Môn CÔNG NGHỆ VỆ TINH NGHIÊN CỨU CHUYỂN MẠCH CHÙM QUANG

Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh Trường Đại Học Công Nghệ Thông Tin  &  Môn CÔNG NGHỆ VỆ TINH ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CHUYỂN MẠCH CHÙM QUANG GVHD: Nhóm 12: Th.S Trần Bá Nhiệm Nguyễn Tuấn Cường 08520051 Công Nghệ Vệ Tinh GVHD: Th.S Trần Bá Nhiệm 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 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 chùm quang. Chuyên đề trình bày những vấn đề cơ bản nhất về chuyển mạch chùm quang. Nội dung chuyên đề bao gồm: Chương 1: Giới thiệu tổng quan và khả năng ứng dụng của công nghệ chuyển mạch chùm quang ở Việt Nam. Chương 2: Giới thiệu về chuyển mạch chùm 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 3: Các khía cạnh cơ bản của chuyển mạch burst quang. Nội dung chương 3 gồm có:  Kiến trúc mạng OBS. 2 Công Nghệ Vệ Tinh GVHD: Th.S Trần Bá Nhiệm  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. NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN 3 Công Nghệ Vệ Tinh GVHD: Th.S Trần Bá Nhiệm ……………………………………………………………………………………… MỤC LỤC 4 Công Nghệ Vệ Tinh GVHD: Th.S Trần Bá Nhiệm 5 Công Nghệ Vệ Tinh GVHD: Th.S Trần Bá Nhiệm DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Nghiã Tiếng Việt ACK BA ATM BHP FDL FFUC FFUC-VF FIFO IP JET JIT LAUC LAUC- VF MEMS Min – EV NAK Acknowledgement packet Burst Assembler Asynchronous Transfer Mode Burst Header Packet Fiber Delay Line First Fit Unscheduled Channel First Fit Unscheduled Channel-Void Filling First In First Out Internet Protocol Just – Enough – Time Just – In – Time Latest Available Unscheduled Channel Latest Available Unscheduled Channel – Void Filling Microelectromechanical System Minimum End Void Negative Acknowledgment Gói tin báo nhận Bộ tổ hợp burst Chế độ truyền tải không đồng bộ Gói tiêu đề burst Đường dây trễ quang Kênh rỗi phù hợp đầu tiên Kênh rỗi phù hợp đầu tiên-thực hiện lấp khoảng trống Bộ đệm vào trước ra trước Giao thức Internet (Tên giao thức) (Tên giao thức) Kênh rỗi với LAUT gần nhất Kênh rỗi với LAUT gần nhất-thực hiện lấp khoảng trống Hệ thống vi cơ điện Khoảng trống kết thúc tối thiểu Bản tin báo nhận phủ định 6 Công Nghệ Vệ Tinh GVHD: Th.S Trần Bá Nhiệm OBS OCS OPS OXC REL RM RWA SCU SONET TAG TAW WDM Optical Burst Switching Optical Circuit Switching Optical Packet Switching Optical Cross Connect Release packet Routing Module Routing and Wavelength Assignment Switching Control Unit Synchronous Optical Network Tell – And – Go Tell – And – Wait Wavelength Division Multiplexing Chuyển mạch burst quang Chuyển mạch kênh quang Chuyển mạch gói quang Thiết bị nối chéo quang Gói tin giải phóng kênh Bộ định tuyến Định tuyến và gán bước sóng Đơn vị điều khiển chuyển mạch Mạng quang đồng bộ (Tên giao thức) (Tên giao thức) Ghép kênh phân chia bước sóng 7 Công Nghệ Vệ Tinh GVHD: Th.S Trần Bá Nhiệm Chương 1: Giới thiệu tổng quan và khả năng ứng dụng của công nghệ chuyển mạch chùm quang ở Việt Nam 1.1 Xu thế phát triển Xu thế phát triển mạng hiện nay trên thế giới và ở Việt Nam là xây dựng mạng truyền tải quang OTN ( Optical Network Transport ) thay cho mạng NGN ( Next Generation Network ) dựa trên công nghệ WDM. Những nỗ lực phi thường về công nghệ truyền dẫn quang trong đó tập trung vào việc nghiên cứu các vấn đề công nghệ mạng WDM trên thế giới hiện nay đang dần đáp ứng được nhu cầu phát triển tất yếu của mạng. Có nhiều vấn đề cần phải giải quyết trong mạng OTN được OTN nhằm ngày càng hoàn thiện đặc tính mạng. Trong các vấn đề đó, chuyển mạch quang trong mạng coi là những hướng đi hấp dẫn nhất và rất có ý nghĩa. Hình 1.1: Mạng truyền dẫn quang Một mặt, kỹ thuật này cho phép xây dựng được mạng truyền dẫn quang linh hoạt và bảo đảm thông suốt các lưu lượng tín hiện lớn. Mặt khác nó cho phép nâng cao tính thông minh cho lớp quang trong khi vẫn đơn giản hoá được rất nhiều cấu trúc mạng. Điều đó có tác động lớn tới việc xây dựng, khai thác và bảo dưỡng mạng rất có hiệu quả sau này. 1.2 Khả năng ứng dụng cho mạng viễn thông Việt nam Mạng viễn thông Việt Nam hiện đang trong giai đoạn chuyển đối, hướng tới mạng NGN. Với tốc độ cơ sở hạ tầng phát triển như hiện nay, khả năng ứng dụng chuyển mạch quang trong mạng viễn thông Việt Nam là rất lớn. Tại thời điểm hiện nay, chuyển mạch kênh quang là hoàn toàn có thể thực hiện được. Chuyển mạch kênh quang sẽ đóng vai trò 8 Công Nghệ Vệ Tinh GVHD: Th.S Trần Bá Nhiệm rất lớn nâng mạng quang WDM điểm-điểm thành thế hệ mạng quang trong định tuyến theo bước sóng DWDM. Nằm trong xu hướng phát triển mạng truyền tải tiến tới mạng toàn quang, chuyển mạch quang sẽ tiến tới chuyển mạch gói quang; chuyển mạch chùm quang sẽ là bước đệm cho chuyển đổi từ chuyển mạch kênh quang sang chuyển mạch gói quang hoàn toàn. Việc ứng dụng chuyển mạch quang cho mạng viễn thông Việt Nam trong tương lai cần phải xây dựng với mục tiêu đáp ứng lưu lượng chuyển mạch cũng như khả năng bảo vệ phục hồi, cụ thể là:  Xây dựng một mạng chuyển mạch quang cho mạng trục và 3 mạng vùng trung tâm: Hà Nội, Đà Nẵng và TP. Hồ Chí Minh.  Thiết lập các chuyển mạch quang với mục tiêu theo cấu trúc lưới (topo mesh) nhằm phục vụ cho truyền tải lưu lượng IP/MPLS trong mạng trục, đồng thời sử dụng phương án đảm bảo việc bảo vệ phục hồi dựa trên các tuyến cáp quang quốc lộ 1A, tuyến cáp quang đường Hồ Chí Minh, tuyến cáp quang biển (xây dựng trong tương lai). Hình 1.2: Mạng chuyển mạch quang mạng trục mục tiêu Chương 2: Giới thiệu về chuyển mạch chùm quang 2.1 Khái niệm chuyển mạch quang Về nguyên lý, một chuyển mạch thực hiện chuyển lưu lượng từ một cổng lối vào hoặc kết nối lưu lượng trên một khối chuyển mạch tới một cổng lối ra. Hệ thống chuyển 9 Công Nghệ Vệ Tinh GVHD: Th.S Trần Bá Nhiệm mạch quang là một hệ thống chuyển mạch cho phép các tín hiệu bên trong các sợi cáp quang hay các mạch quang tích hợp được chuyển mạch có lựa chọn từ một mạch này tới một mạch khác.Tuỳ thuộc vào kỹ thuật chuyển mạch mà các thông tin được trao đổi dưới dạng thời gian thực (chuyển mạch kênh) hoặc dưới dạng ghép kênh thông kê (chuyển mạch gói). Chuyển mạch kênh là một phương pháp thông tin sử dụng để thiết lập cho thông tin giữa 2 điểm. Số liệu được truyền trên cùng một tuyến và thông tin truyền đi trong thời gian thực. Khác với chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói thực hiện truyền các gói số liệu độc lập. Mỗi gói đi từ một cổng tới một cổng khác theo một đường nào đó. Các gói không thể gửi tới nút kế tiếp khi chưa thực hiện thành công tại nút trước đó. Mỗi nút cần có các bộ đệm để tạm thời lưu các gói. Mỗi nút trong chuyển mạch gói yêu cầu một hệ thống quản lý để thông báo điều kiện truyền thông tin tới nút lân cận trong trường hợp số liệu truyền bị lỗi. 2.2 Chuyển mạch kênh quang Chuyển mạch kênh quang được thực hiện trong mạng quang định tuyến bước sóng thực hiện thiết lập các bước sóng toàn quang giữa hai nút mạng. Sự thiết lập các luồng quang bao gồm một số bước thực hiện. Những bước này bao gồm tìm ra cấu hình và tài nguyên, định tuyến, gán bước sóng báo hiệu và đặt trước tài nguyên. Tìm ra cấu hình và tài nguyên bao gồm phân bổ và duy trì thông tin trạng thái mạng. Thông tin sẽ bao gồm cấu hình mạng vật lý và trạng thái liên kết của mạng. Trong mạng định tuyến bước sóng WDM, những thông tin mày bao gồm các bước sóng có thể sử dụng trên một tuyến đưa ra trong mạng. Một giao thức phổ biến dành cho duy trì thông tin trạng thái tuyến trong mạng internet là giao thức đường ngắn nhất theo thứ tự mở (OSPF - Open Shortest Path First). 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 ghép kênh phân chia theo bước sóng trong các mạng quang đã được phát triển nhanh, 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. 10 [...]... bản tin điều khiển (tiêu đề) được 11 Công Nghệ Vệ Tinh GVHD: Th.S Trần Bá Nhiệm truyền đi trước chùm để thiết lập cấu hình chuyển mạch trên tuyến truyền của chùm Các chùm dữ liệu truyền sau tiêu đề mà không cần đợi bản tin xác nhận kết nối đã hoàn thành Một mạng chuyển mạch chùm quang bao gồm các nút chuyển mạch chùm quang được liên kết với nhau qua các tuyến sợi quang Nút mạng OBS chỉ ra như hình 2,... trên phạm vi mạng Trong tương lai OXC được phát triển cho mạng OTN có thể hỗ trợ cho lớp chuyển mạch gói quang Hình sau mô tả mạng quang bao gồm OXC và chuyển mạch gói quang OPS Hình 2.7: Chuyển mạch gói quang tại nút lõi và nút biên Chuyển mạch gói quang sử dụng trong nút lõi, các gói được chuyển qua mạng tại chuyển mạch ở nút lõi, ở đó tuyến được lựa chọn và tiêu đề được trao đổi Bằng cách này OPS sẽ... tới các luồng quang một khi các luồng quang được định tuyến đúng Việc giải các bài toán thiết lập luồng quang động là khó hơn, các phương pháp heuristic thường được dùng Phương pháp heuristic thực hiện cho cả hai bài toán định tuyến và gán bước sóng 2.3 Chuyển mạch burst quang Trong các mạng chuyển mạch chùm quang, các chùm dữ liệu bao gồm nhiều gói được chuyển mạch thông qua mạng toàn quang Một bản... kỹ thuật kết hợp chùm và truyền chùm ra cổng ra mong muốn Tại bộ định tuyến đầu ra, chùm được tách ra thanh các gói và chuyển lên lớp mạng cao hơn 2.4 Chuyển mạch gói quang Hình 2.5 là một ví dụ của nút chuyển mạch gói quang cơ bản Một nút bao gồm một chuyển mạch quang có khả năng cấu hình dựa trên gói Khối chuyển mạch tái cấu hình dựa trên thông tin tiêu đề của một gói Tiêu đề gói được xử lý bằng... đề và chuyển mạch thiết lập, các gói có thể bị trễ bằng cách truyền qua đường trễ sợi quang Về nguyên tắc chuyển mạch gói toàn quang tổ chức dựa trên gói tiêu đề và điều khiển được thực hiện trong miền quang, tuy nhiên phải trong nhiều năm nữa mới thực hiện được Trong thời điểm hiện nay chuyển mạch gói quang sử dụng điều khiển điện tử để xử lý tiêu đề gói là thực tế hơn Trong chuyển mạch gói quang. .. các chức năng khác nhau trong mạng chuyển mạch chùm quang Đầu vào nút biên thực hiện kết hợp thành chùm, định tuyến, gán bước sóng và lập lịch cho các chùm tại nút biên Nút lõi thực hiện báo hiệu, lập lịch các chùm trên các liên kết lõi và giải quyết tranh chấp Đầu ra nút biên chủ yếu là tách các gói từ các chùm và chuyển các gói tới lớp mạng cao hơn 12 Công Nghệ Vệ Tinh GVHD: Th.S Trần Bá Nhiệm Hình.. .Công Nghệ Vệ Tinh GVHD: Th.S Trần Bá Nhiệm Hình 2.1: Mạng chuyển mạch kênh quang với các kết nối 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... bước sóng Như vậy OTN sẽ cung cấp luồng quang tới client như là các bộ định tuyến IP, các phần tử mạng SONET/SDH và chuyển mạch ATM Trên hình vẽ này chỉ ra liên kết giữa 2 bộ định tuyến IP Thêm vào đó một lớp điều khiển chuyển mạch cần để thiết lập tuyến trên mạng và nó tương tác với bộ điều khiển OXC để khởi tạo chuyển 14 Công Nghệ Vệ Tinh GVHD: Th.S Trần Bá Nhiệm mạch trong OXC Một kênh báo hiệu giữa... nhãn được 13 Công Nghệ Vệ Tinh GVHD: Th.S Trần Bá Nhiệm đọc và so sánh với một bảng định tuyến Tải số liệu sau đó sẽ được định tuyến tới cổng ra tương ứng với một nhãn mới (trao đổi nhãn) Điều quan trọng là tải tin được truyền trong suốt qua chuyển mạch Hình 2.5: Kiến trúc một chuyển mạch gói quang Mục tiêu xây dựng mạng quang ngày nay là bổ sung khả năng thiết lập động lớp truyền tải quang dựa trên... cần lưu thông tin của các kênh dữ liệu trước 31 Công Nghệ Vệ Tinh GVHD: Th.S Trần Bá Nhiệm 3.5 Phân giải tranh chấp 3.5.1 Bộ đệm quang Cần sử dụng bộ đệm khi có nhiều hơn một gói vào muốn chuyển tới cùng một đầu ra Một trong những đặc trưng cơ bản của chuyển mạch OBS là không cần bộ đệm quang: nút trung gian trong mạng quang không yêu cầu phải có bộ đệm quang Các burst đi xuyên qua các nút trung gian . của công nghệ chuyển mạch chùm quang ở Việt Nam. Chương 2: Giới thiệu về chuyển mạch chùm quang. Chương này sẽ giới thiệu về các công nghệ chuyển mạch quang chính là chuyển mạch kênh quang, chuyển. 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. Minh Trường Đại Học Công Nghệ Thông Tin  &  Môn CÔNG NGHỆ VỆ TINH ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CHUYỂN MẠCH CHÙM QUANG GVHD: Nhóm 12: Th.S Trần Bá Nhiệm Nguyễn Tuấn Cường 08520051 Công Nghệ Vệ Tinh GVHD: