CHƯƠNG 2: CHUYỂN MẠCH BURST QUANG
2.4.2 Giao thức JET(Just-Enought-Time)
Giao thức JET (Just Enough Time) là một giao thức hoạt động theo kiểu đăng ký trễ cố định giống như giao thức RFD (Reserved-a-Fix-Duration) xuất hiện đầu tiên vào năm 1997, là giao thức được sử dụng chủ yếu trong OBS. Giao thức này có hai đặc trưng cơ bản là: sử dụng sự đăng ký trễ DR (Delayed Reservation) và khả năng tích hợp DR với các bộ ghép burst đệm bằng đường dây trễ quang FDL.
2.4.2.1 Hoạt động của giao thức
Tại nút nguồn: Dữ liệu người dùng từ các mạng truy nhập được đệm theo hướng tới đích. Sau đó được chuẩn bị sẵn sàng để phát đi trên một burst quang. Khi ấy nút nguồn đang chứa một burst dữ liệu cần truyền đi, nó sẽ gửi
đi một gói điều khiển trên một kênh điều khiển có bước sóng riêng khác với bước sóng mang burst dữ liệu đi tới nút đích. Tại mỗi nút trên đường truyền, gói điều khiển sẽ được xử lý để thiết lập một đường dẫn quang cho burst dữ liệu. Mỗi nút trên đường dẫn lựa chọn một bước sóng thích hợp trên liên kết đầu ra, đăng ký độ rộng băng trên liên kết đó, và thiết lập cấu trúc chuyển mạch quang. Trong thời gian này, burst dữ liệu đợi một khoảng thời gian trễ T-offset tại nút biên nguồn trong miền điện trước khi burst được truyền đi.
Tại nút trung gian: Một tín hiệu điều khiển được gửi tới trước để đăng ký băng thông cùng với thời gian trễ burst của nó và cấu hình chuyển mạch, sau khi đã được phân tích để lấy thông tin định tuyến gói điều khiển được cấu trúc lại nhưng có thêm thông tin định tuyến mới, như thời gian trễ burst mới, bước sóng mang burst…Sau đó gói điều khiển lại được gửi tới nút kế tiếp, và sau khoảng thời gian trễ T thì burst được truyền trên bước sóng đã xác định trong tiêu đề. Khoảng thời gian T là độ trễ giữa tiêu đề và burst dữ liệu tương ứng của nó.
Thời gian trễ T sẽ được tính toán sao cho đủ lớn để các nút trung gian hoàn thành việc xử lý tiêu đề burst tới nút đó trên kênh điều khiển, xác định bước sóng hay các khe thời gian phục vụ cho truyền burst tới đích của nó. Khả năng biên dịch toàn bộ bước sóng tại mỗi liên kết là cần thiết để bất kỳ burst nào cũng có thể được định tuyến tới bất kỳ bước sóng rỗi nào trên liên kết đầu ra. Do đó, bước sóng của một burst chỉ mang ý nghĩa cục bộ. Mỗi lần gói điều khiển đi qua một nút trung gian, giá trị T tại các nút trung gian giảm đi một lượng bằng giá trị thời gian xử lý tiêu đề tại mỗi nút gọi là T-pro (per-hop- offset). Do đó, để burst không phải đệm tại bất kỳ nút trung gian nào thì T > n×
Hình 2.10: Hoạt động của giao thức JET
Hình 2.11: Quá trình truyền burst trong mạng sử dụng giao thức JET
2.4.2.2 Sử dụng thời gian trễ trong giao thức JET
Ta giả sử, thời gian xử lý gói điều khiển và thiết lập cấu trúc chuyển mạch tại mỗi nút trung gian là ∆ đơn vị thời gian, như vậy trong mạng OBS sử dụng phương thức điều khiển theo kiểu TAG, các burst đi ngay sau gói điều khiển mà không có trễ nên tại mỗi nút chuyển mạch trung gian burst sẽ phải trễ đi một khoảng bằng ∆, gây ảnh hưởng tới độ trễ điều khiển của burst. Vì vậy độ trễ burst nhỏ nhất sẽ là p+∆.H, với p là trễ truyền và H là số hop trên đường đi từ nguồn tới đích.
Trong giao thức JET chọn T=∆.H để cho các nút trung gian có đủ thời gian để xử lý gói điều khiển và burst không phải trễ tại bất cứ nút trung gian nào. Ở đây ∆ được bao gồm hai khoảng thời gian.
1, Khoảng thời gian đủ để nút trung gian thực hiện xong các công việc xử lý gói điều khiển và cấu hình chuyển mạch là δ đơn vị thời gian.
2, Khoảng thời gian s = ∆ - δ, là khoảng thời gian yêu cầu để thực hiện xong các công việc trước khi burst đến.
Như vậy gói điều khiển sẽ được gửi tới nút tiếp theo sau một khoảng thời gian δ hay trước khi burst đến một khoảng s. Vì thời gian thiết lập chuyển mạch và thời gian phát gói điều khiển tới nút kế tiếp có thể được chồng lấn lên nhau nên ta có thể làm giảm thời gian trễ xử lý của burst còn lại là T' = δ.H + s, và thời gian trễ burst là p+T'< T.
Do giao thức JET không phải đợi bản tin xác nhận ACK gửi về từ nút đích nên cũng góp phần làm giảm đáng kể thời gian trễ burst. Ví dụ tại tốc độ 2.5 Gbps, 1 burst kích thước 500 Kbyte có thể truyền đi trong khoảng 1.6 ms. Để nhận được một bản tin xác nhận phải mất 2.5 ms để truyền trên khoảng cách 500 Km. Vì thế giao thức JET đặc biệt thích hợp để áp dụng truyền burst ở khoảng cách xa. Mặt khác các burst không phải trễ tại bất cứ nút trung gian nào nên độ trễ mà nó gặp phải cũng như chuyển mạch gói.
2.4.2.3 Sử dụng đăng ký thời gian trễ trong giao thức JET
Như ta có trong khoảng thời gian trễ giữa gói điều khiển và bít đầu tiên của burst đến, phần băng thông đã được đăng ký vẫn còn đang rỗi. Chính vì vậy ta có thể thực hiện truyền một burst nếu độ dài burst là nhỏ hơn khoảng thời gian trễ nhờ việc đăng ký trễ.
Giả sử xét tại nút i, một gói điều khiển tới và đăng ký độ rộng băng thông tại thời điểm t1 và thời điểm bít đầu tiên của burst tương ứng đến là t1', vì vậy khoảng thời gian trễ từ khi đăng ký độ rộng băng tới khi truyền burst là t1'-t1 và độ rộng băng được đăng ký cho burst tương ứng này tới thời điểm t1'', thời gian t1' được xác định căn cứ trên thời điểm burst tới và thời gian trễ, t1'' được xác định thông qua thời gian trễ và độ dài burst.
Cũng giả sử, có một gói điều khiển khác đến nút đang xét tại thời điểm t2, tương tự t2' tương ứng là thời bít đầu tiên của burst thứ 2 đến, và yêu cầu đăng ký độ rộng băng cho burst của nó tới thời điểm t2''. Ta có thời gian trễ của burst này là t2'-t2.
Hình 2.12: Tác dụng của việc đăng ký trễ
Như hình 2.12 đưa ra ta thấy trong hai trường hợp trên nếu không sử dụng đăng ký trễ và sử dụng phương thức điều khiển TAG thì burst thứ 2 đến sẽ bị loại bỏ. Nhưng nếu sử dụng giao thức JET và đăng ký trễ thì burst thứ hai đến vẫn được phục vụ nếu t1<t2<t2''<t1' hay t1<t2<t1''<t2'.
Trong giao thực JET sử dụng đăng ký thời gian trễ T, thay vì để nó là vô hạn sẽ có tác dụng làm giảm thời gian trễ burst do phải truyền lại, đồng thời sử dụng hiệu quả hơn băng thông đường truyền. Trong giao thức này việc phát gói điều khiển luôn được thực hiện tại thời điểm sớm nhất có thể bằng cách thực hiện ước lượng burst, nếu tại thời điểm phát burst mà kích thước burst lớn hơn kích cỡ đã ước lượng một bản tin giải phóng được gửi đi để giải phóng băng thông đã đăng ký, nếu burst là nhỏ hơn thì phần dữ liệu còn lại được gửi đi như các burst bổ sung. Tuy nhiên, giao thức này chưa khắc phục được hoàn toàn sự loại bỏ burst do xung đột. Để giải quyết triệt để cần kết hợp một số phương pháp đồng thời.
2.4.2.4 Quản lý bộ đệm thông minh
Trong mạng OBS không sử dụng bộ đệm, tuy nhiên cùng với việc sử dụng giao thức JET thì việc sử dụng thêm các bộ đệm là các đường dây trễ nhằm làm trễ dữ liệu tại các đầu vào có thể làm tăng thêm hiệu quả sử dụng băng tần và làm giảm đáng kể việc phải truyền lại do burst bị loại bỏ.Các bộ trễ được cấu tạo từ các sợi quang có chiều dài khác nhau được kết nối phù hợp, để có thể tạo ra các khoảng trễ phù hợp khoảng vài trục µs, các đường đây trễ có thể cấu trúc theo 2 kiểu: dùng chung hay dùng riêng cho các đầu vào khối chuyển mạch quang.
được trễ lại tới thời điểm phù hợp mà không bị loại bỏ. Nhờ có giao thức JET không quy định kích thước burst và thời gian trễ burst tại mỗi nút mà việc sử dụng các đường dây trễ trở nên tiện lợi hơn. Góp phần làm giảm đáng kể xác suất loại bỏ burst do tới không đúng lúc.
2.4.2.5 Định tuyến đổi hướng và các phương pháp ưu tiên
Trong chuyển mạch burst quang sử dụng giao thức JET còn có thể nâng cao hiệu quả sử dụng băng thông và giảm xác suất loại bỏ burst bằng cách sử dụng định tuyến đổi hướng và sử dụng độ ưu tiên khác nhau cho các burst.
Chuyển mạch burst quang (OBS) sử dụng giao thức JET có hỗ trợ định tuyến đa đường với thông tin về số nút trên mỗi đường đi đã được xác định, từ đó tại các nút có thể thực hiện định tuyến đổi hướng tới các đường đi khác khi mà burst tới không thể đăng ký được băng thông trên tuyến liên kết ban đầu đã lựa chọn.
Đồng thời với việc định tuyến đổi hướng trong phương thức điều khiển TAG không sử dụng thời gian trễ nên trong giao thức JET cần phải thay đổi thời gian trễ của burst sao cho phù hợp trên đường đi mới bằng cách sử dụng các đường dây trễ, trễ burst tại các nút trung gian khi mà thời gian trễ của burst tại nút đó chưa bằng 0. Và thực hiện việc sử dụng độ ưu tiên cao cho các burst có độ trễ lớn sẽ làm giảm xác suất loại bỏ burst.Ngoài ra còn có thể sử dụng thời gian trễ bổ sung tại nút nguồn để xác định độ tăng thời gian trễ do định tuyến đổi hướng.
Tóm lại: Giao thức JET là một giao thức phù hợp để tăng hiệu quả sử dụng băng thông cũng như độ tin cậy của mạng OBS và làm giảm đáng kể thời gian trễ khi nó được sử dụng cùng với phương thức điều khiển TAG. Mặt khác nó cũng cho phép nâng cao độ tin cậy khi sử dụng phương thức điều khiển TAG bằng cách làm tăng tối đa khả năng mà một burst có thể được truyền đi mà không bị loại bỏ.
2.5 Tranh chấp và giải quyết tranh chấp trong mạng OBS
Trong mạng OBS còn tồn tại những trường hợp gây tranh chấp tài nguyên mạng giữa các burst của các người dùng khác nhau với nhau (với tranh chấp tài nguyên được định nghĩa là hai hay nhiều burst cùng yêu cầu được phục vụ bởi một tài nguyên mạng) gây ra hiện tượng tắc nghẽn, chồng lấn, loại burst, làm giảm hiệu quả truyền tin.
Giải quyết xung đột trong mạng OBS có thể được thực hiện trong ba miền đó là miền bước sóng, miền thời gian và miền không gian.
Miền bước sóng: thể hiện ý nghĩa của chuyển đổi bước sóng, một burst có thể được gửi đi trên kênh bước sóng ngõ ra khác nhau.
Miền thời gian: bằng việc sửdụng một FDL đệm, một burst có thể được làmtrễ 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 ký.
Miền không gian: bằng việc sửdụng 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. Để giải quyết tranh chấp và tắc nghẽn trong mạng OBS có một số phương pháp như sau:
- Sử dụng các bộ đệm burst
- Thực hiện việc chuyển đổi bước sóng - Định tuyến đổi hướng
- Phân mảnh burst