Cơ chế cho phép cơ bản trong mô hình khối kỹ thuật lưu lượng là đường đi ngắn nhất và giám sát đường đi ảo theo nhu cầu. Một đặc tính độc nhất trong một mạng WDM là khả năng tái cấu hình đường đi ngắn nhất và mô hình ảo. Điều đó có nghĩa là đối với một mô hình sợi quang vật lí, mạng WDM vật lí có thể hỗ trợ một số mô hình ảo được hình thành từ các đường đi ngắn nhất. Hình 2.5 chỉ ra các thành
phần chức năng chính của một mô hình khối kỹ thuật lưu lượng có khả năng tái cấu hình và nó bao gồm các thành phần sau:
– Khối giám sát lưu lượng: thành phần này có nhiệm vụ thu thập các số liệu
thống kê lưu lượng (ở đây là lưu lượng IP) từ các bộ chuyển mạch và định tuyến hay trên các tuyến truyền dẫn. Để hỗ trợ tính năng này, các mạng IP/WDM sẽ giám sát lưu lượng IP.
– Khối phân tích lưu lượng: thành phần này sẽ đưa ra các quyết định dựa
trên các số liệu thống kê thu thập được. Mỗi khi có cập nhật, bộ phận này cũng đưa ra các báo cáo phân tích.
– Khối dự đoán băng thông: thành phần này được sử dụng để dự đoán nhu
cầu băng thông trong tương lai gần dựa trên các đặc tính lưu lượng và các kết quả đo kiểm hiện tại và trong quá khứ.
– Khối giám sát hiệu năng tín hiệu: thành phần này có nhiệm vụ giám sát
QoS tín hiệu quang ứng với mỗi kênh bước sóng. QoS tín hiệu là một tập hợp phức tạp của các yếu tố động liên quan tới định tuyến bước sóng và quản lí lỗi. Quản lí lỗi WDM không phải là nhiệm vụ chính của TE nên QoS tín hiệu chỉ được sử dụng bởi tái cấu hình đường đi ngắn nhất.
– Khối khởi tạo tái cấu hình kỹ thuật lưu lượng: thành phần này bao gồm
một tập hợp các quy định. Các quy định này sẽ quyết định khi nào sự tái cấu hình ở mức mạng nên được thực hiện. Quyết định này có thể dựa trên các điều kiện lưu lượng, các dự đoán về băng thông và các yếu tố vận hành khác như là giảm thiểu ảnh hưởng của các thông số chuyển tiếp và đảm bảo thời gian hội tụ mạng phù hợp.
Hình 2.5. Mô hình khối chức năng kỹ thuật lưu lượng IP/WDM
Khối thiết kế mô hình đường đi ngắn nhất: thành phần này sẽ tính toán một mô
hình mạng dựa trên các dự đoán và kết quả đo kiểm lưu lượng. Việc này có thể được coi như việc tối ưu hoá một sơ đồ (các bộ định tuyến IP được kết nối bởi các đường đi ngắn nhất trong tầng WDM) cho những mục tiêu nhất định (ví dụ như là cực đại hoá thông lượng), tuỳ theo các điều kiện ràng buộc cụ thể (ví dụ như cấp độ node, dung lượng giao diện), đối với một ma trận nhu cầu cho trước (nghĩa là tải lưu lượng trên mạng). Tìm kiếm một sơ đồ tối ưu yêu cầu lượng tính toán rất lớn. Do việc thay đổi kiểu lưu lượng sẽ khởi tạo tái cấu hình nên một sơ đồ tối ưu hoá có thể sẽ không còn là tối ưu hoá nữa khi sự tái cấu hình của nó hoàn thành trong thực tế. Một xu hướng thực tế hơn là sử dụng các thuật toán kinh nghiệm. Chúng chỉ tập trung vào các mục tiêu cụ thể chẳng hạn như hiệu quả về mặt chi phí, tốc độ hội tụ và/hoặc giảm thiểu ảnh hưởng lên lưu lượng đang truyền thay vì tìm kiếm tối ưu hoá toàn cục.
– Khối dịch chuyển cấu hình: thành phần này bao gồm các thuật toán để lập
thời gian biểu cho việc chuyển đổi cấu hình mạng từ cấu hình cũ sang cấu hình mới. Ngay cả khi các tài nguyên tầng WDM là đủ để hỗ trợ bất cứ dịch chuyển nào kế
tiếp (tất cả các kết nối mới đều có thể thêm vào trước khi loại bỏ các kết nối không cần thiết) thì vẫn còn các vấn đề khác liên quan tới sự dịch chuyển. Ví dụ như khi tái cấu hình WDM đối với các kênh có dung lượng lớn (ví dụ như lên tới OC-192 trên một bước sóng) thì việc thay đổi ấn định các tài nguyên đối với các lượng lớn như thế sẽ có ảnh hưởng đáng kể lên một số lượng lớn lưu lượng người sử dụng. Một thủ tục dịch chuyển bao gồm một chuỗi các thiết lập và loại bỏ từng đường đi ngắn nhất WDM riêng rẽ. Các dòng lưu lượng phải thích nghi với các thay đổi về đường đi ngắn nhất trong suốt cũng như sau khi diễn ra mỗi bước dịch chuyển.
– Khối tái cấu hình đường đi ngắn nhất: thành phần này được sử dụng để tái
cấu hình các đường đi ngắn nhất riêng lẻ, nghĩa là thiết lập và huỷ bỏ đường. Nó lại đòi hỏi các khối sau đây:
• Thuật toán định tuyến đường đi ngắn nhất: dùng để tính toán đường đi ngắn
nhất. Khi tuyến đường đi ngắn nhất là chưa xác định, thành phần này sẽ tính toán đường đi định tuyến hiện. Nếu đã có sẵn một giao thức định tuyến (ví dụ như giao thức OSPF với các mở rộng cho quang), đường đi định tuyến có thể lấy ra từ bảng định tuyến cục bộ đó.
• Cơ chế huỷ bỏ/thiết lập đường: dùng để thiết lập hoặc huỷ bỏ một tuyến và
nó có thể là một giáo thức báo hiệu.
• Quản lí giao diện: có nhiệm vụ giao diện và cập nhật các thông tin liên quan
tới nó. Sự tái cấu hình đường đi ngắn nhất có thể gán lại các giao diện khách WDM cho một đường đi ngắn nhất khác. Điều đó sẽ ảnh hưởng tới giao diện giữa WDM và mạng IP. Định tuyến IP đòi hỏi các địa chỉ IP và chỉ cho phép gói tin được chuyển tiếp trong một mạng con IP. Vì thế một mô hình IP mới có thể đòi hỏi các thay đổi địa chỉ giao diện IP.
2.5.1. Cơ sở dữ liệu thông tin trạng thái mạng IP/WDM
Một cơ sở dữ liệu thông tin trạng thái mạng là cần thiết để điều khiển và quản lí mạng IP/WDM. Dựa trên mô hình kỹ thuật lưu lượng và xu hướng triển khai nó mà cơ sở dữ liệu thông tin trạng thái mạng (bao gồm cả TE) sẽ được xây dựng và duy trì tương ứng. Ví dụ như, trong xu hướng tích hợp thì một cơ sở dữ liệu IP/WDM tích hợp toàn bộ sẽ phải được lưu trữ ở tất cả các điểm và sự đồng bộ giữa
các cơ sở dữ liệu đó sẽ do một giao thức phân tán đảm nhiệm; còn trong xu hướng chồng lấp cơ sở dữ liệu IP được lưu trữ riêng rẽ với cơ sở dữ liệu WDM.
Thông tin trạng thái mạng mà kỹ thuật lưu lượng quan tâm bao gồm hai mặt: các tài nguyên và cách sử dụng chúng. Cách biểu diễn truyền thống các tài nguyên mạng dùng cho mục đích định tuyến gói tin chỉ đơn giản là thông tin mô hình. Tuy nhiên, kỹ thuật lưu lượng đòi hỏi nhiều thông tin hơn thế, ví dụ như băng thông tổng cộng và sự sử dụng của mỗi kết nối hiện thời. Tồn tại hai tầng định tuyến trong mạng IP/WDM chồng lấp. Một thực hiện định tuyến các đường đi ngắn nhất qua mạng vật lí, trong khi tầng còn lại thực hiện định tuyến dữ liệu trên các đường đi ngắn nhất ấy. Có thể thực hiện kỹ thuật lưu lượng trên cả hai tầng đó. Kỹ thuật lưu lượng WDM không chỉ quan tâm tới sự tận dụng các tài nguyên mạng mà còn cả tới các đặc tính quang của các kết nối quang WDM và chất lượng của tín hiệu. Khi sử dụng kỹ thuật lưu lượng chồng lấp, các chức năng mục tiêu ở các tầng khác nhau có thể khác nhau. Còn trong trường hợp của kỹ thuật lưu lượng tích hợp, điều khiển lưu lượng và ấn định tài nguyên được xem xét đồng thời do đó các mục tiêu tối ưu hoá mang tính kết hợp.
Mặc dù các mô hình kỹ thuật lưu lượng khác nhau đòi hỏi thiết kế và triển khai cơ sở dữ liệu thông tin trạng thái mạng khác nhau, nhưng có một số thuộc tính chung cho cả hai trường hợp. Trong xu hướng chồng lấp, cơ sở dữ liệu thông tin trạng thái mạng của tầng IP bao gồm các thông tin sau:
– Mô hình ảo IP: là một sơ đồ có hướng trong đó các đỉnh biểu diễn các bộ
định tuyến IP và các cạnh biểu diễn đường đi ngắn nhất. Nó giống với các đòi hỏi của một giao thức định tuyến trạng thái tuyến nối tiêu chuẩn. Trong đó cũng bao gồm tốc độ dữ liệu và các khuôn dạng tín hiệu mà mỗi giao diện IP có thể hỗ trợ. Mô hình này rất hữu ích cho việc thực hiện cấu hình động.
– Trạng thái tuyến nối IP: bao gồm dung lượng tuyến nối và sự tận dụng nó
(tính theo phần trăm). Nó cũng có thể bao gồm một số kết quả đo khác (ví dụ như số lượng gói tin bị mất tại giao diện bộ định tuyến) cần thiết cho các thuật toán kỹ thuật lưu lượng.
– Tại tầng WDM, thực thể được quản lí là mạng vật lí, trong đó tải được thể hiện bởi các vết đường đi ngắn nhất. Tại tầng này hoạt động của kỹ thuật lưu lượng
được thực hiện thông qua việc gắn mô hình ảo IP vào mạng vật lí. Các hoạt động quản lí mạng là gán bước sóng và định tuyến. Nếu tính liên tục bước sóng là cần thiết dọc theo một vết thì chỉ được gán một bước sóng duy nhất; nếu một WDM NE có khả năng chuyển đổi bước sóng, các hop khác nhau sẽ có thể sử dụng các bước sóng khác nhau. Do vậy, một cơ sở dữ liệu thông tin trạng thái mạng tại tầng WDM sẽ bao gồm các thành phần sau:
– Mô hình vật lí: là một sơ đồ có hướng trong đó các đỉnh biểu thị các
WDM NE và các cạnh biểu thị các sợi quang.
– Các đặc tính NE: biểu thị khả năng chuyển mạch và độ sẵn sàng của cổng.
Một NE có thể thực hiện chuyển mạch sợi (nghĩa là kết nối tất cả các bước sóng trong một sợi đầu vào tới một sợi đầu ra sử dụng cùng bước sóng) hoặc chuyển mạch bước sóng (nghĩa là kết nối một bước sóng cụ thể trong sợi quang đến tới cùng một bước sóng trong một hoặc nhiều sợi ra). Hơn thế, một tín hiệu có thể được chuyển đổi thành một bước sóng khác thông qua chuyển đổi bước sóng. Một NE có số lượng cổng xen/tách hữu hạn do đó có thể có sự tranh chấp giữa các tín hiệu xen/tách tại ma trận chuyển mạch.
– Trạng thái sợi: bao gồm số lượng bước sóng, hướng, loại bảo vệ tuyến và
chất lượng tín hiệu quang ví dụ như tổng công suất bước sóng của sợi đó, đăng kí bước sóng, công suất mỗi bước sóng riêng rẽ, SNR quang của mỗi bước sóng.
– Trạng thái đường đi ngắn nhất: bao gồm NE ID nguồn, ID cổng xen, NE
ID trong tuyến, ID cổng tách, ID bước sóng (cho mỗi hop sợi) và hướng của nó, tốc độ bit, SNR quang từ đầu cuối tới đầu cuối, các ID SRLG (nhóm tuyến nối chia sẻ nguy hiểm). Ngoài ra còn có thể tuỳ chọn độ ưu tiên đường đi ngắn nhất hay mức độ làm rỗng đường đi ngắn nhất.
Trong kỹ thuật lưu lượng tích hợp, mô hình bước sóng và mô hình sợi được kết hợp làm một. Tối ưu hoá được thực hiện dựa trên định tuyến bước sóng theo các điều kiện ràng buộc sợi quang. Do vậy, nội dung của cơ sở dữ liệu tầng IP và cơ sở dữ liệu tầng WDM trong mô hình chồng lấp ở trên sẽ được ghép làm một cơ sở dữ liệu thông tin trạng thái mạng IP/WDM duy nhất.
2.5.2. Quản lí giao diện IP với WDM
Điều khiển một cách hiệu quả các giao diện giữa IP và WDM là vấn đề thiết yếu để thực hiện kỹ thuật lưu lượng phù hợp trên các mạng IP/WDM. Xu hướng là phải lợi dụng các đặc tính phần cứng mà vẫn duy trì được tính mềm dẻo và khả năng mở rộng vì hiện nay phần cứng mạng đang xuất hiện mới rất nhiều. Hiện tại, một giao diện IP duy nhất chỉ có thể kết hợp với một đường đi ngắn nhất. Điều này làm cho một mạng IP/WDM không có gì đặc biệt hơn một mạng IP trên nền bất cứ một mạng truyền dẫn kênh ảo nào. Kỹ thuật lưu lượng nói riêng hay quản lí và điều khiển mạng nói chung, đối với các mạng IP/WDM kiểu này, là mở đối với tất cả các kĩ thuật hiện đang tồn tại, phát triển.
Trong miền phần mềm, IP/WDM đòi hỏi phần mềm tương ứng để quản lí giao diện phần cứng giữa IP với WDM và chuyển đổi giữa lược đồ địa chỉ IP và địa chỉ WDM (khi cần thiết). Trong xu hướng chồng lấp cần có một lược đồ chuyển đổi địa chỉ để duy trì ánh xạ giữa hai tầng. Chú ý rằng tầng WDM cũng có thể sử dụng các địa chỉ IP thay vì các địa chỉ vật lí nhưng vẫn cần lược đồ chuyển đổi địa chỉ vì tầng IP và tầng WDM sử dụng hai không gian địa chỉ khác nhau và các ví dụ định tuyến khác nhau. Một lợi ích của xu hướng chồng lấp là việc lợi dụng các cơ chế điều khiển sẵn có cho mạng IP và mạng WDM. Trong xu hướng tích hợp, mỗi giao diện IP/WDM NE được đánh địa chỉ IP. Do đó, chỉ có một lược đồ địa chỉ được sử dụng mà ở đây là địa chỉ IP, và chỉ có một khả năng định tuyến mà thôi. Tuy nhiên, các giao thức IP truyền thống như là OSPF cần phải được mở rộng để bao gồm các vấn đề về kết mạng IP/WDM.
2.5.3. Khởi tạo tái cấu hình
Như được chỉ ra trong Hình 2.6 thì tái cấu hình có thể được khởi tạo bởi nhiều yếu tố khác nhau, ví dụ như:
• Kỹ thuật lưu lượng.
• Lỗi.
• Bảo vệ/tái lập.
• Bảo trì mạng.
Bộ khởi tạo lỗi bao gồm khối phát hiện lỗi, khối phân tích nguyên nhân và khối quản lí lỗi. Mỗi khi một lỗi bị phát hiện và nguyên nhân gây ra nó được xác định,
khối quản lí lỗi sẽ quyết định việc cần làm. Phần mạng bị lỗi có thể bị cách ly và các kết nối bị ảnh hưởng sẽ được định tuyến lại. Bộ khởi tạo bảo vệ/tái lập có thể được sử dụng để hỗ trợ tái cấu hình động. Mỗi khi đường đi chính bị hỏng, thuật toán tái lập sẽ tính toán (hoặc tính toán trước) một đường dự phòng. Khối kết hợp có nhiệm vụ chuyển mạch đường từ đường chính sang đường dự phòng. Các cơ chế tái cấu hình cung cấp các tiện ích cho việc thiết lập và huỷ bỏ đường, nghĩa là một giao thức báo hiệu. Giao thức báo hiệu phân tán đóng một vai trò quan trọng trong bảo vệ/tái lập. Khối bảo trì mạng liên quan tới việc lập thời gian biểu cho các hoạt động vận hành và thay thế và có thể thực hiện dễ dàng hơn nhờ sử dụng tái cấu hình.
Hình 2.6. Tái cấu hình trong mạng IP/WDM
Có ba thành phần chính trong cơ chế tái cấu hình: thiết kế mô hình, dịch chuyển mô hình và tái cấu hình đường đi ngắn nhất. Bộ phận tái cấu hình đường đi ngắn nhất lại bao gồm ba khối nhỏ là quản lí giao diện, thuật toán định tuyến đường đi ngắn nhất và giao thức báo hiệu. Khối cơ chế tái cấu hình sẽ được khởi động khi đạt được các điều kiện khởi tạo nhất định.
2.5.4. Đo kiểm và giám sát lưu lượng
Các mạng IP/WDM được dùng để phân phát lưu lượng IP. Đo kiểm lưu lượng mạng đạt được thông qua việc giám sát IP và các cơ chế thu thập là thiết yếu cho công việc của kỹ thuật lưu lượng. Độ chính xác của các phép đo ảnh hưởng trực tiếp lên hiệu năng công việc vì các kết quả đo đó cung cấp thông tin đầu vào mô tả các điều kiện mạng động. Trong một vòng kín đóng, liên tục, các phép đo lưu lượng mạng có thể khởi tạo thuật toán tái cấu hình cũng như đánh giá tác động của sự tái cấu hình.
Các số liệu thống kê cần phải thu thập phụ thuộc vào các mục tiêu tối ưu hoá