Kiến trúc chuyển mạch này không hoàn toàn quang do phải điều khiển bằng điện gồm 3 tầng nh− trên hình 4.1 sau:
Tầng mã b−ớc sóng: tiêu đề mọi gói trong M đầu vào đ−ợc tách ra nhờ
Photodiode (PD) để trích ra thông tin định tuyến. Dựa trên thông tin đó, mỗi gói sẽ đ−ợc truyền trên một b−ớc sóng phù hợp với băng tần của bộ lọc quang ở đầu ra yêu cầu. Chức năng này đ−ợc thực hiện nhờ bộ biến đổi b−ớc sóng quang.
Tầng đệm bằng sợi quang đ−ờng dây trễ với độ dài t−ơng ứng với bội số của
chu kỳ gói T. Để truy cập nhanh vào tầng đệm này, ng−ời ta sử dụng các cổng quang.
Tầng cuối cùng là tầng tách b−ớc sóng, các bộ lọc băng thông sẽ lựa chọn
hay lấy ra các gói trong b−ớc sóng t−ơng ứng. 4.2 Kiến trúc chuyển mạch KEOPS
Đề tài nghiên cứu ATMOS thành công là nhờ có đề tài nghiên cứu KEOPS và sự nghiên cứu tầng mạng quang chuyển mạch gói đ−ợc mở rộng. Các gói quang sẽ có
khoảng thời gian cố định là 1,7 às, tiêu đề gói có tốc độ 622Mb/s và đ−ợc xử lý điện, dữ
liệu có tốc độ khác nhau. Khoảng thời gian gói cố định đảm bảo cùng một node chuyển mạch có thể chuyển mạch gói ở tốc độ khác nhau. Đối chiếu với mạng điện trong hình 2.2, tầng mạng gói quang đ−ợc kiến nghị trong mô hình KEOPS đ−ợc chấp nhận ở cả tốc độ bit và chế độ truyền trong suốt ở một vài cấp độ nh− : tế bào ATM , gói IP, khung SDH. Ngoài ra, kiến trúc chuyển mạch KEOPS còn cho phép quảng bá các gói quang
Đổi b−ớc sóng. λM λ1 BxT 0xT Cổng quang M 1
Điều khiển điện PD PD Mã b−ớc sóng. Đệm đ−ờng dây trễ Tách b−ớc sóng 1 M Lọc băng thông
đầu vào. Kiến trúc chuyển mạch KEOPS cơ bản giống nh− ATMOS, sự khác nhau chính là các gói của một đầu vào cho tr−ớc luôn luôn chuyển đổi ở cùng một b−ớc sóng. Nhờ kết hợp cổng đa b−ớc sóng, đ−ờng dây trễ và bộ chọn b−ớc sóng nhanh ở đầu ra nên có thể quảng bá gói. Nguyên lý hoạt động có thể mô tả chi tiết hơn trên hình 4.3.
Mỗi gói sau khi xác định cổng đầu vào đều đ−ợc chuyển đổi vào một b−ớc sóng, và đ−ợc chuyển vào bộ đệm. Các cổng quang đa b−ớc sóng ở mỗi đầu ra đ−ờng dây trễ sẽ chọn gói thuộc về một khe thời gian thích hợp với trạng thái hàng đợi, các cổng quang cũng có thể chặn đồng thời tất cả các b−ớc sóng. Sau đó, bộ lựa chọn b−ớc sóng nhanh sẽ chỉ chọn một trong nhiều gói, ví dụ dựa trên một b−ớc sóng. Cấu hình này cho phép chọn lựa một vài hay tất cả đầu ra đồng thời ở cùng một b−ớc sóng.
KEOPS đã kết hợp kỹ thuật truyền dẫn quang WDM và chuyển mạch gói cho ra mạng chuyển mạch gói quang WDM. Mục tiêu của KEOPS là nâng chức năng chuyển mạch lên miền quang, khi đó mới có thể thích ứng hoạt động chuyển mạch của bộ định tuyến với truyền dẫn WDM, do đó kết hợp đ−ợc băng thông và định tuyến chuyển tiếp. KEOPS đã đ−a ra mạng gói trong suốt quang, trong suốt cả về tốc độ truyền dẫn và giao thức, do đó hệ thống này rất dễ mở rộng và dễ khắc phục lỗi thiết bị để thiết lập lại cấu hình trong những lúc cần thiết.
4.3 Kiến trúc chuyển mạch WASPNET
WASPNET (mạng gói chuyển mạch theo b−ớc sóng) là một EPSRC cộng tác
giữa ba tr−ờng đại học ở Anh và vài viện công nghiệp. Một thành tựu chính của dự án là thực thi một số kiến trúc chuyển mạch gói quang. Chuyển mạch dung l−ợng cao, t−ơng thích với l−u l−ợng Internet và hiệu quả sử dụng mạng đã nhận đ−ợc kết quả của
BxT λM λM λM λ1 λ1 M 1
Điều khiển điện
PD PD Mã b−ớc sóng Cổng đa b−ớc sóng Cổng đơn b−ớc sóng Chuyển đổi b−ớc sóng
Đệm de_lay quang Lựa chọn b−ớc sóng
λ1 0xT 1 M Ghép WDM Chia thụ động
dự án. Cũng chỉ ra dự án WASPNET mà truyền dẫn gói quang trong mạng qua 14 node thì có thể thực hiện đ−ợc mà không làm giảm tín hiệu quan trọng. Thêm nữa để thiết kế node ,cũng nh− điều khiển mạng và hoạt động, chế tạo thiết bị đ−ợc nghiên cứu. Trong dự án một network demonstrator đã đ−ợc phát triển. Sử dụng demonstrator các chức năng của mào đầu xoá , chèn, định tuyến , chuyển mạch và giải quyết xung đột đã đ−ợc nghiên cứu.
4.3.1 Chuyển mạch WASPNET
Nh− mô tả trong hình 4.4.
Chuyển mạch là sự đơn giản hoá của chuyển mạch gói quang WDM. Hình vẽ mô tả một mức của chuyển mạch trong khi chuyển mạch gồm nhiều mức, mỗi mức hoạt động tại một b−ớc sóng đơn. Trong WDM chuyển mạch WASPNET có khả năng tại mỗi sợi vào đ−ợc kết nối tới một bộ phân kênh mà gói đ−ợc gửi đi với b−ớc sóng i mức i, và mỗi đầu ra nhận đ−ợc bằng cách ghép trỗn các đầu vào của các mức. Trong chuyển mạch này, các gói có mức độ −u tiên cao có thể chiếm tr−ớc các gói có mức độ −u tiên thấp. Chức năng của chuyển mạch rất giống với chức năng của chuyển mạch hồi tiếp dựa trên AWG. AWG thứ hai trong hình vẽ sử dụng để tránh xung đột. Trộn b−ớc sóng và phối hợp các cổng đầu vào của AWG thứ hai để xác định cổng đầu ra. Nhiều gói có thể tồn tại trên cùng một đầu ra của mức, các gói có b−ớc sóng khác nhau. Cách khác có thể thay thể AWG thứ hai bằng chuyển mạch không gian.
AWG AWG TWCs TWCs Tách kênh Ghép kênh Đầu ra Đầu vào Hình 4.4: Chuyển mạch WASPANET
4.3.2 Điều khiển mạng
Có hai ph−ơng pháp có thể sử dụng để điều khiển mạng đó là ph−ơng pháp tán xạ kênh b−ớc sóng (SCWP) và ph−ơng pháp chia xẻ kênh b−ớc sóng (SHWP). Trong tiếp cận gần đây, mỗi gói quang sử dụng b−ớc sóng giống nhau dọc toàn bộ kênh truyền. Một số gói có thể cũng sử dụng b−ớc sóng giống nhau. Trong ph−ơng pháp SCWP, các gói đ−ợc chuyển đổi thành b−ớc sóng mới tại mỗi node. Tất nhiên, SCWP cung cấp thông l−ợng cao hơn và yêu cầu ít bộ đệm. Mặt khác, cần sử dụng các bộ chuyển đổi b−ớc sóng khả chỉnh.
4.3.3 Định dạng gói
Trong dự án WASPNET, một gói có 4 byte mào đầu gói và 256 byte tải trọng. Tải trọng có tốc độ dữ liệu 10Gbít/s, trong khi mào đầu gói gửi đị với tốc độ truyề thấp hơn. Ba lựa chọn khác nhau sử dụng để truyền dữ liệu và mào đầu gói, mỗi cách có mặt mạnh và mặt yếu:
Cả mào đầu và dữ liệu đ−ợc truyền tại cùng khe thời gian. Mào đầu đ−ợc đặt
trên một sóng mang điện ở trên các tần số sử dụng cho tải trọng.
Mào đầu và tải trọng đ−ợc truyền đồng thời với các b−ớc sóng khác nhau.
Mào đầu và tải trọng đ−ợc truyền rời rạc.
Việc phối hợp này chịu sự xuyên âm. Trong cách phối hợp thứ nhất việc cập nhật mào đầu gặp khó khăn, và trong cách thứ hai cần sử dụng thêm kỹ thuật laser tới từng kênh tải trọng để lần l−ợt cập nhật mào đầu. Trong cách cuối băng tần sử dụng thì ít hơn, nh−ng không bị xuyên âm và việc cập nhật mào đầu dễ dàng hơn.
4.4 Mạng ứng dụng cho chuyển mạch gói quang
4.4.1 Chuyển mạch gói quang trong suốt 4.4.1.1 Các mạng gói quang 4.4.1.1 Các mạng gói quang
1 Mạng tốc độ bít cao
Sự hội tụ của viễn thông và truyền thông máy tính đã đ−ợc biết tr−ớc một thời gian từ khi cả hai đều dựa vào kỹ thuật số. Trong gần nh−ng năm 1980, xuất hiện mối t−ơng quan rõ ràng giữa các mạng viễn thông truyền thống l−u l−ợng bị chi phối, hoàn thành việc tích hợp giữa việc nâng cấp h−ớng kết nối và cơ sở hạ tầng viễn thông chuyển mạch kênh để cho phép hỗ trợ l−u l−ợng dữ liệu. Tới thế kỷ mới môi tr−ờng mạng đã đ−ợc thay đổi hoàn toàn.
H−ớng hiện tại với l−u l−ợng dữ liệu truyền đi khắp nơi, trong l−u l−ợng
nhân do dịch vụ điện thoại, làm cho truyền thông dữ liệu chi phối loại l−u l−ợng.
Sự phát triển của kỹ thuật WDM điểm - điểm sử dụng băng thông sợi
quang một cách hiệu quả và nhanh chóng (với khía cạnh là số kênh b−ớc sóng bằng với tốc độ bít trên kênh).
T−ơng lai phát triển của các mạng truyền tải WDM kết nối chéo quang,
quản lý linh động đ−ờng toàn quang sẽ trả lại l−ợng d− tiềm năng các chức năng mạng mà đ−ợc cung cấp bởi lớp SDH.
Từ triển vọng khách hàng, IP đã trở thành giao thức chi phối việc truyền dữ
liệu, vì vậy hiện tại đang là ứng cử rất mạnh cho việc tích hợp truyền dữ liệu của viễn thông. Nếu phiên bản hiện thời của IP không hỗ trợ phân biệt luồng khách hàng trên tiêu chuẩn chất l−ợng dịch vụ, tiếp tục phát triển trong nhóm đặc trách kỹ thuật Interenet ( IETF ) có thể có kết quả sớm trong khả năng phát triển, đảm bảo chất l−ợng dịch vụ với phổ của các kiểu l−u l−ợng. Vì vậy trong hai thập kỷ gần đây phạm vi của kiến trúc mạng số tích hợp dịch vụ băng thông rộng (BISDN) đ−ợc mở rộng và xung quanh nó là công nghệ IP/WDM thêm nữa là ATM/ SDH hoặc IP/ SDH/WDM.
Mối quan tâm chính với tiếp cận công nghệ IP/WDM thì không t−ơng xứng giữa dung l−ợng truyền dẫn đ−ợc cung cấp bởi lớp quang WDM và công suất xử lý của các bộ định tuyến hiện thời . Các bộ định tuyến IP thực hiện ba chức năng chính:
Định tuyến: Hỗ trợ nhiều giao thức để bảo vệ các kết nối mạng, thông tin
chứa đựng trong các bảng định tuyến.
Chuyển tiếp: Liên quan tới bảng định tuyến với mỗi gói đầu vào để xác
định giao diện đầu ra để gói có thể ghi.
Chuyển mạch: Chuyển trực tiếp các gói tới đầu ra thích hợp.
Với khía cạnh để định tuyến, vấn đề chính xuất phát từ kích cỡ của bảng định tuyến và tần số cập nhật bảng định tuyến. Nh− các vấn đề đánh địa chỉ hiện thời và quản lý bằng các ph−ơng tiện tốt (tập hợp định tuyến, cập nhật giao thức định tuyến để tránh d− hay thay đổi thông tin lỗi thời). Đặc tính chính của tắc nghẽn kiểu cổ chai xuất hiện tại mức chuyển tiếp. Thời gian cần thiết để quét một bảng định tuyến là cố định để giới hạn thông l−ợng định tuyến. Hai giải pháp đã đ−ợc đề xuất để giảm tắc nghẽn kiểu cổ chai này:
Song song hoá hai hoạt động chuyển tiếp đó là hoạt động một cách độc lập dựa
Tối −u hoá việc mã hoá bảng đinh tuyến và thuật toán quét, kết quả đạt đ−ợc cải thiện một cách ấn t−ợng. Xem xét một −ớc l−ợng cũ về kịch cỡ trung bình của gói là 200 byte với tốc độ quét 2.106 lần trên giây thực hiện trên Pentium 200MHz, giới hạn tốc độ bít lớn nhất thiết lập nhờ xử lý chuyển tiếp khoảng 3 Gb/s.
Việc chấp nhận công nghệ chuyển mạch ATM hiện thời hoặc công nghệ chuyển mạch thừa h−ởng từ nền công nghiệp siêu tính toán đã cung cấp ma trận chuyển mạch nhanh và lớn, mà có thể giảm đ−ợc tắc nghẽn cổ chai. Thuận lợi trong công nghệ và kiến trúc giúp cho thế hệ tiếp theo của các bộ định tuyến IP Gb, ví dụ cụ thể là mạng Neo 512Gb/s ma trận chuyển mạch không tắc nghẽn với bộ xử lý luồng 2400.
Bất chấp sự nâng cấp ấn t−ợng đó vẫn cần chú ý tới hệ thống chuyển mạch điện tử độ linh động thấp khi quan tâm đến khả năng nâng cấp thông l−ợng. Có đ−ợc hệ thống WDM mà cho phép giá rẻ, băng thông truyền dẫn tăng lên, nhiều tần số cao của lớp truyền tải có khả năng dự tính tăng theo yêu cầu. Nhiều tần số thấp sẽ đặt sức nặng yêu cầu vào sử lý chuyển mạch theo tần số phụ thuộc, tăng giá để giữ tốc độ truyền dẫn.
2 Mạng gói quang
Từ mô tả ở trên, KEOPS tìm kiếm để phối hợp chuyển mạch gói với công nghệ truyền dẫn WDM để mang lại chuyển mạch gói quang của hệ thống WDM. Kết quả thay đổi nhiều tải chuyển mạch thành miền quang, cho phép phạm vi thành công của dung l−ợng chuyển mạch của các bộ định tuyến IP, khi so sánh với khả năng của kỹ thuật WDM. Khi làm nh− vậy, hiệu quả khi tách giữa băng thông và định tuyến/ chuyển tiếp thì cũng đ−ợc thực hiện. Vấn đề tr−ớc, bao gồm cả chuyển mạch và truyền dẫn đ−ợc đánh địa chỉ trong miền quang, truy cập băng thông sợi quang lớn, đó là sự liên quan tới xử lý định tuyến/ chuyển tiếp gói phức tạp xuất hiện tại mức mào đầu gói bất kể kích cỡ kèm theo của thực thể dữ liệu.
Thêm nữa, lớp gói quang cung cấp các tuyến cơ bản, các chức năng của lớp bắt buộc hiệu năng giao diện của IP với lớp WDM bằng cách truyền tải các gói IP trong tải trọng của gói quang. Hơn nữa còn cung cấp mức ghép trong miền thời gian, điều đó cần thiết để cho phép các bộ định tuyến IP để kết hợp các luồng khách hàng tr−ớc khi truyền thông tin vào đ−ờng ống WDM quang. H−ớng này bị loại bỏ bởi những phát minh gần đây mà mục đích để bao quát các công nghệ định tuyến và chuyển mạch một cách trực tiếp vào các mạng quang. Nhiều phát minh sử dụng để thực hiện kênh sạch 2,5Gb/s, giao diện giữa các bộ định tuyến gigabit IP và hệ thống WDM khoảng cách dài, loại ra giao diện cần thiết cho ghép kênh đầu cuối SDH hoặc các phần tử mạng tức
thì khác. Nh− một giao diện có thể cho phép toàn bộ dải băng 2,5Gb/s của kết nối STM-16 để đ−ợc đối xử nh− một ống sợi đơn, tối.
Hơn nữa sự phân tách chuyển mạch và truyền dẫn yêu cầu các chức năng định tuyến/ chuyển tiếp. Mạng gói quang nổi bật nh− một ứng viên nhiều triển vọng có thể hỗ trợ bất cứ giao thức mạng định tuyến/chuyển tiếp điện chuyên dụng nào trong khi xem xét băng thông của sợi quang. Giải pháp dựa trên chuyển mạch nhãn đ−ợc bắt đầu xác định trong s−ờn của chuyển mạch nhãn đa giao thức(MPLS). Vì vậy, một giải pháp cung cấp khả năng mạng h−ớng kết nối, một cách linh động trong giới hạn quản lý băng thông và t−ơng lai quan tâm đến việc ngăn đ−ợc sự lớn lên của băng thông đã phát sinh. Tìm kiếm theo KEOPS cũng cung cấp các ph−ơng tiện kết nối thông qua mạng gói quang.
Một số tiếp cận hiện tại để thấy rõ mạng gói trong suốt quang(OTP-N). Trong tr−ờng hợp mạng gói trong suốt quang KEOPS, thời gian gói cố định đ−ợc sử dụng khi cả hai mào đầu và tải trọng kèm theo đ−ợc mã hoá trên sóng mang có b−ớc sóng giống nhau. Thông tin định tuyến đ−ợc phân phát từ mào đầu gói theo chuyển đổi quang điện; mào đầu đ−ợc mã hoá tại tốc độ bít cố định thấp, thời gian tải trọng bị cố định tất nhiên là cả nội dung; độ lớn dữ liệu đ−ợc cân xứng với tốc độ bít định nghĩa ng−ời sử dụng mà có thể thay đổi từ vài trăm Mb/s tới 10Gb/s.
3 T−ơng tác giữa mạng điện và mạng truyền tải WDM
Xét l−u l−ợng chủ yếu là l−u l−ợng IP, OTP_N có thể chuyển mạch và vận chuyển luồng l−u l−ợng tổng IP. Để truy nhập vào OTP_N, sử dụng bộ định tuyến IP tốc độ cao, kết hợp với giao diện gói quang và gọi chung là định tuyến biên (hình 4.5).
ROUTER OTP_IWU LAN Host LAN ROUTER OTP_IWU Mạng truyền tải WDM
Hình 4.5: Kết nối mạng IP thông qua OTP-N Host
Sau đây sẽ trình bày chức năng của bộ định tuyến biên cũng nh− kiến trúc và phân tầng giao thức của giao diện truy nhập hay còn gọi là khối t−ơng tác OTP (IWU : InterWorking Unit). Giao diện truy nhập chia làm 4 tầng con nh− hình 4.6
Lớp con hội tụ dữ liệu (DCSL Data Convergence Sublayer): Thích ứng tốc độ
bit, tạo lập gói quang từ luồng dữ liệu IP đầu vào. Giả thiết rằng: Tầng OTP