Cỏc giao thức cú xung đột bộ thu
Mạng hỡnh sao đơn chặng dựa trờn một PSC. Mỗi node cú cấu trỳc TT-TR. Cỏc bước súng khụng được gỏn cố định. Một bước súng được sử dụng cho truyền dẫn kết hợp giữa cỏc bộ phỏt và cỏc bộ thu. Cỏc node rỗi chuyển đổi cỏc bộ thu tới kờnh điều khiển này để thu nhập cỏc gúi tin điều khiển, mỗi gúi chứa địa chỉ nguồn, địa chỉ đớch,
Đồ ỏn tốt ngiệp Đại học Chương II. Cỏc mạng WDM nội thị
và bước súng được lựa chọn ngẫu nhiờn để gửi gúi dữ liệu tương ứng. Sự kết hợp của ALOHA và CSMA để điều khiển truy nhập tới kờnh điều khiển và cỏc bước súng dữ liệu. Một node cho trước với một gúi dữ liệu trong bộ đệm của nú truyền dẫn gúi dữ liệu ngay sau khi gửi gúi tin điều khiển tương ứng, nghĩa là giao thức này thuộc loại bỏo và truyền. Rừ ràng là trong loại giao thức đặt trước ngẫu nhiờn này cả hai gúi tin điều khiển và dữ liệu đều cú thể xảy ra xung đột. Hơn nữa, cỏc node bận khụng cú khả năng giỏm sỏt kờnh điều khiển và cú thể bị chuyển sang bước súng khỏc dẫn đến xung đột bộ thu.
Cỏc giao thức cung cấp hiệu năng trễ-thụng lượng tương đối kộm vỡ thực ra cỏc gúi tin dữ liệu được gửi khụng phụ thuộc sự thành cụng của cỏc gúi tin điều khiển tương ứng. Hiệu năng trờn cú thể tăng bằng cỏch chỉ gửi cỏc gúi tin dữ liệu nếu cỏc gúi tin điều khiển hoàn toàn khụng xung đột. Núi cỏch khỏc hiệu năng trễ-thụng lượng cú thể tăng nếu như thay thế giao thức bỏo và truyền bởi giao thức thử và chờ. Tuy nhiờn vẫn cú thể xảy ra xung đột bộ thu.
Cần chỳ ý rằng cỏc giao thức thử và chờ được đề cập ở trờn khụng những chịu ảnh hưởng của xung đột bộ thu mà cũn cả xung đột kờnh đối với cỏc gúi tin dữ liệu. Hóy tưởng tượng, hai gúi tin điều khiển được truyền liờn tiếp nhau mà khụng xảy ra xung đột kờnh đều muốn đặt trước cựng một bước súng. Cả hai gúi tin điều khiển đều thành cụng và cỏc gúi tin dữ liệu tương ứng được gửi đi. Nếu hai gúi tin dữ liệu khụng dài hơn gúi tin điều khiển, chỳng sẽ xung đột và dẫn tới lóng phớ băng thụng và giảm thụng lượng. Vấn đề này được giải quyết bằng cỏch trỏnh cỏc xung đột kờnh của cỏc gúi tin dữ liệu. Một gúi tin dữ liệu cho trước được gửi đi nếu: gúi tin điều khiển tương ứng được truyền dẫn mà khụng bị xung đột và khụng cú gúi tin điều khiển nào khỏc đặt trước cho cựng bước súng trong khoảng thời gian (L-1) khe liền trước đú, trong đú L≥1 biểu thị chiều dài gúi tin và một khe tương ứng với thời gian truyền dẫn của gúi tin điều khiển.
Hiệu năng trễ-thụng lượng trong cỏc kết hợp giao thức ALOHA gỏn khe được nõng lờn nhờ việc chia nhỏ thời gian thành cỏc chu kỡ tuần hoàn và cho phộp trong mỗi khe của cỏc đặt trước kờnh điều khiển vào cỏc bước súng dữ liệu khỏc nhau. Để làm được như thế, trong mỗi khe chỉ cú cỏc node muốn gửi gúi tin dữ liệu ở cựng bước súng đặt trước dẫn đến giảm số lượng cỏc gúi tin điều khiển bị xung đột. Điều này lại làm tăng hiệu năng vỡ số lượng gúi tin điều khiển phải truyền lại do xung đột giảm. Từ đú ra đời giao thức ALOHA đặt trước (R-ALOHA). Trong R-ALOHA một node cho trước đó thành cụng trong việc đặt trước trong một khe được gỏn cố định khe đú cho tới khi node đú khụng cũn gúi tin dữ liệu nào cần truyền nữa. R-ALOHA cho thụng lượng cao hơn và trễ nhỏ hơn đối với tải lưu lượng trung bỡnh đến cao.
Đồ ỏn tốt ngiệp Đại học Chương II. Cỏc mạng WDM nội thị
Cỏc giao thức ALOHA gỏn khe cú thể được cải tiến thờm bằng việc gửi cỏc gúi tin điều khiển trong cỏc bước súng dữ liệu thay vỡ một kờnh điều khiển duy nhất. Trong giao thức này khụng cú kờnh điều khiển riờng và cỏc node được chia thành cỏc nhúm. Mỗi nhúm được gỏn một bước súng khỏc nhau. Thời gian được chia thành cỏc chu kỡ tuần hoàn. Mỗi chu kỡ gồm cú pha điều khiển và pha dữ liệu. Một node rỗi chuyển bộ thu của nú sang bước súng của nhúm mà nú nằm trong. Node nguồn muốn truyền dẫn gúi dữ liệu sẽ truyền một gúi tin điều khiển trờn bước súng của node đớch tương ứng trong pha điều khiển của chu kỡ bằng cỏch dựng ALOHA gỏn khe. Giao thức này nõng cao hiệu năng của mạng. Bởi vỡ cỏc gúi tin điều khiển được phõn tỏn nhờ đa bước súng (thay vỡ chỉ cú một bước súng điều khiển duy nhất) và tất cả cỏc bước súng đều cú thể được sử dụng cho truyền dẫn dữ liệu trong pha dữ liệu và kết quả là mức độ đồng bộ cao hơn, giảm xung đột và số lượng cỏc gúi tin phải truyền lại.
Ảnh hưởng của xung đột bộ thu đối với hiệu năng được phõn tớch dựa trờn PSC với cấu trỳc node TT-TR sử dụng giao thức đặt trước. Nú đó được chứng minh rằng trừ phi số lượng node là lớn, xung đột bộ thu sẽ làm giảm hiệu năng trễ-thụng lượng mạng. Cú điều này trong cỏc mạng với một lượng nhỏ node hai gúi tin dữ liệu truyền dẫn đồng thời cú nhiều khả năng được đỏnh địa chỉ cựng một node đớch. Với mỗi node cú cựng bộ thu duy nhất node đớch cho trước chỉ cú khả năng nhận một gúi tin dữ liệu và loại bỏ cỏc gúi tin cũn lại. Do đú gúi tin điều khiển của bộ thu đó xung đột với gúi tin dữ liệu sẽ phải truyền lại, dẫn tới làm giảm thụng lượng và tăng trễ. Trong cỏc giao thức đặt trước dựa trờn kờnh điều khiển với truy nhập ngẫu nhiờn với cả cỏc bước súng dữ liệu và điều khiển sẽ thể hiện trễ theo kiểu khụng đều khi tải lưu lượng tăng nếu số lượng của cỏc bước súng dữ liệu nhỏ. Lớ do là, tại mức tải thấp, hầu hết cỏc gúi kờnh điều khiển và kờnh dữ liệu đều được gửi thành cụng. Khi tải tăng thỡ nghẽn kờnh trờn cỏc bước súng dữ liệu chiếm chủ yếu và khả năng thụng bắt đầu giảm, các gói điều khiển tơng ứng phải đợc truyền lại. Khi tải tăng hơn nữa thụng lượng kờnh điều khiển cũng giảm sẽ dẫn tới giảm tải trờn cỏc bước súng dữ liệu. Kết quả là thụng lượng kờnh dữ liệu lại tăng và số lượng cỏc gúi tin điều khiển phải truyền lại lại giảm. Tuy nhiờn đến một tải lưu lượng nhất định xung đột trờn kờnh điều khiển xảy ra nhiều đến nỗi mà thụng lượng kờnh dữ liệu sẽ lại giảm.
Trong giao thức đặt trước sử dụng đa truy nhập phõn chia theo bước súng - thời gian động (DT-WDMA) hoàn toàn giỳp trỏnh được xung đột kờnh đối với cả gúi tin dữ liệu và điều khiển. Đõy là mạng hỡnh sao dựa trờn một PSC. Mỗi node cú một bộ thu phỏt cố định với kờnh điều khiển, một bộ phỏt cố định điều chỉnh và một bộ thu điều chỉnh được cho dữ liệu. Cỏc xung đột kờnh trờn kờnh điều khiển được loại bỏ nhờ vũng kớn TDMA. Cỏc gúi tin dữ liệu được gửi hoàn toàn khụng xung đột vỡ mỗi node truyền
Đồ ỏn tốt ngiệp Đại học Chương II. Cỏc mạng WDM nội thị
trờn một bước súng dành riờng. Sau khi gửi gúi tin điều khiển, node sẽ truyền dẫn gúi tin dữ liệu tương ứng trờn kờnh được gỏn riờng cho nú trong chu kỡ kế tiếp mà khụng phải đợi kết quả của hệ đặt trước. Một gúi tin điều khiển bao gồm địa chỉ đớch, tuổi của gúi tin dữ liệu tương ứng và một trường phõn loại. Trường này được sử dụng để cho phộp cả chuyển mạch kờnh và chuyển mạch gúi. Trong kiểu chuyển mạch gúi, một gúi tin điều khiển đặt trước cho một gúi tin dữ liệu duy nhất. Trong kiểu chuyển mạch kờnh gúi tin điều khiển cố gắng thiết lập một kờnh nối. Với điều khiển việc đặt trước là thành cụng, bước súng được đặt trước và bộ thu đớch được đặt trước sẽ phục vụ cho tới khi node nguồn tiếp tục gửi một gúi tin điều khiển tương ứng trong khe thời gian đặt trước nú đó được phõn bổ. Kết quả cỏc phiờn làm việc khụng bị ngắt và QoS được đảm bảo. Thụng tin về tuổi ở trong gúi tin điều khiển được sử dụng để xỏc định mức độ ưu tiờn cho cỏc gúi tin dữ liệu. Trong số cỏc gúi tin điều khiển cựng đến một đớch, gúi nào cú tuổi lớn nhất sẽ được đặt trước. Cỏc gúi tin điều khiển cũn lại sẽ phải truyền lại do xung đột bộ thu trong cỏc gúi tin dữ liệu tương ứng.
Cỏc giao thức khụng cú xung đột ở bộ thu
Một giao thức đặt trước loại bỏ hoàn toàn xung đột kờnh và xung đột bộ thu của cả cỏc gúi tin dữ liệu và điều khiển được sử dụng trong mạng dựa trờn một PSC và mỗi node cú cấu trỳc TT-FR. Bộ thu của nú gắn với kờnh dành riờng. Thời gian được chia làm cỏc chu kỡ tuần hoàn. Mỗi chu kỡ được chia nhỏ thành N khe điều khiển, M khe thụng tin và M khe dữ liệu, M≥1. Mỗi khe điều khiển được gỏn trước cho một node. Khi node i muốn gửi gúi tin dữ liệu tới node j, node i sẽ truyền gúi tin điều khiển trong khe điều khiển thứ i vào kờnh của node j. Sau khi nhận được gúi tin điều khiển node j sẽ lựa chọn một hoặc nhiều node nguồn. Sử dụng cỏc khe thụng tin node j sẽ gửi sự cho phộp của mỡnh tới cỏc node nguồn được lựa chọn. Vỡ sự cho phộp chứa lược đồ truyền dẫn nờn sẽ khụng xảy ra xung đột kờnh đối với gúi tin dữ liệu.
Một giao thức đặt trước hoàn toàn khụng xung đột khỏc cú khả năng đạt được thụng lượng xấp xỉ 100% được giới thiệu trong mạng dựa trờn một PSC. Cấu trỳc node của nú khỏ phức tạp. Mỗi node sử dụng một bộ thu phỏt gỏn với một kờnh điều khiển chung để gửi cỏc gúi tin điều khiển. Để truyền cỏc gúi tin dữ liệu mỗi node sử dụng kờnh riờng. Nhờ sử dụng hai bộ thu phỏt hoạt động luõn phiờn cỏc khú khăn về chuyển đổi sẽ được trỏnh thời gian được chia thành cỏc chu kỡ tuần hoàn. Trờn kờnh điều khiển mỗi chu kỡ gồm N khe được phõn bổ trước cho cỏc node khỏc nhau. Mỗi node nhận thụng tin phản hồi bằng cỏch phỏt quảng bỏ một gúi tin điều khiển trờn khe được phõn bổ. Sau đú cỏc gúi tin dữ liệu đó được xếp lịch thành cụng sẽ được truyền khụng xung đột trờn kờnh dành riờng tương ứng của node nguồn.
Đồ ỏn tốt ngiệp Đại học Chương II. Cỏc mạng WDM nội thị
Một giao thức đặt trước khụng cú sự gỏn trước cỏc khe sử dụng trong mạng dựa trờn một PSC. Cấu trỳc mỗi node là TT-FT-TR-FR, trong đú một bộ thu phỏt được gắn vào kờnh điều khiển chung cũn cỏc bộ khỏc thỡ cú thể điều chỉnh được và được sử dụng để thu/phỏt thụng tin. Tất cả cỏc bước súng được gắn khe với chiều dài khe bằng thời gian truyền của một gúi tin. Khe trong kờnh điều khiển được chia nhỏ thành cỏc khe đặt trước và một khoảng trễ truyền dẫn. Cỏc khe đặt trước khụng được gỏn cố định. Cỏc node gửi gúi tin điều khiển bằng cỏch sử dụng một trong cỏc khe đặt trước một cỏch ngẫu nhiờn. Tại thời điểm cuối của mỗi khe, nghĩa là, sau một chu kỡ trễ cỏc gúi tin điều khiển khụng bị xung đột sẽ được đưa vào chu trỡnh vào trước ra trước phõn tỏn (FCFS). Nếu sự đặt trước là thành cụng gúi tin dữ liệu tương ứng sẽ được truyền trong khe kế tiếp. Cỏc gúi tin điều khiển khụng thành cụng sẽ được truyền lại. Ở đõy khỏi niệm khụng thành cụng nghĩa là gúi tin điều khiển xung đột trong kờnh ALOHA gỏn khe và/hoặc khụng tỡm đủ tài nguyờn rỗi. Bằng cỏch tăng cỏc gúi tin điều khiển được xếp lịch kờnh điều khiển ALOHA gỏn khe khụng xung đột cú nhiều khả năng tỡm được tài nguyờn rỗi hơn. Do vậy số lượng gúi tin điều khiển phải truyền lại sẽ ớt đi và dung lượng mạng sẽ tăng.
Trong giao thức trờn, mỗi node phải duy trỡ một số lượng khỏ lớn thụng tin trạng thỏi. Cỏc đũi hỏi liờn quan đến xử lớ sẽ giảm đỏng kể nếu cỏc node khụng cần phả duy trỡ bảng trạng thỏi. R- ALOHA hơn ALOHA gỏn khe ở điểm này. Để làm được điều này một node đó thành cụng trong việc gửi gúi tin điều khiển cú thể hoàn toàn sử dụng khe thời gian đú để truyền lại cỏc gúi tin điều khiển cho tới khi kết thỳc quỏ trỡnh truyền dẫn dữ liệu.
Một giao thức đặt trước trỏnh được cả xung đột bộ thu và xung đột kờnh đối với cỏc gúi tin dữ liệu mà chỉ đũi hỏi một bộ thu phỏt với mỗi node được trỡnh bày trong mạng dựa trờn một PSC và mỗi node cú cấu trỳc TT-TR. Giao thức này cú thể đưa chuyển đổi thời gian và chuyển đổi trễ của bộ thu về 0. Thời gian được chia thành cỏc khe dữ liệu với chiều dài của một khe bằng với thời gian truyền dẫn của một gúi dữ liệu cố định. Khe dữ liệu trờn kờnh điều khiển chung được chia nhỏ thành W khe điều khiển, mỗi khe này lại bao gồm vài khe nhỏ hơn. Khi một node i, 1 ≤ i ≤ N, muốn gửi dữ liệu trờn bước súng j, 1 ≤ i ≤ W, nú lựa chọn ngẫu nhiờn một khe con trong khe điều khiển thứ j để quảng bỏ gúi tin điều khiển. Bằng cỏch sử dụng ALOHA gỏn khe thay vỡ TDMA trong kờnh điều khiển cỏc node mới cú thể dễ dàng tham gia vào quỏ trỡnh đặt trước làm cho mạng trở nờn mềm dẻo hơn. Tất cả cỏc node tham gia vào quỏ trỡnh đặt trước đều biết kết quả sau một trễ truyền dẫn. Nếu gúi điều khiển của node i được gửi thành cụng, node i sẽ gửi gúi dữ liệu tương ứng trờn bước súng j trong khe điều khiển tiếp theo. Ngược lại, node i phải truyền lại gúi tin điều khiển. Băng thụng đó được
Đồ ỏn tốt ngiệp Đại học Chương II. Cỏc mạng WDM nội thị
chứng minh là cú thể sử dụng hiệu quả hơn bằng cỏch chồng lấn thời gian điều chỉnh bộ thu phỏt của một node bởi thởi gian truyền dẫn của một node khỏc.
Một xu hướng khỏc để trỏnh xung đột bộ thu là sử dụng cỏc sợi trễ chuyển mạch (FDLs). Nếu cú hai hay nhiều hơn node cựng gửi dữ liệu tới một node đớch, cỏc gúi tin dữ liệu được đưa vào FDL chuyển mạch của node đớch và được nhận lần lượt. Phương phỏp này làm giảm tớnh bựng nổ của mạng và nõng cao hiệu năng trễ-thụng lượng mạng.
Một giao thức dựa trờn kờnh điều khiển thớch ứng cú khả năng làm giảm số lượng xung đột bộ thu được phõn tớch dựa trờn một PSC. Mỗi node cú cấu trỳc FT2-TR-FR và một kờnh riờng cho truyền dữ liệu, do đú trỏnh được xung đột kờnh. Mỗi node lưu trữ dữ liệu phản hồi trong một bộ đệm khỏc nhau, mỗi bộ đệm cho một đớch (cấu trỳc bộ đệm này được gọi là hàng đợi đầu ra ảo (VOQ)). Nghẽn đầu dũng (HOL) cú thể bị loại bỏ nếu trang bị cho mỗi node một đa hàng đợi đớch cho mỗi đớch. Do đú, một gúi tin dữ liệu với một bộ thu đớch bị chiếm giữ khụng ngăn cản một gúi tin khỏc mà bộ thu tương ứng của nú đang rỗi gửi đi. Do đú hiệu năng trễ-thụng lượng mạng sẽ tăng lờn. Mỗi node lựa chọn ngẫu nhiờn một trong cỏc gúi tin theo phõn bố xỏc suất P. Địa chỉ đớch của gúi tin dữ liệu được chọn được phỏt quảng bỏ bằng cỏch mỗi node gửi gúi tin điều khiển qua một kờnh chung và sau đú tiếp tục truyền dẫn gúi tin dữ liệu được chọn trờn kờnh của chớnh nú. Sau một vũng trễ truyền dẫn cỏc node đều biết về lưu lượng điều khiển dự cho bộ thu gúi tin dữ liệu cú bị xung đột hay khụng. Trong trường hợp cỏc xung đột bộ thu, xỏc suất P thay đổi sao cho cỏc gúi tin dữ liệu bị xung đột bộ thu được