KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH BURST QUANG và ỨNG DỤNG TRONG MẠNG THẾ hệ mới

BỘ CÔNG THƯƠNG TỔNG CÔNG TY CP ĐIỆN TỬ VÀ TIN HỌC VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ VIETTRONICS KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI: KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH BURST QUANG VÀ ỨNG DỤNG TRONG MẠNG THẾ HỆ MỚI Người hướng dẫn : Ths Vũ Thị Ngọc Quý Đơn vị : Khoa Điện – Điện tử Sinh viên thực : Hồ Trọng Thuần Lớp: : 3ĐT12A Ngành: : CNKT Điện tử, Truyền thông Ký duyệt giáo viên hướng dẫn: Hải Phòng, tháng năm 2016 LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực tập hoàn thành báo cáo thiếu hướng dẫn dạy cô giáo Vũ Ngọc Quý trực tiếp hướng dẫn để chúng em hoàn thành tốt báo cáo nhà trường khoa đưa Em xin trân trọng gửi lời cảm ơn tới: Nhà trường khoa Điện – Điện tử tạo điều kiện cho chúng em có hội bồi dưỡng, nâng cao kiến thức cho chuyên ngành Mặc dù có cố gắng xong với kinh nghiệm kiến thức hạn chế không tránh khỏi thiếu xót, em mong nhận lời khuyên, nhận xét thầy cô giáo để em có thêm kinh nghiệm phát triển tốt sau thời gian làm luận án tốt nghiệp Kính chúc toàn thể thầy cô mạnh khỏe, hạnh phúc! Hải Phòng, tháng năm 2016 Sinh viên Hồ Trọng Thuần MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN Hải Phòng, tháng năm 2016 LỜI CẢM ƠN .2 DANH MỤC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT .5 DANH MỤC HÌNH VẼ .6 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Mục đích nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu .8 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Những đóng góp thực tiễn Kết cấu đề tài CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ CHUYỂN MẠCH BURST QUANG 10 1.1 Chuyển mạch kênh quang 10 1.2 Chuyển mạch gói quang .10 1.3 Chuyển mạch burst quang 12 1.4 So sánh công nghệ chuyển mạch quang 12 2.1 Kiến trúc mạng OBS 14 2.1.1 Cấu tạo nút biên 15 2.1.2 Cấu tạo nút lõi 16 2.2 Tổ hợp burst 18 2.2.1 Tổ hợp burst dựa định thời .18 2.2.2 Tổ hợp burst dựa mức ngưỡng 18 2.3 Các chế báo hiệu 20 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 xếp kênh .27 2.4.1 Kênh rỗi phù hợp (FFUC) .28 2.4.2 Kênh rỗi với LAUT gần (LAUC) 29 2.4.3 Kênh rỗi phù hợp – thực lấp khoảng trống (FFUC-VF) 29 2.4.4 Kênh rỗi với LAUT gần - thực lấp khoảng trống (LAUC-VF) 30 2.4.5 Khoảng trống kết thúc tối thiểu (Min-EV) 30 2.5 Phân giải tranh chấp 31 2.5.1 Bộ đệm quang .31 2.5.2 Chuyển đổi bước sóng 32 2.5.3 Định tuyến chuyển hướng .33 2.5.3.1 Giới thiệu .33 2.5.3.2 Phương pháp định tuyến chuyển hướng 34 2.5.4 Phân đoạn burst .35 CHƯƠNG ỨNG DỤNG OBS TRONG MẠNG THẾ HỆ SAU 39 3.1 Giới thiệu mạng hệ sau 39 3.2 Mạng truyền tải quang hệ sau 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 DANH MỤC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT Viết tắt ACK BA ATM BHP FDL FFUC FFUC-VF Tiếng Anh Acknowledgement packet Burst Assembler Asynchronous Transfer Mode Burst Header Packet Fiber Delay Line First Fit Unscheduled Channel First Fit Unscheduled ChannelVoid Filling FIFO First In First Out IP Internet Protocol JET Just – Enough – Time JIT Just – In – Time LAUC Latest Available Unscheduled Channel LAUC- VF Latest Available Unscheduled Channel – Void Filling MEMS Microelectromechanical System Min – EV Minimum End Void NAK Negative Acknowledgment OBS Optical Burst Switching OCS Optical Circuit Switching OPS Optical Packet Switching OXC Optical Cross Connect REL Release packet RM Routing Module RWA Routing and Wavelength Assignment S Scheduler SCU Switching Control Unit SONET Synchronous Optical Network TAG Tell – And – Go TAW Tell – And – Wait WDM Wavelength Division Multiplexing Tiếng Việt Gói tin báo nhận Bộ tổ hợp burst Chế độ truyền tải không đồng Gói tiêu đề burst Đường dây trễ quang Kênh rỗi phù hợp Kênh rỗi phù hợp đầu tiên-thực lấp khoảng trống Bộ đệm vào trước trước Giao thức Internet (Tên giao thức) (Tên giao thức) Kênh rỗi với LAUT gần Kênh rỗi với LAUT gần nhất-thực lấp khoảng trống Hệ thống vi điện Khoảng trống kết thúc tối thiểu Bản tin báo nhận phủ định 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 gán bước sóng Bộ lập lịch Đơn vị điều khiển chuyển mạch Mạng quang đồng (Tên giao thức) (Tên giao thức) Ghép kênh phân chia bước sóng DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Mạng định tuyến bước sóng .10 Hình 1.2 Mạng chuyển mạch gói quang OPS 10 Hình 1.3 Nút chuyển mạch mạng chuyển mạch gói quang 11 Hình 1.4 Sử dụng thời gian offset OBS 12 Hình 2.1 Kiến trúc mạng OBS 14 Hình 2.2 Sơ đồ khối chức mạng OBS .15 Hình 2.3 Cấu tạo nút biên 16 Hình 2.4 Cấu tạo nút lõi 17 Hình 2.5 Tổ hợp burst dựa định thời 18 Hình 2.6 Tổ hợp burst dựa mức ngưỡng 19 Hình 2.7 Cơ chế báo hiệu Just – Enough – Time 21 Hình 2.8 Lợi ích DR 23 Hình 2.9 Cơ chế báo hiệu Just – In – Time .24 Hình 2.10 So sánh chế báo hiệu JET (trên) 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 LAUC 29 Hình 2.14 Thuật toán FFUC-VF LAUC-VF 30 Hình 2.15 Mô tả giải xung đột đệm 31 Hình 2.16 Dây trễ FDL với khuếch đại chuyển mạch tạo thành vòng lặp trễ .32 Hình 2.17 Giải tranh chấp chuyển đổi bước sóng 33 Hình 2.18 Cấu trúc mạng OBS với kỹ thuật làm lệch hướng 34 Hình 2.19 Phương pháp định tuyến chuyển hướng 35 Hình 2.20 Mô tả giải xung đột phân đoạn burst 36 Hình 2.21 Cấu trúc burst đóng kiểu phân đoạn 37 Hình 2.22 Xung đột làm chồng lấn đoạn lên 38 Hình 3.1 Mô hình mô tả cấu trúc kết nối NGN 40 Hình 3.2 Cấu trúc phân lớp NGN .40 Hình 3.3 Cấu trúc khối chức NGN theo khuyến nghị MSF .42 Hình 3.4 Cấu trúc mạng IP Over WDM sử dụng OBS 44 Hình 3.5 sơ đồ chức kết nỗi chéo quang hỗ trợ OBS 45 Hình 3.6 Sơ đồ khối chức lớp liên kết lớp IP lớp quang 46 Hình 3.7 Cấu trúc chuyển mạch OBS có đường dây trễ phía sau 48 Hình 3.8 Cấu trúc chuyển mạch OBS có đường dây trễ phía trước .49 Hình 3.1 Mô hình mô tả cấu trúc kết nối NGN ……………………………… 39 Hình 3.2 Cấu trúc phân lớp NGN …………………………… …………… 40 Hình 3.3 Cấu trúc khối chức NGN theo khuyến nghị MSF… 40 Hình 3.4 Cấu trúc mạng IP Over WDM sử dụng OBS ………………………… .42 Hình 3.5 Sơ đồ chức kết nỗi chéo quang hỗ trợ OBS……………………… .43 Hình 3.6 Sơ đồ khối chức lớp liên kết lớp IP lớp quang ………… 44 Hình 3.7 Cấu trúc chuyển mạch OBS có đường dây trễ phía sau ………… …… 46 Hình 3.8 Cấu trúc chuyển mạch OBS có đường dây trễ phía trước ………… … 47 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Những năm gần diễn bùng nổ lưu lượng thông tin toàn cầu Yêu cầu băng thông dịch vụ viễn thông ngày gia tăng Một xu hướng phát triển mạng viễn thông quang hóa từ mạng lõi tận mạng truy nhập khách hàng Công nghệ ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM triển khai hệ thống thông tin quang cho phép tốc độ truyền dẫn cực lớn khả hỗ trợ lưu lượng khác IP, Ethernet, SONET/SDH Một vấn đề đặt cho mạng quang WDM lựa chọn công nghệ chuyển mạch thích hợp để sử dụng cách tối ưu băng thông sợi quang giảm thiểu trễ xử lý thiết bị chuyển mạch Xuất phát từ thực tế em chọn hướng nghiên cứu chuyển mạch burst quang ứng dụng mạng hệ Mục đích nghiên cứu Mục đích đề tài nghiên cứu lý thuyết ứng dụng công nghệ Nhiệm vụ nghiên cứu Nghiên cứu tìm hiểu đặc tính kỹ thuật chuyển mạch burst quang, nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật mạng viễn thông hệ Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: công nghệ kỹ thuật chuyển mạch quang, chuyển mạch burst quang Phạm vi nghiên cứu: Công nghệ OBS giai đoạn nghiên cứu thử nghiệm thông tin công nghệ chưa nhiều Nội dung đồ án thực sở thu thập, nghiên cứu báo công bố tạp chí khoa học như: IEEE, Computer, network, Jounra, of Lighweve Technology tài liệu thu thập từ Internet Xuất phát tữ đặc điểm nên phạm vi đề tài dừng lại mức nghiên cứu lý thuyết nhằm đưa tranh tổng thể lĩnh vực công nghệ chuyển mạch Những vấn đề nghiên cứu sâu vấn đề đồng bộ, QoS,… mạng chưa đề cấp thời gian trình độ hiểu biết nhiều hạn chế Nếu có điều kiện em xin tìm hiểu nghiên cứu sâu Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu: nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật mạng viễn thông hệ Những đóng góp thực tiễn Ba công nghệ chuyển mạch quang nghiên cứu để sử dụng mạng WDM là: chuyển mạch kênh quang, chuyển mạch gói quang chuyển mạch burst quang Trong ba công nghệ này, chuyển mạch burst quang đời nhằm đáp ứng bùng nổ liệu, giải nhược điểm chuyển mạch kênh quang bước trung gian trước tiến tới chuyển mạch gói quang công nghệ chưa cho phép có mạng truyền tải toàn quang Kết cấu đề tài Đề tài gồm ba chương: Chương 1: Giới thiệu chuyển mạch burst quang Chương 2: Các khía cạnh chuyển mạch burst quang Chương 3: Chuyển mạch quang ứng dụng mạng hệ sau Do giới hạn mặt thời gian kiến thức nên khoá luận không tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận đóng góp từ thầy cô bạn để khoá luận em hoàn thiện CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ CHUYỂN MẠCH BURST QUANG 1.1 Chuyển mạch kênh quang Mạng WDM định tuyến bước sóng bao gồm thiết bị nối chéo quang OXC (Optical Cross Connect) kết nối với liên kết WDM tôpô mạng hình lưới tùy ý Phương pháp chuyển mạch mạng định tuyến bước sóng chuyển mạch kênh quang Chuyển mạch kênh quang chuyển mạch hướng kết nối (connection oriented) Kết nối từ nút nguồn gửi thông tin đến nút đích nhận thông tin phải thiết lập trước thông tin truyền Trong mạng định tuyến bước sóng kết nối từ nguồn tới đích gọi đường quang (lightpath) Đường quang tương ứng với tuyến bước sóng gán cho tuyến Sự thiết lập đường quang bao gồm số bước thực Những bước bao gồm tìm tài nguyên tôpô mạng, định tuyến, gán bước sóng, báo hiệu dự trữ tài nguyên Hình 1.1 Mạng định tuyến bước sóng 1.2 Chuyển mạch gói quang Hình 1.2 Mạng chuyển mạch gói quang OPS Mạng chuyển mạch gói quang OPS bao gồm OXC nối với liên kết WDM cấu hình mesh tùy ý Mạng chuyển mạch gói quang 10 CHƯƠNG ỨNG DỤNG OBS TRONG MẠNG THẾ HỆ SAU 3.1 Giới thiệu mạng hệ sau Trong năm gần đây, lưu lượng thông tin cần truyền dẫn tăng vượt bậc, dịch vụ cung cấp tới người sử dụng ngày đa dạng hơn, không trước có thoại truyền thống, mà có thêm dịch vụ yêu cầu băng thông rộng truyền video thời gian thực, liệu, truy nhập Internet tốc độ cao, v v Đang cung cấp sở hạ tầng mạng khác điều gây bất tiện cho việc cung cấp dịch vụ Vì vậy, phải thực trì nhiều hạ tầng mạng khác không tối ưu mạng truy nhập, việc truy cập dịch vụ phải thực nhiều kết nối khác người sử dụng nhà cung cấp dịch vụ Chính bất tiện thúc đẩy cần phải nhanh chóng hợp mạng có tạo thành mạng gọi mạng hệ sau (NGN) Tuy nhiên, điều dẫn tới đời hàng loạt công nghệ không thuộc lĩnh vực nghiên cứu đồ án nên phạm vi đồ án không sâu phân tích công nghệ sử dụng mạng hệ sau NGN mô tả mạng thực dễ dàng vấn đề sau: 1- Truy nhập độc lập tới nội dung ứng dụng - Độ khả dụng cao, mạng lõi mạng truy nhập có băng thông lớn, hỗ trợ đa dịch vụ - Là mặt cho phép phát triển triển khai nhanh chóng ứng dụng tích hợp vào người dùng đầu cuối - Môi trường mạng môi trường mở dễ dàng phát triển mở rộng dịch vụ cung cấp mạng Chính điều thúc đẩy mạng viễn thông chuyển dần sang mạng hệ sau Mạng hệ sau (Next Generation Network-NGN), hiểu cách tổng quát mạng hợp mạng có, cho phép truyền dẫn tất loại lưu lượng tương lai hạ tầng mạng lưu lượng thoại, liệu, video, Mạng hệ sau cấu trúc gồm hai phần, phần mạng quản lý điều khiển tương thích mạng truyền tải tốc độ cao - Mạng quản lý điều khiển tương thích, có nhiệm vụ quản lý điều khiển hoạt động mạng truyền tải, thực thiết lập kết nối điều khiển giao diện kết nối phù hợp với môi trường mạng khác Thực điều khiển node chuyển mạch để thiết lập gọi NGN - Mạng truyền tải tốc độ cao, cấu trúc thành ring từ mạng cáp quang sử dụng công nghệ ATM, WDM, SDH, hay SONET với thiết bị tổng 39 đài dung lượng lớn Có khả truyền tải loại lưu lượng khác đảm bảo chất lượng dịch vụ phù hợp cho tất loại lưu lượng Hình 3.1 Mô hình mô tả cấu trúc kết nối NGN Vì vậy, NGN môi trường hợp sử dụng để cung cấp dịch vụ viễn thông sở hạ tầng mạng Cấu trúc phân lớp NGN NGN phân chia thành phân lớp với chức hình 3.2 Hình 3.2 Cấu trúc phân lớp NGN Ngoài ra, có lớp quản lý xuyên suốt từ lớp đến lớp mô hình phân lớp NGN Thực quản lý hoạt động điều khiển giao diện kết nối NGN với mạng truy nhập phân lớp với Lớp ứng dụng dịch vụ mạng 40 - Lớp đảm bảo nhiệm vụ cung cấp ứng dụng dịch vụ dịch vụ mạng thông minh (IN), trả tiền trước, dịch vụ giá trị gia tăng Internet v v…cho người sử dụng mạng truy nhập - Hệ thống ứng dụng dịch vụ mạng liên kết với lớp điều khiển thông qua giao diện lập trình mở API (Application Program Interface) Chính nhờ liên kết qua giao diện lập trình mở tạo điều kiện thuận lợi để phát triển dịch vụ cách nhanh chóng dễ dàng, đồng thời cho phép nâng cao chất lượng cải tiến dịch vụ cấu hình mạng cách nhanh chóng dễ dàng, cần cài đặt lại phần mềm mà không cần thay đổi cấu hình phần cứng Lớp điều khiển - Lớp điều khiển có chức điều khiển kết nối người sử dụng mạng truy nhập với lớp ứng dụng dịch vụ, nhằm đưa dịch vụ cung cấp tới người sử dụng Các chức quản lý, chăm sóc khách hàng, tính cước, … Cũng tích hợp lớp điều khiển - Lớp điều khiển, bao gồm hệ thống điều khiển kết nối gọi thuê bao thông qua điều khiển thiết bị chuyển mạch (ATM + IP) lớp truyền tải thiết bị truy nhập lớp truy nhập Lớp truyền tải (lớp media) - Mạng đường trục có chức truyền tải loại thông tin dạng gói IP điều khiển giao thức điều khiển hay hệ thống điều khiển lớp điều khiển - Lớp truyền tải bao gồm node chuyển mạch, định tuyến, thiết bị truyền dẫn có dung lượng lớn - Lớp kết nối với lớp truy nhập thông qua cổng phương tiện (Media Gateway) Và kết nối với lớp điều khiển thông qua điều khiển cổng phương tiện MGC (Media Gateway Controler) Lớp truy nhập - Lớp thực thu thập loại hình thông tin từ đầu cuối người sử dụng mạng truy nhập, thực đóng gói thông tin thu thập thành gói IP để truyền qua mạng truyền tải đường trục - Lớp bao gồm thiết bị truy nhập, để cung cấp giao diện kết nối thiết bị đầu cuối thuê bao mạng truy nhập với mạng truyền tải gói tốc độ cao lớp truyền tải, thông qua hệ thống mạng ngoại vi như: Cáp đồng, cáp quang môi trường vô tuyến Các thiết bị truy nhập cung cấp loại giao diện cổng truy nhập như: POTS, VOIP, IP, FR, X.25, ATM, xDSL, di động v.v 41 - Lớp truy nhập kết nối với lớp truyền tải thông qua cổng phương tiện (Media gateway) Cấu trúc khối chức NGN Hình 3.3 Cấu trúc khối chức NGN theo khuyến nghị MSF Media Gateway (MG) - Là thiết bị phối hợp nằm mạng lõi chuyển mạch gói NGN mạng chuyển mạch kênh truyền thống Tác dụng chuyển đổi thông tin từ dạng tin mạng chuyển mạch kênh tin sang dạng tin mạng chuyển mạch gói gói thông tin người dùng ngược lại - Nó cung cấp dịch vụ VoIP, VoATM, Dial-In (RAS, LAC), kênh ảo (Virtual Trunking), dịch vụ gói gia tăng khác cho người sử dụng mạng PSTN - Hỗ trợ QoS với thời gian trễ nhỏ cho ứng dụng yêu cầu thời gian thực thoại, video thời gian thực MGC (Media Gateway Controller) - Là thiết bị trung tâm thực toàn chức giám sát, điều khiển gọi NGN - Giao diện mở cho phép nâng cấp mở rộng dễ dàng - Hỗ trợ giao thức chuẩn MGCP, MEGACO, SIP, H323, v.v Signaling Gateway (SG) - Cung cấp SS7 TDM, ATM, IP nhằm phối hợp báo hiệu mạng TDM truyền thống NGN - Cung cấp đặc tính SMS, WAP 42 - Hỗ trợ liên kết báo hiệu tốc độ cao, nhiều mạng báo hiệu số đồng thời, giám sát quản lý báo hiệu nhằm tối ưu hoá tài nguyên mạng Hệ thống thiết bị truyền tải (Mạng lõi mạng chuyển mạch gói) - Node chuyển mạch IP-ATM tốc độ cao (ATM Switch, IP Switch ) - Thiết bị định tuyến lõi, biên (Router, LSR ) - Thiết bị truyền dẫn quang dung lượng lớn (SDH, DWDM, SONET) Hệ thống thiết bị truy nhập - Hỗ trợ toàn giao diện truy nhập phía xa VoDSL, ADSL/SDSL, ISDNBA, v.v tách riêng ứng dụng thoại truyền liệu đưa vào mạng xương sống riêng biệt (mạng TDM mạng lõi NGN) - Cung cấp loại giao diện cổng truy nhập khác như: POTS, VOIP, IP, FR, X.25, ATM, xDSL, di động v.v 3.2 Mạng truyền tải quang hệ sau Như ta trình bày phần mạng truyền tải quang hệ sau cấu trúc thành vòng ring sử dụng kỹ thuật truyền dẫn tốc độ cao SONET/SDH hay WDM, Cùng với node chuyển mạch tốc độ cao dung lượng lớn Cho phép truyền tải gói tin tốc độ cao không phụ thuộc vào loại thông tin chứa gói Công nghệ WDM công nghệ điển hình cho phép truyền thông tin mạng cáp quang với tốc độ cao Mặt khác năm gần "bùng nổ" lưu lượng Internet, với su hướng IP hoá mạng lõi mạng viễn thông Vì lý mà mạng IP dần trở thành mạng lõi thực truyền tải thông tin dạng gói Mạng IP sử dụng kỹ thuật WDM cung cấp băng thông cực lớn lớp vật lý, cần phải trọng phát triển giao thức lớp cao để hỗ trợ sử dụng cách hiệu băng thông cực lớn lớp quang Hiện WDM ứng dụng chủ yếu mạng lõi đường trục nhà cung cấp dịch vụ viễn thông, làm giao diện chuẩn cho lớp cao Công nghệ chuyển mạch sử dụng WDM Trong mạng WDM sử dụng công nghệ chuyển mạch điện tử IP, ATM hay Frame relay cần phải có cấu trúc chuyển đổi O/E/O node chuyển mạch, điều làm ưu điểm khả định tuyến bước sóng độ rộng băng thông mà công nghệ WDM cung cấp, đồng thời làm giảm hiệu việc sử dụng truyền dẫn quang mà mạng cung cấp, hạn chế tốc độ xử lý chuyển mạch điện tử Chính cần phải nghiên cứu phát triển công nghệ chuyển mạch để loại bỏ hoàn toàn việc xử lý điện tử node 43 chuyển mạch Và OBS công nghệ chuyển mạch phù hợp với yêu cầu Sau đưa cấu trúc mạng IP dựa công nghệ WDM có sử dụng OBS (IP Over WDM) Hình 3.4 Cấu trúc mạng IP Over WDM sử dụng OBS OBS cho phép chuyển mạch burst thông tin qua trường chuyển mạch burst cách hoàn toàn suốt, không phụ thuộc vào nội dung thông tin mang burst Vì vậy, đặc biệt phù hợp để thực cung cấp nhiều loại dịch vụ khác sở hạ tầng mạng Với OBS, cho phép thực truyền dẫn quang hoàn toàn từ node nguồn tới node đích nhờ việc cấp phát tài nguyên miền điện thông qua gói điều khiển truyền trước burst Ngoài ra, OBS loại bỏ hoàn toàn việc xử lý điện node trung gian thông tin truyền suốt từ node nguồn tới node đích OBS công nghệ có khả cung cấp chế triển khai IP WDM Coi mạng IP vận hành mạng đường trục OBS chế truyền dẫn, gói IP node biên đệm tập hợp lại tạo nên burst để truyền qua kết nối chéo quang thiết lập nhờ gói điều khiển gửi trước Đặc biệt OBS có khả cung cấp kiểu chuyển mạch theo kiểu chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS Thông tin nhãn lưu gói điều khiển burst tương ứng 44 3.3 Chuyển mạch nhãn đa giao thức có sử dụng OBS Mỗi kết nối chéo mạng OBS có thông tin trao đổi nhãn tuyến tính toán trước sở thông tin nhãn (LIB) LIB thiết lập cách sử dụng kỹ thuật chuẩn giao thức định tuyến với mở rộng kỹ thuật lưu lượng để phân phối thông tin miền quang (băng tần khả dụng bước sóng, số bước sóng cáp quang) để phân phối nhãn Bất router vào có burst liệu cần phát tham chiếu LIB để xác định nhãn phù hợp Nhãn có gói điều khiển đến trước burst liệu Khi gói điều khiển tới nút trung gian hành động sau thực hiện: - Nhãn gói điều khiển sử dụng để thông tin chuyển tiếp burst LIB giao diện độ ưu tiên thông tin QoS - Kết nối chéo quang thiết lập để chuyển mạch burst tương ứng với gói điều khiển phạm vi toàn quang Để làm điều này, thông tin gói điều khiển chiều dài thời gian trễ (offset) burst sử dụng để bổ sung vào thông tin chuyển tiếp lấy từ LIB Đặc biệt, thời gian trễ sử dụng để xác định việc chuyển đổi từ bước sóng vào sợi cáp quang tới bước sóng sợi cáp quang khác Để chuyển tiếp burst liên tiếp kết nối (LSP) bước sóng khác sợi cáp quang, nhãn xác định việc chuyển đổi cáp quang vào sang cáp quang ra, thông tin bước sóng đưa thêm vào nhãn node LIB cung cấp thông tin QoS khác (như định nghĩa tập bước sóng sợi cáp quang ra, xác định khả burst liệu để sử dụng chuyển đổi bước sóng, trường hợp có va chạm gói điều khiển với yêu cầu đặt trước có phép ưu tiên hay không) Hình 3.5 sơ đồ chức kết nỗi chéo quang hỗ trợ OBS 45 - Gói điều khiển sau phải trải qua việc trao đổi nhãn (và gắn thêm thông tin bước sóng) chuyển tiếp kênh điều khiển riêng sợi cáp quang LIB định tới node Sơ đồ chức kết nối chéo quang hỗ trợ OBS sử dụng chuyển tiếp kiểu MPLS Hình 3.5 Để việc thực việc truyền tải IP qua lớp quang mạng đường trục quang WDM có sử dụng OBS cần phải cấu trúc lớp liên kết lớp IP lớp truyền tải quang có sử dụng OBS Cấu trúc lớp vật lý liên kết lớp IP lớp truyền tải quang sử dụng OBS hình 3.6 Như hình 3.6 cho thấy gói IP đến node chuyển mạch biên đệm miền điện để chuẩn bị đưa vào kết hợp burst tạo burst đưa vào mạng truyền tải có sử dụng chuyển mạch burst Hình 3.6 Sơ đồ khối chức lớp liên kết lớp IP lớp quang Các burst sau cấu trúc xếp vào hàng đợi burst để chuẩn bị phát đi, đến lượt burst phát (đứng đầu hàng đợi burst) phát Offset tiến hành tính toán giá trị offset đưa cho phát gói điều khiển cấu trúc gói điều khiển có chứa thông tin giá trị offset, độ dài burst, thông tin định tuyến ( nhãn) để đưa xuống lớp quang Các burst sau đặt vào khung đợi hết thời gian offset đưa vào lớp quang Tại node trung gian có gói điều khiển phân tích để cấu trúc chuyển mạch chuyển đổi nhãn Tại node đích đơn giản gỡ burst khỏi khung thực tháo burst lấy gói tin đưa lên lớp IP 3.4 OBS vấn đề tối ưu hóa hệ thống hàng đợi 46 Qua việc nghiên cứu dung lượng tối đa hệ thống chuyển mạch với quan tâm tốc độ xử lý điều khiển chuyển mạch burst Một câu hỏi đặt là: Thông lượng hệ thống chuyển mạch OBS có đạt tối đa không, yêu cầu hàng đợi gói điều khiển không kể mong muốn giới hạn tỷ số loại bỏ burst? Chúng ta đưa câu hỏi để lựa chọn giá trị độ dài burst trung bình B thích hợp mà không gây tình trạng nhiều gói điều khiển phải gửi Vì gói điều khiển làm tắc nghẽn xử lý điều khiển, chúng phải xếp hàng tất nhiên thời gian trễ gói điều khiển trở nên không xác định Mà OBS yêu cầu nghiêm ngặt quan hệ thời gian burst gói điều khiển (giá trị thời gian trễ) Vì vậy, điều không mong muốn Chúng ta mô hình hoá cổng chuyển mạch giống hệ thống hàng đợi M/G/k/k, xử lý điều khiển giống hàng đợi G/G/1, đặt vào hệ thống Pr {Q > 0} = λ ≤ ε1 µ (3.1) Ek ( A( B ) ) ≤ ε (3.2) Ở đây, λ tốc độ đến gói điều khiển burst tới cổng ra, µ tốc độ phục vụ gói điều khiển, A(B)=λxB lưu lượng thông qua kênh liệu Ek ( A) xác suất burst tính Erlang cho hệ thống hàng đợi lưu lượng cung cấp A Q độ dài hàng đợi xử lý điều khiển Các tham số ε1, ε2 >0 lựa chọn để đảm bảo hệ thống hàng đợi xử lý số lượng burst bị nhỏ Từ thông lượng vào A(B) lớn Amax = Ek−1 (ε ) (3.3) Và đạt B B≥ (ε ) µε (3.5) −1 ( Ek (ε ) thông lượng vào yêu cầu hệ thống hàng đợi M/G/k/k có xác suất nghẽn ε2) Việc mô hình hoá lưu lượng cho thấy rằng, lựa chọn B thích hợp phụ thuộc vào điều kiện lưu lượng tiến trình tập hợp burst, đặc biệt số nguồn N, trễ tập hợp burst lớn cho phép t*, kích thước burst lớn cho phép Bmax đồng thời lưu lượng tăng thêm nguồn A(B)/N Hệ thống thực (N/t*)≤µε1 CHÚ THÍCH: 47 Với hệ thống hàng đợi sở xác định A/B/n/K/N/X: Trong A- Là tiến trình đến B- Phân bố thời gian phục vụ n- Là số server K- Dung lượng tổng cộng hệ thống X- Là nguyên tắc hàng đợi 3.5 Các kiến trúc OBS hệ Hạn chế lớn OBS vấn đề làm giảm thời gian trễ T(i) burst ngang qua mạng, việc gây tỷ số burst lớn Trong hầu hết công nghệ khác bao gồm Metri-base QoS lại tập trung làm giảm tình trạng xấu qua làm giảm xác suất nghẽn, không để ý tới khả tồn kiến trúc chuyển mạch cho phép loại bỏ trễ hay cân tất hướng đến Một phạm vi điều tra việc nghiên cứu tập trung vấn đề cố gắng tìm cách sử dụng cho công nghệ quang lượng tử để giúp đỡ việc loại bỏ thời gian trễ vấn đề khó khăn Hình 3.7 Cấu trúc chuyển mạch OBS có đường dây trễ phía sau Một đề xuất đặt đường dây trễ (FDL) cổng chuyển mạch, tương đương khoảng trễ τ giây, với sợi cáp ngắn sử dụng để ghép đầu khối điều khiển chuyển mạch (SCU) với sợi cáp sau đường dây trễ (FDL) xem hình 3.7 Ở xem sét cấu trúc đầu vào đầu Trong cấu trúc này, SCU cho phép chuyển đổi gói điều khiển đến vào miền điện, đệm gói giải phóng để đưa thời gian trễ xác burst gói điều khiển Nó giải phóng gói sợi cáp trước FDL sau thời gian trễ làm tăng hay giảm Việc nghiên cứu đề xuất sử dụng tốt thời gian trễ (có thể quản lý thời gian trễ) vấn đề có ý nghĩa cần phải làm sáng tỏ Một phương pháp tiếp cận khác làm lệch thời gian trễ cũ (định hướng) OBS điều khiển tách nhờ việc có burst theo thứ tự với gói 48 điều khiển chúng mà trễ bước sóng Một khoảng thời gian trễ cung cấp nhờ việc đặt đường dây trễ lối vào ma trận chuyển mạch, nhờ việc tách phần nhỏ bước sóng trước FDL, thông tin điều khiển cho burst phân tích miền điện cho trực tiếp vào khối SCU không cần trễ hình 3.8 Hình 3.8 Cấu trúc chuyển mạch OBS có đường dây trễ phía trước Trong cấu trúc hỗ trợ đường dây trễ τ giây, tất burst có giá trị thời gian trễ τ giây so với gói điều khiển sử lý liệu tải trọng đưa vào chuyển mạch Sau chuyển mạch song thông tin điều khiển burst ghép trở lại vào sợi cáp bước sóng với burst Các chuyển mạch gói thông thường đặt τ đủ thời gian để xử lý phần header, nhiên, đặt τ=100 µs lập lịch bước sóng có khoảng thời gian rỗi đáng kể Các thuật toán lập lịch bước sóng luật hàng đợi gói điều khiển kiểm tra sơ đồ phép ước lượng khả để cải thiện xác suất nghẽn OBS Những sơ đồ chìa khoá để thăm dò tồn OBS OPS thông qua yếu tố khách quan 49 3.6 OBS hỗ trợ điều khiển luồng Một khía cạnh quan trọng OBS không kiểm tra hiệu giao thức lớp cao mà mang Ví dụ như, giao thức thích hợp mạng OBS giao thức IP Giao thức IP mang giao thức điều khiển truyền dẫn (TCP), giao thức truyền tải end-to-end thông thường Tuy nhiên, TCP giao thức điều khiển luồng, sử dụng mát gói tín hiệu biểu nghẽn mạng để điều chỉnh tốc độ Tuy nhiên, định tuyến IP dọc theo đường đi, với liên kết định tuyến cho gần lý tưởng (không bị mất) Trong mạng truyền tải định tuyến bước sóng hay mạng truyền tải chuyển mạch kênh điều xảy ra, OBS đưa mát bổ sung mạng truyền tải Một câu hỏi đặt là: Sự mát bổ sung ảnh hưởng tới hoạt động TCP nào, cần thiết cho định tuyến nguồn điều chỉnh hoạt động để bù đắp mát bổ sung hay không? Nếu thay đổi định tuyến bù đắp điều thích hợp thay đổi giao thức TCP, Chúng cài đặt phần lớn máy tính định tuyến Tìm hiểu sâu nữa, thân OBS tham gia vào tiến trình điều khiển luồng TCP để làm giảm bớt hành động không mong muốn hay không? thực giao thức điều khiển luồng thứ khác mạng OBS tốt tương tác với TCP không Các tập hợp burst phải sử dụng thuật toán quản lý hàng đợi tích cực (AQM) khác so với định tuyến IP thông thường để xác định đặc trưng OBS Những mô cấu trúc cố gắng để trả lời câu hỏi Cùng với phân tích dựa sở thông tin phân tích phương pháp điều khiển luồng truyền thống, mô hình kinh tế ổn định 3.7 Khả ứng dụng OBS mạng truyền tải hệ sau OBS sử dụng với WDM làm sở cho mạng IP hệ sau, chủ yếu cho mạng đường trục quang Kỹ thuật MPLS dùng để chuyển tiếp burst liệu cho cấu trúc Chiến lược thiết lập offset có tác động đáng kể lên chất lượng hoạt động mạng IP vận hành OBS WDM Phương pháp phân loại lưu lượng để thiết lập offset (một tham số hệ thống quan trọng OBS) burst liệu liên tiếp dòng liệu cho (đường chuyển mạch nhãn LSP) gói điều khiển chúng, làm cho mạng vận hành ổn định thực kỹ thuật lưu lượng dễ dàng Từ thực thi chế QoS cho IP DiffServ mạng đường trục quang sử dụng OBS Do đạt cân định tuyến bước sóng chuyển mạch gói quang, OBS thúc đẩy việc 50 hợp IP với WDM, hỗ trợ việc cung cấp nhanh chóng, truyền dẫn đồng gói kích thước khác có hiệu sử dụng tài nguyên cao mà không cần đệm lớp WDM OBS công nghệ khắc phục hạn chế việc xử lý điện tử đồng thời có cải tiến so với công nghệ loại (chuyển mạch kênh gói quang) không yêu cầu đệm node trung gian phân bổ tài nguyên mạng cách hiệu Đáp ứng bùng nổ lưu lượng Internet thời điểm nay, đồng thời thoả mãn nhu sử dụng dịch vụ viễn thông cầu cách hoàn hảo Mang lại cho nhà sản xuất nhà khai thác khách hàng sử dụng vừa lòng công sức phải bỏ Nhìn chung tương không xa, chuyển mạch burst quang có khả thương mại chuyển mạch gói quang thiết kế với yêu cầu đệm quang Nhiều hãng trung tâm nghiên cứu giới gia tăng mối quan tâm đến thiết bị quang, việc triển khai tương không xa sản phẩm mạng dựa chuyển mạch quang điều tất yếu 51 KẾT LUẬN Sau thời gian sưu tập, tìm hiểu tài liệu thực khoá luận "Chuyển mạch burst quang" giúp nhóm hiểu cách tổng quan nguyên lý vấn đề chuyển mạch burst quang Khoá luận trình bày nội dung: - Giới thiệu so sánh công nghệ chuyển mạch quang, nêu bật ý nghĩa quan trọng việc sử dụng chuyển mạch burst quang giai đoạn phát triển mạng truyền tải quang - Khoá luận sâu phân tích kiến trúc mạng OBS hoạt động mạng OBS theo sơ đồ khối chức mạng: phương pháp tổ hợp burst, chế báo hiệu chủ yếu JET, JIT, TAG, TAW, thuật toán xếp kênh, phương pháp giải tranh chấp Qua nội dung trình bày trên, ta thấy rằng: - Chuyển mạch OBS có khả tận dụng tài nguyên hiệu quả, phù hợp với công nghệ phần cứng thiết bị mạng WDM tại, khả hỗ trợ cho nhiều loại giao thức khác - Các chế phương pháp tổ hợp burst báo hiệu, xếp kênh giải tranh chấp OBS đa dạng linh hoạt hỗ trợ lưu lượng loại dịch vụ yêu cầu QoS khác - Tuy nhiên, OBS công nghệ chưa chuẩn hóa chưa có hệ thống thương mại thực tế đưa vào triển khai Những vấn đề chuyển mạch OBS trình bày khoá luận chủ yếu dựa công trình nghiên cứu, báo khoa học luận văn nhà nghiên cứu kỹ sư nước - Vấn đề nghiên cứu OBS tương lai tìm giao thức tối ưu cho hoạt động mạng từ thiết kế chế tạo thiết bị mạng phù hợp Do lĩnh vực mới, nên việc tìm hiểu khoá luận “Chuyển mạch burst quang ứng dụng mạng hệ mới” dừng lại mức lý thuyết tổng quát, chưa sâu vào phân tích, đánh giá cụ thể hết vấn đề (như vấn đề định tuyến, QoS ) Khoá luận mong nhận đánh giá, đóng góp ý kiến thầy giáo bạn để khoá luận hoàn thiện 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS Nguyễn Đức Nhân, Cơ sở kỹ thuật thông tin quang, Học viện Kỹ thuật quân sự, 2013 [2] Mai Thị Kim Liên, Nguyễn Đặng Phước Lâm, Giải pháp điều khiển nghẽn mạng chuyển mạch burst quang phương pháp lệch hướng đi, Báo cáo Hội thảo sinh viên ngiên cứu khoa học Đại học Đà Nẵng, 2010 [3] Lisong Xu, Harry G.Perros, George N.Rouskas, A simulation study of optical switching and access protocols for WDM ring networks, 2002 [4] Yang Chen, Chunming Qiao, Xiang Yu, Optical Burst Switching: A new area in optical networking research, 1998 53 [...]... chưa phải 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 Bảng 1.1 So sánh các công nghệ chuyển mạch quang khác nhau Công nghệ chuyển mạch quang Chuyển mạch kênh quang Chuyển mạch gói quang Chuyển mạch burst quang Hiệu quả sử dụng băng thông Thời gian chuyển mạch yêu cầu Xử lý header Khả năng thích ứng lưu lượng... 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 Hình 1.3 Nút chuyển mạch trong mạng chuyển mạch gói quang 11 1.3 Chuyển mạch burst quang Chuyển mạch. .. 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 ứng. .. 2.21) Khi hai burst xung đột với nhau trong mạng chuyển mạch burst quang, chỉ có một số đoạn của một burst chồng lấn lên burst kia mới bị rớt, như hình 2.22 Nếu thời gian chuyển mạch không được bỏ qua thì có thêm một số đoạn có thể bị rớt khi chuyển mạch được cấu hình trở lại Trong các mô tả sau đây, ta gọi burst đến trước hay burst bị xung đột gọi là contented burst và burst đến sau hay burst đến xung... lãng phí băng thông Chuyển mạch gói quang là loại chuyển mạch hướng tới trong mạng toàn quang với tốc độ xử lý nhanh nhất trong các loại đã nêu Nhưng giới hạn của nó là ở chỗ sự hạn chế về công nghệ hiện tại không đáp ứng được các yêu cầu cho một mạng toàn quang 12 Trong khi đó lưu lượng càng ngày càng bùng nổ Ta có thể thấy chuyển mạch burst quang đáp ứng được sự bùng nổ đó như thế nào Với việc tổ... 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 hiệu quả hơn Đơn vị dữ liệu truyền tải trong mạng OBS là các burst gồm có gói tin điều khiển và burst dữ liệu Mạng OBS thực hiện việc... 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, ... Sử dụng thời gian offset trong OBS 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. .. 2.5.1 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 mà không có bất kỳ sự trễ nào Việc giải quyết xung đột ở mạng chuyển mạch gói miền điện truyền thống sử dụng các bộ... nghiên cứu sự biến thiên của xác suất burst suy hao khi các thông số hệ thống và lưu lượng thay đổi 2.5.4 Phân đoạn burst Trong các nghiên cứu về mạng chuyển mạch burst quang, khi xung đột xảy ra giữa hai burst mà không thể giải quyết bằng các phương pháp trên thì một trong hai burst bị rớt toàn bộ, cho dù các phần chồng lấn của các burst lên nhau là rất nhỏ Trong các ứng dụng yêu cầu nghiêm ngặt về độ trễ