Mạng quang chuyển mạch gói: Công nghệ, thành phần và ứng dụng

Giữa chuyển mạch kênh và gói

Gần đây, chuyển mạch burst quang đợc nghiên cứu trở lại và đợc biết đến nh một giải pháp kế tiếp của chuyển mạch gói quang. Chuyển mạch burst quang (OBS) nh một giải pháp cho sự truyền tải lu lợng trực tiếp qua mạng WDM quang mà không cần bộ đệm.

Giữa chuyển mạch gói và chuyển mạch burst

Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 1: Giới thiệu chung Chuyển mạch burst quang không cần phải có bớc sóng riêng cho mỗi kết nối đầu cuối tới đầu cuối vì vậy ngay sau khi burst đi qua một tuyến liên kết thì bớc sóng sẽ đ- ợc giải phóng ngay. Chuyển mạch burst quang là chuyển mạch hứa hẹn nhiều triển vọng, nó sẽ thay thế các chuyển mạch hiện tại, và sẽ mang tính thơng mại cao hơn chuyển mạch gói quang, nó tránh đợc hai vấn đề chính là: Tốc độ chuyển mạch cao và bộ đệm quang.

Vai trò của mạng chuyển mạch gói quang

Và bớc tiếp theo, mạng thế hệ mới cần phải tận dụng đợc kĩ thuật WDM bằng cách thực hiện các chức năng quang trong điều khiển và quản lí các tín hiệu hàng megabit, nh thế sẽ làm giảm sự phức tạp trong hệ thống điện và giảm giá thành. Chuyển mạch gói quang có thể vẫn chỉ trong phòng thí nghiệm nhiều năm nữa, song với công nghệ phát triển ngày càng cao để đáp ứng cho các phơng thức chuyển mạch hiện có nh chuyển mạch kênh quang, sẽ tạo bớc xúc tiến cho mạng chuyển mạch gói quang ra đời.

Đặc tính lu lợng của chuyển mạch gói quang

• Đặc tính lu lợng của chuyển mạch không có chức năng tách - ghÐp
• Đặc tính lu lợng của chuyển mạch với chức năng tách ghép

Tính modul nhận đợc bằng cách thêm cột vào Shufflenet chuẩn nghĩa là có k và M thì khi thêm cột thì nhận đợc tổng số node là (k + c). Kiểu kết nối theo hình trụ của Shufflenetworks nhận đợc sự phối hợp địa chỉ theo cách thông thờng, cho phép khả năng tự định tuyến và lựa chọn định tuyến trả lời từ tắc nghẽn và lỗi mạng. Hơn nữa, vấn đề quan trọng của đặc tính lu lợng sẽ trình bày ở sau. Các mạng đó đảm bảo số lợng nhỏ các hop giữa các node thu và phát. Trớc khi truyền sự mô tả, phân tích rất quan trọng để xác định mạng và kích cỡ chuyển mạch a thích. Mạng nội hạt và mạng trung tâm ít khi có hơn 250 node. Thông qua các ví dụ đó chúng chỉ ra kích cỡ mạng a dùng. = 8), để đảm bảo nh là số bớc sóng yêu cầu đợc hoạt động và cũng chắc chắn mức độ phức tạp của thực thể mạng thấp. Với liên quan tới giả thuyết thứ hai, chỉ ra sự phối hợp định tuyến thích ứng đơn giản cho điều khiển tắc nghẽn ở mạng sóng ánh sáng đa hop Shufflenet mà ở đó giả sử đúng nếu thuật toán định tuyến thích ứng đợc thực hiện víi Shufflenetwork. Để sử dụng kiểu hàng đợi mô tả trong kiến trúc chuyển mạch gói WDM và sự phân tích ảnh hởng của các bộ chuyển đổi bớc sóng khả chỉnh lên hiệu năng, mà đợc ứng dụng cho hàng đợi đầu ra WDM quang, việc xử lý gói đến tới mỗi hàng đợi mạng phải đợc tìm thấy.

Bộ đệm trong chuyển mạch gói quang .1 Các kỹ thuật đệm

• Chuyển mạch đơn tầng .1 OASIS
• Chuyển mạch đa tầng

Để mô phỏng ta dùng N bộ đếm (N là số lợng. đầu vào và đầu ra), mỗi bộ đếm liên kết với 1 đầu ra của chuyển mạch để tính toán độ trễ gói. Mỗi bộ đếm sẽ điều khiển một số gói trong bộ đệm đầu ra ảo có nguyên tắc truy nhập. Mỗi gói tin sẽ đợc chuyển ra tại một khe thời gian mới trừ khi bộ đệm rỗng. Nếu nhiều gói muốn tới cùng một đầu ra ở một khe thời gian thì chúng sẽ. đợc đăng kí một độ trễ và đợc chuyển lần lợt tới bộ đệm. Chuyển mạch không gian. Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 3: Chuyển mạch gói quang Tổng độ trễ tính bằng khe thời gian đợc thống kê là giá trị bộ đếm đầu ra. đếm hiện giá trị là b thì gói đến sẽ bị loại trớc khi vào trờng chuyển mạch vì xảy ra hiện tợng quá tải. Qua quá trình thử nghiệm trên thực tế, ngời ta thấy OASIS có cùng hiệu năng với chuyển mạch đệm đầu ra với độ sâu của bộ đệm b. a) OASIS sử dụng coupler thụ động Mô hình này đợc mô tả nh hình 3.17. Do đó, nếu kích thớc chuyển mạch tăng (số đầu vào và đầu ra tăng) thì độ sâu của bộ đệm cũng tăng, và tỉ lệ mất gói sẽ giảm. Ngoài ra, tốc độ bit cũng ảnh hởng tới hiệu năng vì nhiễu bộ khuyếch đại quang. Coupler thụ động. Đầu vào Đầu ra. Tách kênh tÝch cùc. Bộ lọc cố định. Hình 3.18: Công suất suy hao của OASIS do coupler thụ động. Số lượng đầu vào/ ra. Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 3: Chuyển mạch gói quang bán dẫn SOA tăng nhanh với tốc độ bit. đối với chuyển mạch 8 ì8. Bộ khuyếch đại quang bán dẫn SOA đợc sử dụng nh một thành phần của bộ tách kênh tích cực, hai bộ SOA có thể bù suy hao khi tách và ghép kênh, nhng nhiễu do nó sinh ra làm giảm hiệu năng quang của chuyển mạch. b) OASIS sử dụng AWG. Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 3: Chuyển mạch gói quang Chuyển mạch này cũng là mô phỏng của đệm đầu ra, nên có xác suất mất tế bào và độ trễ trên đờng dây trễ nh chuyển mạch đệm đầu ra với độ sâu bộ đệm bằng với số lần quay vòng lớn nhất.

Kiến trúc định tuyến thực nghiệm gói quang có khả năng hoán

Nhờ sử dụng bộ tái tạo quang 2R giữa các node và kỹ thuật thay thế tiêu đề OSCM nên có thể tạo tuyến qua nhiều bớc nhảy với khoảng các giữa các node lên tới 30 km. Bộ định tuyến giao diện mạng quang ORNI (Optical Network Interface Router) quản lý hoạt động định tuyến và chuyển tiếp gói giữa host cục bộ và hai cổng của AWGR. Trong hầu hết ứng dụng chuyển mạch gói, tiêu đề chứa địa chỉ đích hoặc chỉ số mạch ảo, các thông tin này đều đợc chuyển tới bộ xử lý điều khiển định tuyến kết hợp với nhận dạng (ID) node hiện thời để thiết lập ra vị trí node mới.

Kiến trúc chuyển mạch gói

• Chuyển mạch dựa trên trờng chuyển mạch không gian
• Chuyển mạch định tuyến bớc sóng
• Chuyển mạch lựa chọn và quảng bá

Cổng SOA thứ nhất sẽ xác định có luồng gói tin nào cần tới mạch lặp không, còn SOA thứ hai sẽ xác định có luồng gói tin nào trên mạch lặp chuyển trực tiếp tới đầu ra, hay bị trễ gay thời điểm đó. Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 3: Chuyển mạch gói quang Trớc tiên, các gói tin sẽ đợc đệm bộ lập lịch gói tin, mỗi gói tin sẽ nhận một bớc sóng theo yêu cầu và đợc đệm trong bộ đệm định tuyến bớc sóng. Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 3: Chuyển mạch gói quang Trớc hết, các kênh sẽ đợc tách ra, các phần tiêu đề gói tin sẽ chuyển tới bộ xử lí tiêu đề, các bộ lọc có thể thay thế cho bộ tách xen rẽ.

Kiến trúc chuyển mạch KEOPS

Các cổng quang đa bớc sóng ở mỗi đầu ra đờng dây trễ sẽ chọn gói thuộc về một khe thời gian thích hợp với trạng thái hàng đợi, các cổng quang cũng có thể chặn đồng thời tất cả các bớc sóng. Mục tiêu của KEOPS là nâng chức năng chuyển mạch lên miền quang, khi đó mới có thể thích ứng hoạt động chuyển mạch của bộ định tuyến với truyền dẫn WDM, do đó kết hợp đợc băng thông và định tuyến chuyển tiếp. KEOPS đã đa ra mạng gói trong suốt quang, trong suốt cả về tốc độ truyền dẫn và giao thức, do đó hệ thống này rất dễ mở rộng và dễ khắc phục lỗi thiết bị để thiết lập lại cấu hình trong những lúc cần thiết.

Kiến trúc chuyển mạch WASPNET

Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 4: Các mô hình chuyển mạch Cũng chỉ ra dự án WASPNET mà truyền dẫn gói quang trong mạng qua 14 node thì có thể thực hiện đợc mà không làm giảm tín hiệu quan trọng. Trong WDM chuyển mạch WASPNET có khả năng tại mỗi sợi vào đợc kết nối tới một bộ phân kênh mà gói đợc gửi đi với bớc sóng i mức i, và mỗi đầu ra nhận đợc bằng cách ghép trỗn các đầu vào của các mức. Trong cách phối hợp thứ nhất việc cập nhật mào đầu gặp khó khăn, và trong cách thứ hai cần sử dụng thêm kỹ thuật laser tới từng kênh tải trọng để lần lợt cập nhật mào đầu.

Mạng ứng dụng cho chuyển mạch gói quang .1 Chuyển mạch gói quang trong suốt

• Mạng kết nối quang với bộ định tuyến IP terabit

Nhiều phát minh sử dụng để thực hiện kênh sạch 2,5Gb/s, giao diện giữa các bộ định tuyến gigabit IP và hệ thống WDM khoảng cách dài, loại ra giao diện cần thiết cho ghép kênh đầu cuối SDH hoặc các phần tử mạng tức. Đồng bộ thô không đồng chỉnh vị trí gói tin một cách chính xác song độ lệch thời gian nhỏ hơn khe giữa các gói tin rất nhiều, do đó khắc phục đợc jitter thời gian giữa các gói trên các tuyến truyền quang khác nhau. Bằng cách phối hợp mạnh mẽ cả hai công nghệ quang và điện, một kiến trúc chuyển mạch gói terabít đã đợc đề xuất mà sử dung mạng kết nối quang không bộ đệm không tắc nghẽn (ONI) để kết nối nhiều module định tuyến điện.