Chuyển mạch burst quang

Chuyển mạch burst quang

Chuyên đề thông tin quang CHUYỂN MẠCH BURST QUANGMỤC LỤCMỤC LỤC . 1 DANH MỤC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT . 3 DANH MỤC HÌNH VẼ . 4 LỜI MỞ ĐẦU . 5 Chương 1: . 7 Giới thiệu về chuyển mạch burst quang 7 1.1 Chuyển mạch kênh quang . 7 1.2 Chuyển mạch gói quang . 8 1.3 Chuyển mạch burst quang 10 1.4 So sánh các công nghệ chuyển mạch quang 11 Chương 2 : 12 Các khía cạnh cơ bản của chuyển mạch burst quang 13 2.1 Kiến trúc mạng OBS 13 2.1.1 Cấu tạo nút biên 14 2.1.2 Cấu tạo nút lõi 15 2.2 Tổ hợp burst . 17 2.2.1 Tổ hợp burst dựa trên bộ định thời 17 2.2.2 Tổ hợp burst dựa trên mức ngưỡng . 18 2.3 Các cơ chế báo hiệu 19 2.3.1 Cơ chế báo hiệu Just – Enough – Time (JET) 20 2.3.2 Cơ chế báo hiệu Just – In – Time (JIT) 23 2.3.3 Cơ chế báo hiệu Tell – And – Go (TAG) . 25 2.3.4 Cơ chế báo hiệu Tell – And – Wait (TAW) . 26 2.4 Các thuật toán sắp xếp kênh . 27 2.4.1 Kênh rỗi phù hợp đầu tiên (FFUC) 28 2.4.2 Kênh rỗi với LAUT gần nhất (LAUC) 29 2.4.3 Kênh rỗi phù hợp đầu tiên – thực hiện lấp khoảng trống (FFUC-VF) 30 2.4.4 Kênh rỗi với LAUT gần nhất - thực hiện lấp khoảng trống (LAUC-VF) 31 2.4.5 Khoảng trống kết thúc tối thiểu (Min-EV) . 31 2.5 Phân giải tranh chấp . 31 2.5.1 Bộ đệm quang . 31 2.5.2 Chuyển đổi bước sóng . 33 Nhóm 10 – H09VT71 Chuyên đề thông tin quang CHUYỂN MẠCH BURST QUANG2.5.3 Định tuyến chuyển hướng . 34 2.5.3.1 Giới thiệu 34 2.5.3.2 Phương pháp định tuyến chuyển hướng 35 2.5.4 Phân đoạn burst . 36 KẾT LUẬN . 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 Nhóm 10 – H09VT72 Chuyên đề thông tin quang CHUYỂN MẠCH BURST QUANGDANH MỤC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮTViết tắt Tiếng Anh Tiếng ViệtACK Acknowledgement packet Gói tin báo nhận BA Burst Assembler Bộ tổ hợp burstATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền tải không đồng bộBHP Burst Header Packet Gói tiêu đề burstFDL Fiber Delay Line Đường dây trễ quangFFUC First Fit Unscheduled Channel Kênh rỗi phù hợp đầu tiênFFUC-VF First Fit Unscheduled Channel-Void FillingKênh rỗi phù hợp đầu tiên-thực hiện lấp khoảng trốngFIFO First In First Out Bộ đệm vào trước ra trướcIP Internet Protocol Giao thức InternetJET Just – Enough – Time (Tên giao thức)JIT Just – In – Time (Tên giao thức)LAUC Latest Available Unscheduled ChannelKênh rỗi với LAUT gần nhấtLAUC- VF Latest Available Unscheduled Channel – Void FillingKênh rỗi với LAUT gần nhất-thực hiện lấp khoảng trốngMEMS Microelectromechanical System Hệ thống vi cơ điệnMin – EV Minimum End Void Khoảng trống kết thúc tối thiểuNAK Negative Acknowledgment Bản tin báo nhận phủ địnhOBS Optical Burst Switching Chuyển mạch burst quangOCS Optical Circuit Switching Chuyển mạch kênh quangOPS Optical Packet Switching Chuyển mạch gói quangNhóm 10 – H09VT73 Chuyên đề thông tin quang CHUYỂN MẠCH BURST QUANGOXC Optical Cross Connect Thiết bị nối chéo quangREL Release packet Gói tin giải phóng kênhRM Routing Module Bộ định tuyếnRWA Routing and Wavelength AssignmentĐịnh tuyến và gán bước sóngS Scheduler Bộ lập lịchSCU Switching Control Unit Đơn vị điều khiển chuyển mạchSONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộTAG Tell – And – Go (Tên giao thức)TAW Tell – And – Wait (Tên giao thức)WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh phân chia bước sóngDANH MỤC HÌNH VẼHình 1.1: Mạng định tuyến bước sóng .8Hình 1.2: Mạng chuyển mạch gói quang OPS 9Hình 1.3: Nút chuyển mạch trong mạng chuyển mạch gói quang .10Hình 1.4: Sử dụng thời gian offset trong OBS 10Nhóm 10 – H09VT74 Chuyên đề thông tin quang CHUYỂN MẠCH BURST QUANGHình 2.1: Kiến trúc mạng OBS .13Hình 2.2: Sơ đồ khối chức năng của mạng OBS .14Hình 2.3: Cấu tạo nút biên 15Hình 2.4: Cấu tạo nút lõi 16Hình 2.5: Tổ hợp burst dựa trên bộ định thời 17Hình 2.6: Tổ hợp burst dựa trên mức ngưỡng .18Hình 2.7: Cơ chế báo hiệu Just – Enough – Time .21Hình 2.8: Lợi ích của DR .23Hình 2.9: Cơ chế báo hiệu Just – In – Time 24Hình 2.10: So sánh cơ chế báo hiệu JET (trên) và JIT (dưới) 24Hình 2.11: Cơ chế báo hiệu Tell-And-Go .26Hình 2.12: Cơ chế báo hiệu Tell – And – Wait .27Hình 2.13: Thuật toán FFUC và LAUC 29Hình 2.14: Thuật toán FFUC-VF và LAUC-VF .30Hình 2.15: Mô tả giải quyết xung đột bằng bộ đệm 32Hình 2.16: Dây trễ FDL cùng với bộ khuếch đại và chuyển mạch tạo thành một vòng lặp trễ .32Hình 2.17: Giải quyết tranh chấp bằng bộ chuyển đổi bước sóng .33Hình 2.18: Cấu trúc của mạng OBS với kỹ thuật làm lệch hướng đi .35Hình 2.19: Phương pháp định tuyến chuyển hướng 36Hình 2.20: Mô tả giải quyết xung đột bằng phân đoạn burst .37Hình 2.21: Cấu trúc của burst được đóng kiểu phân đoạn .38Hình 2.22: Xung đột làm chồng lấn các đoạn lên nhau .39LỜI MỞ ĐẦUNhững 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 Nhóm 10 – H09VT75 Chuyên đề thông tin quang CHUYỂN MẠCH BURST QUANGchọn được công nghệ chuyển mạch thích hợp để có thể sử dụng một cách tối ưu băng thông của sợi quang và giảm thiểu trễ xử lý tại các thiết bị chuyển mạch. Ba công nghệ chuyển mạch quang được nghiên cứu để sử dụng trong mạng WDM là: chuyển mạch kênh quang, chuyển mạch gói quang và chuyển mạch burst quang. Trong ba công nghệ này, chuyển mạch burst quang ra đời nhằm đáp ứng sự bùng nổ dữ liệu, giải quyết được nhược điểm của chuyển mạch kênh quang và là bước trung gian trước khi tiến tới chuyển mạch gói quang trong khi công nghệ chưa cho phép có mạng truyền tải toàn quang. Xuất phát từ thực tế trên nhóm chúng em đã chọn hướng nghiên cứu về chuyển mạch burst quang. Chuyên đề “Chuyển mạch burst quang” trình bày những vấn đề cơ bản nhất về chuyển mạch burst quang. Nội dung chuyên đề bao gồm:Chương 1: Giới thiệu về chuyển mạch burst quang. Chương này sẽ giới thiệu về các công nghệ chuyển mạch quang chính là chuyển mạch kênh quang, chuyển mạch burst quang và chuyển mạch gói quang.Chương 2: Các khía cạnh cơ bản của chuyển mạch burst quang. Nội dung chương 2 gồm có: +Kiến trúc mạng OBS+Tổ hợp burst: theo ngưỡng và dựa trên bộ định thời+Các cơ chế báo hiệu: JET,JIT,TAG,TAW+Các thuật toán sắp xếp kênh: với thuật toán hàng ngang (Hoziron) và lấp khoảng trống (Void Filling)+Các giải pháp giải quyết tranh chấp: bộ đệm quang, chuyển đổi bước sóng , định tuyến chuyển hướng, phân đoạn burst.Do giới hạn về mặt thời gian và kiến thức nên chuyên đề không tránh khỏi thiếu sót. Rất mong nhận được những đóng góp từ thầy cô và các bạn để chuyên đề của nhóm được hoàn thiện hơn.Nhóm 10 – H09VT76 Chuyên đề thông tin quang CHUYỂN MẠCH BURST QUANGChương 1: Giới thiệu về chuyển mạch burst quangNội dung chính của chương sẽ đề cập đến ba loại chuyển mạch quang chính là : chuyển mạch kênh quang, chuyển mạch gói quang và chuyển mạch burst quang.1.1 Chuyển mạch kênh quangNhóm 10 – H09VT77 Chuyên đề thông tin quang CHUYỂN MẠCH BURST QUANGMạng WDM định tuyến bước sóng bao gồm các thiết bị nối chéo quang OXC (Optical Cross Connect) được kết nối với nhau bằng các liên kết WDM trong một tôpô mạng hình lưới tùy ý. Phương pháp chuyển mạch trong mạng định tuyến bước sóng là chuyển mạch kênh quang. Chuyển mạch kênh quang là chuyển mạch hướng kết nối (connection oriented). Kết nối từ một nút nguồn gửi thông tin đến một nút đích nhận thông tin phải được thiết lập trước khi thông tin được truyền đi. Trong mạng định tuyến bước sóng thì kết nối từ nguồn tới đích này được gọi là đường quang (lightpath). Đường quang tương ứng với một tuyến và bước sóng được gán cho tuyến đó. Sự thiết lập các đường quang bao gồm một số bước thực hiện. Những bước này bao gồm tìm ra tài nguyên và tôpô mạng, định tuyến, gán bước sóng, báo hiệu và dự trữ tài nguyên. Hình 1.1: Mạng định tuyến bước sóng1.2 Chuyển mạch gói quangNhóm 10 – H09VT78 Chuyên đề thông tin quang CHUYỂN MẠCH BURST QUANGHình 1.2: Mạng chuyển mạch gói quang OPS Mạng chuyển mạch gói quang OPS bao gồm các OXC được nối với nhau bằng các liên kết WDM trong một cấu hình mesh tùy ý. Mạng chuyển mạch gói quang bao gồm phần lõi có khả năng truyền tải tốc độ cao và phần biên giao diện với phần tử của các mạng IP, SONET/SDH, Ethernet. Các gói tin truyền trong mạng chuyển mạch gói quang có phần tiêu đề và phần tải tin. Tiêu đề có chứa thông tin định tuyến cũng như thông tin điều khiển và được truyền trong băng cùng với tải tin. Khi gói tin truyền tới OXC, tiêu đề sẽ được tách ra và được xử lý trong miền điện (sau khi biến đổi quang – điện – quang) còn tải tin sẽ được chuyển mạch trong miền quang. Vì phần tiêu đề cần mất thời gian để xử lý nên phần tải tin được làm trễ đi bằng cách lưu đệm bởi đường dây trễ quang. Về nguyên lý, chuyển mạch gói quang mong muốn truyền thông tin và xử lý thông tin điều khiển hoàn toàn trong miền quang. Nhưng do hạn chế về mặt công nghệ hiện nay nên phần thông tin điều khiển chỉ có thể xử lý trong miền điện mà thôi. Trong chuyển mạch gói quang, tiêu đề được so sánh với một bảng định tuyến, tải tin sẽ được chuyển ra cổng đầu ra tương ứng trên một sợi quang và một bước sóng mới. Nếu không có bước sóng mới nào khả dụng, gói tin sẽ bị hủy hoặc phải bị trễ đi để chờ bước sóng khả dụng mới. Thành phần chính của nút OXC là cơ cấu chuyển mạch quang và khối điều khiển chuyển mạch. Khối điều khiển chuyển mạch duy trì thông tin về tô pô mạng, duy trì bảng định tuyến, xử lý tiêu đề gói tin, điều khiển việc lưu đệm, lập lịch và chuyển tiếp các gói tin, điều khiển cơ cấu chuyển mạch chuyển mạch gói tin đúng thời gian đã định, phát hiện tranh chấp và phân giải khi tranh chấp xảy ra giữa các gói tin. Cơ cấu chuyển mạch thực hiện tạo kết nối từ cổng đầu vào đến cổng đầu ra tương ứng theo yêu cầu của khối điều khiển chuyển mạch. Nhóm 10 – H09VT79 Chuyên đề thông tin quang CHUYỂN MẠCH BURST QUANGHình 1.3: Nút chuyển mạch trong mạng chuyển mạch gói quang1.3 Chuyển mạch burst quang Chuyển mạch burst quang ra đời nhằm đạt được sự cân bằng giữa chuyển mạch kênh quang và chuyển mạch gói quang. Các gói tin ở lớp trên sẽ được tập hợp lại thành các burst để truyền tải trong mạng OBS . Các burst có độ dài không cố định gồm có hai phần: gói tin điều khiển (control packet) hay còn được gọi là gói tiêu đề burst Burst Header Packet (BHP) và phần thông tin dữ liệu còn được gọi là data burst. OBS thực hiện việc truyền độc lập gói tin điều khiển và burst dữ liệu trên các kênh bước sóng khác nhau. Thông tin trong gói tin điều khiển gồm có chiều dài burst, thời điểm phát burst, các thông tin định tuyến. Gói tin điều khiển được truyền đi trước burst dữ liệu một khoảng thời gian được gọi là offset time để cấu hình các chuyển mạch trong suốt đường đi từ nguồn tới đích. Thời gian offset time này bằng trễ xử lý tổng cộng của gói tin điều khiển tại tất cả các nút trung gian. Hình 1.4: Sử dụng thời gian offset trong OBSNhóm 10 – H09VT710 [...]... tin quang Công nghệ chuyển mạch quang Hiệu quả sử dụng băng thông CHUYỂN MẠCH BURST QUANG Thời gian chuyển mạch yêu cầu Xử lý header Khả năng thích ứng lưu lượng Chuyển mạch kênh quang Thấp Chậm Thấp Thấp Chuyển mạch gói quang Cao Nhanh Cao Cao Chuyển mạch burst quang Cao Trung bình Thấp Cao Bảng 1.1 So sánh các công nghệ chuyển mạch quang khác nhau Chương 2 : Nhóm 10 – H09VT7 12 Chuyên đề thông tin quang. .. 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 được yêu cầu về bùng nổ lưu lượng nhưng nó vẫn chưa phải là chuyển mạch toàn quang, trễ tổ hợp burst, việc thay thế thiết bị hay chỉ là cần... tin quang CHUYỂN MẠCH BURST QUANG Đây là một trong những khác biệt cơ bản giữa chuyển mạch burst quang so với chuyển mạch gói quang Khoảng thời gian này cho phép thông tin điều khiển được xử lý tại mỗi nút chuyển mạch và các nút sắp xếp tài nguyên kênh bước sóng cho việc truyền burst dữ liệu dựa trên thông tin trong gói tin điều khiển Với OBS không yêu cầu phải xử lý gói tin điều khiển trong miền quang. .. công nghệ chuyển mạch quang Như đã nêu ở trên, ta có thể thấy chuyển mạch kênh quang chỉ chuyển mạch cho một bước sóng trên một đường quang nên không còn thích hợp cho mạng WDM hiện nay Nhưng nó cũng có những ưu điểm riêng của nó, nổi bật nhất đó là độ tin cậy Bên cạnh đó nhược điểm chính là độ trễ lớn và lãng phí băng thông Chuyển mạch gói quang là loại chuyển mạch hướng tới trong mạng toàn quang với... quang CHUYỂN MẠCH BURST QUANG Các khía cạnh cơ bản của chuyển mạch burst quang 2.1 Kiến trúc mạng OBS Như đã đề cập ở chương 1, ý tưởng của chuyển mạch burst quang là phân chia mặt bằng dữ liệu và mặt bằng điều khiển và thực hiện báo hiệu ngoài băng để cho phép truyền tải dữ liệu trong miền quang một cách hiệu quả hơn Đơn vị dữ liệu truyền tải trong mạng OBS là các burst gồm có gói tin điều khiển và burst. .. đường dữ liệu toàn quang cho burst dữ liệu tương ứng Nếu quá trình dự trữ tài nguyên thành công, chuyển mạch sẽ được cấu hình cho burst dữ liệu đi qua Trong lúc đó, burst sẽ đợi tại nguồn trong miền điện Sau một khoảng thời gian offsetime xác định trước, burst được gửi trong miền quang trên bước sóng được chọn Nhóm 10 – H09VT7 20 Chuyên đề thông tin quang S ource CHUYỂN MẠCH BURST QUANG Intermediate... thông tin quang CHUYỂN MẠCH BURST QUANG burst có khoảng thời gian offset time do đó JIT không yêu cầu phải sử dụng đường dây trễ quang tại các nút chuyển mạch trung gian Source Intermediate nodes Destination BHP δ SETUP & CONFIRM PHASE δ Burst δ ST TRANSMISSION & RELEASE PHASE Time Hình 2.9: Cơ chế báo hiệu Just – In – Time Khi gói tiêu đề burst được gửi đi để dự trữ tài nguyên, tại một nút chuyển mạch. .. vào mạng lớn, burst sẽ có kích thước lớn, lưu lượng vào mạng nhỏ, burst sẽ có kích thước nhỏ Tuy nhiên, thời gian của bộ định thời cũng là một nhân tố quyết định kích thước các burst L1 L2 T L3 T T Thời gian Hình 2.5: Tổ hợp burst dựa trên bộ định thời Nhóm 10 – H09VT7 17 Chuyên đề thông tin quang CHUYỂN MẠCH BURST QUANG 2.2.2 Tổ hợp burst dựa trên mức ngưỡng Trong phương pháp tổ hợp burst dựa trên... hình trường chuyển mạch cho từng burst tại mỗi nút thông qua các gói tin tiêu đề burst BHP hay gói tin điều khiển OBS sử dụng báo hiệu ngoài băng: Gói tin BHP được truyền trên một bước sóng khác với burst dữ liệu Tuy nhiên, BHP được truyền trên cùng một đường đi từ nguồn tới đích như burst dữ liệu để thông báo cho các nút chuyển mạch dự trữ tài nguyên và cấu hình trường chuyển mạch cho burst dữ liệu... thông tin quang CHUYỂN MẠCH BURST QUANG Hình 2.12: Cơ chế báo hiệu Tell – And – Wait 2.4 Các thuật toán sắp xếp kênh Khi một gói tin tiêu đề burst tới nút lõi, khối điểu khiển chuyển mạch SCU xử lý gói tin này và một thuật toán sắp xếp kênh hay lập lịch kênh được thực hiện để gán burst dữ liệu cho một kênh bước sóng thích hợp ở đầu ra Khối lập lịch kênh lấy thời điểm burst đến và chiều dài burst từ . tin quang CHUYỂN MẠCH BURST QUANGHình 1.3: Nút chuyển mạch trong mạng chuyển mạch gói quang1 .3 Chuyển mạch burst quang Chuyển mạch burst quang. chuyển mạch kênh quang, chuyển mạch gói quang và chuyển mạch burst quang. 1.1 Chuyển mạch kênh quangNhóm 10 – H09VT77 Chuyên đề thông tin quang CHUYỂN