NGUYÊN CỨU MẠNG MAN CHUYỂN MẠCH GÓI ĐƠN CHẶNG LỰA CHỌN BƯỚC SÓNG DỰA TRÊN AWG CHƯƠNG 3_3 pot

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN THÔNG TIN QUANG ĐỀ TÀI: NGUYÊN CỨU MẠNG MAN CHUYỂN MẠCH GÓI ĐƠN CHẶNG LỰA CHỌN BƯỚC SÓNG DỰA TRÊN AWG CHƯƠNG III. MẠNG MAN ĐƠN CHẶNG LỰA CHỌN BƯỚC SÓNG DỰA TRÊN AWG Hình 3.18 Tổng khả năng thông (các gói/thời gian truyền một gói) và tốc độ đến trung bình (gói/thời gian truyền dẫn một gói) Tængkh¶ n¨ng th«ng 0.5 0.0 1.0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 PSC AWG PSC  AWG N = 9 N = 16 N = 4 Tèc ®é ®Õn trung b×nh Trong hình 3.19 thể hiện trễ hàng đợi trung bình (dưới dạng thời gian truyền dẫn gói tin) và tốc độ đến trung bình  (dưới dạng thời gian truyền dẫn gói tin/gói tin) đối với các gói tin không nghẽn. Một lần nữa mạng dựa trên AWG rõ ràng hơn hẳn mạng dựa trên PSC đặc biệt với N lớn. Trong cả hai mạng trễ hàng đợi trung bình đều tăng và sự bão hoà xảy ra sớm hơn khi N tăng vì kích thước của khung tăng lên. Với tải cao trễ hàng đợi trung bình trong cả hai mạng tiếp cận giá trị tối đa. Giá trị này bằng với chiều dài khung (N-1)x(1+). Chú ý rằng trễ hàng đợi trung bình bị chặn trên vì mô hình phânn tích của chúng ta giả thiết sử dụng các bộ đệm gói tin riêng cho mỗi người sử dụng. Nếu bộ đệm đó đã chứa một gói tin thì gói tin mới đang đến sẽ bị loại bỏ và không được bổ sung vào trễ hàng đợi trung bình. Hàng đ ợ i trung bình 0.5 0.0 1.0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 PSC AWG PSC  AWG N = 9 N = 16 N = 4 Tèc ®é ®Õn trung b×nh Hình 3.19 Hàng đợitrung bình (thời gian truyền một gói) và tốc độ đến trung bình (gói/thời gian truyền dẫn một gói) Hình 3.20 thể hiện trễ hàng đợi trung bình (thời gian truyền dẫn gói tin) và thông lượng tổng (các gói tin/trễ thời gian truyền dẫn gói tin) cho các gói tin không bị nghẽn. Hình cũng chỉ ra rõ ràng rằng với N mạng dựa trên AWG hơn hăng mạng dựa trên PSC ở các khía cạnh thông lượng và trễ. Xác suất nghẽn theo hàm của tốc độ đến trung bình  (gói tin/thời gian truyền dẫn gói tin) được thể hiện trong hình 3.21. Chúng ta thấy rằng với N  {9,16} các node nghẽn trong mạng PSC chịu trễ hàng đợi trung bình lớn hơn so với mạng AWG. Kết quả là trong mạng PSC các gói tin mới đến sẽ thấy các bộ đệm dường như đã đầy với xác suất cao hơn so với mạng AWG. Điều này lại dẫn tới xác suất nghẽn cao hơn. Với N xác suất lỗi tăng sớm hơn vì kích thước của khung tăng. TrÔ hµng ®îi trung b×nh 12 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 PSC AWG PSC  AWG N = 9 N = 16 N = 4 Tæng kh¶ n¨ng th«ng H×nh 3.20 TrÔ hµng ®îi trung b×nh (thêi gian truyÒn gãi) vµ tæng kh¶ n¨ng 180 2 4 8 10 14 16 Chú ý rằng với các hệ thống ngoài thực tế các tỷ lệ tổn thất gói tin cao như vậy là không thể chấp nhận được. Có ba giải pháp cho vấn đề này: - Hệ thống chỉ chạy ở tải lưu lượng thấp. Xu hướng này không hấp dẫn vì tại tải thấp thì thông lượng tổng cũng thấp. - Các bộ đệm gói tin duy nhất được thay thế bởi các bộ đệm lớn hơn. Để làm được như vậy, các tin đang đến được lưu trữ lại, dẫn tới xác suất nghẽn thấp hơn trong khi vẫn cung cấp một thông lượng chấp nhận được.Được xem xét sau - Giải pháp thứ 3 là biến đổi dạng lưu lượng Biến đổi lưu lượng có mục tiêu làm giảm tính bùng nổ của lưu lượng đến sao cho thời gian đến trở nên có tính xác định. Có thể dễ dàng thực hiện điều này bằng cách sử dụng phương pháp “gáo dò”. Phương pháp này đưa các gói tin vào mỗi bộ đệm của một node với tốc độ không đổi. Tốc độ truyền dẫn của bộ biến đổi phải không lớn hơn tốc độ dịch vụ cho mỗi người sử dụng để tránh tràn gói tin và do đó tránh tổn thất gói tin trong các bộ đệm gói tin. Giới hạn trên của tốc độ truyền dẫn bộ biến đổi được cho bởi Rate ≤ 1 (4.31) (N- 1)(1+) X¸c suÊt blocking 0.5 0.0 1.0 0 . 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 PSC AWG PSC  AWG N = 9 N0 = 16 N = 4 Tèc ®é ®Õn trung b×nh H×nh 3.21 X¸c suÊt Blocking vµ tèc ®é ®Õn trung b×nh (gãi/thêi gian truyÒn gãi) Nói đơn giản có nghĩa là bộ biến đổi được cho phép tối đa một gói tin trong một bộ đệm gói tin cho trước trong một khung. Khung này gồm (N-1)x(1+) khe. Sẽ không có tin nào bị tổn thất tại mỗi bộ đệm gói tin người sử dụng nếu bộ biến đổi đẩy các gói tin với một tốc độ nhỏ hơn hoặc bằng giới hạn này. Hình 3.22 chỉ ra tốc độ truyền dẫn bộ biến đổi tối đa và số lượng node truyền thông đồng thời N. Như vậy mạng dựa trên AWG bộ biến đổi được cho phép truyền dẫn gói tin tại tốc độ cao hơn trong mạng dựa trên PSC. Trễ hàng đợi trong mỗi bộ đệm gói tin bị chặn trên theo công thức: Hàng đợi ≤ (N-1).(1+) Tèc ®é lín nhÊt cña bé s¾p xÕp 10 1 10 0 10 2 10 - 8 10 - 7 10 - 6 10 - 5 10 - 4 10 - 3 10 - 2 AWG PSC 10 3 Sè lîng node m¹ng N H×nh 3.22 Tèc ®é lín nhÊt cña bé s¾p xÕp vµ sè lîng node m¹ng N (Tèc ®é ®êng lµ R = 2.5 Gb/s) 10 - 1 10 0 Nó bằng với số lượng khe giữa hai sự cho phép truyền dẫn liền kề cho một người sử dụng. Giới hạn trên này được vẽ trong hình 3.23. Một lần nữa chúng ta thấy rằng nhờ tái sử dụng bước sóng trong không gian và tổn hao chuyển đổi bộ thu phát nhỏ hơn nên mạng đơn chặng dựa trên AWG hơn hẳn mạng dựa trên PSC. TrÔ hµng ®îi lín nhÊt 10 1 10 0 10 2 10 0 10 1 10 2 10 3 10 4 10 - 5 10 6 AWG PSC 10 3 Sè lîng node m¹ng N H×nh 3.23 TrÔ hµng ®îi lín nhÊt vµ sè lîng node m¹ng N (Tèc ®é ®êng lµ R = 2.5 Gb/s) * Kết luận Các bộ thu phát chuyển đổi nhanh cung cấp một thời gian chuyển đổi không đáng kể với dải chuyển đổi nhỏ. Kết quả là các kênh được tận dụng hiệu quả hơn nhưng chỉ với một số lượng nhỏ các bước sóng tại mỗi cổng của mạng đơn chặng dựa trên AWG của chúng ta. Tuy nhiên, nhờ tái sử dụng bước sóng trong không gian số lượng các kênh truyền thông tăng đáng kể. Điều này cho phép một số lượng tương đối lớn các node thu/phát đồng thời không chịu ảnh hưởng trễ chuyển đổi bộ thu phát lớn. Sự mở rộng tái sử dụng bước sóng theo không gian được quyết định chủ yếu bởi xuyên âm kênh của AWG. Với một số lượng node cho trước chúng ta đã so sánh một mạng đơn chặng dựa trên AWG và một mạng đơn chặng dựa trên PSC với giả thiết tuân theo một lược đồ gán bước sóng TDM vòng lặp cố định. Mạng AWG là hơn hẳn so với mạng PSC về mặt thông lượng, trễ, tổn thất gói tin. Điều này là bởi vì thực tế AWG, khác với PSC, cho phép tái sử dụng bước sóng trong không gian tại mỗi cổng dẫn trong một dải chuyển đổi bộ thu phát cần thiết khá nhỏ nhờ số lượng bước sóng là nhỏ. Nhờ thời gian chuyển đổi bộ thu phát nhỏ hơn nên nó làm tăng độ tận dụng kênh và tăng hiệu năng trễ thông lượng của mạng AWG so với mạng PSC. Chú ý rằng gán bước sóng cố định (tĩnh) được dùng ở trên chỉ phù hợp cho lưu lượng đồng dạng và không bùng nổ tại tải hệ thống từ trung bình tới cao. Với lưu lượng dữ liệu bùng nổ ví dụ như trong mạng truyền thông máy tính, một phần lớn của các khe gán cố định là không được sử dụng nên làm giảm độ tận dụng kênh và lãng phí băng thông. Với lưu lượng bùng nổ các bước sóng phải được phân bổ động theo nhu cầu để nâng cao hiệu năng trễ thông lượng của mạng. Tóm lại với cấu trúc hình sao sử dụng AWG như la một HUB trung tâm thực sự tỏ ra có ưu thế chúng cung cấp một số lợi thế như là tính trong suốt với giao thức, khuôn dạng điều chế và tốc độ bit, quản lý đơn giản, giảm yêu cầu xử lý node và nâng cao hiệu năng trễ thông lượng nhờ nâng cao độ tận dụng kênh và trễ chuyển đổi nhỏ hơn. Mặc dù chi phí của nó là khá cao nhưng mà theo như xem xét thì việc sử dụng một bộ chuyển duy nhất thì vẫn có tính hiệu quả về kinh tế. Hơn nữa cấu trúc này cho phép tái sử dụng bước sóng trong không gian nên phải sử dụng ít hơn các bước sóng vì thế mạng đơn chặng dựa trên AWG hơn hẳn mạng đơn chặng dựa trên PSC về mặt thông lượng, trễ và tổn thất gói tin,một số lượng lớn các giá trị thông số đối với cả các lưu lượng thời gian thực và không thực. 3.3. Giao thức MAC Một giao thức MAC trong mạng đề xuất vì 3 lý do sau: * Bình thường, lớp mạng có trách nhiệm chuyển đổi gói. Tuy nhiên, khi xem xét một mạng đơn chặng, không có các node trung gian và tuyến khác để chọn. Vì thế, trong cấu trúc của chúng ta, lớp mạng không có mặt và việc chuyển đổi gói do lớp phụ MAC đảm nhận. * Mỗi node được trang bị một bộ phát đơn có thể điều chỉnh và một bộ thu đơn có thể điều chỉnh để phát và thu dữ liệu. Để hiệu quả với mạng chuyển mạch gói thi nên sử dụng khai bộ phát có thể điều chỉnh nhanh. * Vì các đặc tính định tuyến của AWG mỗi máy thu phát phải được điều chỉnh qua ít nhất một FSR chung để cung cấp sự kết nối hoàn toàn trong một chặng đơn. Sau đó, mọi bước sóng được truy cập bởi tất cả các node, gọi lại cho một giao thức MAC. 3.3.1. Giao thức Gán bước sóng tại một cổng AWG cho trước được biểu diễn theo sơ đồ trên hình 3.6. Trục y biểu trị bước sóng được dùng để truyền và nhận. Như hình minh họa, R FSRs liên tiếp của AWG DxD được sử dụng Để tránh nhiễu tại bên nhận trong quá trình truyền đồng thời các FSRs khác nhau của AWG, FSR của bên nhận phải khác với FSR của AWG. Trong trường hợp này, FSR của bên nhận bằng R.D bước sóng. Trục x biểu thị thời gian. Thời gian d dược chia thành nhiều vòng theo chu kỳ lặp lại. Mỗi vòng được chia nhỏ hơn thành D khung. Cæng AWG 1 Cæng AWG 2 Cæng AWG D Cæng AWG 1 Cæng AWG 2 Cæng AWG D khung D khung 2 khung 1 khung1 khung 2 khungD Thêi gian FSR R FSR 2 FSR 1 (R - 1)D +2 RD (R - 1)D +1 2D D+2 D+1 D 2 1 [...]... khin ca mỡnh Các gói dữ liệu Dliệu = Khung Điều khiển M khe Khung (F khe) Gói được tạo ra Rỗi Có đặt trước trong khung kế tiếp ? No yes Gửi gói điều khiển Chờ RTT/2 Gói điều khiển có bị va chạm không? yes No Gói dữ liệu có đã lập biểu chưa? Gửi gói dữ liệu và các yes gói điều khiển trong chu kì kế tiếp No Giải phóng kênh ? Yes Gửi gói dữ liệu RTT: Thời gian truyền toàn trình Hình 3.27Lưu đồ phần phát... súng ca AWG, trong mt khung thỡ ch nhng node tham gia vo cựng mt b kt hp cú th truyn cỏc gúi iu khin Cỏc node tham gia vo cng vo AWG th i (qua mt b kt hp chung) gi gúi iu khin ca mỡnh trong khung i ca chu k, 1 iD (hỡnh 3.25) Mi khung trong mt chu k cha c cỏc gúi iu khin xut phỏt t cỏc cng u vo AWG khỏc nhau Vỡ vy, sau D khung (mt chu k) thỡ tt c cỏc node u cú c hi gi cỏc gúi iu khin ca mỡnh Các gói dữ... node cng nh hng n s hot ng ca giao thc phõn b trc Vn ny phi c t cỏc giao thc lp cao hn Nhận (các) gói điều khiển Rỗi No Bộ thu = đích? Yes No Lập biểu các gói dữ liệu ? Nhận dữ liệu và các gói điều khiển Yes Lập biểu trong M khe đầu tiên ? Yes No Hình 3.28 Lưu đồ phần thu của một node Chỉ nhận (các) gói điều khiển Xem xột phn thu ca mt node: Hỡnh 3.28 l lu tng ng Mi node tp hp tt c cỏc gúi iu khin... khin v d liu cú th c truyn ng thi, nhng ch t cỏc node gn lin vi cựng cng vo AWG Trong khong thi gian ny, cỏc gúi bt ngun t cỏc cng vo ca AWG khỏc khụng th c nhn Mt khỏc, trong F-M khe cui cựng ca mi khung, tt c bờn nhn khụng b khúa v cú th c iu chnh ti bt k bc súng no Kt qu l trong khong thi gian ny cỏc gúi d liu t bt k cng vo AWG cng u nhn c iu ny cho phộp tỏi s dng bc súng Giao thc MAC lm vic nh sau... ca nú Chu kỡ ca cỏc xung ng b c s dng c lng chớnh xỏc khong thi gian ny 2 Mi node s c lng tr ton trỡnh ca nú ti AWG s dng gi thit l cỏc tớn hiu iu khin gi bi ngun quang bng rng ca nú c AWG phỏt qung bỏ 3 Mt node truyn thụng tin trong mt chu k c th gi l chu k x, mt tr truyn ton trỡnh ti AWG s dng c lng thi gian n ca xung ng b ti thi im bt u ca chu k x Vỡ s khe trong mt chu k ó bit nờn mi node cú th... bng rng ca i phỏt qung bỏ mt gúi iu khin vo mt trong M khe ca khung nm cng vo ca AWG m node i tham gia vo Khe c chn ngu nhiờn theo mt xỏc sut xỏc nh Mt gúi iu khin bao gm bn trng l: tờn a ch ớch (unicast hay multicast), chiu di v kiu ca gúi d liu tng ng, v mó chnh sa li phớa trc (FEC) Chỳ ý, cỏc gúi iu khin khụng phi mang a ch ngun vỡ mi node ngun u bit khe m nú ó truyn gúi iu khin tng ng Hỡnh 3.26,... c thay i S dng nhiu FSR Trong vớ d ca chỳng ta khụng chng minh c th tỏi s dng bc súng theo khụng gian Tx 2 3 4 Rx 1x4 4x1 1 2 3 4 1x4 5 6 7 8 AWG 5 6 7 8 2x2 4x1 Hỡnh 3.29 Kin trỳc mng (N= 8, D =2, S =4) Nh hỡnh 3.29, chỳng ta xem xột N=8 node c kt ni qua mt AWG 2x2 (D=2) vi mt b kt hp 4x1 v mt b chia 1x4 (S=4) Hỡnh 3.30 mụ t vic gỏn bc súng Hai FSR c s dng (R=2), mi FSR bao gm hai bc súng Mi khung... sau thi gian truyn dn n gin ta gi s rng khong cỏch gia mi node v AWG l nh nhau, cú ngha l tr truyn dn l nh nhau cho tt c cỏc node Trong vớ d minh ho, tng ng 5 khe, tc 1 khung Chu kì 1 Chu kì 2 Khung 1 Khung 2 Khung 1 Khung 2 4 FSR2 Chu kì 4 Chu kì 3 Khung 1 Khung 2 Khung 1 Khung 2 4 31 2 FSR1 1 4 214 2 2 2 3 1 Thời gian Phần phát Gói điều = khiển 8 Chỳng ta bt u nghiờn cu cỏc khe bờn trỏi phn phỏt...Cỏc node c gi thit l ng b Mt phng phỏp cú s ng b v trớ tt c cỏc node c mụ t v lm vic nh sau Bờn cnh N node, cú mt node lm ng b t AWG Node ny phỏt mt dao ng gi l dao ng ng b vo u mi vũng bng cỏch s dng mt ngun quang bng rng Do ú, khong cỏch ca cỏc xung ng b l mt chu k Thi gian nhn mt dao ng ti mt node c ly xỏc nh bi thi m m b thu... nú gi thnh cụng hay khụng bng cỏch s dng trng FEC Trong khung k, 1kD, mi b thu tp hp cỏc gúi iu khin c gi trc ú mt thi gian mt phn hai thi gian truyn ton b quỏ trỡnh bi cỏc node tham gia vo cng u vo ca AWG th k Nu gúi iu khin ca nú b nghn, node i ch v truyn li gúi iu khin trong chu k k tip vi phõn b xỏc sut p v vi xỏc sut (1-p), nú s hoón truyn dn mt chu k, trong ú 0 p1 Sau mt chu kỡ, node truyn li gúi . QUANG ĐỀ TÀI: NGUYÊN CỨU MẠNG MAN CHUYỂN MẠCH GÓI ĐƠN CHẶNG LỰA CHỌN BƯỚC SÓNG DỰA TRÊN AWG CHƯƠNG III. MẠNG MAN ĐƠN CHẶNG LỰA CHỌN BƯỚC SÓNG DỰA TRÊN AWG Hình 3. 18 Tổng khả. so sánh một mạng đơn chặng dựa trên AWG và một mạng đơn chặng dựa trên PSC với giả thiết tuân theo một lược đồ gán bước sóng TDM vòng lặp cố định. Mạng AWG là hơn hẳn so với mạng PSC về mặt. Giới hạn trên này được vẽ trong hình 3. 23. Một lần nữa chúng ta thấy rằng nhờ tái sử dụng bước sóng trong không gian và tổn hao chuyển đổi bộ thu phát nhỏ hơn nên mạng đơn chặng dựa trên AWG hơn