Ảnh hưởng của FDL đến hiệu năng QoS của mạng OBS trên WDM

MỤC LỤC

Ưu nhược điểm của công nghệ WDM

- Loại bỏ yêu cầu khắt khe cũng như những khó khăn gặp phải với hệ thống TDM đơn kênh tốc độ cao: Không giống như TDM phải tăng tốc độ số liệu khi lưu lượng truyền dẫn tăng, WDM chỉ cần mang vài tín hiệu, mỗi tín hiệu ứng với một bước sóng riêng (kênh quang), do đó tốc độ từng kênh quang thấp. - Quản lý băng tần hiệu quả và thiết lập lại cấu hình một cách mềm dẻo và linh hoạt: Việc định tuyến và phân bổ bước sóng trong mạng WDM cho phép quản lý hiệu quả băng tần truyền dẫn và thiết lập lại cấu hình dịch vụ mạng trong chu kỳ sống của hệ thống mà không cần thi công lại cáp hoặc thiết kế lại mạng hiện tại.

CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG WDM .1. Nguồn phát

    - Dung lượng hệ thống vẫn còn quá nhỏ bé so với băng tần sợi quang: Công nghệ WDM ngày nay rất hiệu quả trong việc nâng cao dung lượng nhưng nó cũng chưa khai thác triệt để băng tần rộng lớn của sợi quang. Tuy nhiên, các phẩm chất của SOA trong cửa sổ sóng 1550 nm kém hơn AFA ở nhiều khía cạnh như: độ khuếch đại, công suất bão hoà và mức độ phụ thuộc phân cực nên trong các ứng dụng ngày nay khuếch đại quang sợi đã trở thành độc tôn.

    MẠNG WDM

    Một số thành phần chính trong mạng WDM 1.Thiết bị OADM

    Trước đây do công nghệ quang chưa chế tạo được chuyển mạch quang không gian lớn nên nhiều nhà sản xuất thiết bị hướng đến sử dụng ma trận điện trong các thiết bị đấu nối chéo quang của mình. Tuy nhiên khi nối chéo những tốc độ lớn như 10 hoặc 40Gbit/s thì các bị OXC này sẽ bộc lộ những nhược điểm về công nghệ của mình như xuyên kênh lớn, kích thước chuyển mạch nhỏ (<32x32), số lượng chuyển mạch lớn, trọng lượng nặng,.

    Hỡnh 1.5 Sơ đồ hệ thống OXC 3ì3 với hai bước súng trờn mỗi sợi quang [32]
    Hỡnh 1.5 Sơ đồ hệ thống OXC 3ì3 với hai bước súng trờn mỗi sợi quang [32]

    Vấn đề thiết kế kỹ thuật trong mạng WDM

    Cho tới gần đây nó vẫn đạt khoảng 200 mW nhưng cùng với sự phát triển của các bộ khuếch đại EDFA nhiều tầng, thì giới hạn công suất đạt được ngày nay là 10 W. Hầu như tất cả các hệ thống WDM đều được phân loại kỹ lưỡng theo độ nguy hiểm và cần thiết phải có những hệ thống bảo an được đặt ở những vị trí xác định có thể truy nhập hiệu quả chỉ riêng các dịch vụ có chất lượng.

    TỔNG KẾT CHƯƠNG

    Chi phí cho việc lắp đặt và bảo dưỡng chúng tại các trạm dọc theo tuyến cáp cao hơn khá nhiều so với chi phí cho các bộ khuếch đại. • Các hiệu ứng phi tuyến (SBS, SRS, CIP) gây ra những hạn chế lớn đối với lượng công suất có thể dùng cho mỗi kênh tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố.

    CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH QUANG

    BÀI TOÁN ĐỊNH TUYẾN VÀ GÁN BƯỚC SểNG

      Ví dụ, bảng này sẽ chứa danh sách tuyến ngắn nhất, tuyến thứ hai, tuyến thứ ba… Khi một yêu cầu kết nối đến, nút nguồn sẽ thiết lập kết nối của từng tuyến trong bảng định tuyến của nó một cách lần lượt cho đến khi nó tìm được một tuyến khả dụng. Trong mạng WDM định tuyến theo bước sóng có sử dụng các bộ chuyển đổi bước sóng để chuyển đổi bước sóng ban đầu mang dữ liệu từ nút nguồn sang một bước sóng khác ở nút trung gian trước khi chuyển nó đến sợi quang kế tiếp.

      CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH QUANG

        Khi một gói tin đi đến bộ chuyển mạch quang WDM, đầu tiên nó được xử lý qua giao diện đầu vào, tại đây nó sẽ tách riêng phần thông tin mào đầu và phần dữ liệu sau đó phần mào đầu sẽ được chuyển đổi vào miền điện tử và được xử lý bởi khối điều khiển; trong khi đó phần dữ liệu vẫn nằm trong miền quang. Để đơn giản, ta giả sử rằng tổng thời gian xử lý của gói tin điều khiển tại mỗi nút là δ; trong khi đó, sau khi chùm quang dữ liệu chờ tại nguồn trong miền điện tử trong khoảng thời gian T0, nó sẽ được gửi đi dưới dạng tín hiệu quang mà không cần phải chờ đến khi nhận được ACK từ đích.

        Hình 2.1 Chuyển mạch gói quang[23]
        Hình 2.1 Chuyển mạch gói quang[23]

        TRUYỀN DẪN IP TRÊN MẠNG WDM

        • SỰ TÍCH HỢP IP VÀ MẠNG QUANG
          • MẠNG IP/WDM
            • CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC (MPLS) .1 Giới thiệu

              Trong khi đó, quá trình phổ biến của tôpô mạng và thông tin tài nguyên (cần thiết cho điều hành lưu lượng MPLS) được thực hiện như bình thường sử dụng giao thức cổng nội (IGP-Interior Gateway Protocol) cùng các mở rộng phù hợp với các bản tin quảng cáo trạng thái kênh truyền (LSA-Link State Advertisement) của nó. Một LIB có thể được thiết lập sử dụng các kỹ thuật tiêu chuẩn ví dụ như các kỹ thuật định tuyến cùng kỹ thuật lưu lượng mở rộng để phân phối thông tin về miền quang (băng thông cho từng bước sóng, số bước sóng trên một sợi quang…) và giao thức phân phối nhãn định tuyến dựa trên sự ép buộc(CR-LDP) hoặc giao thức chiếm dụng tài nguyên.

              Hình 3.1 Mô hình mạng quang [36]
              Hình 3.1 Mô hình mạng quang [36]

              CHẤT LƯỢNG DICH VỤ TRONG MẠNG IP TRÊN WDM

              GIỚI THIỆU

              Đây là mạng mới ra đời nhưng có mô hình hứa hẹn sẽ là sự kết hợp các ưu điểm của mạng định tuyến theo bước sóng và chuyển mạch gói quang nhằm mục đích làm cho sự tích hợp IP trên WDM được thuận tiện hơn. Trong phần này chúng ta cũng nghiên cứu sơ đồ QoS được gọi là mô hình dựa trên thời gian trễ sau đó đánh giá nó với các hệ thống có bổ xung đường FDL.

              GIAO THỨC BÁO HIỆU HỖ TRỢ QOS

              Gọi tai và tsi lần lượt là thời gian đến và thời gian bắt đầu dịch vụ cho yêu cầu của lớp i (biểu thị bằng req(i)), với i = 0 và 1 như trong ví dụ của chúng ta, và gọi li là chùm quang được yêu cầu bởi lớp i. Ta có thể thấy rằng chừng nào mà toffset của lớp 1 còn lớn hơn độ dài tối đa của chùm quang thuộc lớp 0 thì bất kỳ yêu cầu từ lớp 1 có thể tránh khỏi bị chặn bởi yêu cầu từ lớp 0.

              CÁC GIẢI THUẬT LẬP LỊCH TRONG MẠNG OBS

                Chức năng chính của một SCU bao gồm xử lý BHP, tìm kiếm trên bảng định tuyến để xác định kết nối đầu ra cho các DB, lập lịch cho DB tại kênh đầu ra, thiết lập ma trận chuyển mạch kênh để cung cấp các đường dẫn từ đầu vào đến đầu ra cho các DB, quản lý các bộ đệm FDL giới hạn nhằm tránh xảy ra xung đột, chuyển mạch các BHP đến các kênh điều khiển và cuối cùng là tái tạo các BHP.[24]. Trong trường hợp này, chùm quang mới đến nếu áp dụng theo thuật toán LAUC-VF sẽ không được lập lịch (và bị loại bỏ), nhưng nếu sử dụng phương pháp tái lập lịch thì có thể được lập lịch sau khi chùm quang 3 được chuyển sang một bước sóng khác.

                Hỡnh 4.2 Kiến trỳc nỳt lừi (core node) trong mạng OBS [24]
                Hỡnh 4.2 Kiến trỳc nỳt lừi (core node) trong mạng OBS [24]

                ẢNH HƯỞNG CỦA FDL ĐỐI VỚI HIỆU NĂNG QoS CỦA MẠNG OBS Trong phần này chúng ta sẽ nghiên cứu cách nâng cao hiệu năng QoS bằng cách

                  Cần lưu ý rằng nếu như req(1) đến sớm hơn req(0) như trong hình 4.13c thì req(1) sẽ chiếm dụng bước sóng trong khoảng thời gian từ đến +l1 theo phương pháp đặt trước bị trễ nhưng req(0) thì không. Điều này chỉ ra rằng dữ liệu lớp 1 có thể được phân biệt với lớp 0 trong vấn đề đặt trước bước sóng bằng cách sử dụng thời gian offset “bổ xung”. - Tương tự như vậy, hình 4.13b mô tả sự phân tách trong vấn đề chiếm dụng FDL bằng cách sử dụng thời gian trễ offset “bổ xung”. ), nên kết quả là làm cho req(1) bị chặn trong việc đặt trước bước sóng và do đó cần phải chiếm FDL để làm trễ chùm quang dữ liệu lớp 1 tương ứng. Mặt khác, nếu như độ dài trung bình của chùm quang mà ngắn hơn so với trung bình thời gian bị chặn thì xác suất bị chặn có thể thấp hơn so với giá trị được dự đoán bởi mô hình M/M/k/D, và trong trường hợp này B là tương đối dài nếu so với độ dài trung bình chùm quang, và khi k là lớn sẽ làm cho thời gian chặn ngắn đi.

                  Hình 4.11 Cấu trúc nút chuyển mạch quang [25]
                  Hình 4.11 Cấu trúc nút chuyển mạch quang [25]

                  TỔNG KẾT CHƯƠNG

                  Điều này nghĩa là thời điểm FDL khả dụng hoàn toàn phụ thuộc vào độ dài của chùm quang II (hoặc III) và có thể trễ hơn (hoặc sớm hơn) thời điểm hàng đợi có thể dùng được như hình 4.14b hoặc 4.14c. Do đó, từ những nhận xét ở trên ta có thể thấy được nếu như độ dài trung bình của chùm quang mà dài hơn thời gian chặn trung bình thì mô hình M/M/k/D có khuynh hướng cho ta một xác suất chùm quang bị chặn thấp hơn so với trường hợp sử dụng FDL.

                  MÔ PHỎNG MẠNG QUANG WDM

                  THIẾT KẾ CỦA OWns

                    • Các mô hình thiết kế topô ảo (Virtual Topology Design Schemes): Tô pô ảo xây dựng các thuật toán dựa trên sự khám phá để hỗ trợ định tuyến trong mạng WDM. • Tác nhân tích hợp dịch vụ/QoS (Intergrated sevices/QoS agent): Để nghiên cứu các kiến trúc hỗ trợ các dịch vụ tích hợp trên mạng quang WDM thì hệ thống phải hỗ trợ các tác nhân hỗ trợ QoS.

                    Hình 5.1 Kiến trúc OWns và các tầng [9]
                    Hình 5.1 Kiến trúc OWns và các tầng [9]

                    MẠNG MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ .1 Cấu hình hệ thống mô phỏng

                      Lớp vật lý được tạo bởi bộ tạo tôpô với khả năng kết nối mỗi nút có xác suất là 0.03 Khoảng cách chuyển đổi bước sóng là 4, mật độ lưu lượng hai chiều là 60% và định tuyến bước sóng đã được thực hiện trên cả đường ngắn nhất (shortest path – path 1) và đường thay thế (alternate path – path 2). Như đã nói đến ở phần 2.1.2, phương pháp định tuyến đường ngắn nhất được coi là một tuyến đường ngắn nhất, ngược lại phương pháp định tuyến đường thay thế sẽ được coi là k tuyến đường và chỉ khi toàn bộ các tuyến đường này không thể sử dụng thì yêu cầu kết nối mới bị chặn.

                      Hình 5.3 Ví dụ mô phỏng mạng với 25 nút
                      Hình 5.3 Ví dụ mô phỏng mạng với 25 nút