Chuyển mạch burst quang

Chuyển mạch burst quang

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

2.5.3 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

DANH MỤC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT

ACK Acknowledgement packet Gói tin báo nhận

ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền tải không đồng bộBHP Burst Header Packet Gói tiêu đề burst

FFUC First Fit Unscheduled Channel Kênh rỗi phù hợp đầu tiênFFUC-VF First Fit Unscheduled Channel-Void

JET Just – Enough – Time (Tên giao thức)

LAUC Latest Available Unscheduled Channel

Kênh rỗi với LAUT gần nhấtLAUC- VF Latest Available Unscheduled

Channel – Void Filling

Kênh rỗi với LAUT gần nhất-thực hiện lấp khoảng trống

MEMS Microelectromechanical System Hệ thống vi cơ điện

Min – 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 quang

OXC Optical Cross Connect Thiết bị nối chéo quangREL Release packet Gói tin giải phóng kênh

RWA Routing and Wavelength Assignment

Định tuyến và gán bước sóng

SCU Switching Control Unit Đơn vị điều khiển chuyển mạchSONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ

WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh phân chia bước sóng

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Mạng định tuyến bước sóng 8

Hình 1.2: Mạng chuyển mạch gói quang OPS 9

Hình 1.3: Nút chuyển mạch trong mạng chuyển mạch gói quang 10

Hình 1.4: Sử dụng thời gian offset trong OBS 10

Hình 2.1: Kiến trúc mạng OBS 13

Hình 2.2: Sơ đồ khối chức năng của mạng OBS 14

Hình 2.3: Cấu tạo nút biên 15

Hình 2.4: Cấu tạo nút lõi 16

Hình 2.5: Tổ hợp burst dựa trên bộ định thời 17

Hình 2.6: Tổ hợp burst dựa trên mức ngưỡng 18

Hình 2.7: Cơ chế báo hiệu Just – Enough – Time 21

Hình 2.8: Lợi ích của DR 23

Hình 2.9: Cơ chế báo hiệu Just – In – Time 24

Hình 2.10: So sánh cơ chế báo hiệu JET (trên) và 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 và LAUC 29

Hình 2.14: Thuật toán FFUC-VF và LAUC-VF 30

Hình 2.15: Mô tả giải quyết xung đột bằng bộ đệm 32

Hình 2.16: Dây trễ FDL cùng với bộ khuếch đại và chuyển mạch tạo thành một vòng lặp trễ 32

Hình 2.17: Giải quyết tranh chấp bằng bộ chuyển đổi bước sóng 33

Hình 2.18: Cấu trúc của mạng OBS với kỹ thuật làm lệch hướng đi 35

Hình 2.19: Phương pháp định tuyến chuyển hướng 36

Hình 2.20: Mô tả giải quyết xung đột bằng phân đoạn burst 37

Hình 2.21: Cấu trúc của burst được đóng kiểu phân đoạn 38

Hình 2.22: Xung đột làm chồng lấn các đoạn lên nhau 39

LỜI MỞ ĐẦU

Những năm gần đây đã diễn ra sự bùng nổ lưu lượng thông tin trên toàn cầu Yêu cầu về băng thông đối với các dịch vụ viễn thông ngày càng gia tăng Một trong những xu hướng phát triển của mạng viễn thông hiện nay là quang hóa từ mạng lõi cho đến tận mạng truy nhập của khách hàng Công nghệ ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM đã và đang được triển khai trong các hệ thống thông tin quang hiện tại cho phép tốc độ truyền dẫn cực lớn và khả năng hỗ trợ các lưu lượng khác nhau như IP, Ethernet, SONET/SDH Một vấn đề đặt ra cho mạng quang WDM là lựa

chọn được công nghệ chuyển mạch thích hợp để có thể sử dụng một cách tối ưu băng thông của sợi quang và giảm thiểu trễ xử lý tại các thiết bị chuyển mạch Ba công nghệ chuyển mạch quang được nghiên cứu để sử dụng trong mạng WDM là: chuyển mạch kênh quang, chuyển mạch gói quang và chuyển mạch burst quang Trong ba công nghệ này, chuyển mạch burst quang ra đời nhằm đáp ứng sự bùng nổ dữ liệu, giải quyết được nhược điểm của chuyển mạch kênh quang và là bước trung gian trước khi tiến tới chuyển mạch gói quang trong khi công nghệ chưa cho phép có mạng truyền tải toàn quang Xuất phát từ thực tế trên nhóm chúng em đã chọn hướng

nghiên cứu về chuyển mạch 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

+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.

Chương 1:

Giới thiệu về chuyển mạch burst quang

Nội 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 quang

Mạng 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 sóng

1.2 Chuyển mạch gói quang

Hình 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

Hình 1.3: Nút chuyển mạch trong mạng chuyển mạch gói quang

1.3 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 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 OBS sử dụng các mô hình dự trữ kênh và báo hiệu để dự trữ tài nguyên kênh bước sóng

1.4 So sánh các 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 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.

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 hợp các gói cùng đích đến dùng chung một gói điều khiển làm giảm thiểu tối đa việc xử lý thông tin điều khiển 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 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 thay thế module Đó là vấn đề “trade off” trong viễn thông.

Công nghệ chuyển mạch quang

Hiệu quả sử dụng băng thông

Thời gian chuyển mạch yêu cầu

Xử lý header Khả năng thích ứng lưu lượngChuyển mạch

Chuyển mạch

Chuyển mạch

Bảng 1.1 So sánh các công nghệ chuyển mạch quang khác nhau

Chương 2 :

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 dữ liệu Mạng OBS thực hiện việc báo hiệu ngoài băng: gói tin điều khiển được truyền trên một kênh bước sóng khác với burst dữ liệu để cấu hình các chuyển mạch từ nguồn tới đích Gói tin điều khiển mang thông tin về chiều dài burst, thời điểm burst truyền cũng như các thông tin định tuyến khác Một khi tài nguyên đã được dự trữ các burst sẽ được phát đi Để làm được điều đó người ta đề xuất xây dựng một mạng OBS với kiến trúc như hình 2.1

Hình 2.1: Kiến trúc mạng OBS

Mạng OBS về bản chất là một mạng WDM trên đó nó thực hiện công nghệ chuyển mạch OBS Mạng OBS bao gồm các nút biên (edge node) và các nút lõi (core node) được kết nối với nhau bằng các liên kết WDM

Nút biên mạng OBS thực hiện giao diện với mạng khác như mạng IP, SONET/SDH hay Ethernet Nút biên vì thế có khả năng giao tiếp cả trong miền điện và miền quang và có khả năng biến đổi điện quang cũng như chuyển đổi bước sóng để tương thích với tín hiệu truyền trên các liên kết quang WDM Nút biên trên cơ sở

truyền tải burst có thể phân thành nút biên đầu vào và nút biên đầu ra Nút đầu vào ở phía phát vào thực hiện tổ hợp các gói tin từ các đầu cuối thành các burst và tạo các gói tin điều khiển, định tuyến và sắp xếp bước sóng để truyền các burst dữ liệu vào mạng lõi OBS Nút đầu ra ở phía thu thực hiện giải tổ hợp các burst thành các gói tin và gửi tới các mạng đích Nếu một nút biên thực hiện thông tin hai chiều thì nó sẽ đóng vai trò vừa là nút đầu vào vừa là nút đầu ra.

Nút lõi có nhiệm vụ cơ bản là chuyển tiếp burst từ các cổng đầu vào tới các cổng đầu ra tương ứng, dự trữ các kênh bước sóng cho các burst dữ liệu dựa trên thông tin trong các gói tin điều khiển và giải quyết tranh chấp Hình 2.2 mô tả các thành phần của mạng OBS với các chức năng khác nhau

Định tuyến

Tổ hợp Burst

Lập lịch và sắp xếp bước sóng

Báo hiệu

Lập lịch

Giải quyết tranh chấp

Giải tổ hợp Burst

Chuyển tiếp góiLưu lượng raLưu lượng vào

Nút biên đầu vào Node lõi Node biên đầu ra

Hình 2.2: Sơ đồ khối chức năng của mạng OBS

2.1.1 Cấu tạo nút biên

Các nút biên là các router biên có khả năng giao diện điện và quang, thực hiện chức năng phân loại gói tin, lưu đệm các gói tin, tổ hợp các gói tin thành các burst và giải tổ hợp burst thành các gói tin cấu thành Các phương pháp tổ hợp burst khác nhau như dựa trên thời gian của bộ định thời hoặc dựa trên kích thước các gói tin có thể được sử dụng để tổ hợp các gói tin dữ liệu thành các burst và gửi vào trong mạng lõi OBS Cấu tạo của một router biên bao gồm một bộ định tuyến RM (Routing

Module), các bộ tổ hợp burst BA (Burst Assembler) và các bộ lập lịch kênh S (Scheduler)

Bộ định tuyến

Lập lịch kênh

Class 0

Class mClass 0Class m

Lưu lượng

vào

Lưu lượng

ra tới node

lõiĐến node biên 1

Đến node biên N

Tổ hợp burst N Tổ hợp burst 1

Lập lịch kênh

Hình 2.3: Cấu tạo nút biên

Bộ định tuyến kiểm tra thông tin định tuyến của từng gói tin, chọn lựa các cổng ra thích hợp cho từng gói tin và gửi nó đến bộ tổ hợp burst thích hợp Mỗi bộ tổ hợp burst tạo ra các burst chứa các gói dữ liệu đến cùng một đích tới (cùng một router biên đầu ra) Trong mỗi bộ tổ hợp burst còn có hàng đợi khác nhau cho các loại gói tin ứng với các dịch vụ khác nhau Bộ lập lịch kênh dự trữ kênh bước sóng cho các burst dữ liệu và chuyển các burst dữ liệu tới các cổng đầu ra tương ứng Ở nút biên đầu ra, bộ giải tổ hợp burst sẽ tiến hành tách các gói tin từ các burst này và chuyển tiếp lên các lớp trên

2.1.2 Cấu tạo nút lõi

Nút lõi gồm có OXC và một đơn vị điều khiển chuyển mạch SCU (Switching Control Unit), các bộ chuyển đổi quang – điện – quang, các bộ ghép kênh, phân kênh Ta xét hai phẩn tử chính là OXC và SCU SCU tạo và duy trì một bảng chuyển tiếp và chịu trách nhiệm cấu hình cho OXC Khi gói tin điều khiển tới nút lõi nó sẽ được biến đổi từ miền quang vào miền điện và đi đến SCU SCU đọc thông tin trong gói xác định đích đến của gói này và burst dữ liệu theo sau, kế đó tra cứu thông tin trong bảng chuyển tiếp để đưa đến quyết định chuyển tiếp dữ liệu đến cổng ra nào của OXC Đồng thời SCU cũng chịu trách nhiệm dự trữ kênh bước sóng cho burst dữ liệu ở đầu ra Gói tin điều khiển sau đó sẽ được cập nhật thêm thông tin điều khiển nếu như nút hiện tại chưa phải là đích cuối cùng của nó và được biến đổi điện quang và

truyền ra kênh bước sóng đầu ra tương ứng Trước khi burst dữ liệu đi đến router lõi, SCU sẽ điều khiển OXC thiết lập kết nối từ cổng đầu vào đến đầu ra tương ứng cho burst dữ liệu đó Tại nút lõi có nhiều kịch bản có thể xảy ra Nếu gói tin điều khiển không thành công trong việc dự trữ tài nguyên cho burst dữ liệu thì cả gói tin điều khiển và burst dữ liệu sẽ bị hủy bỏ Hoặc khi các burst dữ liệu tại các đầu vào cùng muốn đến một cổng đầu ra của OXC, khi đó tranh chấp sẽ xảy ra và SCU sẽ có nhiệm vụ phát hiện và giải quyết tranh chấp này theo các chính sách giải quyết tranh chấp mà mạng sử dụng Có hai phương pháp giải quyết tranh chấp mà phần 2.5 của chuyên đề đề cập đến là sử dụng các đường dây trễ quang và chuyển đổi bước sóng Để thực hiện được các phương pháp này đòi hỏi nút lõi mạng OBS phải trang bị thêm đường dây trễ quang và các bộ chuyển đổi bước sóng

Hình 2.4: Cấu tạo nút lõi

Ta có thể thấy các gói tin khi đi vào các node biên sẽ được định tuyến để chuyển rồi mới chuyển đến các bộ tổ hợp và sau đó được lập lịch và sắp xếp trên bước sóng đầu ra tương ứng Tại các node lõi sẽ chỉ có trách nhiệm chuyển tiếp gói tin đi nhờ xử lý các thông tin báo hiệu và lập lịch Tại node biên đầu ra sẽ burst sẽ được giải tổ hợp và phân phối đến địa chỉ.Trong mạng OBS xử dụng các giao thức định tuyến OSPF và GMPLS Có thể thấy tuyến đã được lựa chọn tại node biên, các node đích chỉ việc chuyển tiếp Nếu đi thêm về các giao thức trên thì chuyên đề sẽ quá dài và không tập trung vào đặc điểm riêng chính của OBS nên nhóm sẽ không trình bày cụ thể về các

giao thức định tuyến trên Mục tiếp theo sẽ đề cập đến quá trình tổ hợp burst là một trong những đặc điểm nổi bật của OBS.

2.2 Tổ hợp burst

Tổ hợp burst là tiến trình tập hợp và đóng các gói ở router nút biên đầu vào từ các lớp cao hơn thành các burst để truyền tải vào mạng OBS Khi các gói tin đi đến từ lớp cao hơn, chúng được lưu đệm trong các bộ nhớ đệm điện và được phân loại theo địa chỉ và loại dịch vụ Việc tổ hợp burst sẽ quyết định khi nào tạo ra một burst và gửi burst đó vào mạng OBS Hai phương pháp tổ hợp burst phổ biến nhất là tổ hợp burst dựa trên bộ định thời và tổ hợp burst dựa trên mức ngưỡng.

2.2.1 Tổ hợp burst dựa trên bộ định thời

Như đã trình bày trong phần 2.1.1, các router biên có cấu tạo gồm có bộ định tuyến, các bộ tổ hợp burst và các bộ lập lịch kênh Khi các gói tin đến router biên, bộ định tuyến sẽ căn cứ vào địa chỉ đích của các gói tin để chuyển các gói tin này đến bộ tổ hợp burst thích hợp Các gói tin này sẽ được lưu đệm tạm thời trong các hàng đợi khác nhau nằm trong bộ tổ hợp burst Trong phương pháp tổ hợp burst dựa trên bộ định thời, mỗi bộ tổ hợp burt sẽ tham chiếu thời gian của một bộ định thời cục bộ nằm trên một hàng đợi để quyết định việc tổ hợp các gói tin thành các burst Thời điểm bộ định thời bắt đầu đếm thời gian có thể là ngay sau khi một burst trước đó được lập lịch để truyền đi hoặc ngay sau khi gói tin đầu tiên đến hàng đợi sau khi hàng đợi trống Sau một khoảng thời gian Tđược cấu hình từ trước, các gói tin trong hàng đợi đó sẽ được tổ hợp thành một burst và lập lịch để truyền đi Phương pháp tổ hợp burst này sẽ tạo ra các burst có chiều dài ngẫu nhiên Lưu lượng vào mạng thay đổi phần lớn sẽ quyết định chiều dài của burst Lưu lượng 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

Hình 2.5: Tổ hợp burst dựa trên bộ định thời

2.2.2 Tổ hợp burst dựa trên mức ngưỡng

Trong phương pháp tổ hợp burst dựa trên mức ngưỡng, số lượng các burst bị giới hạn hay chiều dài của các burst là bằng nhau Cụ thể là khi khi kích thước của các gói tin trong hàng đợi đạt đến một giá trị ngưỡng L, các gói tin được tổ hợp thành burst và lập lịch để truyền đi Phương pháp tổ hợp burst này không đảm bảo về thời gian trễ tổ hợp burst

Hình 2.6: Tổ hợp burst dựa trên mức ngưỡng

Một vấn đề đặt ra cho việc tổ hợp burst là làm sao tìm ra giá trị của bộ định thời và kích thước ngưỡng để tối thiểu hóa xác suất mất gói trong mạng OBS Nếu như mức ngưỡng quá thấp dẫn đến kích thước burst nhỏ, số lượng burst truyền trong mạng sẽ nhiều dẫn đến xác suất xảy ra xung đột ở các router lõi cao, nhưng số lượng gói trung bình bị mất do xung đột lại nhỏ Tuy nhiên, số lượng burst nhiều sẽ làm tăng áp lực lên mặt bằng điều khiển do phải xử lý nhiều các gói tin điều khiển của mỗi burst dữ liệu Nếu thời gian cấu hình cho mỗi nút chuyển mạch không được bỏ qua, các burst ngắn sẽ khiến cho việc sử dụng tài nguyên một cách kém hiệu quả do phải mất nhiều thời gian chuyển mạch Ngược lại, khi mức ngưỡng lớn dẫn đến kích thước burt lớn, số lượng burst vào mạng sẽ nhỏ, do đó xác suất xảy ra xung đột sẽ nhỏ nhưng số lượng gói trung bình bị mất do xung đột sẽ lớn

Vì thế, cần có một sự cân bằng giữa số lượng xung đột và số lượng gói mất trung bình tại mỗi lần xung đột Do đó, hoạt động của mạng OBS sẽ được cải thiện khi các gói đến được tổ hợp thành burst với một kích thước tối ưu Tương tự, phương pháp tổ hợp burst dựa trên bộ định thời cũng cần giá trị tối ưu về mặt thời gian

Việc lựa chọn phương pháp tổ hợp burst tùy thuộc vào loại lưu lượng được truyền đi Phương pháp tổ hợp burst dựa trên bộ định thời thích hợp với các lưu lượng bị giới hạn về mặt thời gian như các dịch vụ thời gian thực như thoại, truyền tải video vì thời gian trễ tổ hợp burst bị giới hạn Nếu không có giới hạn về độ trễ, phương pháp tổ hợp burst dựa trên mức ngưỡng phù hợp cho các dịch vụ không yêu cầu thời gian thực như truyền số liệu, và cho phép điều khiển được số lượng gói bị mất trong mỗi lần xung đột

Việc sử dụng cả hai loại phương pháp dựa trên bộ định thời và dựa trên mức ngưỡng là lựa chọn tốt nhất và việc tổ hợp burst sẽ linh hoạt hơn là chỉ dùng một trong hai phương pháp kể trên Bằng cách tính toán giá trị mức ngưỡng tối ưu và sử dụng giá trị của bộ định thời dựa trên độ trễ gói cho phép, ta có thể chắc rằng số lượng mất gói là nhỏ nhất trong khi vẫn đảm bảo độ trễ cho phép

Sau khi một burst được tạo ra sử dụng các phương pháp được nói ở trên, burt được lưu đệm trong hàng đợi trong một khoảng thời gian trước khi truyền đi sao cho gói tin điều khiển của burst đó có đủ thời gian để dự trữ tài nguyên Trong thời gian này, các gói tin khác có thể tiếp tục đến router nút biên Việc thêm các gói tin này vào burst là không chấp nhận được vì tài nguyên cho burst lúc đầu được dự trữ căn cứ vào chiều dài của burst có trong gói tin điều khiển Để các gói tin này cho các burst ở đằng sau có khả năng tăng trễ trung bình trong trường hợp lưu lượng lớn Trong [4], theo Yang Chen, Chunming Quiao và Xiang Yu, một cách để giảm thiểu trễ là thực hiện dự đoán chiều dài burst: Gói tin điều khiển sẽ mang thông tin về chiều dài burst là L + f(t) thay vì là L với L là chiều dài chính xác của burst khi gói tin điều khiển được gửi đi, f(t) là chiều dài dự đoán của các gói tin đi đến trong khoảng thời gian offset và được tính toán dựa trên tốc độ trung bình của lưu lượng tới Giả sử chiều dài thực sự của các gói tin đi đến là l(t) Nếu f(t) > l(t), chiều dài của burst khi truyền vào nút lõi là L + l(t), tài nguyên dự trữ cho burst sẽ bị lãng phí Nếu f(t) < l(t), chiều dài của burst khi truyền vào nút lõi là L + f(t) Một phần gói tin có chiều dài l(t) – f(t) sẽ được ghép vào để truyền trên các burst phía sau Nếu f(t) = l(t) là trường hợp lý tưởng nhất khi đó việc dự trữ tài nguyên cho burst sẽ là tối ưu và không tăng trễ

2.3 Các cơ chế báo hiệu

Khi burst được truyền vào mạng lõi OBS, một cơ chế báo hiệu phải được thực hiện nhằm mục đích phân bổ tài nguyên và cấu 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 tương ứng.

Dưới đây ta xét bốn cơ chế báo hiệu cơ bản trong OBS là Just – Enough – Time, Just – In – Time, Tell – And – Go và Tell – And – Wait Trong đó ba cơ chế báo hiệu đầu là ba cơ chế báo hiệu một chiều: Nút nguồn gửi gói tin điều khiển để dự trữ tài nguyên và thực hiện truyền burst dữ liệu mà không cần đợi nút đích thông báo việc dự trữ tài nguyên từ nguồn tới đích có thành công hay không Cơ chế báo hiệu Tell – And – Wait là cơ chế báo hiệu hai chiều: nút nguồn sẽ chỉ truyền burst dữ liệu khi được xác nhận kênh truyền đã được thiết lập hoàn toàn từ nguồn tới đích

2.3.1 Cơ chế báo hiệu Just – Enough – Time (JET)

Trong phương thức JET, có một độ trễ giữa việc truyền dẫn gói tiêu đề burst và burst dữ liệu Độ trễ này lớn hơn tổng thời gian xử lý gói điều khiển dọc theo tuyến Mục đích là sao cho khi burst đến mỗi nút chuyển mạch trung gian thì gói tiêu đề burst đã được xử lý xong và một kênh trên cổng đầu ra đã được chỉ định Do đó không cần đường dây trễ quang để làm trễ burst dữ liệu ở mỗi nút Đây là một đặc tính quan trọng của JET vì đường dây trễ quang tốn kém và có nhiều hạn chế (ví dụ như chỉ cho độ trễ cố định, chiều dài lớn) Cơ chế báo hiệu Just – Enough – Time được mô tả trên hình 2.7, node nguồn đầu tiên gửi một gói tiêu đề bust (Burst Header Packet – BHP) trên một kênh điều khiển tới node đích BHP được xử lý tại mỗi node tiếp theo với yêu cầu thiết lập 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.

TRANSMISSION & RELEASE PHASE

S ourceIntermediate nodesDestinationBHP

SETUP & CONFIRM

Hình 2.7: Cơ chế báo hiệu Just – Enough – Time

Offset time được tính toán cơ bản dựa trên số nút chuyển mạch trung gian từ nguồn tới đích và thời gian chuyển mạch của node đích Offset time được tính là [1]:OT = h.δ + ST

Ở đây: h là số nút chuyển mạch trung gian giữa nguồn và đích δ là thời gian xử lý tiêu đề burst trên một nút trung gian ST là thời gian cấu hình lại chuyển mạch ở nút đích.

Gói tiêu đề burst chứa thông tin về offset time và chiều dài burst Và khi qua một nút trung gian thì giá trị offset time sẽ phải được cập nhật lại vì giá trị offset time sẽ giảm đi một lượng đúng bằng thời gian xử lý gói tin tiêu đề burst Khi quá trình dự trữ tài nguyên thành công, kênh bước sóng tại một nút sẽ chỉ được ấn định hoàn toàn cho burst khi bit đầu tiên của burst dữ liệu truyền tới nút Tức là trong khoảng thời gian offset time, kênh không bị chiếm hay rỗi cho dù đã đăng ký tài nguyên thành công Kênh có thể gán cho burst dữ liệu khác miễn sao cho việc truyền các burst dữ liệu không bị chồng lên nhau Kiểu dự trữ tài nguyên của JET gọi là dự trữ tài nguyên trễ (Delayed Reservation) Sau khi truyền xong burst dữ liệu kênh bước sóng sẽ tự động được giải phóng mà không cần phải có bản tin giải phóng kênh được gửi