... (L=2) Mạng hợp đa tầng lặp lại (L=2) góc nhìn chiều 35 KiẾN TRÚC MẠNG HỮU TUYẾN (16) • Mạng Beneš – Được xây dựng cách mở rộng mạng Baseline mạng đảo ngược Tầng sau mạng Baseline tầng mạng đảo... yêu cầu sẵn có – Mạng delta mạng banyan tất gói dùng thẻ địa vạch đường để đạt tới output mạng độc lập với input 32 KiẾN TRÚC MẠNG HỮU TUYẾN (13) Một số kiến trúc mạng bidelta Mạng delta ba tầng... KiẾN TRÚC MẠNG HỮU TUYẾN (2) • Mạng gián tiếp (mạng động) – Gồm nhiều switches để thay đổi (động) liên kết nodes – Không node trung gian dùng truyền thông điệp – Đặc trưng quan trọng mạng gián tiếp
CHƯƠNG 2 CÁC ĐẶC TRƯNG KIẾN TRÚC MẠNG 1 NỘI DUNG • KỸ THUẬT HOÁN CHUYỂN (Switching Techniques) • MẪU LƯU THÔNG (Traffic Patterns) • KiẾN TRÚC MẠNG HỮU TUYẾN (Wired Network Architectures) • KiẾN TRÚC MẠNG VÔ TUYẾN (Wireless Network Architectures) 2 KỸ THUẬT HOÁN CHUYỂN (1) • Hoán chuyển mạch (circuit switching) – – – – Dành riêng một liên kết vật lý giữa bên gửi và bên nhận trong suốt thời gian truyền (được thiết lập bởi thông tin điều khiển - probe) Ưu điểm: sau khi liên kết được thiết lập, không thông tin nào cần phải thêm vào trong suốt quá trình truyền, ngoai trừ thông tin giải phóng liên kết Khuyết, nhược điểm: Lãng phí tài nguyên mạng - Chỉ cho phép một cặp liên lạc Ở mức phần cứng, thông điệp thường được chia thành các phits (physical units). Một phit biểu diễn đơn vị nhỏ nhất có thể được truyền trong một chu kỳ đồng hồ (1 – 64 bits) 3 KỸ THUẬT HOÁN CHUYỂN (2) • Hoán chuyển gói (packet switching) – Thông điệp được chia thành các gói, mỗi gói gồm hai trường: header và payload • Header chứa thông tin đích (có thể chứa thêm một số thông tin: độ dài gói, thông tin người gửi, thông tin hoán chuyển …) • Payload chứa dữ liệu truyền – Ưu điểm: • các gói có thể được lưu trữ tại các nút trung gian trên đường đi qua của gói. • Liên kết logic mô tả đường đi qua mạng của thông điệp. Lưu trữ gói cho phép nhiều liên kết logic sử dụng trên cùng liên kết vật lý – Có ba kiểu hoán chuyển gói: store-and-forward switching, cut-through switching và wormhole switching 4 KỸ THUẬT HOÁN CHUYỂN (3) – Store-and-forward switching: • các gói được gửi chuyển tiếp (forward) từ node nguồn đến node đích và được lưu trữ tại mỗi nút trung gian. • Một node gửi chuyển tiếp gói cho node tiếp theo khi node này sẵn có (gọi là một hop) – Cut-through switching: • các gói được gửi chuyển tiếp từ node nguồn đến node đích, nhưng gói chỉ được lưu trữ ở node mà node kế tiếp là không sẵn có (bị kẹt - blocked). • Nếu bị kẹt xảy ra, gói được lưu trữ đến tận khi bị kẹt được giải phóng – Cut-through switching ảo làm nghẽn gói đến tận khi phit cuối cùng đến buffer (của node). – Cut-through switching bộ phận, các phits sãn sàng được tiếp chuyển ngay cả khi các phits chưa đến buffer đầy đủ. 5 KỸ THUẬT HOÁN CHUYỂN (4) – Wormhole switching: • Các gói được chia nhỏ thành các đơn vị logic được gọi là flits (flow control units). Tất cả các flits cùng khích thước (1-8 bytes) . • Flit đầu tiên chứa thông tin header và dành trước một liên kết qua mạng, nó được gửi chuyển tiếp theo kiểu cut-through switching. • Các flits tiếp theo chứa payload • Flit sau cùng (flit đuôi) giải phóng liên kết • Nếu flit header bị kẹt ở một node trung gian, nó được lưu trữ lại ở node đó và các flit tiếp theo cũng được lưu lại tại node này. • Chia gói thành các flit cùng kích thước làm giảm chi phí buffer ở các node trung gian. • Nếu các flits bị kẹt, gói bị trải ra trên một phần của mạng. 6 MẪU LƯU THÔNG (1) • Mẫu lưu thông mạng là kết quả của yêu cầu liên lạc giữa các nodes mạng • Thời gian thông điệp được truyền và đích của thông điệp xác định sự lưu thông tại một node • Chồng các sự lưu thông của tất cả các nodes cho ra mẫu lưu thông của mạng • Mẫu lưu thông của mạng được xác định bởi sự phân phối các thông điệp theo không gian và thời gian 7 MẪU LƯU THÔNG (2) • Phân phối theo không gian – distribution in space Phản ánh “độ trù mật” các thông điệp trong các vùng mạng Mô tả con số biến thiên các nodes đích của một thông điệp – Tính đều và điểm nóng (Hot Spot): • Trường hợp lý tưởng, độ trù mật thông điệp được phân phối đều trên mạng. Như vậy mẫu lưu thông đảm bảo “tải trọng” đều trên tất cả các liên kết • Một liên kết chịu một tải trọng cao gọi là “điểm nóng” – Multicast: • Gửi một thông điệp cho nhiều nodes đích được gọi là multicast • Multicast bao gồm hai trường hợp đặc biệt: unicast và broadcast – Unicast: gửi một thông điệp cho một node duy nhất – Broadcast: gửi một thông điệp cho tất cả các nodes trên mạng • Multicast có thể được thực hiện bởi – Nhân bội thông điệp trước khi vạch đường (MRBR) – Hoặc nhân bội thông điệp trong khi vạch đường (MRWR) 8 MẪU LƯU THÔNG (3) • Phân phối theo thời gian – distribution in time Độ trù mật lưu thông biến đổi theo thời gian – Initial Transient phase: • Độ trù mật lưu thông thay đổi trong một khoảng thời gian sau đó trở lại trạng thái ổn định – Các hàm thời gian cơ sở: • Lưu thông phụ thuộc thời gian có thể được biểu diễn bởi hàm thời gian • Hàm thời gian biểu diễn một thông điệp được gọi là tín hiệu (trong viễn thông) • Tín hiệu bày tỏ dạng đơn giản được gọi là tín hiệu cơ sở • Lưu thông phụ thuộc thời gian là một sự chồng chéo nhiều tín hiệu được gửi từ nhiều nguồn • Dạng của sự chồng chéo mô tả sự phân phối các thông điệp theo thời gian • Hai dạng độ trù mật lưu thường gặp là: lưu thông bùng nổ (bursty traffic) và lưu thông multifractal 9 MẪU LƯU THÔNG (4) Các tín hiệu cơ sở 10 MẪU LƯU THÔNG (5) • Lưu thông bùng nổ (burst traffic): một lượng lớn các thông điệp được truyền trong một thời gian rất ngắn. Lưu thông bùng nổ có thể bị gây nên bởi truyền file lớn/ CSDL lớn, code chương trình lớn … 11 MẪU LƯU THÔNG (5) • Lưu thông multifractal: – Lưu thông self-similar: mẫu lưu thông bất biến đối với tỷ lệ/kích thước 12 MẪU LƯU THÔNG (6) – Tín hiệu rời rạc x(t) được gọi là self-similar với tham số β (0 < β < 1) nếu với mọi m nguyên dương Trong đó Var ký hiệu variance, ρ tự tương quan và Mô tả trung bình qua m giá trị của tín hiệu gốc Tham số β chỉ ra tính self-similarity và liên quan đến tham số Hurst H ≤ 0.5 (β ≥ 1) biểu diễn không có tính tương tự. H càng gần 1, tính selfsimilarity càng cao. Nếu β không là hằng với mọi m, nhưng là hằng đối với m nhỏ và đối với một thay đổi nhỏ của m, lưu thông được gọi là multifractal 13 MẪU LƯU THÔNG (7) – Phân phối thời gian interarrival • Trạng thái lưu thông theo thời gian thường được mô tả bởi phân phối của thời gian trôi qua đến tận khi biến cố xảy ra • Sự đến ngẫu nhiên của một gói mới, phân phối này được gọi là phân phối thời gian interarrival của gói mới, thời gian chờ, thời gian dịch vụ … được mô tả bởi cùng phân phối • A(t): xác suất biến cố xảy ra trong khoảng [0, t], hàm này được gọi là hàm phân phối tích lũy (CDF – Cumulative Distribution Function)) • Đạo hàm của nó: Là hàm trù mật xác suất (probability density function - pdf) 14 MẪU LƯU THÔNG (8) • Phân phối mũ (Exponential Distribution) λ - tốc độ đến trung bình • Phân phối Erlang-k k nguyên 15 MẪU LƯU THÔNG (9) • Phân phối gamma α >0 Hàm Gamma • Phân phối siêu mũ (Hyperexponential Distribution) qi xác suất giai đoạn thứ i, 16 MẪU LƯU THÔNG (10) • Phân phối Weibull (α > 0) • Phân phối mô tả xử lý không ngẫu nhiên • Phân phối Pareto (0< α < 2, t ≥ b) 17 MẪU LƯU THÔNG (11) • Phân phối đều • Phân phối chuẩn (phân phối gao-xơ – Gaussian Distribution) µ = trung bình, σ 2 = phương sai 18 MẪU LƯU THÔNG (12) • Phân phối hình học (rời rạc) t ∈ N, 1-p xác suất « sự đến của gói không xảy ra » • Phân phối đều (rời rạc) (t ∈ N) 19 MẪU LƯU THÔNG (13) • Phân phối Poisson (rời rạc), (t ∈ N) • Một số phân phối rời rạc khác: phân phối Bernouilli, phân phối nhị thức … 20 KiẾN TRÚC MẠNG HỮU TUYẾN (1) Kiến trúc mạng được cho bởi hình thái mạng (topology), kích thước và vị trí buffer … Kiến trúc mạng phải đáp ứng các đòi hỏi: số lượng và hình thức lưu thông mạng, số các thành viên liên lạc và khoảng cách giữa chúng • Các phân lớp cơ sở – Mạng trực tiếp và mạng gián tiếp • Mạng trực tiếp (mạng tĩnh) – Một số giới hạn các liên kết điểm-điểm – Thông điệp được truyền từ node nguồn đến node đích thông qua các nodes trung gian, không có switches để thay đổi liên kết – Đặc truong quan trọng nhất là bậc node (số liên kết giữa node với các nodes lân cận) 21 KiẾN TRÚC MẠNG HỮU TUYẾN (2) • Mạng gián tiếp (mạng động) – Gồm nhiều switches để thay đổi (động) các liên kết giữa các nodes – Không node trung gian nào được dùng trong truyền một thông điệp – Đặc trưng quan trọng nhất của mạng gián tiếp là số trạm (số switches và số nối kết) • Phương pháp một số cặp liên lạc trong một mạng không giao thoa được gọi là đa hợp. Hai kiểu đa hợp chính: đa hợp không gian và đa hợp thời gian – Đa hợp không gian: các cặp nodes khác nhau sử dụng các đường dây khác nhau, switches giữ vai trò cấp phát đường dây cho các cặp liên lạc – Đa hợp thời gian: cho phép mỗi cặp gửi-nhận sử dụng đường dây trong một khoảng thời gian theo kiểu round robin 22 KiẾN TRÚC MẠNG HỮU TUYẾN (3) – Bus • Node nguồn / node master khởi động liên lạc bằng sự cấp phát bus, truyền địa chỉ đích và thông điệp qua bus, các nodes lắng nghe bus, so sánh địa chỉ với địa chỉ của nó. Node với địa chỉ tương hợp (node slave) đọc thông điệp. • Chỉ cho phép một người gửi tại một thời điểm. Để khắc phục nhược điểm này, một số hệ thống sử dụng một số bus để tổ hợp đa hợp thời gian và đa hợp không gian (cac! Bus nối với một cấu trúc hoán chuyển) 23 KiẾN TRÚC MẠNG HỮU TUYẾN (4) – Lưới (mesh) Lưới hai chiều • Các nodes được bố trí tại các điểm giao của lưới • Ba kiểu lưới: một chiều, hai chiều và ba chiều • Thông điệp có thể phải chuyển qua một số nodes và một số nối kết trước khi đến đích. • Liên kết được đòi hỏi bởi nhiều nối kết cùng sử dụng liên kết gây ra nghẽn. 24 KiẾN TRÚC MẠNG HỮU TUYẾN (5) – Xuyến (torus) Xuyến hai chiều • Ưu điểm và trở ngại tương tự như lưới • Ưu điểm hơn so với lưới là khoảng cách trung bình giữa hai nodes liên lạc ngắn hơn 25 KiẾN TRÚC MẠNG HỮU TUYẾN (6) – Vành (ring) • Thường chuyền thông điệp theo một hướng xác định • Mỗi nodes kiểm tra địa chỉ đích, nhận và tái truyền • Thường được thực hiện: vành thẻ (token ring): token rỗng được truyền quanh mạng, node có nhu cầu truyền «gắn » thông điệp cần truyền vào token, thay đổi thuộc tính « rỗng » bởi « bị chiếm » và truyền đi. • Các vấn đề đối với token ring: Mất / nhân bội token (liên kết bị hư hại) • Vành liên kết hai hướng (dual ring) 26 KiẾN TRÚC MẠNG HỮU TUYẾN (7) – Sao (star) • Liên lạc giữa các nodes thong qua node trung tâm ⇒ bottleneck • Chỉ cần nhiều nhất hai bước nhảy từ người gửi tới người nhận 27 KiẾN TRÚC MẠNG HỮU TUYẾN (8) – Cây (tree) • Mỗi node không là lá được nối với k node con cháu (cây bậc k) • Nếu các đường dẫn từ gốc đến lá bằng nhau ⇒ cây cân bằng • Liên lạc cục bộ (giữa node với các nodes con cháu) chỉ cần một vài bước nhảy • Liên lạc giữa các nodes không cùng thuộc một nhánh phải thông qua tổ tiên chung • Cây « béo » (fat tree): các nodes được bố trí ở lá, các nodes trong là các switches 28 KiẾN TRÚC MẠNG HỮU TUYẾN (9) – Siêu lập phương (hypercube) Siêu lập phương 4 chiều • Vấn đề đối với siêu lập phương: nghẽn (như lưới nhưng tần suất xảy ra thấp hơn) • Cần nhiều nhất d bước nhảy để truyền một thông điệp giữa hai nodes (d = số chiều của siêu lập phương) 29 KiẾN TRÚC MẠNG HỮU TUYẾN (10) – Bắt chéo (CrossBar) • Gồm một ma trận các switches đảm bảo có một input mạng được nối kết với mỗi output mạng thông qua chỉ một swich • Switch được bố trí ở điểm bắt chéo, tương ứng với một cặp inputoutput xác định (output liên quan đến node nguồn, input liên quan dến node đích) • Hạn chế chủ yếu của mạng bắt chéo: crossbar với c input và c output cần c2 swiches ⇒ độ phức tạp tăng theo bình phương. • Với hoán chuyển gói, dùng các buffer để ngăn các gói bị thất lạc. Các buffer thường có cấu trúc FIFO. Các buffers có thể ở phía trước input/sau output/bên trong dàn switches /buffer chia sẻ 30 KiẾN TRÚC MẠNG HỮU TUYẾN (11) 31 KiẾN TRÚC MẠNG HỮU TUYẾN (12) – Mạng hợp nhất đa cấp (multistage interconnection network - MIN) • Khắc phục hạn chế của bắt chéo • MIN là mạng động dựa trên các phần tử hoán chuyển, phương pháp thường dùng nhất là bắt chéo. Các bắt chéo được phân hạng thành các tầng, được nối lại bởi các liên kết • Đặc trưng của MIN được xác dịnh bởi cấu trúc các liên kết và số các phần tử hoán chuyển (Switch Elements – SE) • MIN với tính chất Banyan: – Tồn tại duy nhất một đường dẫn từ một input đến một output – MIN kích thước NxN (N input, N output) gồm cxc phần tử hoán chuyển với n = log cN tầng – Đồng bộ các switches bằng đồng hồ trong, chu kỳ đồng hồ mạng bằng bội chu kỳ chu kỳ đồng hồ phần cứng đủ để gửi chuyển tiếp tất cả các phits cho một tầng. Các gói được gửi chuyển tiếp bởi store-and-forward switching/cut-through switching/wormhole switching – Các gói được gửi đến các buffers có thể được quản lý bời dropping các gói này / áp dung cơ chế áp áp luc ngược (backpressure): các gói được giữ ở tầng hiện hành đến tận khi buffer yêu cầu là sẵn có. – Mạng delta là một mạng banyan trong đó tất cả các gói có thể dùng thẻ địa chỉ vạch đường như nhau để đạt tới output mạng độc lập với input 32 KiẾN TRÚC MẠNG HỮU TUYẾN (13) Một số kiến trúc mạng bidelta Mạng delta ba tầng 33 KiẾN TRÚC MẠNG HỮU TUYẾN (14) • MIN giãn nở (dilated MIN) – Làm suy giảm nghẽn bằng lặp lại các đường nối kết nội tầng d lần – MIN với tính chất banyan với cxc phần tử hoán chuyển. MIN giãn nở cần cdxcd SE - Cho phép phát đi d gói từ một SE ở tầng k đến một SE bất kỳ ở tầng k+1 - nghẽn chỉ xảy ra khi nhiều hơn d gói được truyền / buffer đich không đủ không gian - Tại mỗi output mạng, một bộ đa hợp d:1 gom chọn các gói từ các outputs SE tương ứng ở tầng mạng sau cùng và gửi chuyển tiếp chúng tới output mạng - Chấp nhận đơn (SA): đúng một gói được chấp nhận bởi output mạng / chu kỳ đồng hồ - Chấp nhậ bội (MA): nhiều hơn một gói có thể được chấp nhận bởi output mạng / chu kỳ đồng hồ. Giới hạn trên R chỉ ra cho phép R gói được chấp nhận bởi oupt mạng / chu kỳ đồng hồ. R = 1 MA = SA Mạng hợp nhất đa tầng giãn nở (d=2) 34 KiẾN TRÚC MẠNG HỮU TUYẾN (15) • MIN lặp lại (Replicated MIN) – Lặp lại mạng với tính chất banyan L lần. Các mạng được sắp hạng thành L lớp. Các ports input tương ứng cũng như các ports output được nối – Các gói được nhận bởi các input mạng được phân tán cho các lớp. Sự phân tán được thực hiện bởi bộ giải hợp (demultiplexer) Mạng hợp nhất đa tầng lặp lại (L=2) Mạng hợp nhất đa tầng lặp lại (L=2) góc nhìn 3 chiều 35 KiẾN TRÚC MẠNG HỮU TUYẾN (16) • Mạng Beneš – Được xây dựng bằng cách mở rộng một mạng Baseline bởi mạng đảo ngược của nó. Tầng sau cùng của mạng Baseline và tầng đầu tiên của mạng đảo ngược của nó được trộn lại 36 KiẾN TRÚC MẠNG HỮU TUYẾN (17) • MIN lưỡng hướng (Bidirectional MIN) – Các phần tử hoán chuyển giữa các tầng được nối kết bởi các đường lưỡng hướng – Các phần tử hoán chuyển có thể truyền theo cả hai hướng tiến-lui Chuyển tiếp lui Mạng hợp nhất đa tầng lưỡng hướng Chuyển tiếp quay vòng Các hướng truyền của các phần tử hoán chuyển lưỡng hướng Chuyển tiếp tiến 37 KiẾN TRÚC MẠNG HỮU TUYẾN (18) • Mạng banyan bộ đôi trước sau (tandem banyan Network) – Bố trí các MIN có tính chất banyan thyanh2 dãy, output của MIN trước nối kết với input tương ứng của MIN tiếp sau – Một gói đến một SE, ở đó đã có gói đến trước duoc95 gửi đi trên cùng output. Gói không được đánh dấu và gửi ra một output « sai » (được gọi là vạch đường lệch (deflection routing) – Mạng tuần hoàn khép kín cũng dựa trên vạch đưởng lệch 38 KiẾN TRÚC MẠNG HỮU TUYẾN (19) • Mạng phân loại (Sorter Network) – Được xen vào trước một MIN với tính banyan – Các gói qua mạng phân loại được sắp xếp tương ứng với node đích 39 KiẾN TRÚC MẠNG VÔ TUYẾN (1) Các nodes mạng không được nối kết bởi dây, thông tin được trao đổi thông qua truyền sóng điện từ Kiến trúc mạng được đặc trưng bởi thuộc tính « cố dịnh hay di động » của các nodes Nodes cố định = không thay đổi vị trí, được nối với mạng bởi nối kết hữu tuyến/vô tuyến nodes di động = thay đổi vị trí ⇒ thay đổi kiến trúc mạng • Cơ sở trong truyền vô tuyến – Truyền không gian và nhiễu • Truyền sóng điện từ cần antenna: giao diện giữa thiết bị liên lạc và phương tiện truyền thông • Antenna đơn giản nhất là một điểm gửi tín hiệu đối xứng theo tất cả các hướng với sức mạnh tín hiệu bằng nhau (isotropic radiator) 40 KiẾN TRÚC MẠNG VÔ TUYẾN (2) • Antenna thường dùng hiện nay là lưỡng cực Herz (Herzian dipole): thanh kim loại mảnh, chiều dài nủa bước sóng truyền. Sức mạnh gửi chỉ đều trong mặt phẳng vuông góc với anntenna • Antenna định hướng (directional anntenna): truyền theo một hướng xác định: hỗ trợ thích nghi truyền trong môi trường phi đối xứng • Tổ hợp nhiều anntenna tạo ra các kiến trúc antenna có khả năng cải tiến hiệu năng (smart antenna) • Trong truyền đều theo tất cả các hướng trong một mặt phẳng. Mặt phẳng có thể được chia thành ba phần: phạm vi truyền, phạm vi phát hiện và phạm vi giao thoa – Phạm vi truyền: vùng bộ nhận liên lạc tốt với bộ gửi, tỷ suất nhiễu tín hiệu thấp. – Phạm vi phát hiện: bộ nhận ở xa bộ gửi, sức mạnh tín hiệu yếu, nhưng bộ nhận vẫn phân biệt được tín hiệu với nhiễu – Phạm vi giao thoa: bộ nhận nằm trong vùng giao thoa, không thể phân biệt tín hiêu và nhiễu, tuy nhiên vẫn đủ mạnh để giao thoa và làm nhiễu các tín hiệu khác – Các đối tượng trong phạm vi có thể gây rối loạn việc truyền tín hiệu 41 KiẾN TRÚC MẠNG VÔ TUYẾN (3) - - - - Đường nhìn: đoạn thẳng nối bộ gửi với bộ nhận. Bộ nhận nằm khuất sau vật cản trên dường nhìn, không nhận được tín hiệu/tín hiệu rất yếu. Nhiễu phản xạ: các vật thể lớn phản xạ tín hiệu sau khi hấp thụ một phần sức mạnh. Tín hiệu phản xạ có thể giao thoa với tín hiệu gốc Nhiễu khúc xạ: nếu phương tiện truyền thông thay đổi, khúc xạ xảy ra. Nhiễu tán xạ, nhiễu xạ: vật thể có kích thước gần độ dài sóng. Tán xạ có nghĩa là tín hiệu được chia thành nhiều tín hiệu yếu hơn. Nhiễu xạ: tín hiệu bị lệch òe » cạnh của vật thể Tín hiệu cũng bị ảnh hưởng bởi sự di chuyển của bộ gửi và nhận Các phạm vi của một bộ gửi 42 KiẾN TRÚC MẠNG VÔ TUYẾN (4) – Đa hợp và biến điệu (Multiplexing and Modulation) • Đa hợp đảm bảo nhiều nodes có thể sử dụng cùng phương tiện truyền thổng để liên lạc. Bốn kiểu đa hợp: không gian, thời gian, tần số và mã – Đa hợp chia không gian (SDM): một node trong phạm vi truyền của một bộ gửi nhận thông tin từ nó. Các kênh liên lạc của các cặp bộ gửibộ nhận được chia theo vùng không gian – Đa hợp chia tần số (FDM): chia dải tần sẵn có thành nhiều dải tần nhỏ không chồng chéo. Mỗi dải tần con tạo một kênh liên lạc. Giữa hai dải tần con kề nhau có một dải canh chừng để tránh giao thoa. – Đa hợp chia thời gian (TDM): mỗi cặp liên lạc được phép truyền trên dải tần sẵn có trong một khoảng thời gian nhất định. Giữa hai khoảng thời gian truyền liên tiếp cần một khoảng lặng để tránh giao thoa. Trở ngại lớn nhất của TDM là các nodes phải đồng bộ về thời gian – Đa hợp chia mã (CDM): các kênh liên lạc được tách biệt bởi mã. Mỗi kênh được mã hóa bởi một mã riêng. Bộ nhận chỉ biết mã kênh của nó. 43 KiẾN TRÚC MẠNG VÔ TUYẾN (5) • Biến điệu: biến đổi thông tin sang dạng sóng điện từ. Để truyền dữ liệu số, phải thực hiện hai bước: biến điệu số chuyển dữ liệu số sang tín hiệu tương tự dải tần cơ sở (baseband), sau đó biến điệu tương tự dịch chuyển tín hiệu sang dải tần dự kiến. – Khóa dịch chuyển biên độ (ASK): sơ đồ biến điệu trong đó 0 và 1 được biểu diễn bời tín hiệu sin với biên độ khác nhau – Khóa dịch chuyển tần số nhị phân (BFSK): sơ đồ biến điệu trong đó 0 và 1 được biểu diễn bởi các tín hiệu tần số khác nhau – Khóa dịch chuyển pha nhị phân (BPSK): tín hiệu được dịch phase π mỗi khi chuyển sang giá trị khác – Khóa dịch chuyển pha cầu phương (QPSK): biểu diễn hai bit bởi một phase riêng (sử dụng bốn phases) – Khóa dịch chuyển pha cầu phương vi sai (DQPSK): dịch chuyển phase 2 bits đối so với phase của tín hiệu trước – Tổ hợp PSK và ASK cho ra biến điệu biên độ (QSM) 44 KiẾN TRÚC MẠNG VÔ TUYẾN (6) – Biến điệu multi-carrier (MCM): dòng bits được chia thành nhiều dòng bits tốc độ thấp hơn. Mỗi một dòng bits tốc độ thấp hơn được biến điệu theo một sơ đồ và được truyền thông qua một tần số tách biệt. OFDM chọn các tần số của MCM sao cho chúng trực giao: biên độ của mỗi tín hiệu đạt cực đại tại tần số ở đó tất cả các biên độ khác là 0. Thêm vào mã phát hiện/sửa lỗi được COFDM – Sau biến điệu số, biến điệu tương tự dịch chuyển tín hiệu sang dải tần mong muốn. Ba sơ đồ biến điệu tương tự: biên độ, tần số và pha (thay đổi biên độ/ tần số/phase tín hiệu mang sin) – Bộ nhận hoàn điệu (Demodulation) tín hiệu nhận được – Băng thông cho tín hiệu radio được nới rộng trước khi truyền. Kỹ thuật này được gọi là phổ trải (spread spectrum): DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum), FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) . 45 KiẾN TRÚC MẠNG VÔ TUYẾN (7) • Mạng tế bào (Cellular Networks) – Phân lớp kiến trúc các mạng vô tuyến theo • Kiến trúc trong đó các nodes di động chỉ liên lạc trực tiếp với các phần tử mạng tĩnh (mạng tế bào) • Kiến trúc chỉ gồm các phần tử mạng di động – Mạng tế bào: • Các phần tử tĩnh được gọi là các trạm cơ sở. Mỗi một phủ một vùng được gọi là ô (tế bào) • Mỗi node di động trong một ô liên lạc trực tiếp với trạm cơ sở của ô. Nếu nó muốn liên lạc với một node khác trong ô, phải thông qua trạm cơ sở • Các trạm cơ sở phải được bố trí sao cho mỗi trạm phải nằm phạm vi có thể đạt tới bởi ít nhất một trạm cơ sở khác • Mạng tế bào sử dụng SDM 46 KiẾN TRÚC MẠNG VÔ TUYẾN (8) • Kích thước các ô thường nhỏ ⇒ hỗ trợ cho: sức mạnh tín hiệu thấp, giảm ảnh hưởng của giao thoa, tuy nhiên tăng chi phí « lắp đặt » • Handoff: node di động thay đổi trạm cơ sở (sức mạnh tín hiệu rơi xuống thấp hơn một ngưỡng) • Vấn đề chồng chéo của hai trạm cơ sở kề cận: tránh giao thoa bằng sử dụng đa hợp tần số/mã Phân phối không gian của các trạm cơ sở sự chồng chéo của hai trạm cơ sở 47 KiẾN TRÚC MẠNG VÔ TUYẾN (9) • Mạng Ad-hoc – – Gồm một số nodes di động. Một node hoạt động như nguồn thông điệp, như node đích và như node trung gian Vấn đề vạch đường: mỗi node gừi theo định kỳ một tín hiệu. Node kề nhận được tín hiệu này và cập nhật bảng vạch đường cục bộ của nó (bảng bao gồm tất cả các nodes kề). Node nguồn gửi thông điệp cho các nodes kề có trong bảng của nó. Tiếp dến các nodes lân cận gửi chuyển tiếp thông điệp cho các lân cận của nó… (vấn đề vòng lặp: liên kết phi đối xứng) 48 49 [...]... Bernouilli, phân phối nhị thức … 20 KiẾN TRÚC MẠNG HỮU TUYẾN (1) Kiến trúc mạng được cho bởi hình thái mạng (topology), kích thước và vị trí buffer … Kiến trúc mạng phải đáp ứng các đòi hỏi: số lượng và hình thức lưu thông mạng, số các thành viên liên lạc và khoảng cách giữa chúng • Các phân lớp cơ sở – Mạng trực tiếp và mạng gián tiếp • Mạng trực tiếp (mạng tĩnh) – Một số giới hạn các liên kết điểm-điểm... giữa node với các nodes lân cận) 21 KiẾN TRÚC MẠNG HỮU TUYẾN (2) • Mạng gián tiếp (mạng động) – Gồm nhiều switches để thay đổi (động) các liên kết giữa các nodes – Không node trung gian nào được dùng trong truyền một thông điệp – Đặc trưng quan trọng nhất của mạng gián tiếp là số trạm (số switches và số nối kết) • Phương pháp một số cặp liên lạc trong một mạng không giao thoa được gọi là đa hợp Hai kiểu... (backpressure): các gói được giữ ở tầng hiện hành đến tận khi buffer yêu cầu là sẵn có – Mạng delta là một mạng banyan trong đó tất cả các gói có thể dùng thẻ địa chỉ vạch đường như nhau để đạt tới output mạng độc lập với input 32 KiẾN TRÚC MẠNG HỮU TUYẾN (13) Một số kiến trúc mạng bidelta Mạng delta ba tầng 33 KiẾN TRÚC MẠNG HỮU TUYẾN (14) • MIN giãn nở (dilated MIN) – Làm suy giảm nghẽn bằng lặp lại các... SA Mạng hợp nhất đa tầng giãn nở (d=2) 34 KiẾN TRÚC MẠNG HỮU TUYẾN (15) • MIN lặp lại (Replicated MIN) – Lặp lại mạng với tính chất banyan L lần Các mạng được sắp hạng thành L lớp Các ports input tương ứng cũng như các ports output được nối – Các gói được nhận bởi các input mạng được phân tán cho các lớp Sự phân tán được thực hiện bởi bộ giải hợp (demultiplexer) Mạng hợp nhất đa tầng lặp lại (L=2) Mạng. .. Tại mỗi output mạng, một bộ đa hợp d:1 gom chọn các gói từ các outputs SE tương ứng ở tầng mạng sau cùng và gửi chuyển tiếp chúng tới output mạng - Chấp nhận đơn (SA): đúng một gói được chấp nhận bởi output mạng / chu kỳ đồng hồ - Chấp nhậ bội (MA): nhiều hơn một gói có thể được chấp nhận bởi output mạng / chu kỳ đồng hồ Giới hạn trên R chỉ ra cho phép R gói được chấp nhận bởi oupt mạng / chu kỳ đồng... (demultiplexer) Mạng hợp nhất đa tầng lặp lại (L=2) Mạng hợp nhất đa tầng lặp lại (L=2) góc nhìn 3 chiều 35 KiẾN TRÚC MẠNG HỮU TUYẾN (16) • Mạng Beneš – Được xây dựng bằng cách mở rộng một mạng Baseline bởi mạng đảo ngược của nó Tầng sau cùng của mạng Baseline và tầng đầu tiên của mạng đảo ngược của nó được trộn lại 36 ... • Hạn chế chủ yếu của mạng bắt chéo: crossbar với c input và c output cần c2 swiches ⇒ độ phức tạp tăng theo bình phương • Với hoán chuyển gói, dùng các buffer để ngăn các gói bị thất lạc Các buffer thường có cấu trúc FIFO Các buffers có thể ở phía trước input/sau output/bên trong dàn switches /buffer chia sẻ 30 KiẾN TRÚC MẠNG HỮU TUYẾN (11) 31 KiẾN TRÚC MẠNG HỮU TUYẾN (12) – Mạng hợp nhất đa cấp (multistage... TRÚC MẠNG HỮU TUYẾN (9) – Siêu lập phương (hypercube) Siêu lập phương 4 chiều • Vấn đề đối với siêu lập phương: nghẽn (như lưới nhưng tần suất xảy ra thấp hơn) • Cần nhiều nhất d bước nhảy để truyền một thông điệp giữa hai nodes (d = số chiều của siêu lập phương) 29 KiẾN TRÚC MẠNG HỮU TUYẾN (10) – Bắt chéo (CrossBar) • Gồm một ma trận các switches đảm bảo có một input mạng được nối kết với mỗi output mạng. .. multifractal: – Lưu thông self-similar: mẫu lưu thông bất biến đối với tỷ lệ/kích thước 12 MẪU LƯU THÔNG (6) – Tín hiệu rời rạc x(t) được gọi là self-similar với tham số β (0 < β < 1) nếu với mọi m nguyên dương Trong đó Var ký hiệu variance, ρ tự tương quan và Mô tả trung bình qua m giá trị của tín hiệu gốc Tham số β chỉ ra tính self-similarity và liên quan đến tham số Hurst H ≤ 0.5 (β ≥ 1) biểu diễn không... một cấu trúc hoán chuyển) 23 KiẾN TRÚC MẠNG HỮU TUYẾN (4) – Lưới (mesh) Lưới hai chiều • Các nodes được bố trí tại các điểm giao của lưới • Ba kiểu lưới: một chiều, hai chiều và ba chiều • Thông điệp có thể phải chuyển qua một số nodes và một số nối kết trước khi đến đích • Liên kết được đòi hỏi bởi nhiều nối kết cùng sử dụng liên kết gây ra nghẽn 24 KiẾN TRÚC MẠNG HỮU TUYẾN (5) – Xuyến (torus) Xuyến