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.
Kết nối chéo được thiết lập để chuyển mạch chùm dữ liệu tương ứng với gói
điều khiển đó trong phạm vi toàn quang. Để làm được điều này, thông tin trong gói
điều khiển về chiều dài và offset của chùm dữ liệu được sử dụng để bổ sung vào thông tin chuyển tiếp lấy ra từ LIB. Đặc biệt offset được sử dụng để xác định việc chuyển đổi từ bước sóng vào trên một sợi cáp quang sang một bước sóng ra trên một sợi cáp quang khác. Để chuyển tiếp các chùm dữ liệu liên tiếp của cùng một kết nối (LSP) trên các bước sóng khác nhau tại một sợi cáp quang, nhãn chỉ xác định việc chuyển đổi cáp quang vào sang cáp quang ra, còn thông tin để sử dụng chuyển
đổi bước sóng, chỉ ra trong trường hợp có va chạm thì gói điều khiển với yêu cầu
đặt trước có được phép ưu tiên hay không).
Gói điều khiển sau đó phải trải qua việc trao đổi nhãn (và gắn thêm thông tin về bước sóng) và được chuyển tiếp trên kênh điều khiển riêng của sợi cáp quang ra do LIB chỉđịnh.
Sơđồ chức năng của kết nối chéo quang hỗ trợ OBS và sử dụng chuyển tiếp kiểu MPLS được chỉ ra trong hình
CHƯƠNG 3: CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ.
Vấn đề quan trọng của mạng thế hệ mới là khả năng hỗ trợ một số lượng lớn dịch vụở các loại ứng dụng khác nhau. Để hỗ trợ những dịch vụ này, mạng phải có khả năng cung cấp được sựđảm bảo tốt cũng như phân biệt 2 tham số mất (lost) và
độ trễ (delay). Chương này đề cập đến vấn đề cung cấp chất lượng dịch vụ trong mạng chuyển mạch quang chùm.
Nhìn chung QoS có thểđược cung cấp trong mạng chuyển mạch quang chùm bằng cách phân biệt vài điểm trên mạng. Các cách tiếp cận sự phân biệt này bao gồm thời gian bù, các chính sách giải quyết, việc lắp ráp các burst và xếp lịch được phân biệt.
Mô hình QoS cũng có thểđược phân loại dựa trên độ cô lập giữa các lớp lưu lượng khác nhau. Trong mô hình cô lập, hiệu suất của luồng lưu lượng có độưu tiên cao độc lập với luồng lưu lượng có độ ưu tiên thấp. Trong khi đó, trong mô hình không cô lập thì hiệu suất của luồng lưu lượng có độưu tiên cao lệ thuộc vào luồng lưu lượng có độ ưu tiên thấp. Độ cô lập có thể được chọn đầu tiên và có thể thoả
mãn bằng việc sử dụng các kỹ thuật khác nhau.
3.1 Định nghĩa chất lượng dịch vụ
Chất lượng dịch vụ là khả năng cung cấp các mức độ ưu tiên khác nhau đối với các ứng dụng, người sử dụng, lưu lượng dữ liệu khác nhau hoặc đểđảm bảo một mức độ nhất định đối với một luồng dữ liệu. Ví dụ như những đòi hỏi về tốc độ, độ
trễ, khả năng rớt gói hoặc tỉ lệ mất gói có thể xảy ra. Chất lượng dịch vụ rất quan trọng đặc biệt là trong những trường hợp dung lượng mạng không đáp ứng đủ hoặc những ứng dụng đòi hỏi thời gian thực như Voice over IP, game online hoặc IP-TV vì thường đòi hỏi tốc độ cốđịnh, độ trễ ít, trong những mạng có dung lượng hạn chế
như mạng giao tiếp dữ liệu di động. Trong trường hợp mạng không bị nghẽn thì QoS không phải là vấn đề bắt buộc.
- Xác suất mất gói: Nó được định nghĩa như là xác suất mà gói nhận được trong đầu vào mất trong trường chuyển mạch vì tràn bộ nhớ đệm hoặc do tranh chấp.
- Độ trễ trung bình của gói: Số lượng thời gian trung bình yêu cầu của chuyển mạch để chuyển các gói từ đầu vào tới đầu ra theo yêu cầu.
- Khả năng thông qua của trường chuyển mạch: Đó là lưu lượng truyền qua trường chuyển mạch, được định nghĩa như là xác suất một gói tin truyền trong một khe qua trường chuyển mạch tới đầu ra. Độ
thông qua tối đa của trường chuyển mạch thường được gọi là dung lượng chuyển mạch, chỉ thị mức tải thực hiện được khi đầu vào có mức tải cao nhất.
Một hệ thống chuyển mạch lý tưởng cần phải chuyển tất cả các gói mà không gây mất mát với trễ truyền có thể nhỏ nhất với thứ tự gói ổn định.