Khảo sát truyền tải mạng vòng chuyển mạch Burst quang sử dụng báo hiệu quay vòng

Header Page of 113 HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG - Dương Văn Tiến KHẢO SÁT TRUYỀN TẢI MẠNG VÒNG CHUYỂN MẠCH BURST QUANG SỬ DUNG BÁO HIỆU QUAY VÒNG Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông Mã số: 60.52.0.80 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2013 Footer Page of 113 Header Page of 113 Luận văn hoàn thành tại: HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Bùi Trung Hiếu Phản biện 1: …………………………………………………………………………… Phản biện 2: ………………………………………………………………………… Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Công nghệ Bưu Viễn thông Vào lúc: ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học viện Công nghệ Bưu Viễn thông Footer Page of 113 Header Page of 113 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, với phát triển nhanh chóng mạng Internet dẫn đến nhu cầu ngày tăng cho dung lượng truyền dẫn mạng đường trục Sự phát triển nhu cầu thách thức khả chuyển mạch điện kỹ thuật truyền dẫn truyền thống, mạng lõi cần phải phát triển kiến trúc dựa công nghệ chuyển mạch toàn quang ghép kênh phân chia bước sóng WDM Trong điều kiện chuyển mạch kênh quang ứng dụng nhiều hạn chế vốn có, chuyển mạch gói quang giai đoạn nghiên cứu công nghệ chưa thể đáp ứng yêu cầu chuyển mạch quang Hiện chuyển mạch Burst quang coi giải pháp hiệu việc truyền tải lưu lượng IP mạng quang Chuyển mạch burst quang kết hợp ưu điểm chuyển mạch kênh quang chuyển mạch gói quang Chính thế, mạng chuyển mạch burst quang OBS nghiên cứu tảng công nghệ cho mạng Internet quang tương lai Trong trình nghiên cứu mạng OBS, có nhiều vấn đề đặt như: thiết kế hệ thống, cách kết hợp burst liệu, báo hiệu, giải xung đột, … Luận văn “Khảo sát truyền tải qua mạng vòng chuyển mạch burst quang sử dụng báo hiệu quay vòng” vào tìm hiểu số vấn đề OBS Xây dựng chương trình để khảo sát truyền tải burst qua mạng vòng chuyển mạch, thông qua đánh giá hiệu việc sử dụng báo hiệu quay vòng để truyền tải burst qua mạng vòng chuyển mạch Để hoàn thành tốt luận văn, nhận hướng dẫn tận tình thầy giáo PGS.TS Bùi Trung Hiếu trình nghiên cứu Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Tôi xin chân thành cám ơn thầy cô khoa Quốc tế Đào tạo sau đại học – Học viện Công nghệ Bưu Viễn thông giúp đỡ suốt trình học tập trình hoàn thành luận văn Footer Page of 113 Header Page of 113 CHƯƠNG – CHUYỂN MẠCH BURST QUANG Ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) xuất giải pháp cung cấp sở hạ tầng mạng dung lượng lớn, đáp ứng bùng nổ băng thông mạng Internet Một vài công nghệ khác phát triển cho truyền tải liệu qua WDM,chuyển mạch kênh quang (OCS), chuyển mạch gói quang (OPS), chuyển mạch Burst quang (OBS) Mạng chuyển mạch kênh quang thực triển khai Tuy nhiên, mạng quang định tuyến bước sóng, mà tiêu biểu mạng chuyển mạch kênh công nghệ phù hợp cho ứng dụng khác xuất mạng quang Internet Chuyển mạch gói quang công nghệ thay đời đem lại lựa chọn tối ưu Nhưng thời điểm công nghệ chưa chín muồi để cung cấp giải pháp khả thi Chuyển mạch Burst quang mượn ý tưởng từ hai công nghệ chuyển mạch OCS OPS để đưa phương thức chuyển mạch hoàn toàn Và nghiên cứu giải pháp hứa hẹn cho mạng đường trục Internet quang tương lai gần 1.1 Giới thiệu chung phương pháp chuyển mạch quang Các phương pháp chuyển mạch quang bao gồm: chuyển mạch kênh quang OCS, chuyển mạch gói quang OPS chuyển mạch burst quang OBS Tín hiệu thiết lập kết nối Sợi quang vào Sợi quang Sợi quang vào Sợi quang Demux Mux OXC Hình 1.1: Nút chuyển mạch kênh quang OCS Footer Page of 113 Header Page of 113 Sợi quang vào Sợi quang Sợi quang vào Sợi quang Demux O/E E/O Mux Chuyển mạch điện Hình 1.2: Nút OCS có chuyển đổi O/E/O Tách tiêu đề gói Đơn vị điều khiển chuyển mạch SCU O/E E/O Chèn tiêu đề gói Sợi quang vào Sợi quang Sợi quang vào Demux Sợi quang FDL Mux Khung chuyển mạch quang Hình 1.3: Nút chuyển mạch gói quang OPS Trong phương pháp chuyển mạch burst quang OBS, vài kênh điều khiển qua chuyển đổi O/E/O (hình 1.4) Dữ liệu chuyển mạch toàn quang mức burst, đồng thời đạt suốt liệu khả ghép kênh thống kê OBS có thuận lợi dung lượng khổng lồ sợi quang chuyển mạch hay truyền dẫn khả xử lý tinh vi điện tử, nên làm giảm chi phí nâng cao tiến kỹ thuật lĩnh Footer Page of 113 Header Page of 113 vực quang điện Chính thế, mạng chuyển mạch burst quang OBS công nghệ khả thi cho mạng Internet quang hệ Kênh điều khiển O/E Đơn vị điều khiển chuyển mạch SCU E/O Kênh điều khiển Sợi quang vào Sợi quang Sợi quang vào Sợi quang Demux Mux Khung chuyển mạch quang Gói điều khiển Burst liệu Hình 1.4: Nút chuyển mạch burst quang OBS 1.2 Chuyển mạch burst quang Chuyển mạch Burst quang (Optical Burst Switching: OBS) thiết kế nhằm kết hợp ưu điểm chuyển mạch kênh chuyển mạch gói Đơn vị truyền tải mạng OBS burst Những đặc trưng OBS cách tiếp cận lai báo hiệu băng xử lý điện tử thông tin tiêu đề liệu dạng quang toàn thời gian truyền, dành riêng chiều, độ dài burst thay đổi được, không bắt buộc phải có đệm Footer Page of 113 Header Page of 113 1.2.1 Kiến trúc mạng OBS Mạng truy nhập Mạng truy nhập Nút biên Liên kết WDM Mạng lõi OBS Nút lõi Hình 1.5: Kiến trúc mạng OBS Kiến trúc mạng OBS thể hình 1.5 Một mạng OBS bao gồm nút chuyển mạch khối quang kết nối với thông qua liên kết sợi quang WDM Các nút mạng OBS nút biên nút lõi Lập burst Lưu lượng vào Báo hiệu Giải lập burst Định tuyến gán bước sóng Lập lịch Lập lịch biên Giải xung đột Nút biên đầu vào Nút lõi Chuyển tiếp gói Nút biên đầu Hình 1.6: Sơ đồ khối chức mạng OBS Footer Page of 113 Lưu lượng Header Page of 113 1.2.2 Lập burst Lập burst tiến trình tập hợp đóng gói đầu vào từ lớp cao thành burst nút biên đầu vào mạng OBS Khi gói đến từ lớp cao hơn, chúng lưu trữ đệm điện theo đích loại chúng Sau chế lập burst phải kết hợp gói thành burst dựa sách lập Người ta đưa nhiều kỹ thuật cho việc lập burst mạng OBS Hai kỹ thuật quan tâm nhiều lập burst dựa theo định thời (timer-based) dựa mức ngưỡng (threshold-based) 1.2.3 Định tuyến gán bước sóng  Định tuyến: Định tuyến vấn đề cho phương thức truyền tải Trong nghiên cứu, hầu hết nhà nghiên cứu OBS giả sử định tuyến cố định tính toán nguồn Trong định tuyến nguồn, đường tính toán nút biên tận dụng việc biết trước chiều dài đường đi, tính toán giá trị tối ưu thời gian lệch Vì vậy, hầu hết nghiên cứu người ta giả sử đường ngắn cố định tới đích tính toán nguồn Con đường ngắn ngắn mặt thời gian trường hợp có yêu cầu nghiêm ngặt độ trễ, có số lượng chặng tối thiểu có yêu cầu mặt mát liệu  Gán bước sóng: 1.2.4 Lập lịch kênh truyền Khi burst đến nút, phải gán bước sóng liên kết đầu thích hợp Trong vấn đề này, việc chuyển đổi bước sóng toàn quang giả sử khả thi tất nút việc lập lịch diễn nút lõi trung gian nút đầu vào Mục đích việc lập lịch kênh truyền tối thiểu khoảng cách (gap) lập lịch kênh, khoảng cách khoảng rỗi hai burst truyền bước sóng đầu ra, sai lệch thời gian burst đến chưa lập lịch với thời điểm cuối burst lập lịch trước Một số giải thuật trình bày luận văn: Footer Page of 113 Header Page of 113  Giải thuật FFUC  Giải thuật LAUC  Giải thuật FFUC-VF  Giải thuật LAUC-VF 1.2.5 Các phương pháp giải vấn đề xung đột Các phương pháp để giải vấn đề xung đột truyền tải burst:  Bộ đệm quang  Chuyển đổi bước sóng  Định tuyến chuyển hướng  Phân đoạn burst  Phân đoạn kết hợp với chuyển hướng 1.3 Kết luận chương Trong chương giới thiệu phương pháp chuyển mạch quang bao gồm: chuyển mạch kênh quang OCS, chuyển mạch gói quang OPS chuyển mạch burst quang OBS Trong chuyển mạch burst quang với ưu điểm trội kỳ vọng công nghệ cho mạng quang tương lai Footer Page of 113 Header Page 10 of 113 CHƯƠNG – BÁO HIỆU TRONG CHUYỂN MẠCH BURST QUANG 2.1 Giới thiệu số báo hiệu có chuyển mạch burst quang Các điểm khác giao thức báo hiệu chuyển mạch burst quang xem xét dựa việc tài nguyên với tuyến phục vụ cho burst Thông thường lược đồ báo hiệu đặc trưng theo đặc điểm sau: + Một chiều, hai chiều, lai ghép + Dành trước tài nguyên tức thời trễ + Giải phóng tài nguyên ngầm định 2.1.1 Báo hiệu chiều, hai chiều, lai ghép Một lược đồ báo hiệu mô tả hoạt động sử dụng dành trước tài nguyên chiều, hai chiều, lai ghép 2.1.2 Dành trước tài nguyên tức thời, dành trước tài nguyên có trễ Căn vào trình dành trước tài nguyên kênh, kỹ thuật báo hiệu phân loại thành dành trước tài nguyên tức thời dành trước tài nguyên có trễ 2.1.3 Giải phóng tài nguyên ngầm định Với tài nguyên dành trước tồn giải phóng theo hai cách, là ngầm định 2.1.4 Kỹ thuật báo hiệu Just-Enough-Time Hình 2.2 mô tả kỹ thuật báo hiệu Just-Enough-Time (JET) Có hai phương thức báo hiệu chiều khác Tell-and-Go (TAG) Just-in-Time (JIT) Trong phương thức TAG, burst liệu theo sau gói điều khiển gói vừa phát không chờ khoảng thời gian lệch JET; burst liệu phải trì hoãn nút trung gian để có thời gian cho nút xử lý gói điều khiển chuyển mạch cấu hình Việc trì hoãn thực nhờ dây trễ FDL JIT tương tự JET ngoại trừ JIT phương thức báo hiệu dành trước tài nguyên tức thời giải phóng tài nguyên thay dành trước tài nguyên có trễ giải phóng tài Footer Page 10 of 113 10 Header Page 12 of 113 2.1.5 Kỹ thuật báo hiệu Tell-And-Wait Các nút trung gian Nguồn Thời gian lập burst Đích BHP Giai đoạn thiết lập Thời gian lan truyền Giai đoạn xác nhận Thời gian truyền burst liệu Burst Thời gian lan truyền Giai đoạn truyền Thời gian Giai đoạn giải phóng Hình 2.3: Kỹ thuật báo hiệu TAW 2.2 Báo hiệu quay vòng RSP Mạng xem xét mạng vòng WDM chuyển mạch burst quang có N nút A1, A2,… AN (hình 2.4) Từ nút Ai đến nút Aj (i=1,…,N; j=1,…N; i≠j) có truyền dẫn quang đơn hướng song hướng với số kênh (W+1) Bước sóng λ0 để truyền báo hiệu, bước sóng khác (λ1, λ2,…, λW) để truyền tải Mô hình tổng quát mạng hình Ngoài vòng báo hiệu, truyền tải qua mạng thực liên kết WDM nút mạng Footer Page 12 of 113 11 Header Page 13 of 113 A2 A1 A3 A4 λ0,λ1,…λw AN IP, Hình 2.4: Mô hình mạng sử dụng RSP XỬ LÝ VÀ ĐIỀU KHIỂN λ0 λ0… λw λ0 λW λ0 λ0… λw CHUYỂN MẠCH QUANG λW LẬP/TÁCH BURST IP… λW λ0 λW RX λ0… λw λ0… λw λ1… λw TX Hình 2.5: Mô hình nút mạng sử dụng RSP 2.2.1 Thông tin báo hiệu Có nhiều loại tin báo hiệu, nhiều loại thông tin báo hiệu gửi mạng Trong khuôn khổ luận văn này, trình bày gói thông tin quan trọng nhất, gói thông tin điều khiển burst (BCP) Giả sử burst Bk truyền bước sóng λw từ nút nguồn AS đến nút đích AD theo tuyến (AS-An-Am-…-AD) Tại nút AS, bước sóng λw chiếm dụng chuyển mạch quang kết nối từ phát Tx đến nút An (hướng Tx-An) thời gian (t1BkλwAs-t2BkλwAs), nói cách khác, λw bận hướng kết nối (Tx-An) thời gian (t1BkλwAs-t2BkλwAs) Ký hiệu: Footer Page 13 of 113 12 Header Page 14 of 113 λw/Bk/As[(Tx-An);(t1BkλwAs -t2BkλwAs )]=1 (1) Tại nút trung gian An, λw bận hướng (AS-Am) thời gian (t1BkλwAn-t2BkλwAn): λw/Bk/An[(AS-Am);(t1BkλwAs -t2BkλwAs)]=1 (2) Tại nút đích AD, λw bận hướng (A…-Rx) thời gian (t1BkλwAD-t2BkλwAD): λw/Bk/AD[(A…-Rx);(t1BkλwAD -t2BkλwAD)]=1 (3) Nếu kênh quang λw có tốc độ điều biến B(bps), burst Bk có độ dài LBkλw(Byte) độ dài cáp quang đoạn (An-Am) l(An-Am)(km),lõi sợi quang có số chiết suất n thời gian phát burst Bk thời gian truyền dẫn quang từ An đến Am là: TtBkλw= 8.LBkλw/B (4) TT(An-Am) = n0.l(An-A(n+1)) /(3.105) (5) Từ có: t1BkλwAn =t1BkλwAs+ TT(As-An) (6) t1BkλwAm =t1BkλwAn+ TT(An-Am) =t1BkλwAs+ TT(As-An)+TT(An-Am) (7) t1BkλwAD =t1BkλwA…+ TT(A…-AD) =t1BkλwAs+ TT(As-An)+TT(An-Am)+…+TT(A…-AD) (8) t2BkλwAs = t1BkλwAs+TtBkλw (9) t2BkλwAn = t1BkλwAn+TtBkλw (10) Gói thông tin điều khiển burst mang tất thông tin bận (thời gian bận, hướng nối bận nút mạng) bước sóng truyền tải Một nút mạng An nhận BCP nhận biết toàn cảnh sử dụng bước sóng truyền tải mạng Thông tin bước sóng chiếm dụng chuyển mạch quang (hướng kết nối, thời gian kết nối) A n sử dụng để điều khiển trường chuyển mạch Nếu có nhu cầu truyền burst, An phải lựa chọn tuyến bước sóng rỗi để truyền burst Khi chọn tuyến bước sóng thích hợp, An tính toán thời gian bước sóng chiếm dụng trường chuyển mạch nút tuyến truyền burst đăng ký sử dụng bước sóng cách ghi thông tin bước sóng bận vào BCP Bảng ví dụ thông tin BCP tạo lập nút AS Trong bảng, thông tin burst B1λ1 nút Ag đăng ký, thông tin burst B1λw nút Au đăng ký từ trước gửi đến AS Thông tin đăng ký truyền burst B2λ1 bước sóng λ1 truyền burst Bkλw bước sóng λW thông tin AS bổ sung trước truyền BCP đến nút Footer Page 14 of 113 13 Header Page 15 of 113 Bảng 1: Thông tin BCP (tại nút AS) Bursts λ1 B1λ1=B(Ag-Ah-As-An) Nút AS T[(Ah-An);(t1B1λ1As-t2B1λ1 Nút An … D[(AS-Rx);(t1B1λ1An-t2B1λ1An)] As)] B2λ1=B(As-An-…) S[(Tx-An);(t1B2λ1As-t2B2λ1 As)] T[(AS-Am);(t1B2λ1An-t2B2λ1An)] … … … B1λw=B(Au-…-Av-As) D[(Au-Rx);(t1BkλwAs- … t2BkλwAs)] λ … W Bkλw=B(As-Au-…-An) S[(Tx-Au);(t1BkλwAs-t2Bkλw D[(A…-Rx);(t1BkλkAn- As)] t2BkλwAn)] … Các ký hiệu bảng mang thông tin sau: - λw : Bước sóng đăng ký sử dụng để truyền burst B1λw,…, Bkλw - Bkλw: Burst thứ k truyền bước sóng λw - B(As-Au-…-An): Burst truyền từ nút nguồn AS đến nút đích An theo tuyến (AS-Au-…-An) - S[…], T […], D[…]: Nút nguồn, nút trung gian, nút đích - [(AS-Am);(…)]: Hướng kết nối yêu cầu từ đầu vào AS đến đầu Am nút An thời gian (…) - [(…);(t1BkλwAn-t2BkλwAn)]: Thời gian kết nối yêu cầu để truyền burst Bk bước sóng λw qua kết nối (…) nút An Một mạng có N nút cần bảng có (N+2) cột Thông tin BCP lớn, cần loại bỏ thông tin không giá trị Có thể quy định, nút đích nút xóa thông tin burst gửi đến nút xử lý BCP Footer Page 15 of 113 14 Header Page 16 of 113 2.2.2 Truyền gói thông tin điều khiển burst Trong mạng vòng OBSR sử dụng báo hiệu RSP, BCP truyền qua nút mạng theo chu kỳ Để thực vậy, vòng báo hiệu phải tạo lập mạng Vòng báo hiệu qua nút lần, không lặp lại Với mạng WDM hình thành nhiều vòng báo hiệu vòng chọn sử dụng (chẳng hạn, theo tiêu chí tổng đường ngắn nhất), vòng khác để dự phòng Gói thông tin điều khiển burst truyền vòng báo hiệu, với thời gian truyền hết vòng chu kỳ báo hiệu TBCP Trong chu kỳ báo hiệu, BCP thu nhận, xử lý phát tiếp nút mạng lần Hình 2.6 mô tả chu kỳ truyền gói thông tin điều khiển burst (BCPi) vòng báo hiệu tt1BCPi/An Nút An tt1BCP(i+1)/An BCPi BCPi Nút A(n+1) t tr2BCPi/A(n+1) TtBCP BCPi BCPi t TT(An-A(n+1)) BCPi Nút A(n+h) BCPi tr1BCPi/A(n-1) Tp BCPi Nút A(n-1) tt2BCPi/A(n-1) t BCPi TBCP Hình 2.6: Một chu kỳ truyền BCP vòng báo hiệu Các ký hiệu sử dụng hình: - tt1BCPi/An: Thời điểm nút An bắt đầu phát BCPi - tt2BCPi/A(n-1): Thời điểm nút A(n-1) kết thúc phát BCPi - tr1BCPi/A(n-1): Thời điểm nút A(n-1) bắt đầu thu nhận BCPi - tr2BCPi/A(n+1): Thời điểm nút A(n+1) kết thúc thu nhận BCPi - TtBCP: Thời gian phát BCP - TT(An-A(n+1)): Thời gian truyền dẫn quang đoạn (An-A(n+1)) Footer Page 16 of 113 BCPi+1 t 15 Header Page 17 of 113 - Tp: Thời gian xử lý BCP nút Giả sử rằng, thời gian phát thời gian thu tin điều khiển burst nút mạng (TtBCP=TrBCP), thời gian xử lý BCP nút Tp, chu kỳ báo hiệu là: TBCP = N.(TtBCP+Tp)+∑ ( ) TT(An-A(n+1))+ TT(AN-A1) (11) Với gói điều khiển burst có độ dài LBCP(Byte) kênh báo hiệu có tốc độ BBCP(bps), thì: TtBCP= 8.LBCP/BBCP (12) Thời gian truyền dẫn quang đoạn TT(An-A(n+1)được tính theo (5) 2.3 Kết luận chương Chương giới thiệu số đặc điểm giao thức báo hiệu, đồng thời giới thiệu hai kỹ thuật báo hiệu thường dùng cho mạng OBS JET TAW Chương đưa giao thức báo hiệu báo hiệu quay vòng RSP cho mạng OBS Với giao thức báo hiệu này, việc truyền tải burst qua mạng quang tranh chấp, không gây burst nghẽn mạng Điều cho phép phát triển hệ thiết bị mạng truyền tải toàn quang dựa chuyển mạch burst quang Footer Page 17 of 113 16 Header Page 18 of 113 CHƯƠNG – KHẢO SÁT TRUYỀN TẢI QUA MẠNG VÒNG CHUYỂN MẠCH BURST QUANG SỬ DỤNG BÁO HIỆU QUAY VÒNG 3.1 Mô hình mạng khảo sát Khảo sát truyền tải burst quang qua mạng OBS sử dụng RSP với cấu hình vòng (RSPOBSR) Cấu hình RSP-OBSR có N nút, truyền dẫn quang hoạt động song hướng với W bước sóng, bước sóng λ0 dành riêng cho báo hiệu, bước sóng λ1,…, λW để truyền tải Vòng báo hiệu thiết lập cấu hình mạng vòng có Mô hình mạng khảo sát thể hình 3.1 (mạng vòng gồm nút) Các nút mạng có cấu trúc giống Các burst giả thiết xuất ngẫu nhiên nút, có đích đến ngẫu nhiên, độ dài Số nút mạng N = 5, số bước sóng truyền tải W, độ dài đoạn sợi quang nút ln, độ dài burst LB, tốc độ truyền tin bước sóng Br, thời gian xử lý BCP nút Tp, thời gian chuyển mạch quang TOS tham số thay đổi được, chọn đặt tùy theo mục đích khảo sát A1 A2 λ1,…λw A5 A3 A4 IP, λ0 Hình 3.1: Mô hình mạng khảo sát Mạng vòng OBSR hoạt động hai hướng Trên hướng (mỗi vòng mạng) truyền dẫn bước sóng λ0,λ1,…, λW Các burst bao gồm nhiều gói liệu (IP, ethernet,…) đến từ luồng nhánh nút nguồn tạo lập theo ngưỡng thời gian ngưỡng độ dài, theo hai, tùy thuộc đến ngưỡng trước Khi nút nguồn, nút mạng Footer Page 18 of 113 Header Page 19 of 113 17 sử dụng phát Tx để phát burst bước sóng, theo hướng vào thời điểm ấn định theo lịch phát burst lập trước Khi nút đích, nút mạng sử dụng thu Rx để thu burst bước sóng, hướng đến vào thời điểm theo lịch lập trước Việc tách burst nút đích thực theo thông tin mào đầu burst nút nguồn gửi tạo lập burst Tiếp đó, gói liệu chuyển đến luồng nhánh để truyền đến nơi nhận Trên hướng, nút OBS dựa vào đích đến burst thực tìm bước sóng khả dụng để truyền tải burst Vì có hướng truyền dẫn ngược nhau, nên có burst yêu cầu truyền, nút kiểm tra nút đích burst yêu cầu, dựa vào nút đích, nút lựa chọn Ring truyền cho burst cho thời gian truyền đến nút đích nhỏ Sau nút thực tìm kiếm kênh trống khả dụng để truyền burst Ring (hướng) chọn Sau tìm bước sóng khả dụng cho burst, nút đăng kí chiếm bước sóng cập nhật vào tin báo hiệu Sau tin báo hiệu gửi thời gian Toffset, burst truyền bước sóng mà đăng kí Khi tin BCP quay đến nút đích, có nghĩa thực xong vòng, tin cập nhật phát tiếp từ nút đích, bắt đầu vòng Khi không bước sóng khả dụng hướng lựa chọn, nút lưu lại burst đợi thông tin báo hiệu bcp hướng ngược lại để tìm kênh trống truyền burst hướng ngược lại, hướng lại vòng có bước sóng khả dụng truyền burst hướng lại 3.2 Xây dựng chương trình 3.2.1 Lựa chọn công cụ khảo sát Công cụ sử dụng để mô MATLAB MATLAB viết tắt Matrix Labotary, phần mềm ứng dụng mạnh việc thực phép tính toán với ma trận MATLAB mô tả gói phần mềm dùng cho tính toán kỹ thuật tích hợp công cụ tính toán, trực quan hóa lập trình Ưu điểm bật MATLAB, đề cập trên, khả tính toán, đặc biệt toán liên quan đến ma trận vector (mà không cần định kích thước), với thời gian nhiều lần so với công việc tính toán ngôn ngữ lập trình khác Trong luận văn này, sử dụng phiên MATLAB R2009b 3.2.2 Lựa chọn thuật toán xây dựng chương trình Footer Page 19 of 113 18 Header Page 20 of 113 Trong Ring OBS, burst truyền từ nguồn đến đích theo hai hướng định trước, không cần chọn tuyến, việc định tuyến truyền burst chọn bước sóng rỗi Trong luận văn sử dụng thuật toán điền ô trống Thuật toán nhóm nghiên cứu hướng dẫn thầy Bùi Trung Hiếu nghiên cứu áp dụng cho mạng vòng OBS cho việc chọn khoảng thời gian bước sóng rỗi để truyền burst, ưu tiên truyền burst lưu đệm từ vòng báo hiệu trước Khoảng trống chọn khoảng trống nằm sau thời gian lệch Toffset có độ dư nhỏ so với burst cần truyền Thuật toán thực qua bước sau: Bước 1: Lựa chọn tất kênh trống đăng ký Một kênh trống i nói đăng ký startb> startv(i) lengthb> lengthv(i) Nếu kênh khoảng trống đăng ký, đến bước Bước 2: Tìm lựa chọn kênh x có khoảng trống sớm - startv(x) nhỏ Bước 3: Trong số khoảng trống chọn bước 2, chọn khoảng trống nhỏ Kênh đầu j có khoảng trống nhỏ thỏa mãn đăng ký cho burst liệu Bước 4: Kết thúc Khi tin BCP đến nút An thời điểm tbcp, nút An có yêu cầu cần truyền burst Bk đến nút Am, nút An phải thực sau: i Tính toán khoảng thời gian TBk-offset: khoảng thời gian trễ tối thiểu truyền burst sau truyền tin báo hiệu, thời gian đủ để đảm bảo nút trung gian tuyến truyền thực việc chuyển mạch chờ sẵn burst đến, tính theo công thức: TBk-offset = ∑ ( p + TOS) Trong đó: Ntg số nút trung gian tuyến truyền cho burst Bk Tp, TOSlà thời gian xử lý chuyển mạch nút trung gian ii Tính toán khoảng thời gian phát burst Bk khỏi nút An TT-Bk = (LBk x8x10-6)/Br Trong đó: Br tốc độ điều biến LBk(kB) độ dài burst Bk Footer Page 20 of 113 Header Page 21 of 113 19 iii Dựa vào thông tin trạng thái toàn mạng BCP, nút An tìm kiếm tất khoảng trống tất kênh bước sóng thỏa mãn cho burst Bk Khoảng trống thứ i thỏa mãn (tvi-b ; tvi-e) thoản mãn thỏa mãn đồng thời:  tvi-e – tvi-b > TT-Bk  tvi-b>=tbcp+TBk-offset Nếu thời điểm (tbcp + TBk-offset) nằm khoảng trống (tvi-b ; tvi-e) xét khoảng trống (tbcp + TBk-offset; tvi-e), khoảng trống thỏa mãn tvi-e – (tbcp + TBk-offset) > TT-Bk iv Trong Nv khoảng trống tìm được, nút An sử dụng thuật toán để lựa chọn khoảng trống cho việc truyền burst, theo bước:  Lựa chọn khoảng trống sớm Nv khoảng trống  Lựa chọn khoảng trống nhỏ khoảng trống lựa chọn v Đăng ký burst Bk vào khoảng trống lựa chọn Cập nhật thông tin vào tin BCP Trong trường hợp Ring chạy, nút không tìm kênh trống thỏa mãn yêu cầu truyền burst nút lưu burst phát tin báo hiệu (BCP) hướng Ring lại để đăng ký truyền burst hướng ring lại Khi việc tìm kênh trống hướng ngược lại bắt đầu lại từ bước i 3.2.3 Kết cấu chương trình Để đơn giản cho việc thực chương trình, chia chương trình mô thành chương trình con:  Chương trình update xây dựng thực thuật toán đưa ra, tên chương trình Matlab update.m: chương trình triển khai thuật toán điền đầy ô trống đưa để lựa chọn khoảng trống cho burst, tìm khoảng trống thỏa mãn cho burst, chương trình thực đăng ký cập nhật thông tin vào BCP  Đầu vào: burst yêu cầu, nút nguồn, nút đích  Đầu ra: khoảng trống lựa chọn, tin BCP cập nhật Như vậy, chạy chương trình, chương trình update.m xây dựng nhằm để thực việc tìm kiếm rỗi đăng kí bước sóng cho yêu cầu truyền Trong chương trình bảng bước sóng thể trạng thái bước sóng nút toàn mạng sử dụng Ma trận có kích thước [N,m], N số đoạn mạng Ring số Footer Page 21 of 113 Header Page 22 of 113 20 nút, m số bước sóng sử dụng để truyền burst Để thực mô việc đăng kí bước sóng, chương trình update.m yêu cầu đầu vào ma trận trạng thái bước sóng A, nút nguồn (mà burst yêu cầu xuất phát) nút đích Kết chạy chương trình trả lại ma trận A cập nhật trạng thái yêu cầu từ nút nguồn đến nút đích tìm bước sóng khả dụng đăng kí, không tìm bước sóng khả dụng, kết chương trình trả lại nguyên vẹn ma trận A Nếu có nhiều yêu cầu, phải thực chạy chương trình update.m nhiều lần  Chương trình mô tác vụ nút thực nhận tin BCP, tên chương trình node.m: BCP đến nút Aj tbcp, nút thực lần lượt:  Kiểm tra burst tới nút, giải phóng thông tin chiếm dụng BCP, burst qua nút cập nhật thời gian chiếm dụng burst truyền từ nút trước Aj: (ts-Bk-Aj; tf-Bk-Aj) = (ts-Bk-Aj-1; tf-Bk-Aj-1) + TBk(Aj-1, Aj) TBk(Aj-1, Aj) thời gian truyền burst Bk từ nút Aj-1 đến Aj  Thực lựa chọn khoảng trống cho burst nằm hàng đợi nút: burst không phục vụ chu kỳ trước đấy, ưu tiên để đăng ký tìm kênh truyền trước  Thực lựa chọn khoảng trống cho burst yêu cầu nút Việc thực lựa chọn khoảng trống cho burst thực chương trình UPDATE (update.m) Nếu có khoảng trống thỏa mãn, burst đăng ký để truyền đi, khoảng trống thỏa mãn, nút tìm thông tin hướng ngược lại để kênh trống hướng ngược lại để đăng ký cho burst cần truyền  Đóng gói BCP gửi đến nút  Chương trình main.m: thực việc nhập tham số đầu vào cho chương trình, chạy chương trình theo mục đích khảo sát Các tham số chương trình:  Số nút Ring (N)  Số bước sóng sử dụng (W)  Tốc độ đọc nút (Br) Footer Page 22 of 113 21 Header Page 23 of 113  Thời gian xử lý BCP (Tp)  Thời gian chuyển mạch nút (TOS)  Số vòng bcp chạy thực mô  Số chờ tối đa nút (wait_max)  Độ dài burst truyền (LB)  Độ dài tuyến quang  Số yêu cầu phát sinh lớn nút (ycps_max)  Ngoài số tham số khách quan nút tốc độ đọc nút (cũng tốc độ đường quang), chiết suất lõi sợi quang, thời gian xử lí tin bcp thời gian chuyển mạch nút Chương trình thực chạy từ nút đến nút N hết vòng chạy, hết thời gian chu kỳ T: = ∑ + + +∑ Trong đó: Ttnlà thời gian truyền dẫn tín hiệu quang từ nút An đến nút liền kề An+1 vòng báo hiệu TT, TR thời gian phát nhận BCP nút Vì độ dài tin BCP nhỏ nên thời gian nhỏ, cỡ vài µs Tại nút chương trình gọi chương trình node.m Số vòng chạy thay đổi phụ thuộc vào mục tiêu khảo sát 3.2 Kết khảo sát Mục tiêu chương trình khảo sát lực truyền tải qua mạng dựa tải lưu lượng phát sinh mạng ρ Sau kết trình khảo sát với kịch bản: RSP-OBSR có tham số N = 5, W = 6, ln = 25km (∀ n=1,…,5), Br = 2.5 Gbps, Tp = 100 μs, TOS = 20μs Ban đầu chương trình chạy với LB = 50 kB, ta có kết khảo sát hình 3.3 hình 3.4 Trên hình 3.3 hình 3.4 thống kê tổng số burst truyền chu kỳ mạng vòng nút, khoảng cách nút 25km, bước sóng truyền tải, tốc độ đường quang 2.5 Gbps, burst có độ dài đồng đều, thời gian xử lý BCP nút 100μs, thời gian chuyển mạch quang 20μs, tỷ số burst truyền burst cần truyền số burst trễ giá trị trung bình thống kê thời Footer Page 23 of 113 22 Header Page 24 of 113 gian quan sát 200 chu kỳ báo hiệu cho giá trị tải lưu lượng ρ, không sử dụng đệm quang chuyển đổi bước sóng Kết hình 3.3 cho ta thấy phụ thuộc số burst truyền tổng số burst cần truyền vào số burst phát sinh truyền đơn hướng song hướng Trên hình 3.4, đường màu xanh thể số burst trễ trung bình chu kỳ báo hiệu phụ thuộc tải lưu lượng ρ trường hợp Ring song hướng, đường màu đỏ thể số burst trễ trung bình chu kỳ báo hiệu phụ thuộc tải lưu lượng ρ trường hợp Ring Burst truyền / Tổng burst cần truyền đơn hướng Ring song hướng Ring đơn hướng ρ Số burst trễ trung bình Hình 3.3: Tỷ số burst truyền tổng số burst cần truyền phụ thuộc vào tải lưu lượng ρ Ring đơn hướng Ring song hướng ρ Hình 3.4: Số burst trễ trung bình phụ thuộc vào tải lưu lượng ρ Footer Page 24 of 113 Header Page 25 of 113 23  Nhận xét đánh giá Qua kết hình 3.3, cho thấy lượng burst phát sinh trung bình burst truyền hết, lượng burst phát sinh lớn phần lưu lượng tải phải lưu đệm đệm điện tử chờ đến chu kỳ báo hiệu sau Ring hoạt động song hướng có khả truyền tốt Ring đơn hướng truyền tải hướng lại lượng burst phát sinh lớn Như với lượng tải phát sinh, mạng vòng hoạt động song hướng có khả truyền tải tốt hơn, trễ burst mạng đơn hướng 3.4 Kết luận chương Trong chương này, luận văn tập trung vào việc xây dựng chương trình để khảo sát truyền tải qua mạng vòng chuyển mạch burst quang sử dụng báo hiệu quay vòng Thông qua việc khảo sát truyển tải, Ring song hướng có khả truyền tốt Ring đơn hướng truyền tải hướng lại lượng burst phát sinh lớn Điều cho thấy hiệu việc sử dụng báo hiệu quay vòng mạng vòng chuyển mạch burst quang Footer Page 25 of 113 Header Page 26 of 113 24 KẾT LUẬN Luận văn “Khảo sát truyền tải qua mạng vòng chuyển mạch burst quang sử dụng báo hiệu quay vòng” tìm hiểu công nghệ chuyển mạch quang, tập trung vào công nghệ chuyển mạch burst quang, đồng thời giới thiệu đề xuất mạng chuyển mạch burst quang cấu hình vòng tránh tắc nghẽn cách sử dụng báo hiệu quay vòng Đây vấn đề nhận nhiều quan tâm nhà nghiên cứu nghiên cứu xây dựng mạng OBS Luận văn đưa kết khảo sát truyền tải sử dụng báo hiệu quay vòng qua mạng vòng chuyển mạch burst quang Kết cho thấy việc sử dụng báo hiệu quay vòng khả quan, giải vấn đề tranh chấp burst mạng vòng OBS Với ưu điểm chuyển mạch burst quang giải pháp đầy hứa hẹn cho việc phát triển đưa công nghệ chuyển mạch burst quang vào thực tế tương lai Điều cho phép phát triển hệ thiết bị mạng truyền tải toàn quang dựa chuyển mạch burst Footer Page 26 of 113 ... mạng truyền tải toàn quang dựa chuyển mạch burst quang Footer Page 17 of 113 16 Header Page 18 of 113 CHƯƠNG – KHẢO SÁT TRUYỀN TẢI QUA MẠNG VÒNG CHUYỂN MẠCH BURST QUANG SỬ DỤNG BÁO HIỆU QUAY VÒNG... mạng vòng chuyển mạch burst quang sử dụng báo hiệu quay vòng tìm hiểu công nghệ chuyển mạch quang, tập trung vào công nghệ chuyển mạch burst quang, đồng thời giới thiệu đề xuất mạng chuyển mạch. .. dụng báo hiệu quay vòng qua mạng vòng chuyển mạch burst quang Kết cho thấy việc sử dụng báo hiệu quay vòng khả quan, giải vấn đề tranh chấp burst mạng vòng OBS Với ưu điểm chuyển mạch burst quang