CHƯƠNG 3: KỸ THUẬT HỢP BURST TRONG CHUYỂN MẠCH BURST QUANG
3.3 Cấu trúc gói tin điều khiển của OBS dựa trên MPLS
Sau khi tìm hiểu về mô hình chức năng của nút biên và nút lõi đối với quá trình hợp burst, trong phần này ta sẽ tìm hiểu về cấu trúc của gói tin điều khiển. Một burst bao gồm phần tiêu đề và phần tải trọng dữ liệu. Trong OBS, một burst dữ liệu và tiêu đề của nó được truyền đi một cách riêng biệt trên các bước sóng khác nhau với phần tiêu đề được truyền đi trước. Mỗi gói điều khiển bao gồm các thông tin cho chuyển mạch, kích thước burst, thời gian trễ, vv...Có rất nhiều kỹ thuật được đưa ra về định dạng burst dữ liệu sao cho tối ưu, nhưng chưa có nghiên cứu sâu về cấu trúc gói tin điều khiển.
Trong phần này, ta sẽ đưa ra một cấu trúc gói tin điều khiển OBS dựa trên MPLS (Hình 3.4). Vừa tìm hiểu về cấu trúc gói tin điều khiển vừa có những khái niệm tổng quan về công nghệ OBS dựa trên MPLS đang là hướng phát triển của mạng OBS trong tương lai.
Ta có hình vẽ mô tả cấu trúc gói tin điều khiển OBS dựa trên MPLS:
Hình 3.4: Cấu trúc gói tin điều khiển
Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) cung cấp việc chuyển tiếp gói tin đơn giản và hỗ trợ định tuyến rất nhanh mà không đòi hỏi phải kiểm tra thông tin về tuyến đường chứa trong mỗi gói tin. Để làm được điều đó, gói tin điều khiển trong MPLS sử dụng một nhãn có chiều dài cố định và một cơ chế chuyển tiếp lớp tương đương. Gói tin được chuyển mạch dựa trên nhãn này. Ngoài ra, MPLS cung cấp một cơ chế cho kỹ thuật lưu lượng bằng cách sử dụng định tuyến rõ ràng và chuyển mạch tốc độ cao. Việc giám sát toàn bộ quá trình định tuyến và chuyển mạch trong các nút biên và nút lõi được thực hiện dễ dàng với mặt phẳng điều khiển MPLS.
Định dạng và chức năng cụ thể của gói tin điều khiển trong OBS được xây dựng bằng cách biến đổi một chút trong mặt phẳng điều khiển MPLS sao cho cho phù hợp với OBS.Với việc thiết lập một tuyến đường chuyển mạch nhãn chúng ta có thể làm cho việc chuyển mạch trở nên dễ dàng và giảm bớt gánh nặng của việc xử lý gói tin điều khiển, ngoài ra ta cũng có thể sử dụng các chức năngkỹ thuật lưu lượng nổi bật của MPLS.
Mô hình kết nối chéo quang (OXCs) mới đã được đưa ra, mô hình này có phần mặt phẳng điều khiển được thiết kế để có thể phục vụ định tuyến và chuyển mạch nhanh chóng, hiệu quả. Mô hình mới này được gọi là chuyển mạch Lam-đa đa giao thức MPλS, nó đã khai thác những tiến bộ gần đây trong công nghệ kỹ thuật lưu lượng MPLS để thúc đẩy sự phát triển nhanh và đưa ra thêm một lớp mới cho OXCs tạo sự đa năng, nhằm giải quyết hững nhu cầu cụ thể trong việc vận chuyển lưu lượng quang của Internet.
Trong MPλS, bảng thông tin nhãn tại mỗi nút được xây dựng bằng cách sử dụng một nhãn quang học gán với bước sóng nhằm tạo ra một tuyến đường chuyển mạch nhãn (LSP). Cùng một bước sóng nhưng tại các nút khác nhau thì nhãn được gán vào cũng khác nhau. Mỗi nút khi nhận được một gói tin sẽ bóc nhãn, tra bảng thông tin nhãn để tìm bước sóng ra thích hợp, tiếp theo gói tin sẽ được gán nhãn của riêng nút đối với bước sóng đó. Sử dụng mặt phẳng điều khiển MPλS làm giảm gánh nặng trong việc duy trì mạng OBS, thay vì phải xử lý cả một gói tin điều khiển để xác định thông tin định tuyến phục vụ chuyển mạch, ta sẽ chuyển mạch dựa trên nhãn với kích thước nhỏ hơn nhiều. Tuy nhiên, đi kèm với nó là một vài vấn đề về giao diện mới, phân bổ nhãn, quản lý lưu lượng...Khi áp dụng MPλS cho OBS, cấu trúc gói điều khiển cho nhãn cho biết đầy đủ bước sóng xác định, lớp dịch vụ (CoS), thời gian trễ, kích thước burst và CRC... hình 3.4 được quy định như sau:
Nhãn (20 bít): Khi burst dữ liệu được gửi đến một nút lõi, bộ xử lý gói
tin điều khiển lấy một gói điều khiển để có được thông tin về kích thước burst, thời gian trễ, và CoS sau đó nhìn lên bảng thông tin nhãn để có được thông tin đầu ra, chẳng hạn như cổng ra, bước sóng ra, và nhãn tương ứng (hình 3.5).
Bước sóng ID ( 16 bits ): Các gói tin điều khiển cóchứa thông tin xác định bước sóng để phân biệt kênh và chuyển mạch, bao gồm cả chuyển đổi bước sóng trong chuyển mạch burst quang. Kể từ khi trong một sợi đơn có nhiều hơn hàng trăm bước sóng, chúng ta chia16 bit bước sóng ID nhằm phục vụ cho các cải tiến trong tương lai.
CoS ( 4 bits ): MPLS cung cấp 8 loại CoS khác nhau (3 bits). Kể từ khi kích thước tổng thể của gói tin điều khiển được biểu diễn là bội số của 8 bit, ví dụ,72bit, chúng ta gán 4 bit cho trường CoS.
Offset time ( 8 bits ):Thời gian trễ cho thấy khoảng cách giữa thời gian đến của các gói tin điều khiển và thời gian xuất hiện của burst dữ liệu. Để giảm bớt gánh nặng điều khiển, vấn đề tranh chấp gói điều khiển, và sự phức tạp của lập lịch kênh, thời gian trễ được lượng tử hóa cho một tập hợp rời rạc của các giá trị và đã được chia như là bội số của 256. Thời gian trễ được giảm tại mỗi nút trung gian dọc theo tuyến đường bằng với thời gian xử lýcác gói tin điều khiển trong mặt phẳng điều khiển. Thời gian trễ có thể bị sử dụng như thời gian sống (TTL) trong mạng OBS bằng cách giới hạn giá trị của nó.
Kích thước burst: Kích thước tối thiểu của một burst dữ liệu được xác
định bởi tốc độ xử lý điện tử, tốc độ chuyển mạch và kích thước tối đa của một gói tin IP đơn lẻ. Tốc độ xử lý điện tử của kênh điều khiển đã giới hạn số lượng các gói tin điều khiển và burst dữ liệu vận chuyển trên một đơn vị thời gian qua các kênh quang. Tốc độ chuyển mạch ảnh hưởng đến kích thước burst dữ liệu. Để đạt được hiệu quả sử dụng băng thông cao, thời gian truyền các burst dữ liệu (kích thước burst /tốc độ kênh quang) nên lớn hơn nhiều sovới thời gian chuyển mạch. Khi tốc độ chuyển mạch trở nên nhanh hơn, những hạn chế do tốc độ chuyển mạch nhanh chóng trở thành tối thiểu. Cuối cùng, để giảm những khâu không cần thiết trong việctập hợpcho các gói tinIPtại nútđi ra, kích thước burst dữ liệu nên lớn hơn kích thước tối đa của một gói tin IP đơn lẻ (65.535 B). Xem xét những hạn chế này, kích thước burst dữ liệu tối thiểu nên là 64 kB.
Hình 3.6: Mối tương quan giữa thời gian trễ và kích thước burst
Extra1: Thời gian trễ bổ sung của lưu lượng ưu tiên lớp 1
Tmin: Thời gian trễ cơ sở Tmax: Trễ tối đa của gói tin IP
TSmax: thời gian truyền của burst dữ liệuvới kích thước tối đa
C: gói tin điều khiển
Hình 3.6 cho thấy mối tương quan giữa kích thước burst và thời gian trễ. Để cung cấp xác suất ngăn chặn thấp hơn cho một burst dữ liệu ưu tiên lớp cao (lớp 2), nên chia nhiều thời gian trễ hơn so với thời gian trễ bổ sung của busrt dữ liệu ưu tiên lớp dưới (lớp 1). Bởi vì thời gian trễ bổ sung của lớp ưu tiên cao hơn (lớp 1) được xác định bởi sự phân phối kích thước burst dữ liệu của lớp ưu tiên dưới (lớp 0), kích thước tối đa của một burst dữ liệu bị giới hạn bởi trễ tối đa chấp nhận được củacác gói tin IP trong mạng chuyển mạch burst quang.
Gọi thời gian truyền một burst dữ liệu với kích thước tối đa là "TSmax" và để cho mạng OBS cung cấp n lớp ưu tiên khác nhau với mức độ cô lập 100% (tức là, TSmax=extra1 ). Sau đó, trễ tối đa của lưu lượng lớp ưu tiên cao nhất trong mạng OBSlà: " thời gian trễ cơ sở+Tsmax * n+ trễ truyền lan." Kết nối đầu cuối chấp nhận sự chậm trễ của trễ nhạy cảm Voice trên lưu lượng Internet Protocol (VoIP) là150 ms. Xin giả định sự chậm trễ chấp nhận được của một gói tin IP, Tmax trong một mạng OBS là 10 ms. Số hop tối đa là 5,và thời gian tạo ra các gói tin điều khiển là 1 ms. Những giả định này mang lại một thời gian trễ cơ sở là 5ms (số lượng tối đa của hop, thời gian tạo ra gói tin điều khiển). Ví dụ, lấy một trễ truyền lan 3 ms vào phép tính bằng cách giả sử đường kính mạng OBS là 600 km, Tsmax trở thành 0,25ms hoặc kích thước burst dữ liệu tối đa tại 10 Gbps trở thành 313 kB. Như với thời gian trễ, đã được chia là 8 bit.
Thời gian bảo vệ: Một thời gian bảo vệ được đặt giữa các gói điều
khiển. Thời gian bảo vệ sẽ giúp khắc phục tình trạng thay đổi của thời gian gói tin đến.