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 khi cấu hình lại chuyển mạch. Do đó thời gian chuyển mạch chậm sẽ dẫn đến mất gói cao.
2.7.5 Phân đoạn kết hợp với chuyển hướng.
Một mở rộng cơ bản của phân đoạn burst là thực hiện phân đoạn burst kết hợp với chuyển hướng. Thay vì loại bỏ các xung đột chồng lấn của một burst trong xung đột, có thể chuyển hướng toàn bộ burst xung đột hoặc chuyển hướng các đoạn chồng lấn của burst đến ngõ khác với ngõ ra dựđịnh ban đầu. Việc thực hiện phân
đoạn kết hợp với chuyển hướng làm tăng khả năng tới đích của burst và nhờđó tăng chất lượng hoạt động của mạng. Khi một burst chuyển hướng, một ngõ ra để chuyển hướng phải được lựa chọn. Các ngõ ra chuyển hướng khác nhau có thể được xác
định bằng cách sử dụng chính sách gán ngõ ra cố định, chính sách này chọn ngõ ra dựa trên đường đi ngắn nhất tiếp theo. Chúng ta chỉ xem xét một ngõ ra chuyển hướng và chọn ngõ ra dẫn đến tuyến đường ngắn nhất tới đích thứ hai.
Hình 2.21: Chính sách phân đoạn và chệch hướng cho 2 burst xung đột
Việc chọn burst nào (hay đoạn nào của burst) để chuyển hướng trong xung
đột có thể được thực hiện theo một trong hai cách. Cách thứ nhất là chuyển hướng burst với chiều dài còn lại ngắn hơn (tính theo thời gian chuyển mạch). Nếu ngõ ra thay thế đang bận, burst có thể bị rớt. Cách thứ hai là gán độ ưu tiên cho burst.
Trong trường hợp này, burst ưu tiên thấp hơn sẽ được chuyển hướng hoặc được phân đoạn.
Khi kết hợp phân đoạn burst với chuyển hướng, có hai cách cơ bản đểđưa ra chính sách giải quyết xung đột, đó là phân đoạn trước hay chuyển hướng trước. Trong chính sách phân đoạn trước, nếu chiều dài còn lại của burst ban đầu ngắn hơn burst xung đột, thì burst ban đầu sẽ được phân đoạn và đuôi của nó được chuyển hướng. Trong trường hợp ngõ ra thay thế không sẵn sàng, thì phần chuyển hướng của burst ban đầu sẽ bị rớt. Nếu burst xung đột ngắn hơn chiều dài còn lại của burst ban đầu thì burst xung đột sẽ được chuyển hướng hoặc rớt. Trong chính sách chuyển hướng trước, burst xung đột chuyển hướng nếu ngõ ra sẵn sàng. Nếu ngõ ra không sẵn sàng và nếu chiều dài còn lại của burst ban đầu ngắn hơn chiều dài của burst xung đột thì burst ban đầu sẽđược phân đoạn và đuôi của nó bi rớt. Nếu burst xung đột ngắn hơn thì burst xung đột bị rớt.
Một ưu điểm của việc phân đoạn burst trong các mạng chuyển mạch khối quang là nó có thể cung cấp một mức sai biệt cho việc hỗ trợ các yêu cầu chất lượng dịch vụ QoS khác nhau. Khi hai burst xung đột với nhau, có thể sử dụng độ ưu tiên của burst để xác định burst hay đoạn nào bị rớt. Ví dụ, nếu một burst ưu tiên cao
đến một node và thấy rằng một burst ưu tiên thấp hơn đang được truyền trên ngõ ra mong muốn của nó, thì burst ưu tiên thấp hơn có thể được phân đoạn, và đuôi của nó có thể bị rớt để truyền burst ưu tiên cao hơn. Mặt khác nếu một burst ưu tiên thấp
đến một node và thấy một burst ưu tiên cao đang được truyền thì burst ưu tiên thấp sẽ bị bỏ. Khi kết hợp phân đoạn với chuyển hướng còn có thểđạt được mức sai biệt cao hơn. Sự lựa chọn chuyển hướng burst xung đột mới đến hay đuôi của burst hiện tại đang được truyền, có thểđược thực hiện dựa trên độưu tiên.
2.8 Công nghệ OBS over MPLS 2.8.1 Công nghệ MPLS 2.8.1 Công nghệ MPLS
MPLS là thuật ngữ viết tắt của Multi-Protocol Label Switching. Nguyên tắc cơ bản của MPLS là thay đổi các thiết bị lớp 2 trong mạng như các thiết bị chuyển mạch ATM thành các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LRS (Label switching
router). LRS có thểđược xem như một sự kết hợp giữa hệ thống chuyển mạch ATM với các bộđịnh tuyến truyền thống, các nhãn được gắn với mỗi gói IP, tế bào ATM hoặc khung lớp hai. MPLS kết nối tính thực thi và khả năng chuyển mạch lớp hai với định tuyến lớp ba. Công nghệ MPLS là một dạng phiên bản của công nghệ IPoA (IP over ATM) truyền thống, nên MPLS có cả ưu điểm của ATM tốc độ cao, QoS và điều khiển luồng và của IP với độ mềm dẻo và khả năng mở rộng. . [23]
Nguyên tắc hoạt động của giao thức MPLS có thểđược mô tả tổng quát bằng hình sau.
Hình 2.22: Nguyên tắc hoạt động của MPLS
Bước 1: Mạng tựđộng tạo ra một bảng định tuyến với các router có khả năng thực hiện các giao thức MPLS ở ngõ vào, như giao thức OSPF hoặc IS-IS, trong suốt hệ thống mạng. Label Distribution Protocol 1 (LDP) sử dụng giao thức định tuyến trong bảng để gán các giá trị cho các thiết bị kế cận nhau. Hoạt động này tạo các Label Switching Paths (LPSs), cấu hình lại đường đi giữa các điểm đến.
Bước 2: Các gói vào tại những Label Switching Router (LSR) ngõ vào xác
những đòi hỏi vềđịnh tuyến Edge LSR lựa chọn và gán nhãn vào gói điều khiển và gởi các gói đi tiếp.
Bước 3: LSR trong mạng lõi đọc nhãn trên các gói thay thế chúng bằng một nhãn mới và ghi vào trong một bảng và gởi tiếp các gói đi. Hành động này được lặp lại trong tất cả các nốt lõi.
Bước 4: LSR tại các ngõ ra gỡ các nhãn đọc gói điều khiển và gởi tiếp chúng
đi đến đích cuối cùng.
2.8.2 Công nghệ OBS over MPLS
Các đặc điểm nổi bật của cơ chế này là chuyển tiếp kiểu chuyển mạch nhãn
đa giao thức MPLS cũng như có lớp điều khiển truy nhập trung gian giữa các lớp quang và IP. Các gói IP đến được kết hợp thành các chùm dữ liệu tại router IP vào và được chuyển tải qua mạng lõi quang tới Router IP ra đích. Không có bộ đệm hoặc đệm quang rất hạn chế tại các kết nối chéo quang trong mạng đường trục quang. [24]
Chuyển mạch quang chùm sử dụng MPLS
Hình 2.23: Mạng trục truyền dẫn IP over OBS WDM sử dụng MPLS
kỹ thuật lưu lượng và cải thiện băng thông mạng dựa trên OBS như sau: Mỗi kết nối quan chéo trong mạng trục sẽ có thông tin trao đổi nhãn về các tuyến đã tính toán trước trong cơ sở thông tin nhãn (LIB) của nó. LIB có thểđược thiết lập bằng cách sử dụng các kỹ thuật chuẩn như các giao thức định tuyến với các mở rộng của kỹ
thuật lưu lượng để phân phối thông tin về miền quang (băng tần khả dụng trong bước sóng, số bước sóng trên cáp quang) và giao thức phân phối nhãn định tuyến cưỡng bức (CR-LDP) hay giao thức đặt trước tài nguyên (RSVP) để phân phối các nhãn. Bất cứ khi nào router vào có chùm dữ liệu cần phát thì nó sẽ tham chiếu LIB của nó để xác định nhãn phù hợp. Nhãn này có trong gói điều khiển này đã đến trước chùm dữ liệu này. Khi gói điều khiển đi tới một nút trung gian bất kỳ thì các hành động sau sẽđược thực hiện:
Nhãn trong gói điều khiển được sử dụng để chỉ thông tin chuyển tiếp chùm dữ liệu trong LIB như giao diện ra và ưu tiên hoặc thông tin về QoS.