Giải thuật lập lịch FFUC (First Fit Unscheduled Channel) lưu trữ giá trị của một LAUT (còn gọi là horizon) trên tất cả các kênh dữ liệu. Khi có burst dữ liệu
đang đến, giải thuật FFUC sẽ tìm kiếm trên tất cả kênh truyền theo một thứ tự cố định và sắp xếp một kênh thích hợp tìm thấy đầu tiên cho burst đang đến này. Một kênh truyền được xem là thích hợp đối với giải thuật FFUC khi giá trị LAUT của nó nằm trước thời điểm burst đến. Ưu điểm cơ bản của FFUC là tính đơn giản của giải thuật và giải thuật chỉ cần duy trì giá trị của LAUTi trên mỗi kênh. Giải thuật FFUC có thểđược giải thích như hình 2.13a. Dựa trên LAUTi các kênh dữ liệu D1 và D2
có thể sử dụng để lập lịch cho burst đang đến. Nếu những kênh này được sắp xếp theo thứ tự dựa trên chỉ số của kênh (D0, D1, …., Dw) thì burst đến được lập lịch trên kênh ngõ ra D1. FFUC là một giải thuật đơn giản nhưng nó lại cho xác suất mất dữ liệu cao và hiệu quả sử dụng băng thông kém.
(b)
Hình 2.13: Sự sắp xếp kênh truyền sau khi sử dụng (a) giải thuật không lấp
đầy chỗ trống (FFUC và LAUC) và (b) giải thuật lấp đầy chỗ trống (FFUC-VF và LAUC-VF)
2.6.2 Thuật giải LAUC (horizon).
Giải thuật lập lịch kênh LAUC (Last Available Unscheduled Channel) (còn gọi là Horizon) giữ giá trị LAUT của tất cả các kênh truyền và sắp xếp cho burst dữ
liệu kênh có LAUT gần nhất. Giải thuật LAUC cũng được minh hoạ trong hình .Dựa trên LAUTi các kênh dữ liệu D1 và D2 thích hợp cho burst đang đến chưa
được lập lịch. LAUC còn quan tâm đến khoảng cách t và LAUT của mỗi kênh, nó sẽ chọn kênh nào có khoảng cách này nhỏ hơn; điều này làm tăng hiệu quả sử dụng kênh truyền so với FFUC. Chúng ta thấy rằng Gap1 > Gap2 do đó burst đến sẽđược lập lịch ở ngõ ra có khoảng cách nhỏ nhất, nghĩa là D2
2.6.3 Giải thuật FFUC-VF.
Điểm khác biệt của các giải thuật lấp đầy chỗ trống nói chung là không lưu trữ giá trị LAUT mà lưu thời điểm bắt đầu và kết thúc của mỗi burst đã được lập
lịch trên mọi kênh dữ liệu. Mục tiêu của giải thuật này là tận dụng khoảng trống giữa hai burst dữ liệu được sắp xếp. Kênh truyền với một khoảng trống mà khoảng cách nhỏ nhất sẽđược chọn. Giải thuật LAUC-VF được giải thích trong hình .Dựa trên Si.j và Ei.j tất cả các kênh dữ liệu D0, D1, D2 và D3 thích hợp với chiều dài burst. Nếu các kênh này được đánh số theo thứ tự như chỉ số của từng kênh, burst
đến sẽđược lặp lịch ở D0.
2.6.4 Thuật giải LAUC-VF
Giải thuật LAUC-VF (Latest Available Unscheduled Channel with Void Filling) cũng lưu những thời điểm bắt đầu và kết thúc cho mỗi burst dữ liệu đã được lập lịch trên tất cả các kênh dữ liệu. Mục đích của thuật giải này là tận dụng khoảng trống giữa hai burst dữ liệu được sắp xếp. Kênh truyền với một khoảng trống mà khoảng cách nhỏ nhất sẽ được chọn. Giải thuật LAUC-VF được giải thích trong hình . Dựa trên Si,j và Ei,j tất cả các kênh dữ liệu D0, D1, D2, và D3 thích hợp với chiều dài burst. Chúng ta thấy được rằng D3 có khoảng cách nhỏ nhất Gaps; do đó burst mới đến sẽđược lập lịch trên D3.
Xét t là khoảng thời gian của một burst dữ liệu đến với khoảng thời gian L.
Đầu tiên bộ xếp lịch tìm các kênh dữ liệu ra ngoài cho khoảng thời gian nội (t,t+L) sau đó chọn kênh dữ liệu có khả thi cuối cùng ví dụ như kênh có khoảng gẫy nhỏ
nhất giữa t và điểm cuối của burst dữ liệu cuối cùng, được gọi là starting void. Tiêu chuẩn này được biết đến như là Minimum Starting Void hoặc Min-SV. Để thực thi LAUC-VF tốt cho tất cả các thuật toán khác với void filling, thông tin bỏ qua các kênh dữ liệu và voids phải được lưu trữ và giữ updated trong các cấu trúc dữ liệu, không chỉ là horizon time của chúng. Do vậy , các loại thuật toán này phức tạp hơn những thuật toán khác không có lấp đầy khoảng trống.
2.7 Giải quyết xung đột.
[1] Trong mạng OBS khi sử dụng các giao thức báo hiệu một chiều như JET, node ngõ vào gửi đi các burst mà không có sự báo xác nhận việc chiếm tài nguyên. Có thể việc chiếm tài nguyên sẽ không thành công tại node nào đó trên đường truyền, dẫn đến xung đột. Xung đột xuất hiện tại các node chuyển mạch khi hai hay
nhiều burst đến đều muốn ra ở cùng một ngõ ra tại cùng một thời điểm. Khi các mạng chuyển mạch gói điện, xung đột được giải quyết với kỹ thuật lưu trữ và chuyển tiếp, trong đó các gói được lưu trữ và sau đó được gởi đi khi ngõ ra sẳn sàng. Điều này có thể thực hiện được nhờ khả năng của các RAM điện [12]. Tuy nhiên, không có công nghệ RAM quang sẳn sàng trong các mạch OBS. Do đó các chuyển mạch OBS sử dụng các phương pháp khác nhau để giải quyết những xung
đột không thể tránh khỏi như vậy.
Giải quyết xung đột trong mạng OBS có thể được thực hiện trong ba miền: miền bước sóng, miền thời gian và miền không gian.
Miền bước sóng: thể hiện ý nghĩa của chuyển đổi bước sóng, một chùm có thểđược gửi đi trên kênh bước sóng ngõ ra khác nhau.
Miền thời gian: bằng việc sử dụng một FDL đệm, một chùm có thểđược làm trễ cho đến khi nghẽn được giải quyết. Trái với việc đệm trong điện, FDL chỉ cung cấp một độ trễ xác định và dữ liệu đưa vào FDL cùng một kiểu mà chúng đăng kí.
Miền không gian: bằng việc sử dụng định tuyến chuyển hướng.
Khi các phương pháp giải quyết xung đột trên không thành công, thì một burst có thể bị rớt. Một phương pháp góp phần giải quyết xung đột và giảm lượng dữ liệu mất trong một xung đột là phân đoạn burst. Trong phân đoạn burst, chỉ các phần của burst chồng lấn với các burst khác sẽ bị rớt.
Các phương pháp giải quyết xung đột trên có thể được sử dụng kết hợp với nhau để tăng chất lượng hoạt động cho mạng.
2.7.1 Bộđệm quang
Bằng cách kết nối các dây trễ FDL theo tầng hay song song, một bộđệm có thể được tạo ra để giữ một burst quang trong một khoảng thời gian khác nhau. Tuy nhiên do làm trễ một burst đi 1ms cần trên 200km sợi quang, các node không thể xử
Hình 2.14: Bộđệm quang
Các bộ đệm quang có thể được phân loại cụ thể hơn thành các kiến trúc hướng tới (feed-forward), hồi tiếp (feedback) và hỗn hợp (hybrid). Trong kiến trúc hướng tới, mỗi dây trễ kết nối một ngõ ra của một phần tử chuyển mạch tại một tầng với một ngõ vào của một phần tử chuyển mạch khác trong tầng kế tiếp. Trong kiến trúc hồi tiếp, mỗi dây trễ kết nỗi một ngõ ra của một phần tử chuyển mạch tại một tầng đến một ngõ ra của một phần tử chuyển mạch trong cùng một tầng hoặc một tầng trước đó. Trong kiến trúc hỗn hợp, các bộđệm hướng tới và hồi tiếp được kết hợp. Tùy theo vị trí của các bộ đệm, các chuyển mạch gói chủ yếu được phân loại thành ba thành phần cấu hình chính: đệm ngõ vào (input buffering), đệm ngõ ra (output buffering) và đệm chia sẻ (shared buffering).
2.7.2 Chuyển đổi bước sóng.
Chuyển đổi bước sóng là tiến trình chuyển đổi bước sóng của một kênh ngõ vào thành một bước sóng khác ở kênh ngõ ra. Chuyển đổi bước sóng làm tăng khả
năng sử dụng lại bước sóng, nghĩa là cùng một bước sóng có thể sử dụng lại để
mạng những kết nối khác nhau trên các liên kết sợi quang khác nhau trong mạng. Việc giải quyết xung đột bằng cách chuyển đổi bước sóng được minh họa trong hình dưới:
Hình 2.15: Chuyển đổi bước sóng
Sau đây là một số loại chuyển đổi bước sóng:
Chuyển đổi toàn bộ (full conversion): bất kỳ bước sóng nào đều có thể được chuyển đổi đến bất kỳ bước sóng ra nào; vì vậy không có sự ràng buộc về tính liên tiếp bước sóng trên các kết nối xuyên suốt.
Chuyển đổi có giới hạn (Limited conversion): việc chuyển đổi bước sóng
được giới hạn, không phải tất cả các bước sóng đến đều có thểđược chuyển đến bất kỳ bước sóng ra nào. Sự giới hạn này sẽ làm giảm chi phí của chuyển mạch trong khi chấp nhận một số lượng xung đột.
Chuyển đổi cố định (Fixed conversion): Đây cũng là một dạng của chuyển
đổi giới hạn, trong đó mỗi kênh ngõ vào có thể được kết nối đến một hay nhiều kênh ngõ ra đã được xác định trước.
Chuyển đổi một phần (Sparse wavelength conversion): trong mạng có thể
bao gồm các node có chuyển đổi bước sóng toàn bộ, có giới hạn, cốđịnh và không có chuyển đổi bước sóng.
Tuy nhiên hiện nay các bộ chuyển đổi bước sóng chỉ được thực hiện trong môi trường phòng thí nghiệm vì công nghệ này vẫn chưa được hoàn thiện và phạm vi chuyển đổi bước sóng còn hạn chế. Công nghệ này cũng yêu cầu phần cứng phụ,
ví dụ như các bộ chuyển đổi bước sóng và các laser cho việc chuyển đổi bước sóng và phần mềm điều khiển.
2.7.3 Định tuyến chuyển hướng.
Trong định tuyến chuyển hướng, xung đột được giải quyết bằng cách định tuyến burst dữ liệu đến một ngõ ra khác thay vì ngõ ra dựđịnh ban đầu. Hình sau mô tả việc giải quyết xung đột bằng cách định tuyến chuyển hướng.
1 3 4 5 2 Đường đi ngắn nhất được chọn ban đầu
Đường đi sau khi chuyển hướng
Hình 2.16: Định tuyến chuyển hướng
Định tuyến chuyển hướng có thể được xem như giải quyết xung đột trong miền không gian, có thể được triển khai mà không có bất kỳ giới hạn nào. Định tuyến chuyển hướng là một dạng định tuyến động. Khi burst đến lõi OBS mà bước sóng ngõ ra như ban đầu không sẵn sàng nó sẽđược chuyển mạch đến ngõ ra khác thay thế. Theo cách này, các burst đến tại một node xung đột được phân bốđến các node lân cận của nó và việc tận dụng liên kết toàn mạng và chất lượng hoạt động của mạng được cải tiến.
• Chất lượng hoạt động của nó phụ thuộc mạnh mẽ vào topo mạng, và không hoạt động hiệu quả khi chỉ tồn tại một số lượng nhỏđường đi thay thế.
• Xác suất mất burst sẽ lớn vượt mức trong trường hợp không có chuyển hướng do các burst được chuyển hướng làm tăng tắc nghẽn mạng nói chung. Do đó các mạng OBS với định tuyến chuyển hướng nên hoạt động trong các tình huống tải nhẹ.
Trong định tuyến chuyển hướng, dữ liệu đến sẽ đi theo một tuyến dài hơn
đến đích của nó làm tăng độ trễ và giảm chất lượng tín hiệu. Hơn nữa, có thể dữ liệu bị lặp vòng vô hạn trong mạng, làm tăng thêm tắc nghẽn. Do đó cần triển khai một số cơ chếđể ngăn chặn chiều dài đường đi vượt trội. Các cơ chế như vậy có thể bao gồm một bộđếm số hop tối đa hoặc một tập các hướng để chuyển được ràng buộc. Các node mà tại đó xuất hiện chuyển hướng, cũng như các tùy chọn cho port chuyển hướng, được giới hạn để ngăn ngừa loop trong mạng.
Vấn đề khác là phải duy trì thời gian bù thích hợp. Một cách đơn giản là loại bỏ những burst dữ liệu có thời gian bù không thích hợp. Các bộ đệm sử dụng dây trễ FDL có thể được áp dụng để tăng thêm thời gian bù trong các node trung gian trước chuyển hướng, tuy nhiên nó lại làm tăng tính phức tạp của lớp quang.
Định tuyến chuyển hướng nên sử dụng chung với các phương pháp giải quyết xung đột khác để làm tăng thêm hiệu quả của mạng
2.7.4 Phân đoạn burst.
Trong các phương pháp chuyển mạch khối quang đang tồn tại, khi xung đột giữa hai burst không thể giải quyết thông qua các phương pháp trên thì một trong các burst bị rớt toàn bộ dù phần chồng lấn giữa hai burst có thể là rất nhỏ. Đối với những ứng dụng không yêu cầu nghiêm ngặt vềđộ trễ nhưng có yêu cầu cao vềđộ
mất gói thì rớt một vài gói chồng lấn tốt hơn rớt toàn bộ. Điều này có thể thực hiện bằng cách phân đoạn burst, tức là chỉ loại bỏ những đoạn xung đột với những burst khác. Ưu điểm của phương pháp này là có thể xem xét đến các mức ưu tiên của từng burst từđó cho phép giải quyết xung đột ưu tiên.
Trong phân đoạn burst, một burst bao gồm nhiều đơn vị truyền tải nhỏ hơn gọi là đoạn. Mỗi đoạn bao gồm nhiều phần mào đầu và phần tải trọng của đoạn. Mào đầu bao gồm các trường cho các bit đồng bộ, thông tin sữa lỗi, thông tin về
nguồn và đích đến và chiều dài của đoạn trong trường hợp các đoạn có chiều dài thay đổi. Chi tiết header đoạn được thể hiện trong hình sau. Phần payload của đoạn có thể mang nhiều thông tin dữ liệu, ví dụ như các gói IP, các cell ATM, hoặc các khung Ethernet.
Hình 2.17: Chi tiết header đoạn
Khi hai burst xung đột với nhau trong mạng OBS, chỉ có một số đoạn của burst chồng lấn lên burst khác mới bị rớt. Burst đến trước gọi là burst bị xung đột hay burst ban đầu và burst đến sau là burst đến xung đột.
Hình 2.18 : Mô tả giải quyết xung đột bằng phân đoạn burst
Một vấn đề khác trong phân đoạn burst là quyết định những đoạn nào để rớt khi xung đột xảy ra giữa hai burst. Có hai cách để xác định đoạn nào nên rớt khi sử
dụng phân đoạn được gọi là tail-dropping (rớt phần đuôi) và head-dropping (rớt phần đầu). Trong tail-dropping, các đoạn đuôi chồng lấn của burst ban đầu bị rớt, và trong head-dropping, các đoạn đầu chồng lấn của burst xung đột bị rớt. Ưu điểm của tail-dropping so với head-dropping là khả năng các gói đến đích đúng thứ tự, nếu các gói bị rớt được truyền lại một thời gian sau. Chính sách head-dropping sẽ
dẫn đến nhiều khả năng các gói đến đích không đúng thứ tự tuy nhiên ưu điểm của head-dropping là nó bảo đảm rằng, một khi burst đến một node mà không bị nghẽn thì burst được đảm bảo đi qua node mà không bị giành bởi các burst sau.
Hình 2.19: Rớt đoạn giữa hai burst xung đột
Chính sách tail-dropping có thể được sửa đổi khi xác định đoạn nào để rớt. Trong chính sách này, đuôi chồng lấn của burst ban đầu bị rớt nếu số lượng các
đoạn trong phần đuôi chồng lấn nhỏ hơn tổng số lượng các đoạn của burst xung đột. Nếu số lượng các đoạn trong đuôi chồng lấn lớn hơn thì toàn bộ burst xung đột sẽ bị
rớt. Phương pháp này làm giảm khả năng một burst ngắn giành với một burst dài và cũng tối thiểu hóa số gói mất trong xung đột.
Một vấn đề nảy sinh khi đuôi của một burst bị loại bỏ là header cho burst có thểđược chuyển tiếp trước khi phân đoạn xuất hiện, sẽ vẫn chứa thông tin chiều dài burst ban đầu. Vì vậy các node tiếp theo sẽ không biết rằng đã bị cắt cho nên có thê các đoạn đuôi đã bị cắt trước đó sẽ xung đột với những burst khác dẫn đến mất gói không cần thiết.
Một giải pháp đơn giản là node đang cắt burst sẽ tạo và gửi đi một trailer hay một thông điệp điều khiển theo sau, để báo cho các node tiếp theo trên đường truyền biết điểm kết thúc của burst bị cắt. Trailer được tạo ra trên miền điện tại chuyển mạch lõi nơi giải quyết xung đột và thời gian tạo trailer có thể được bao gồm trong thời gian offset. Chú ý trailer chỉ cần thiết khi phương pháp tail-dropping có sửa đổi được áp dụng. Nếu thực hiện head-dropping thì header của burst bị cắt có thểđược cập nhật ngay tức khắc tại node xung đột.
Hình 2.20: Sử dụng trailer
Đối với phân đoạn burst, có một tham số hệ thống có ảnh hưởng quan trọng là th i gian chuy n m ch. N u không th c hi n b t k c ch m hay tr nào, th i
gian chuyển mạch là một phép đo trực tiếp của số lượng gói mất do tắt nghẽn trong