Đồ án thiết kế chuyển mạch burst quang

MỤC LỤCMỤC LỤC1DANH MỤC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT3DANH MỤC HÌNH VẼ5LỜI MỞ ĐẦU6Chương 1:8Giới thiệu về chuyển mạch burst quang81.1 Chuyển mạch kênh quang81.2 Chuyển mạch gói quang91.3 Chuyển mạch burst quang101.4 So sánh các công nghệ chuyển mạch quang11Chương 2 :13Các khía cạnh cơ bản của chuyển mạch burst quang132.1 Kiến trúc mạng OBS132.1.1 Cấu tạo nút biên142.1.2 Cấu tạo nút lõi152.2 Tổ hợp burst172.2.1 Tổ hợp burst dựa trên bộ định thời172.2.2 Tổ hợp burst dựa trên mức ngưỡng182.3 Các cơ chế báo hiệu202.3.1 Cơ chế báo hiệu Just – Enough – Time (JET)202.3.2 Cơ chế báo hiệu Just – In – Time (JIT)232.3.3 Cơ chế báo hiệu Tell – And – Go (TAG)252.3.4 Cơ chế báo hiệu Tell – And – Wait (TAW)262.4 Các thuật toán sắp xếp kênh272.4.1 Kênh rỗi phù hợp đầu tiên (FFUC)282.4.2 Kênh rỗi với LAUT gần nhất (LAUC)292.4.3 Kênh rỗi phù hợp đầu tiên – thực hiện lấp khoảng trống (FFUCVF)302.4.4 Kênh rỗi với LAUT gần nhất thực hiện lấp khoảng trống (LAUCVF)312.4.5 Khoảng trống kết thúc tối thiểu (MinEV)312.5 Phân giải tranh chấp312.5.1 Bộ đệm quang312.5.2 Chuyển đổi bước sóng332.5.3 Định tuyến chuyển hướng342.5.3.1 Giới thiệu342.5.3.2 Phương pháp định tuyến chuyển hướng352.5.4 Phân đoạn burst36KẾT LUẬN40TÀI LIỆU THAM KHẢO42

Chuyên đề thông tin quang CHUYỂN MẠCH BURST QUANG MỤC LỤC MỤC LỤC 1 DANH MỤC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT 3 DANH MỤC HÌNH VẼ 4 LỜI MỞ ĐẦU 5 Chương 1: 7 Giới thiệu về chuyển mạch burst quang 7 1.1 Chuyển mạch kênh quang 7 1.2 Chuyển mạch gói quang 8 1.3 Chuyển mạch burst quang 10 1.4 So sánh các công nghệ chuyển mạch quang 11 Chương 2 : 12 Các khía cạnh cơ bản của chuyển mạch burst quang 12 2.1 Kiến trúc mạng OBS 12 2.1.1 Cấu tạo nút biên 14 2.1.2 Cấu tạo nút lõi 15 2.2 Tổ hợp burst 17 2.2.1 Tổ hợp burst dựa trên bộ định thời 17 2.2.2 Tổ hợp burst dựa trên mức ngưỡng 17 2.3 Các cơ chế báo hiệu 19 2.3.1 Cơ chế báo hiệu Just – Enough – Time (JET) 20 2.3.2 Cơ chế báo hiệu Just – In – Time (JIT) 23 2.3.3 Cơ chế báo hiệu Tell – And – Go (TAG) 25 2.3.4 Cơ chế báo hiệu Tell – And – Wait (TAW) 26 2.4 Các thuật toán sắp xếp kênh 27 2.4.1 Kênh rỗi phù hợp đầu tiên (FFUC) 28 2.4.2 Kênh rỗi với LAUT gần nhất (LAUC) 29 2.4.3 Kênh rỗi phù hợp đầu tiên – thực hiện lấp khoảng trống (FFUC-VF) 29 2.4.4 Kênh rỗi với LAUT gần nhất - thực hiện lấp khoảng trống (LAUC-VF) 30 2.4.5 Khoảng trống kết thúc tối thiểu (Min-EV) 31 2.5 Phân giải tranh chấp 31 2.5.1 Bộ đệm quang 31 2.5.2 Chuyển đổi bước sóng 32 Nhóm 10 – H09VT7 1 Chuyên đề thông tin quang CHUYỂN MẠCH BURST QUANG 2.5.3 Định tuyến chuyển hướng 34 2.5.3.1 Giới thiệu 34 2.5.3.2 Phương pháp định tuyến chuyển hướng 35 2.5.4 Phân đoạn burst 36 KẾT LUẬN 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 Nhóm 10 – H09VT7 2 Chuyên đề thông tin quang CHUYỂN MẠCH BURST QUANG DANH MỤC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt ACK Acknowledgement packet Gói tin báo nhận BA Burst Assembler Bộ tổ hợp burst ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền tải không đồng bộ BHP Burst Header Packet Gói tiêu đề burst FDL Fiber Delay Line Đường dây trễ quang FFUC First Fit Unscheduled Channel Kênh rỗi phù hợp đầu tiên FFUC-VF First Fit Unscheduled Channel- Void Filling Kênh rỗi phù hợp đầu tiên-thực hiện lấp khoảng trống FIFO First In First Out Bộ đệm vào trước ra trước IP Internet Protocol Giao thức Internet JET Just – Enough – Time (Tên giao thức) JIT Just – In – Time (Tên giao thức) LAUC Latest Available Unscheduled Channel Kênh rỗi với LAUT gần nhất LAUC- VF Latest Available Unscheduled Channel – Void Filling Kênh rỗi với LAUT gần nhất-thực hiện lấp khoảng trống MEMS Microelectromechanical System Hệ thống vi cơ điện Min – EV Minimum End Void Khoảng trống kết thúc tối thiểu NAK Negative Acknowledgment Bản tin báo nhận phủ định OBS Optical Burst Switching Chuyển mạch burst quang OCS Optical Circuit Switching Chuyển mạch kênh quang OPS Optical Packet Switching Chuyển mạch gói quang Nhóm 10 – H09VT7 3 Chuyên đề thông tin quang CHUYỂN MẠCH BURST QUANG OXC Optical Cross Connect Thiết bị nối chéo quang REL Release packet Gói tin giải phóng kênh RM Routing Module Bộ định tuyến RWA Routing and Wavelength Assignment Định tuyến và gán bước sóng S Scheduler Bộ lập lịch SCU Switching Control Unit Đơn vị điều khiển chuyển mạch SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ TAG Tell – And – Go (Tên giao thức) TAW Tell – And – Wait (Tên giao thức) WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh phân chia bước sóng DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Mạng định tuyến bước sóng 8 Hình 1.2: Mạng chuyển mạch gói quang OPS 9 Hình 1.3: Nút chuyển mạch trong mạng chuyển mạch gói quang 10 Hình 1.4: Sử dụng thời gian offset trong OBS 10 Nhóm 10 – H09VT7 4 Chuyên đề thông tin quang CHUYỂN MẠCH BURST QUANG Hình 2.1: Kiến trúc mạng OBS 13 Hình 2.2: Sơ đồ khối chức năng của mạng OBS 14 Hình 2.3: Cấu tạo nút biên 15 Hình 2.4: Cấu tạo nút lõi 16 Hình 2.5: Tổ hợp burst dựa trên bộ định thời 17 Hình 2.6: Tổ hợp burst dựa trên mức ngưỡng 18 Hình 2.7: Cơ chế báo hiệu Just – Enough – Time 21 Hình 2.8: Lợi ích của DR 23 Hình 2.9: Cơ chế báo hiệu Just – In – Time 24 Hình 2.10: So sánh cơ chế báo hiệu JET (trên) và JIT (dưới) 24 Hình 2.11: Cơ chế báo hiệu Tell-And-Go 26 Hình 2.12: Cơ chế báo hiệu Tell – And – Wait 27 Hình 2.13: Thuật toán FFUC và LAUC 29 Hình 2.14: Thuật toán FFUC-VF và LAUC-VF 30 Hình 2.15: Mô tả giải quyết xung đột bằng bộ đệm 32 Hình 2.16: Dây trễ FDL cùng với bộ khuếch đại và chuyển mạch tạo thành một vòng lặp trễ 32 Hình 2.17: Giải quyết tranh chấp bằng bộ chuyển đổi bước sóng 33 Hình 2.18: Cấu trúc của mạng OBS với kỹ thuật làm lệch hướng đi 35 Hình 2.19: Phương pháp định tuyến chuyển hướng 36 Hình 2.20: Mô tả giải quyết xung đột bằng phân đoạn burst 37 Hình 2.21: Cấu trúc của burst được đóng kiểu phân đoạn 38 Hình 2.22: Xung đột làm chồng lấn các đoạn lên nhau 39 LỜI MỞ ĐẦU Những năm gần đây đã diễn ra sự bùng nổ lưu lượng thông tin trên toàn cầu. Yêu cầu về băng thông đối với các dịch vụ viễn thông ngày càng gia tăng. Một trong những xu hướng phát triển của mạng viễn thông hiện nay là quang hóa từ mạng lõi cho đến tận mạng truy nhập của khách hàng. Công nghệ ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM đã và đang được triển khai trong các hệ thống thông tin quang hiện tại cho phép tốc độ truyền dẫn cực lớn và khả năng hỗ trợ các lưu lượng khác nhau như IP, Ethernet, SONET/SDH. Một vấn đề đặt ra cho mạng quang WDM là Nhóm 10 – H09VT7 5 Chuyên đề thông tin quang CHUYỂN MẠCH BURST QUANG lựa chọn được công nghệ chuyển mạch thích hợp để có thể sử dụng một cách tối ưu băng thông của sợi quang và giảm thiểu trễ xử lý tại các thiết bị chuyển mạch. Ba công nghệ chuyển mạch quang được nghiên cứu để sử dụng trong mạng WDM là: chuyển mạch kênh quang, chuyển mạch gói quang và chuyển mạch burst quang. Trong ba công nghệ này, chuyển mạch burst quang ra đời nhằm đáp ứng sự bùng nổ dữ liệu, giải quyết được nhược điểm của chuyển mạch kênh quang và là bước trung gian trước khi tiến tới chuyển mạch gói quang trong khi công nghệ chưa cho phép có mạng truyền tải toàn quang. Xuất phát từ thực tế trên nhóm chúng em đã chọn hướng nghiên cứu về chuyển mạch burst quang. Chuyên đề “Chuyển mạch burst quang” trình bày những vấn đề cơ bản nhất về chuyển mạch burst quang. Nội dung chuyên đề bao gồm: Chương 1: Giới thiệu về chuyển mạch burst quang. Chương này sẽ giới thiệu về các công nghệ chuyển mạch quang chính là chuyển mạch kênh quang, chuyển mạch burst quang và chuyển mạch gói quang. Chương 2: Các khía cạnh cơ bản của chuyển mạch burst quang. Nội dung chương 2 gồm có: +Kiến trúc mạng OBS +Tổ hợp burst: theo ngưỡng và dựa trên bộ định thời +Các cơ chế báo hiệu: JET,JIT,TAG,TAW +Các thuật toán sắp xếp kênh: với thuật toán hàng ngang (Hoziron) và lấp khoảng trống (Void Filling) +Các giải pháp giải quyết tranh chấp: bộ đệm quang, chuyển đổi bước sóng , định tuyến chuyển hướng, phân đoạn burst. Do giới hạn về mặt thời gian và kiến thức nên chuyên đề không tránh khỏi thiếu sót. Rất mong nhận được những đóng góp từ thầy cô và các bạn để chuyên đề của nhóm được hoàn thiện hơn. Nhóm 10 – H09VT7 6 Chuyên đề thông tin quang CHUYỂN MẠCH BURST QUANG Chương 1: Giới thiệu về chuyển mạch burst quang Nội dung chính của chương sẽ đề cập đến ba loại chuyển mạch quang chính là : chuyển mạch kênh quang, chuyển mạch gói quang và chuyển mạch burst quang. 1.1 Chuyển mạch kênh quang Nhóm 10 – H09VT7 7 Chuyên đề thông tin quang CHUYỂN MẠCH BURST QUANG Mạng WDM định tuyến bước sóng bao gồm các thiết bị nối chéo quang OXC (Optical Cross Connect) được kết nối với nhau bằng các liên kết WDM trong một tôpô mạng hình lưới tùy ý. Phương pháp chuyển mạch trong mạng định tuyến bước sóng là chuyển mạch kênh quang. Chuyển mạch kênh quang là chuyển mạch hướng kết nối (connection oriented). Kết nối từ một nút nguồn gửi thông tin đến một nút đích nhận thông tin phải được thiết lập trước khi thông tin được truyền đi. Trong mạng định tuyến bước sóng thì kết nối từ nguồn tới đích này được gọi là đường quang (lightpath). Đường quang tương ứng với một tuyến và bước sóng được gán cho tuyến đó. Sự thiết lập các đường quang bao gồm một số bước thực hiện. Những bước này bao gồm tìm ra tài nguyên và tôpô mạng, định tuyến, gán bước sóng, báo hiệu và dự trữ tài nguyên. Hình 1.1: Mạng định tuyến bước sóng 1.2 Chuyển mạch gói quang Nhóm 10 – H09VT7 8 Chuyên đề thông tin quang CHUYỂN MẠCH BURST QUANG Hình 1.2: Mạng chuyển mạch gói quang OPS Mạng chuyển mạch gói quang OPS bao gồm các OXC được nối với nhau bằng các liên kết WDM trong một cấu hình mesh tùy ý. Mạng chuyển mạch gói quang bao gồm phần lõi có khả năng truyền tải tốc độ cao và phần biên giao diện với phần tử của các mạng IP, SONET/SDH, Ethernet. Các gói tin truyền trong mạng chuyển mạch gói quang có phần tiêu đề và phần tải tin. Tiêu đề có chứa thông tin định tuyến cũng như thông tin điều khiển và được truyền trong băng cùng với tải tin. Khi gói tin truyền tới OXC, tiêu đề sẽ được tách ra và được xử lý trong miền điện (sau khi biến đổi quang – điện – quang) còn tải tin sẽ được chuyển mạch trong miền quang. Vì phần tiêu đề cần mất thời gian để xử lý nên phần tải tin được làm trễ đi bằng cách lưu đệm bởi đường dây trễ quang. Về nguyên lý, chuyển mạch gói quang mong muốn truyền thông tin và xử lý thông tin điều khiển hoàn toàn trong miền quang. Nhưng do hạn chế về mặt công nghệ hiện nay nên phần thông tin điều khiển chỉ có thể xử lý trong miền điện mà thôi. Trong chuyển mạch gói quang, tiêu đề được so sánh với một bảng định tuyến, tải tin sẽ được chuyển ra cổng đầu ra tương ứng trên một sợi quang và một bước sóng mới. Nếu không có bước sóng mới nào khả dụng, gói tin sẽ bị hủy hoặc phải bị trễ đi để chờ bước sóng khả dụng mới. Thành phần chính của nút OXC là cơ cấu chuyển mạch quang và khối điều khiển chuyển mạch. Khối điều khiển chuyển mạch duy trì thông tin về tô pô mạng, duy trì bảng định tuyến, xử lý tiêu đề gói tin, điều khiển việc lưu đệm, lập lịch và chuyển tiếp các gói tin, điều khiển cơ cấu chuyển mạch chuyển mạch gói tin đúng thời gian đã định, phát hiện tranh chấp và phân giải khi tranh chấp xảy ra giữa các gói tin. Cơ cấu chuyển mạch thực hiện tạo kết nối từ cổng đầu vào đến cổng đầu ra tương ứng theo yêu cầu của khối điều khiển chuyển mạch. Nhóm 10 – H09VT7 9 Chuyên đề thông tin quang CHUYỂN MẠCH BURST QUANG Hình 1.3: Nút chuyển mạch trong mạng chuyển mạch gói quang 1.3 Chuyển mạch burst quang Chuyển mạch burst quang ra đời nhằm đạt được sự cân bằng giữa chuyển mạch kênh quang và chuyển mạch gói quang. Các gói tin ở lớp trên sẽ được tập hợp lại thành các burst để truyền tải trong mạng OBS . Các burst có độ dài không cố định gồm có hai phần: gói tin điều khiển (control packet) hay còn được gọi là gói tiêu đề burst Burst Header Packet (BHP) và phần thông tin dữ liệu còn được gọi là data burst. OBS thực hiện việc truyền độc lập gói tin điều khiển và burst dữ liệu trên các kênh bước sóng khác nhau. Thông tin trong gói tin điều khiển gồm có chiều dài burst, thời điểm phát burst, các thông tin định tuyến. Gói tin điều khiển được truyền đi trước burst dữ liệu một khoảng thời gian được gọi là offset time để cấu hình các chuyển mạch trong suốt đường đi từ nguồn tới đích. Thời gian offset time này bằng trễ xử lý tổng cộng của gói tin điều khiển tại tất cả các nút trung gian. Hình 1.4: Sử dụng thời gian offset trong OBS Nhóm 10 – H09VT7 10 [...]... là chuyển mạch toàn quang, trễ tổ hợp burst, việc thay thế thiết bị hay chỉ là cần thay thế module Đó là vấn đề “trade off” trong viễn thông Nhóm 10 – H09VT7 11 Chuyên đề thông tin quang Công nghệ chuyển mạch quang Hiệu quả sử dụng băng thông CHUYỂN MẠCH BURST QUANG Thời gian chuyển mạch yêu cầu Xử lý header Khả năng thích ứng lưu lượng Chuyển mạch kênh quang Thấp Chậm Thấp Thấp Chuyển mạch gói quang. .. khiển Các burst dữ liệu hoàn toàn truyền đi trên miền quang Về tốc độ và khả năng sử dụng băng tần hơn hẳn chuyển mạch kênh quang Trong thời điểm hiện tại với công nghệ như hiện nay thì chuyển mạch từng gói một với việc xử lý từng ấy tiêu đề trong chuyển mạch gói quang sẽ không thể đáp ứng được lưu lượng như chuyển mạch burst quang Tuy nhiên, cái gì cũng có hai mặt của nó, chuyển mạch burst quang đáp... Nhanh Cao Cao Chuyển mạch burst quang Cao Trung bình Thấp Cao Bảng 1.1 So sánh các công nghệ chuyển mạch quang khác nhau Chương 2 : Các khía cạnh cơ bản của chuyển mạch burst quang 2.1 Kiến trúc mạng OBS Như đã đề cập ở chương 1, ý tưởng của chuyển mạch burst quang là phân chia mặt bằng dữ liệu và mặt bằng điều khiển và thực hiện báo hiệu ngoài băng để cho phép truyền tải dữ liệu trong miền quang một cách... tin quang CHUYỂN MẠCH BURST QUANG Đây là một trong những khác biệt cơ bản giữa chuyển mạch burst quang so với chuyển mạch gói quang Khoảng thời gian này cho phép thông tin điều khiển được xử lý tại mỗi nút chuyển mạch và các nút sắp xếp tài nguyên kênh bước sóng cho việc truyền burst dữ liệu dựa trên thông tin trong gói tin điều khiển Với OBS không yêu cầu phải xử lý gói tin điều khiển trong miền quang. .. bước sóng 1.4 So sánh các công nghệ chuyển mạch quang Như đã nêu ở trên, ta có thể thấy chuyển mạch kênh quang chỉ chuyển mạch cho một bước sóng trên một đường quang nên không còn thích hợp cho mạng WDM hiện nay Nhưng nó cũng có những ưu điểm riêng của nó, nổi bật nhất đó là độ tin cậy Bên cạnh đó nhược điểm chính là độ trễ lớn và lãng phí băng thông Chuyển mạch gói quang là loại chuyển mạch hướng tới... thể sử dụng trong mạng chuyển mạch toàn Nhóm 10 – H09VT7 32 Chuyên đề thông tin quang CHUYỂN MẠCH BURST QUANG quang do tính phức tạp của định tuyến động Cần đệm khi hai gói quang được định tuyến đồng thời tới cùng một cổng ra Nếu cả hai gói có cùng bước sóng thì chúng không thể đi tới đầu ra Trong WDM, nhiều bước sóng được ghép cùng lúc trên một liên kết kết nối hai chuyển mạch quang Nhiều bước sóng... yêu cầu thiết lập đường dữ liệu toàn quang cho burst dữ liệu tương ứng Nếu quá trình dự trữ tài nguyên thành công, chuyển mạch sẽ được cấu hình cho burst dữ liệu đi qua Trong lúc đó, burst sẽ đợi tại nguồn trong miền điện Sau một khoảng thời gian offsetime xác định trước, burst được gửi trong miền quang trên bước sóng được chọn Nhóm 10 – H09VT7 20 Chuyên đề thông tin quang CHUYỂN MẠCH BURST QUANG Hình... tin cậy về tỉ lệ mất burst và các burst có kích thước tương đối lớn so với thời gian thiết lập kênh truyền từ nguồn tới đích Nhóm 10 – H09VT7 26 Chuyên đề thông tin quang CHUYỂN MẠCH BURST QUANG Hình 2.12: Cơ chế báo hiệu Tell – And – Wait 2.4 Các thuật toán sắp xếp kênh Khi một gói tin tiêu đề burst tới nút lõi, khối điểu khiển chuyển mạch SCU xử lý gói tin này và một thuật toán sắp xếp kênh hay lập... ràng (Explicit Release) Giữa burst dữ liệu và gói tiêu đề Nhóm 10 – H09VT7 23 Chuyên đề thông tin quang CHUYỂN MẠCH BURST QUANG burst có khoảng thời gian offset time do đó JIT không yêu cầu phải sử dụng đường dây trễ quang tại các nút chuyển mạch trung gian Hình 2.9: Cơ chế báo hiệu Just – In – Time Khi gói tiêu đề burst được gửi đi để dự trữ tài nguyên, tại một nút chuyển mạch trung gian, một bước sóng... chiều dài của burst Lưu lượng vào mạng lớn, burst sẽ có kích thước lớn, lưu lượng vào mạng nhỏ, burst sẽ có kích thước nhỏ Tuy nhiên, thời gian của bộ định thời cũng là một nhân tố quyết định kích thước các burst Hình 2.5: Tổ hợp burst dựa trên bộ định thời 2.2.2 Tổ hợp burst dựa trên mức ngưỡng Nhóm 10 – H09VT7 17 Chuyên đề thông tin quang CHUYỂN MẠCH BURST QUANG Trong phương pháp tổ hợp burst dựa trên . là : chuyển mạch kênh quang, chuyển mạch gói quang và chuyển mạch burst quang. 1.1 Chuyển mạch kênh quang Nhóm 10 – H09VT7 7 Chuyên đề thông tin quang CHUYỂN MẠCH BURST QUANG Mạng WDM định tuyến. mạch. Nhóm 10 – H09VT7 9 Chuyên đề thông tin quang CHUYỂN MẠCH BURST QUANG Hình 1.3: Nút chuyển mạch trong mạng chuyển mạch gói quang 1.3 Chuyển mạch burst quang Chuyển mạch burst quang ra đời. gói quang OPS 9 Hình 1.3: Nút chuyển mạch trong mạng chuyển mạch gói quang 10 Hình 1.4: Sử dụng thời gian offset trong OBS 10 Nhóm 10 – H09VT7 4 Chuyên đề thông tin quang CHUYỂN MẠCH BURST QUANG Hình