyền tải quang

PIM Protocol Independent Multicast Giao thức multicast độc lập RDF Reverse Path Forwarding Thuật toán tìm đường đảo

ngược RWA Routing and Wavelength

Assignment

Định tuyến và gán bước sóng

SDH Synchronous Phân cấp đồng bộ số

SONET Synchronous optical networking Đồng bộ kết nối mạng quang TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia thời gian VPN Vitual Private Network Mạng riêng ảo

WCA Wavelength Conveter Awave Bộ chuyển đổi bước sóng WDM Wavelength Division

Multiplexing

Ghép kênh phân chia bước sóng

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1- Sự phát triển của các hệ thống WDM 11

Hình 1.2- Mạng WDM định tuyến bước sóng 12

Hình 1.3 Sơ đồ truyền dẫn hai chiều trên hai sợi quang 14

Hình 1.4 Sơ đồ truyền dẫn hai chiều trên cùng một sợi quang 15

Hình 1.5: Sơ đồ chức năng hệ thống WDM 17

Hình 1.6: Sơ đồ khối của một bộ đầu cuối đường quang (OLT) 18

Hình 1.7: Sơ đồ khối của một bộ khuếch đại đường dây quang 20

Hình 1.8: Bộ xen rẽ quang OADM 21

Hình 1.9: Bộ xen rẽ quang sử dụng cách tử Bragg 21

Hình 1.10: Sơ đồ OADM điều khiển 22

Hình 1.11- Mô hình mạng có sử dụng OXC 23

Hình 1.12: Mô hình broadcast 26

Hình 1.13: Mô hình multicast 27

Hình 1.14: Giao thức PIM - SM 32

Hình 1.15: Định tuyến cố định từ nút 0 tới nút 2 36

Hình 1.16: Định tuyến luân phiên cố định 37

Hình 1.17: Định tuyến thích nghi từ nút 0 tới nút 2 39

Hình 1.18: Yêu cầu thiết lập kết nối và đồ thị chuyển đổi tương ứng 42

Hình 2.1: Topology NSFNET 46

Hình 2.2: Các đường dẫn ảo bao gồm bởi light tree bao gồm node nguồn UT, -các node đích NE, TX và IL 46

Hình 2.3: Mạng 6 node với một light tree (đường nét đậm)- 48

Hình 2.4: Một bộ chuyển mạch chia và chuyển bằng cách sử dụng 1xM cổng chuyển quang (G) và 1x2 bộ chuyển mạch 52

Hình 2.5: Ba mô hình multicast (a) MSW (b) MSDW (c) MAW 55

Hình 2.6: Mô hình topology hình sao 57

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: So sánh giá của mạng multicast WDM đa trang thái và crossbar

dưới các mô hình khác nhau (CB: crossbar, MS: đa trạng thái) 56

Bảng 3.1: Topology mạng NSFnet 78

Bảng 3.2: Topology mạng được sinh ra ngẫu nhiên 79

Bảng 3.3 Kết quả mô phỏng với mạng NSFnet 81

Bảng 3.4 Kết quả mô phỏng với mạng ngẫu nhiên 81

MỞ ĐẦU

1 Giới thiệu chung

Trong những năm cuối thế kỷ 20, đầu thế kỷ 21, công nghệ truyền thông, tin học đã có những bước phát triển mạnh mẽ, đã có những ảnh hưởng sâu sắc đến đời sống kinh tế xã hội Sự phát triển này làm thay đổi hẳn cách sống, cách làm việc của con người và đã đưa loài người sang một kỷ nguyên mới – kỷ nguyên của nền kinh tế trí thức

Để đáp ứng được vai trò động lực thúc đẩy sự phát triển của kỷ nguyên thông tin, cũng trong thời gian qua công nghệ điện tử viễn thông tin học đã - – phát triển như vũ bão và tạo nên nhiều thay đổi trong nền kinh tế nói chung và trong bản thân ngành Viễn thông nói riêng

Mặt khác, khi công nghệ truyền dẫn quang ghép kênh phân chia theo bước sóng – WDM (Wavelength Division Multiplexing) ra đời với những ưu điểm vượt trội về chất lượng truyền dẫn cao, đặc biệt là băng thông rộng/tốc

độ lớn (tới hàng ngàn Terabit) đã là một cuộc cách mạng không chỉ trong công nghệ truyền dẫn mà còn cả giải pháp phát triển mạng viễn thông Nó cũng giúp cho khả năng tổ chức mạng trở nên đơn giản, tính hiệu quả kinh tế

và chất lượng dịch vụ cũng cao hơn so với giải pháp tích hợp các dịch vụ bằng cách truyền dẫn độc lập các dịch vụ trên các bước sóng khác nhau

Tuy nhiên, sự ra đời của WDM với ưu điểm vượt trội về băng thông cũng không thể khiến ta lãng phí nguồn tài nguyên quý giá này Khi một luồng âm thanh, hình ảnh cần được truyền tới các máy tính nằm phân tán trên Internet, lưu lượng này phải được gửi đi theo cách hiệu quả nhất, nghĩa là dùng càng ít băng thông càng tốt Multicast là một trong những công nghệ và tiêu chuẩn tiêu biểu cho phép truyền d n đa đi m-đa đi m như hội nghị truyền ẫ ể ểhình, hoặc truyền d n điẫ ểm-đa điểm như quảng bá âm thanh, video trên Internet Truyền thông Multicast ra đời đã cải tiến đáng kể các yếu điểm của hai mô hình truyền thông cơ bản là Unicast và Broadcast Việc triển khai multicast trên WDM đã mang lại những kết quả tốt cho phép xây dựng mô ,

hình mạng truyền tải quang OTN (Optical Transport Network) giúp truyền tải trong suốt nhiều loại hình dịch vụ, quản lý mạng hiệu quả, định tuyến linh động

2 C ông nghệ multicast trên mạng WDM

Nhu cầu về băng tần mạng đang tăng gần 100%/một năm sẽ tiếp tục gia tăng ít nhất là trong vài chục năm tiếp theo Việc giảm giá thành của các nhà cung cấp và trên hết là ứng dụng phổ cập của Internet đòi hỏi băng tần lớn sẽ được tiếp tục đẩy mạnh

Hiện nay tại Việt Nam các nhà cung cấp dịch vụ truyền dẫn đường trục đều đang sử dụng công nghệ truyền dẫn quang SDH Với nhu cầu sử dụng các dịch vụ viễn thông yêu cầu băng thông rộng như các dịch vụ Internet băng rộng, các dịch vụ di động, Wifi, Wimax, video theo yêu cầu, VPN …đang tăng lên ngày càng mạnh thì tài nguyên băng thông và sợi quang trên mạng đường trục đã trở nên cạn kiệt

Trong bối cảnh bùng nổ về nhu cầu viễn thông trong nước, trong khu vực và thế giới, đặc biệt là các dịch vụ băng rộng, cùng với việc triển khai cung cấp các dịch vụ, xây dựng mạng liên tỉnh, liên vùng, mạng nội hạt, mạng truy nhập tốc độ cao, việc sử dụng công nghệ WDM trong các tuyến thông tin huyết mạch để tối đa hóa khả năng sử dụng băng thông của sợi quang là hết sức cần thiết Khi đó, việc triển khai multicast trên WDM sẽ tận dụng được hết các khả năng và hiệu quả vốn có của công nghệ WDM và multicast

3 M ục tiêu và phạm vi của luận văn

Nhận thấy nhu cầu ứng dụng multicast trên WDM sẽ ngày càng có vị trí quan trọng cũng như các lợi ích của công nghệ multicasting trên WDM, mục tiêu của luận văn là nghiên cứu về công nghệ này Từ đó tập trung

phân phối dữ liệu giới hạn Phương pháp này xây dựng một tập các k-drop light-tree sao cho có giá trong mạng là nhỏ nhất Giả thiết cho rằng vấn đề này là giải quyết được với k = 2 và là bài toán NP khó với k >= 3

Luận văn chỉ giới hạn trong việc nghiên cứu, đưa ra giải pháp cho trường hợp giới hạn sự phân phối và cài đặt thử nghiệm thuật toán trên

4 Kết quả của luận văn

Với mục tiêu trên luận văn đã tìm hiểu về công nghệ multicast trên WDM, tìm hiểu về multicast và gán bước sóng với phương pháp phân phối dữ liệu giới hạn, từ đó đưa ra các thuật toán multicast và gán bước sóng cụ thể

Đồng thời luận văn cũng cài đặt thử nghiệm và so sánh đánh giá các thuật toán trên

5 Nội dung chính của luận văn

Luận văn gồm các phần chính như sau:

 Mở đầu

 Chương 1: Tổng quan về định tuyến multicast và gán bước sóng trên

phương pháp định tuyến và gán bước sóng trên mạng quang WDM

 Chương 2: Định tuyến multicast và gán bước sóng trên mạng quang

WDM với phương pháp giới hạn các sự phân phối: Đi sâu phân tích

đánh giá một phương pháp định tuyến và gán bước sóng trên mạng quang WDM: phương pháp giới hạn các sự phân phối

 Chương 3: Mô phỏng đánh giá: Cài đặt mô phỏng và đánh giá phương

pháp định tuyến multicast và gán bước sóng trên mạng quang WDM với phương pháp giới hạn các sự phân phối

 Kết luận và định hướng phát triển

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ ĐỊNH TUYẾN MULTICAST

VÀ GÁN BƯỚC SÓNG TRÊN MẠNG QUANG WDM

1.1 Giới thiệu về mạng quang học WDM

• Hệ thống WDM thế hệ 2: là hệ thống WDM điểm nối đa điểm với các trạm xen/rẽ trên tuyến quang là các OADM cho phép tách/ghép trực tiếp những bước sóng cần xen/rẽ

Hệ thống WDM điểm nối điểm 4×10Gb/s

Hệ thống WDM điểm nối điểm 8×2.5Gb/s

Hệ thống WDM điểm nối điểm 8×10Gb/s

Hệ thống WDM điểm nối điểm 16×2.5Gb/s

Hệ thống WDM điểm nối điểm 16×2.5Gb/s

Hệ thống WDM sử dụng OADM

Ring CS > 10Gbps /1 sợi

OMS Ring > 40 Gbps/1 sợi

• Hệ thống WDM thế hệ 3: mạng WDM toàn quang với các thiết bị chuyển mạch và định tuyến bước sóng Mạng trong trường hợp này gọi là mạng định tuyến bước sóng: mạng cung cấp các đường quang (lightpath) tới người sử dụng là các đầu cuối SDH (SONET) hay các bộ định tuyến IP Hình 1.2 là một minh họa cho mạng này Trên hình 1.2, có thể thấy các đường quang giữa B và C, D và E, E và F, A và F Trong mạng định tuyến bước sóng này, tại các nút trung gian, các đường quang được định tuyến và chuyển mạch từ một liên kết này đến một liên kết khác Có thể xảy ra trường hợp biến đổi bước sóng Các phần tử quan trọng cho kết nối mạng quang là bộ kết cuối đường dây quang (OLT), bộ ghép kênh xen/rớt quang (OADM) và bộ kết nối chéo quang (OXC)

Hình 1.2- Mạng WDM định tuyến bước sóng

Theo thời gian, xuất phát từ những nhu cầu thực tế, các hệ thống WDM ngày càng trở nên phức tạp Ở một góc độ nào, sự phức tạp trong hệ thống WDM là trong những chức năng của thiết bị Nhờ có chức năng này mà cấu

Đầu cuối SONET

IP router

IP router

hình hệ thống WDM chuyển từ đơn giản như cấu hình điểm- điểm sang cấu hình phức tạp như Ring và Mesh Các hệ thống WDM đầu tiên xuất hiện từ cuối những năm 1980 sử dụng hai kênh bước sóng trong các vùng 1310nm và 1550nm và thường được gọi là hệ thống WDM băng rộng

Đầu những năm 1990 xuất hiện các hệ thống WDM thế hệ hai sử dụng các phần tử WDM thụ động, được gọi là hệ thống WDM băng hẹp từ 2 đến 8 kênh Các kênh này nằm trong cửa sổ 1550nm và với khoảng cách kênh 400GHz Đến giữa những năm 1990 đã có hệ thống WDM mật độ cao (WDM) sử dụng từ 16 đến 40 kênh với khoảng cách kênh từ 100 đến 200 GHz Các hệ thống này đã tích hợp các chức năng xen rẽ và quản lý mạng

Các hệ thống WDM ban đầu sử dụng với khoảng cách kênh lớn Việc lắp đặt hệ thống WDM chi phối bởi những lý do kinh tế Việc nâng cấp thiết

bị đầu cuối để khai thác các năng lực của WDM có chi phi thấp hơn việc lắp đặt cáp sợi quang mới Sự xuất hiện bộ khuếch đại quang EDFA đã chuyển hầu hết các hệ thống WDM sang cửa sổ 1530 nm đến 1565nm Các hệ thống WDM mới lắp đặt gần đây đã sử dụng các kênh quang có khoảng cách giữa các kênh hẹp từ 25 GHz đến 50 GHz

1 21 .1 Truyền dẫn hai chiều trên hai sợi:

Hệ thống WDM truyền dẫn hai chiều trên hai sợi là: tất cả kênh quang cùng trên một sợi quang truyền dẫn theo cùng một chiều (như hình 1.3), ở đầu phát các tín hiệu có bước sóng quang khác nhau và đã được điều chế λ 1, λ 2, , λ n thông qua bộ ghép kênh tổ hợp lại với nhau, và truyền dẫn một chiều trên một sợi quang Vì các tín hiệu được mang thông qua các bước sóng khác nhau, do đó sẽ không lẫn lộn Ở đầu thu, bộ tách kênh quang tách các tín hiệu

có bước sóng khác nhau, hoàn thành truyền dẫn tín hiệu quang nhiều kênh Ở chiều ngược lại truyền dẫn qua một sợi quang khác, nguyên lý giống như trên

Hình 1.3 Sơ đồ truyền dẫn hai chiều trên hai sợi quang

1 21 .2 Truyền dẫn hai chiều trên một sợi:

Hệ thống WDM truyền dẫn hai chiều trên một sợi là: ở hướng đi, các kênh quang tương ứng với các bước sóng λ1, λ2, , λn qua bộ ghép/tách kênh được tổ hợp lại với nhau truyền dẫn trên một sợi Cũng sợi quang đó, ở hướng

về các bước sóng λn+1, λn+2, , λ2n được truyền dẫn theo chiều ngược lại (xem hình 1.4) Nói cách khác ta dùng các bước sóng tách rời để thông tin hai chiều (song công)

Bộ tách kênh

Bộ khuếch đại sợi quang

Bộ khuếch đại sợi quang

Bộ tách kênh

Bộ ghép kênh

Máy thu quang

Máy thu quang

Máy phát quang

Máy phát quang

Hình 1.4 Sơ đồ truyền dẫn hai chiều trên cùng một sợi quang

Hệ thống WDM hai chiều trên hai sợi được ứng dụng và phát triển tương đối rộng rãi Hệ thống WDM hai chiều trên một sợi thì yêu cầu phát triển và ứng dụng cao hơn, đòi hỏi yêu cầu kỹ thuật cực kỳ nghiêm ngặt Ở phía phát, các thiết bị ghép kênh phải có suy hao nhỏ từ mỗi nguồn quang tới đầu ra của bộ ghép kênh Ở phía thu, các bộ tách sóng quang phải nhạy với dải rộng của các bước sóng quang Khi thực hiện tách kênh cần phải cách ly kênh quang thật tốt với các bước sóng khác bằng cách thiết kế các bộ tách kênh thật chính xác, các bộ lọc quang nếu được sử dụng phải có bước sóng cắt chính xác, dải làm việc ổn định

Xét về dung lượng, hệ thống đơn hướng có khả năng cung cấp dung lượng cao gấp đôi so với hệ thống song hướng Ngược lại, số sợi quang cần dùng gấp đôi so với hệ thống song hướng

Khi sự cố đứt cáp xảy ra, hệ thống song hướng không cần đến cơ chế chuyển mạch bảo vệ tự động APS (Automatic Protection Switching) vì cả hai -đầu của liên kết đều có khả năng nhận biết sự cố một cách tức thời

Ðứng về khía cạnh thiết kế mạng, hệ thống song hướng khó thiết kế hơn vì còn phải xét thêm các yếu tố như: vấn đề xuyên nhiễu do có nhiều

Máy phát

quang

Bộ khuếch đại sợi quang

Máy thu quang Máy phát quang Máy phát quang

bước sóng hơn trên một sợi quang, đảm bảo định tuyến và phân bố bước sóng sao cho hai chiều trên sợi quang không dùng chung một bước sóng

Các bộ khuếch đại trong hệ thống song hướng thường có cấu trúc phức tạp hơn trong hệ thống đơn hướng Tuy nhiên, do số bước sóng khuếch đại trong hệ thống song hướng giảm ½ theo mỗi chiều nên ở hệ thống song hướng, các bộ khuếch đại sẽ cho công suất quang ngõ ra lớn hơn so với ở hệ thống đơn hướng

Hệ thống WDM được thiết kế phải giảm tối đa các hiệu ứng có thể gây

ra suy hao truyền dẫn Ngoài việc đảm bảo suy hao xen của các thiết bị thấp, cần phải tối thiểu hoá thành phần công suất có thể gây ra phản xạ tại các phần

tử ghép, hoặc tại các điểm ghép nối các module, các mối hàn , bởi chúng có thể làm gia tăng vấn đề xuyên kênh giữa các bước sóng, dẫn đến làm suy giảm nghiêm trọng tỉ số S/N của hệ thống Các hiệu ứng trên đặc biệt nghiêm trọng đối với hệ thống WDM truyền dẫn hai chiều trên một sợi, do đó hệ thống này có khả năng ít được lựa chọn khi thiết kế tuyến

1.1.3 Sơ đồ chức năng của hệ thống WDM

Như minh hoạ trên hình 1.5, để đảm bảo việc truyền nhận nhiều bước sóng trên một sợi quang, hệ thống WDM phải thực hiện các chức năng sau:

- Phát tín hiệu: Trong hệ thống WDM, nguồn phát quang được dùng là laser Hiện tại đã có một số loại nguồn phát như: Laser điều chỉnh được bước sóng (Tunable Laser), Laser đa bước sóng (Multiwavelength Laser) Yêu cầu đối với nguồn phát laser là phải có độ rộng phổ hẹp, bước sóng phát ra ổn định, mức công suất phát đỉnh, bước sóng trung tâm, độ rộng phổ, độ rộng chirp phải nằm trong giới hạn cho phép

Hình 1.5: Sơ đồ chức năng hệ thống WDM

- Ghép/tách tín hiệu: Ghép tín hiệu WDM là sự kết hợp một số nguồn sáng khác nhau thành một luồng tín hiệu ánh sáng tổng hợp để truyền dẫn qua sợi quang Tách tín hiệu WDM là sự phân chia luồng ánh sáng tổng hợp đó thành các tín hiệu ánh sáng riêng rẽ tại mỗi cổng đầu ra bộ tách Hiện tại đã

có các bộ tách/ghép tín hiệu WDM như: bộ lọc màng mỏng điện môi, cách tử Bragg sợi, cách tử nhiễu xạ, linh kiện quang tổ hợp AWG, bộ lọc Fabry-Perot Khi xét đến các bộ tách/ghép WDM, ta phải xét các tham số như: khoảng cách giữa các kênh, độ rộng băng tần của các kênh bước sóng, bước sóng trung tâm của kênh, mức xuyên âm giữa các kênh, tính đồng đều của kênh, suy hao xen, suy hao phản xạ Bragg, xuyên âm đầu gần đầu xa

- Truyền dẫn tín hiệu: Quá trình truyền dẫn tín hiệu trong sợi quang chịu sự ảnh hưởng của nhiều yếu tố: suy hao sợi quang, tán sắc, các hiệu ứng phi tuyến, vấn đề liên quan đến khuếch đại tín hiệu Mỗi vấn đề kể trên đều phụ thuộc rất nhiều vào yếu tố sợi quang (loại sợi quang, chất lượng sợi )

- Khuếch đại tín hiệu: Hệ thống WDM hiện tại chủ yếu sử dụng bộ khuếch đại quang sợi EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier) Tuy nhiên bộ khuếch đại Raman hiện nay cũng đã được sử dụng trên thực tế Có ba chế độ khuếch đại: khuếch đại công suất, khuếch đại đường và tiền khuếch đại Khi dùng bộ khuếch đại EDFA cho hệ thống WDM phải đảm bảo các yêu cầu sau:

+ Ðộ lợi khuếch đại đồng đều đối với tất cả các kênh bước sóng (mức chênh lệch không quá 1 dB)

+ Sự thay đổi số lượng kênh bước sóng làm việc không được gây ảnh hưởng đến mức công suất đầu ra của các kênh

+ Có khả năng phát hiện sự chênh lệch mức công suất đầu vào để điều chỉnh lại các hệ số khuếch đại nhằm đảm bảo đặc tuyến khuếch đại là bằng phẳng đối với tất cả các kênh

- Thu tín hiệu: Thu tín hiệu trong hệ thống WDM sử dụng các bộ tách sóng quang như trong hệ thống thông tin quang thông thường: PIN, APD

1 41 Các phần tử của mạng WDM

1 41 .1 Bộ đầu cuối đường quang (OLT)

Ðịnh nghĩa: Bộ đầu cuối đường quang OLT (Optical Line Terminal) là thiết bị khá đơn giản trong mạng truyền dẫn WDM OLT có trong các mô hình mạng điểm điểm, thực hiện ghép tín hiệu ở đầu phát và truyền đi trên sợi -quang, giải ghép ở đầu thu và chuyển các tín hiệu thành phần đến phía đầu cuối khách hàng Như minh họa trên hình 1.6, OLT gồm có ba khối chức năng chính: chuyển đổi tín hiệu (Transponder), ghép bước sóng (Wavelength Multiplexer) và khuếch đại quang (Optical Amplifier) (chức năng khuếch đại tín hiệu là tùy chọn ở OLT và không được minh họa trên hình)

OLT bao gồm bộ ghép kênh/phân kênh bước sóng và bộ chuyển đổi tín hiệu (transponder) Bộ chuyển đổi tín hiệu chuyển đổi tín hiệu đến từ người

sử dụng thành tín hiệu phù hợp cho việc truyền dẫn trên các tuyến WDM và ngược lại cũng chuyển tín hiệu từ tuyến WDM thành tín hiệu phù hợp cho người sử dụng Các bộ chuyển tiếp sẽ không cần thiết nếu thiết bị khách hàng

có thể truyền và nhận trực tiếp các tín hiệu tương thích với tuyến WDM OLT cũng có khả năng kết cuối một kênh giám sát quang riêng lẻ (OSC) dùng trên tuyến quang

Bộ chuyển đổi tín hiệu thực hiện chuyển tín hiệu đến từ mạng khách hàng với những tốc độ, bước sóng và giao thức khác nhau sang thành tín hiệu thuộc bước sóng chuẩn theo qui định của ITU T Với những tín hiệu khách -hàng khác nhau, bộ chuyển đổi cung cấp các giao tiếp khác nhau Giao tiếp này gọi là giao tiếp khách hàng Bộ ghép bước sóng ghép các tín hiệu đã qua

bộ chuyển đổi để hình thành tín hiệu WDM, truyền trên mạng WDM Mạng WDM có thể sử dụng các bộ khuếch đại quang để khuếch đại tín hiệu truyền

đi được xa hơn Các chức năng của bộ đầu cuối đường quang là:

1 41 .2 Bộ khuếch đại đường quang (OLA)

Các bộ khuếch đại đường quang OLA (Optical Line Amplifier) được dùng ở giữa các liên kết quang với những khoảng cách bằng nhau (trên thực

tế có thể khoảng cách đặt các OLA không bằng nhau nhưng phải nhỏ hơn một giá trị khoảng cách nhất định, thường là khoảng 100-200 km)

Trên hình là sơ đồ khối của OLA, thành phần cơ bản một hoặc nhiều khối độ lợi là sợi EDF mắc nối tiếp với nhau, giữa các chặng độ lợi có thể là

bộ bù tán sắc (dispersion compensasor) để bù tán sắc tích luỹ dọc theo tuyến quang

Hình 1.7: Sơ đồ khối của một bộ khuếch đại đường dây quang

Trên hình vẽ chỉ vẽ một hướng Bộ khuếch đại sử dụng nhiều tầng khuếch đại Erbium và bao gồm bộ bù tán sắc (tùy chọn) và các OADM giữa các tầng khuếch đại Bộ bơm Raman có thể dùng để cung cấp thêm độ khuếch đại Raman cho đoạn sợi quang OSC được tách ra tại đầu vào và kết cuối, và xen vào tại ngõ ra

Bộ OLA còn có các thiết bị thực hiện chức năng ghép/tách kênh giám sát OSC Tại đầu vào khi chưa qua các khối độ lợi, kênh giám sát OSC được lọc lại và đưa vào đầu thu OSC Tiếp đến, sau khi khuếch đại các kênh tín hiệu thuộc các bước sóng khác nhau, kênh OSC được ghép chung vào với các kênh tín hiệu và truyền đi Như vậy, kênh OSC không được khuếch đại bởi các OLA Bộ OLA cũng có thể được cấu hình gồm bộ khuếch đại Raman thực hiện chức năng khuếch đại phân bố (distributed amplifier) bằng cách cấu hình tại đầu vào của nó nguồn bơm Raman có công suất quang lớn, bơm ngược chiều với chiều tín hiệu đi vào

1.1.4.3 Bộ xen rớt quang (OADM)

Chức năng của bộ xen rẽ quang là tách ra hoặc ghép vào một hoặc vài bước sóng bất kỳ từ một tuyến nào đó mà không phải thực hiện MUX hoặc DEMUX hay chuyển đổi O/E/O Cấu trúc chung của OADM như trên hình 1.8:

λ 1, 2, 3, … n λ λ λ λ1, 2, 3, … nλ λ λ

λ1 λ1,

Hình 1.8: Bộ xen rẽ quang OADM

OADM là node mạng có vai trò rất quan trọng trong mạng WDM, làm cho mạng quang trở nên linh hoạt và đơn giản hơn nhiều với nhiều cấu hình mạng khác nhau

Về bản chất, OADM truy nhập và truy xuất băng tần sẵn có của sợi quang mà không cần chuyển đổi quang điện OADM đã trải qua vài thế hệ khác nhau và mỗi thế hệ đều có những ưu điểm và hạn chế riêng

Loại OADM đơn giản nhất là OADM cố định, kênh quang có thể xen

rẽ đã được lựa chọn trước bởi thiết bị, nó đã được ấn định trước OADM loại này đơn giản, độc lập về giao thức, tốc độ bit rõ ràng và giá thành rẻ Quản lý mạng không cần yêu cầu thiết lập những kênh được xen vào hoặc tách ra từ sợi quang bởi vì mỗi thiết bị đã ấn định trước kênh cần xen rẽ Suy hao tổng của OADM cố định khoảng 4 6dB Đối với mạng có lưu lượng truyền dẫn -thay đổi bất thương giữa các node mạng với nhau thì OADM cố định tỏ ra không mềm dẻo và thích hợp lắm

Hình 1.9: Bộ xen rẽ quang sử dụng cách tử Bragg

Thay thế cho OADM cố định là OADM mới, nó có thể xen rẽ dựa vào yêu cầu từng vị trí trên hình OADM mới có thể điều chỉnh được số kênh xen

rẽ bằng phần mềm từ xa Sự chuyển mạch có thể thực hiện bởi hệ thống vị mạch điện tử (MEMs) Hệ thống có thể nâng cấp thêm hoặc bới số lượng kênh cần xen rẽ tại OADM

Chuyển mạch 2><2

Xen Rẽ

Điều khiển hệ thống

1 0

Hình 1 : Sơ đồ OADM điều khiển

Khi cấu hình xen rẽ mọi kênh trong sợi quang, lúc đó OADM trở thành MUX/DMUX, cấu hình này dễ dàng cung cấp và đáp ứng mọi dịch vụ Về bản chất nó vẫn là cấu hình OADM cố định có điều khiển

Cấu hình OADM động có ý nghĩa vô cùng quan trọng trong sự phát triển mạng toàn quang Nó có thể cung cấp đầy đủ và khá mềm dẻo trong việc xen rẽ các kênh, cũng như các kênh thêm bổ sung vào Nó sử dụng công nghệ điều hướng (tunable) bộ lọc và điều hướng laser bằng phương pháp điều khiển điện và cơ động OADM này có suy hao nhỏ Vì vậy không cần sử dụng khuyếch đại trong đoạn truyền dẫn ngắn

1 41 .4 Bộ kết nối chéo quang (OXC)

Đối với các mô hình mạng đơn giản như mô hình tuyến tính và mô hình vòng thì bộ xen/rớt kênh quang (OADM- Optical Add/Drop Multiplexer) là

sự lựa chọn tối ưu về mặt kinh tế, công nghệ chế tạo và khả năng đáp ứng yêu cầu của mạng Tuy nhiên, trong tương lai khi yêu cầu về khả năng linh động trong việc cung ứng dịch vụ, đồng thời các dịch vụ đa phương tiện đòi hỏi phải đáp ứng được sự tăng băng thông đột biến thì các mô hình mạng hiện tại không đáp ứng được Khi đó, cần phải triển khai mạng lưới (mesh), với phần

tử trung tâm là các bộ kết nối chéo quang OXC (Optical Cross Connect)

Mặc dù OXC thực hiện kết nối chéo các tín hiệu quang đến từ ngõ vào, nhưng phần lõi của OXC có thể là điện hoặc quang tùy thuộc vào cấu hình do nhà sản xuất quy định Hình 1.11 trình bày mô hình mạng có sử dụng OXC Tín hiệu quang trong hình phải được hiểu là tất cả các định dạng tín hiệu khác nhau, có thể là các loại tín hiệu của lớp khách hàng chứ không thuần túy là các tín hiệu bước sóng chuẩn của WDM do ITU T quy định.-

Hình 1 1- .1 Mô hình mạng có sử dụng OXC

Các yêu cầu của OXC

− Cung cấp dịch vụ: OXC phải có khả năng cung cấp các đường

quang trong mạng một cách tự động mà không cần sự can thiệp của các nhà

ATM SONET/

SDH

IP

OLT OXC

Tín hiệu quang ngõ vào

quản lý hệ thống, chẳng hạn như khả năng đáp ứng thêm kênh bước sóng nếu nhu cầu băng thông tăng lên…

− Bảo vệ: bảo vệ đường quang không bị ảnh hưởng khi trong mạng

xảy ra sự cố đứt cáp hoặc nút mạng bị hư hỏng là một trong những chức năng quan trọng của OXC vì OXC là một phần tử mạng thông minh có thể dò tìm

hư hỏng trong mạng và nhanh chóng định tuyến lại đường quang xung quanh lỗi này

− Trong suốt đối với tốc độ truyền dẫn bit: khả năng chuyển mạch tín

hiệu với tốc độ bit và khuôn dạng giao thức tùy ý là đặc tính mong muốn của OXC

− Giám sát chất lượng truyền dẫn: cho phép khả năng trích tín hiệu đi

đến qua một cổng khác để thực hiện chức năng đo đạc, xác định và giám sát chất lượng truyền dẫn

− Chuyển đổi bước sóng: bước sóng ở ngõ vào i, chuyển mạch đến

ngõ ra j có thể có chuyển đổi sang bước sóng khác

- Ghép kênh và nhóm tín hiệu (grooming): OXC về cơ bản xử lý tín

hiệu ngõ vào và ngõ ra theo tốc độ trên đường quang Tuy nhiên, chúng có thể kết hợp khả năng ghép kênh và grooming để chuyển mạch lưu lượng bên trong tại các mức tốc độ nhỏ hơn, như STS 1 (51Mb/s), để cho phép mạng -hoạt động với các tín hiệu khách hàng có tốc độ bit không tương xứng với tốc

độ bit của tín hiệu truyền trong lớp kênh quang

1 5 1 Ưu nhược điểm của công nghệ WDM

Thực tế nghiên cứu và triển khai WDM đã rút ra được những ưu nhược điểm của công nghệ WDM như sau:

1 51 .1 Ưu điểm của công nghệ WDM

Xuất phát từ những viễn cảnh về kỹ thuật và cả về kinh tế, khả năng cung cấp dung lượng truyền dẫn không giới hạn là ưu điểm lớn nhất của công nghệ WDM Khi nhu cầu thay đổi thì cần phải bổ sung thêm dung lượng, hoặc bằng cách nâng cấp thiết bị đơn giản, hoặc là bằng cách tăng số lượng bước sóng trên sợi quang mà không cần phải sử dụng phương pháp nâng cấp tốn kém

Ngoài ưu điểm về băng thông, các ưu điểm kỹ thuật thuyết phục nhất của WDM được tổng kết như sau:

- Tính trong suốt: Vì WDM là một kiến trúc lớp vật lý, nó có thể hỗ trợ một cách trong suốt cho cả khuôn dạng TDM và khuôn dạng dữ liệu chẳng hạn như ATM, Gigabit Ethernet, ESCON, và kênh quang với các giao tiếp mở trên một lớp vật lý chung

- Khả năng mở rộng: WDM là động lực để thúc đẩy triển khai sử dụng sợi quang trong các khu vực thành phố và trong các mạng doanh nghiệp để đáp ứng một cách nhanh chóng dung lượng trên các liên kết điểm đến điểm và trên các đoạn của các vòng RING SONET/SDH hiện có

- Khả năng cung cấp động: Sự cung cấp các kết nối mạng nhanh chóng, đơn giản và động đã đưa ra cho các nhà cung cấp khả năng cung cấp các dịch

vụ băng rộng theo ngày tốt hơn là theo tháng

Hiện nay, WDM là công nghệ duy nhất cho phép xây dựng mô hình mạng truyền tải quang OTN (Optical Transport Network) giúp truyền tải trong suốt nhiều loại hình dịch vụ, quản lý mạng hiệu quả, định tuyến linh động

2.1.5.2 Nhược điểm của công nghệ WDM

Vẫn chưa khai thác hết băng tần hoạt động rất rộng của sợi quang (chỉ mới tận dụng được băng C và băng L) Quá trình khai thác, bảo dưỡng phức tạp hơn gấp nhiều lần Nếu hệ thống sợi quang đang sử dụng là sợi DSF theo chuẩn G.653 thì rất khó triển khai WDM vì khi đó, sẽ xảy ra hiện tượng trộn bốn bước sóng trong sợi quang

1 2 Giới thiệu chung về multicast

1.2.1 Các mô hình truyền thông trên mạng

Có ba mô hình truyền cơ bản trên mạng Đó là:

• Unicast: Các gói tin được gửi từ một địa chỉ nguồn đến một địa chỉ đích Một địa chỉ unicast cho phép thiết bị gửi dữ liệu đến một nơi nhận duy nhất

• Broadcast: Các gói tin được gừi từ một máy nguồn đến một địa chỉ đích broadcast Địa chỉ đích có thể là địa chỉ tất cả các hosts (255.255.255.255) hoặc là một phần của địa chỉ subnet

Hình 1.12: Mô hình broadcast

• Multicast: Các gói được gửi từ một địa chỉ nguồn đến một nhóm các máy đích Địa chỉ đích tượng trưng bằng các hosts muốn nhận gói tin này

Các gói tin dạng multicast thường là một chiều Do có nhiều host nhận cùng một dữ liệu, nên thông thường các gói tin không được phép gửi ngược

về máy nguồn trên cơ chế multicast Một host đích sẽ trả gói tin ngược về nguồn theo cơ chế unicast Cơ chế multicast cũng sẽ được truyền theo kiểu phi-kết nối Multicast dùng UDP chứ không dùng TCP -

2.2.3 Đặc điểm của ulticastm

- Multicast sử dụng băng thông mạng một cách hiệu quả thông qua việc gửi cung một gói tin đến nhiều đích thay vì chỉ đến một đích như trong truyền thông đơn hướng unicast

Ví dụ: Phương thức unicast yêu cầu các ứng dụng video gửi một bản copy của từng gói tin đến mọi địa chỉ unicast của các thành viên của nhóm

Để hỗ trợ hình ảnh đẹp, mỗi dòng video yêu cầu 1.5 Mbps cho mỗi máy nhận Phần băng thông yêu cầu để gửi là n*1.5Mbps trong đó n là số host nhận Đối với phương thức multicast sẽ sử dụng cùng một băng thông mà không cần quan tâm đến số lượng host nhận

- Các thành viên trong nhóm multicast có thể gia nhập hay rời khỏi nhóm tại thời điểm bất kỳ Do đó có thể nói thành viên nhóm trong multicast

có tính chất động

- Multicast giúp giảm lưu lượng trên mạng thông qua cơ chế định tuyến Theo đó chỉ những bộ định tuyến có liên quan đến việc truyền gói tin multicast từ nguồn đến đích và được một server chỉ định tham gia phục vụ nhóm mới nhận và xử lý các gói multicast

- Multicast đặc biệt hiệu quả trong các ứng dụng hội thảo audio và video trên mạng Multicast hỗ trợ một tập các giao thức cho phép xây dựng các ứng dụng thời gian thực

2.2.4 Các vấn đề của định tuyến multicast

2.2.4.1 Khái niệm định tuyến multicast

Định tuyến là tìm đường đi trong mạng với chi phí hoặc trễ tối thiểu, sử dụng các giải thuật tìm đường đi ngắn nhất

Nguyên lý định tuyến multicast: định tuyến dựa trên địa chỉ nguồn, các gói tin được định tuyến dọc theo cây phân tán từ nguồn multicast

Định tuyến multicast có đặc điểm khác so với định tuyến unicast Bộđịnh tuyến multicast không ch đáp ứng những thay đỉ ổ ềi v tôpô mạng mà còn

thực hiện đúng thời điểm, tránh lãng phí băng thông khi gửi đi dữ liệu tới những thành viên đã rời nhóm hoặc lỗi khi truyền tới những thành viên mới 2.2.4.2 Phân loại

Theo các dạng cây phân phối, những giao thức định tuyến multicast được chia hai loại:

- Dense Mode: xây dựng một cây phân phối riêng cho từng nguồn Cụ thể, từng nguồn của mỗi nhóm sử dụng cây của riêng nó để phân phát dữ liệu tới các trạm nhận trong từng nhóm Các giao thức điển hình là DVMRP, PIM-

DM, MOSPF

- Sparse Mode: tất cả nguồn của một nhóm sử dụng chung một cây để phân phát dữ liệu tới các trạm nhận Nói cách khác, nhiều nguồn của cùng một nhóm chia sẻ một cây phân phát đơn Cây chia sẻ có thể đơn hướng hoặc song hướng PIM SM là một cơ chế cây chia sẻ đơn hướng CBT và BIDIR- -PIM là cơ chế cây chia sẻ song hướng

2.2.4 3 Các giao thức định tuyến:

a DVMRP

Thuật toán tìm đường đảo ngược tiến (Reverse Path Forwarding – RDF) được sử dụng để xây dựng một cây đặc biệt tới một nhóm cho mỗi nguồn có khả năng của hệ thống mạng con Các công nghệ giản lược đã được

đề nghị để tạo ra cây dựa trên tài nguyên multicast từ một cây mở rộng (spanning tree) bởi RDF

DVMRP (Distance ector ulticast outing rotocol) giao thức định V M R Ptuyến phát đa phương theo vectơ khoảng cách là một thuật toán phân tán tự động tạo ra một cây vận chuyển multicast cho mỗi cặp (nguồn S, nhóm G) bằng cách sử dụng công nghệ RPM (Reverse Path Multicasting), là một sự

là Mrouted trên nền UNIX Vì sự triển khai đã từ rất lâu nên cũng dễ hiểu để nhận ra nó không còn phù hợp với sự phát triển của Internet hiện nay, nó chỉ còn được sử dụng chỉ cho các mạng nhỏ

DVMRP bao gồm một cây broadcast của các datagram được gửi bởi nguồn S tới một nhóm G Cây này bị hạn chế tới các nhánh liên kết tới các mạng con khi các thành viên trong nhóm G được hiển thị Giao thức DVMRP

là một mở rộng của RIP (Routing Infomation Protocol) mà sẽ chuyển cho mỗi mạng con nguồn một kích thước là sự định giá của sự định tuyến trong số lượng của các hop

Một bộ định tuyến chấp nhận các datagram gửi bởi S cho nhóm G nếu

nó nhận được trên giao diện mà là đường đi tốt nhất để đi trở lại nguồn S, hoặc là bỏ nó đi Bộ định tuyến sử dụng bảng định tuyến để xác định đường

đi tốt nhất (ngắn nhất) để tới nguồn S Nếu bộ định tuyến chấp nhận các datagram, nó tạo ra một entry (S, G) ở trong bảng và xây dựng nên danh sách của các giao tiếp đi ra (outgoing interface) mà từ đó phải chuyển lại các datagram này Để tránh việc các bộ định tuyến khác nhận trùng nhau các datagram, nó sẽ chuyển lại các datagram (S, G) chỉ tới các giao tiếp kết nối tới các bộ định tuyến có xu hướng ngược với việc broadcast cây (S, G) Danh sách của các giao tiếp cho datagram (S, G) có thể được giảm bớt nếu bộ định tuyến phát hiện ra không có một thành viên hoạt động nào của nhóm G có thể đạt tới thông qua các bộ giao tiếp đi ra Kỹ thuật này kết hợp các cây broadcast giới hạn (S, G) tới các nhánh chỉ tới các thành viên hoạt động của nhóm G, được gọi là sự lược bớt (Pruning) Nếu một bộ định tuyến ngược biết

đó là lá (vì nó không nhận được bất kỳ thông báo nào từ S trong đường dẫn ngược), và không có thành viên nào gia nhập lại nhóm G (IGMP host report) trên tất cả các mạng con mà nó kết nối tới, khi đó nó sẽ chuyển một thông

điệp ngắn gọn tới tất cả các nguồn broadcasting tới nhóm G, ví dụ tới tất cả các bộ định tuyến ngược của mỗi cây (S, G)

Các thông điệp ngắn gọn có thể đi từng bước tới nguồn S, cho dù bớt xén các cây broadcast Bộ định tuyến lưu giữ trong các entry (S, G) trạng thái của các giao tiếp đi ra cho dù nó nhận được các thông điệp ngắn gọn và khởi tạo một thời gian timeout tương ứng với trạng thái này Khi hết thời gian timeout, bộ định tuyến chỉnh sửa trạng thái của các giao tiếp đi ra trong entry (S, G) và chuyển lại các datagram (S, G) này tới các giao tiếp trên, cho đến khi có các khả năng nhận được của các thông điệp rút gọn

Nếu, trọng một cây con rút gọn, một thành viên mới của nhóm G xuất hiện, bộ định tuyến kết nối tới tất cả các mạng con gửi tới tất cả các bộ định tuyến ngược một thông điệp ghép nối Các thông điệp ghép nối, cũng giống như các thông điệp rút gọn, đi từng bước tới nguồn S và cũng tạo lại các cây broadcast Sự nối ghép tạo ra khả năng để nối ghép lại một cây con rút gọn

mà không cần phải đợi thời gian khởi tạo timeout bởi các sự rút gọn trước hết hiệu lực

b PIM

PIM (Protocol Independent Multicast – Giao thức multicast độc lập) được thực hiện trên mỗi giao thức cơ sở multicast, đối lập với DVMRP Ta có

2 giao thức độc lập có thể sử dụng theo cặp:

- Dense mode: PIM DM gần giống với giao thức DVMRP, nhưng nó

-sử dụng các bảng định tuyến của các giao thức định tuyến unicast cơ sở Do

đó, giao thức này có thể tái tạo nên các cây SPT bằng cách broadcasting và sau đó cắt bỏ các cành không dùng đến

- Spare mode: PIM SM tạo nên các cây CBT Các thông tin của một nhóm multicast được gửi tới mỗi lá sau khi đã thiết lập các hoạt động trên các

-Hình 141 : Giao thức PIM - SMHình 141 chỉ ra các kỹ thuật cho việc xây dựng nên một cây SPT hay CBT cho giao thức PIM SM Phương thức thực hiện của PI- M-SM tương tự như DVMRP nên sẽ không được mô tả ở phần này Với giao thức PIM-SM, một cây trung tâm sẽ được khởi tạo, như đã mô tả trên hình 1.14(a) Điểm gặp nhau được thiết lập bởi người quản trị trong khi cấu hình các bộ định tuyến Sau đó, các điểm nhận có thể lấy quyển chủ động để rời khỏi cây trung tâm và gia nhập các nguồn cho trước (Hình 1.14(b)), nếu việc liên lạc gửi bởi nguồn này được giữ vững (một ngưỡng sẽ được thiết lập bởi người quản trị)

Khái niệm “Spare mode”/ “Dense mode” được hợp lý hóa qua các ứng dụng được bao hàm bởi mỗi giao thức Spare mode tiết kiệm hơn trong việc trao đổi tín hiệu hay các trạng thái để lưu trữ trong khi các nhóm phân tán trên

hệ thống mạng Trong khi đó, Dense mode hiệu quả hơn khi các thành viên của nhóm được tập hợp đầy đủ trên hệ thống mạng

c MOSPF

MOSPF là một mở rộng của các giao thức OSPF unicast routing cơ bản (Open Shortest Path First) Giao thức này chỉ xây dựng nên cây SPT Các thông tin trên các nhóm multicast được trao đổi trên mạng dựa vào bản tin đặc biệt “link state advertisements” Mỗi bộ định tuyến có một cái nhìn

multicast Kể từ đó, nó giúp các thành viên đó (ví dụ: thuật toán Ford), qua các tính toán đơn giản, để tạo nên một cây SPT Và từ đó cũng không cần các hoạt động trao đổi broadcasting hay signaling để xây dựng nên các cây multicast Các cây chia sẻ cũng không được hỗ trợ

Bellman-d IP multicast.

Giao thức IP multicast là mở rộng của giao thức IP giúp nó có khả năng gửi các gói tin tới một vài host cùng lúc Nó được dựa trên IGMP (Internet Group Management Protocol) Giao thức này kích hoạt một máy trạm để nó

tự động đăng ký để nhận một vài loại lưu lượng IP multicast Bất kỳ một máy trạm nào muốn truy cập tới một nhóm bao gồm địa chỉ IP multicast của nhóm

đó và thuộc về mạng pseudo chỉ cần nó không rời bỏ nhóm Một địa chỉ đích của gói IP xác định nhóm multicast muốn nhận các datagram Địa chỉ của nhóm IP multicast sử dụng là lớp địa chỉ IP D nằm trong khoảng 224.0.0.0 tới 239.255.255.255

Việc định tuyến IP multicast được thực hiện dựa trên giao thức DVMRP Giao thức này bắt đầu bằng cách broadcasting có hệ thống nhằm đạt tới IP multicast của người nhận Các đường hầm máy trạm có vai trò của các

bộ định tuyến thực hiện việc làm đầy trên bằng cách sử dụng đường dẫn ngược ngắn nhất giữa nơi gửi đặc biệt và các nơi nhận của nó Mbone

“multicast back-bone” là một mạng ảo trên các liên kết vật lý internet Nó bao gồm các bộ định tuyến và các máy trạm liên kết với nhau bởi các đường ống Đường ống máy trạm biết khi các máy trạm thuộc về một nhóm IP multicast cho trước cho một nhóm mà không máy trạm nào thuộc về sẽ trả lại một

đường ống máy trạm ghi nhận trạng thái này và chuyển tiếp thông điệp đó ngược hướng tới tất cả các nguồn IP multicast đã được ghi nhận Từ đó, các gói tin tiếp theo sẽ không được chuyển tiếp tới mạng khi mà không có thành viên nào trong mạng đó

1.3 Định tuyến và gán bước sóng

Công nghệ truyền dẫn WDM đã đi vào giai đoạn ứng dụng và thương mại hoá theo xu hướng ngày càng hoàn thiện của công nghệ Trong lĩnh vực thông tin quang, vấn đề quan trọng là lợi dụng được mạng quang hiện có và tương lai sẽ xây dựng để tạo thành mạng WDM tốc độ cao, dung lượng lớn đa dịch vụ Trong khi thực hiện mạng vấn đề then chốt quyết định hiệu suất sử dụng tài nguyên mạng là quy hoạch hợp lý tài nguyên bước sóng và nó liên quan trực tiếp tới vấn đề định tuyến và gán bước sóng trong mạng Vấn đề tìm các tuyến và gán bước sóng cho luồng quang được gọi là bài toán định tuyến

và gán bước sóng (RWA Routing and Wavelength Assignment) Các yêu cầu - kết nối có hai dạng: dạng tĩnh và dạng động Kỹ thuật WDM trong các mạng quang đã được phát triển nhanh chóng, nó đã đáp ứng các yêu cầu về băng tần của người sử dụng mạng Trong mạng định tuyến các nút truy nhập thông tin

với nhau qua các kênh toàn quang, các kênh này được xem như các luồng

quang

Một luồng quang được sử dụng để hỗ trợ một kết nối trong mạng định tuyến bước sóng WDM và nó có thể liên kết các sợi quang Trong trường hợp không sử dụng bộ chuyển đổi bước sóng, một luồng quang chiếm cùng bước sóng trên tất cả các liên kết sợi mà nó đi qua Đặc tính này gọi là điều kiện ràng buộc bước sóng liên tục Trong bài toán RWA, với lưu lượng tĩnh thì toàn bộ tập các kết nối được biết trước và khi đó phải thiết lập luồng quang cho các kết nối này trong khi các tài nguyên mạng phải tối thiểu hoá số bước

sóng hoặc số các sợi trong mạng Với lựa chọn như vậy, có thể thiết lập nhiều kết nối cho số các bước sóng cố định đưa ra Ở phần tập trung nghiên cứu của luận văn này chỉ tập trung vào bài toán RWA cho lưu lượng tĩnh gọi là bài toán thiết lập luồng quang tĩnh (SLE – Static Lightpath Establishment) trong mạng MESH Bài toán SLE có thể được giải như là qui hoạch tuyến tính nguyên, nó là bài toán NP-đầy đủ Để giải bài toán dễ dàng hơn, bài toán SLE

có thể chia thành 2 bài toán nhỏ – (1) định tuyến, (2) gán bước sóng – mỗi bài

toán này giải theo những cách khác nhau Một số thuật toán trong đưa ra các thuật toán gần đúng để giải bài toán SLE cho các mạng lớn và các thuật toán

tô màu đồ thị được dùng để gán các bước sóng tới các luồng quang một khi các luồng quang được định tuyến đúng

Trong bài toán SLE, các yêu cầu luồng quang được biết trước và việc định tuyến và gán bước sóng thực hiện ngoại tuyến (off line) Đối tượng của -hàm mục tiêu là tối thiểu số bước sóng cần thiết để thiết lập một tập các bước sóng nào đó cho một cấu hình vật lý đưa ra Bài toán thay thế bài toán tối thiểu số bước sóng trong mạng là bài toán với mục tiêu là cực đại số các kết nối có thể được thiết lập (tối thiểu tắc nghẽn) cho một số các bước sóng và các yêu cầu kết nối đưa ra

Với bài toán SLE với điều kiện ràng buộc bước sóng liên tục có thể được áp dụng như quy hoạch tuyến tính nguyên (ILP– Integer Linear Program) trong đó hàm mục tiêu là tối thiểu lưu lượng trên mỗi liên kết, lần lượt nó tương ứng với tối thiểu số các luồng quang qua từng liên kết riêng biệt Bây giờ xây dựng bài toán SLE

1.3.1 Các phương pháp định tuyến trong bài toán SLE

1.3.1.1 Định tuyến cố định

Cách tiếp cận đơn giản để định tuyến một kết nối là luôn lựa chọn một tuyến cố định như nhau cho một cặp nguồn đích Một ví dụ điển hình của cách tiếp cận này là định tuyến đường ngắn nhất cố định Đường ngắn nhất tính cho mỗi cặp nguồn đích được tính trước (ofline) sử dụng thuật toán đường ngắn chuẩn như Dijkstra hoặc Bell Ford Do đó nút mạng không cần -thiết lưu giữ toàn bộ trạng thái mạng Bất kỳ kết nối nào giữa các cặp nút riêng được thiết lập sử dụng tuyến được xác định trước Trong hình 3.1 đường ngắn nhất cố định minh hoạ từ nút 0 đến nút 2

Hình 1.15: Định tuyến cố định từ nút 0 tới nút 2

Cách tiếp cận để thiết lập các kết nối này rất đơn giản, tuy nhiên sự bất lợi của cách tiếp cận này là nếu tài nguyên (bước sóng) dọc theo các đường bị nghẽn, có thể có khả năng dẫn đến xác xuất nghẽn cao trong trường hợp lưu lượng động hoặc dẫn đến cần một số lượng lớn các bước sóng sử dụng trong trường hợp lưu lượng tĩnh Định tuyến cố định cũng không thể điều khiển các tình huống có sự cố trong một hay nhiều tuyến sợi nào đó trong mạng Để điều khiển các sự cố tuyến sợi, việc tổ chức định tuyến lại hay phải xem xét các đường lựa chọn tới đích hoặc phải có khả năng tìm thấy một tuyến động

Trong hình1 5 1 một yêu cầu kết nối từ nút 0 đến nút 2 sẽ bị khoá nếu một bước sóng chung không thể sử dụng trên cả hai tuyến sợi trong tuyến cố định

1.3.1.2 Định tuyến luân phiên cố định

Một cách tiếp cận để xem xét định tuyến đa đường là định tuyến luân phiên cố định Trong định tuyến luân phiên cố định, mỗi nút trong mạng được yêu cầu duy trì một bảng định tuyến chứa danh sách chỉ thị của một số các tuyến cố định tới mỗi nút đích Ví dụ: những nút này có thể bao gồm tuyến đầu tiên ngắn nhất, tuyến thứ hai ngắn nhất, tuyến thứ ba ngắn nhất…Một tuyến chính giữa một nút nguồn s và một nút đích d được định ra là tuyến đầu tiên trong danh sách các tuyến tới nút d trong bảng định tuyến tại nút s Một tuyến thay thế giữa nút s và nút d là bất kỳ tuyến nào mà không dùng chung bất kỳ tuyến sợi nào với tuyến đầu tiên trong bảng định tuyến s Thuật ngữ

“tuyến thay thế ” cũng để thực hiện mô tả tất cả các tuyến (bao gồm cả tuyến chính) từ một nút nguồn tới một nút đích Hình 161 mô tả tuyến kết nối nút chính (đường liền) từ nút 0 đến nút 2 và tuyến thay thế (đường chấm) từ nút 0 đến nút 2

Hình 1.16: Định tuyến luân phiên cố định

Khi một kết nối yêu cầu đến, nút nguồn thử thiết lập kết nối liên tiếp trên mỗituyến từ bảng định tuyến đến khi có một tuyến với bước sóng gán

thế thì yêu cầ kết nối bị nghẽn hoặc bị huỷ Trong hầu hết các trường hợp u các bảng định tuyến tại mỗi nút được chỉ thị bằng số các chặng tới đích Như vậy đường ngắn nhất tới đích là đường đầu tiên trong bảng định tuyến Khi có các ràng buộc về khoảng cách giữa các tuyến khác nhau, một tuyến có thể được lựa chọn ngẫu nhiên Định tuyến thay thế cố định cung cấp điều khiển

dễ dàng cho thiết lập và giải phóng các luồng quang và nó cũng có thể được

sử dụng để tránh sự cố mạng

1.3.1.3 Định tuyến thích nghi

Trong định tuyến thích nghi, một tuyến từ một nút nguồn đến một nút s đích được lựa chọn động phụ thuộc vào trạng thái mạng Trạng thái mạng d được xác định bởi tập tất cả các kết nối hiện tại Một loại định tuyến thích nghi là định tuyến đường chi phí ít nhất, nó là cách định tuyến tốt cho mạng

có sử dụng chuyển đổi bước sóng.Với cách tiếp cận này mỗi tuyến sợi không

sử dụng trong mạng có chi phí bằng 1 đơn vị, mỗi tuyến sợi được sử dụng có chi phí bằng ∞ và mỗi tuyến sợi sử dụng chuyển đổi bước sóng sẽ có chi phí

là c đơn vị Nếu chuyển đổi bước sóng không có thì c = ∞ Khi một kết nối đến, đường chi phí thấp nhất giữa nút nguồn và nút đích sẽ được xác định Nếu có nhiều tuyến có cùng chi phí, một trong chúng sẽ được lựa chọn ngẫu nhiên Bằng cách lựa chọn chi phí chuyển đổi bước sóng thích hợp, chúng ta c

có thể đảm bảo rằng các tuyến có chuyển đổi bước sóng chỉ được lựa chọn khi không đảm bảo rằng các đường bước sóng liên tục Định tuyến thích nghi yêu cầu hỗ trợ mở rộng các giao thức điều khiển và quản lý để cập nhật liên tục các bảng định tuyến tại các nút Ưu điểm của định tuyến thích nghi là có kết quả tắc nghẽn thấp hơn định tuyến cố định và định tuyến thay thế cố định Với mạng trong hình1.17 nếu các tuyến sợi (1,2) và (4,2) trong mạng bận thì thuật toán định tuyến thích nghi có thể thiết lập qua một kết nối giữa nút 0 và