2.2 Nghiờn cứu cỏc giải phỏp truyền tải IP trờn mạng quang
2.2.4.2 Chuyển mạch gúi quang
Kỹ thuật chuyển mạch gúi điện đó khẳng định đƣợc vai trũ của mỡnh trong mạng LAN sử dụng bộ định tuyến IP từ những năm 70. Tuy nhiờn, trong mạng hiện nay lƣu lƣợng là rất lớn nờn đũi hỏi quỏ trỡnh xử lý nhanh, sự tham gia của chuyển mạch điện tại cỏc nỳt mạng sẽ gõy nờn nghẽn mạng. Hơn nữa sự hiện diện của cụng nghệ này trong mạng này sẽ làm phức tạp thờm kiến trỳc mạng vốn đó quỏ phức tạp do sự gối chồng cỏc cụng nghệ mạng khỏc nhau. Chuyển mạch gúi quang cú thể giảm chi phớ cơ sở hạ tầng mạng bằng cỏch loại bỏ quỏ trỡnh xử lý điện. Cũng nhờ chuyển mạch ở miền quang mạng sẽ đảm bảo đƣợc tớnh trong suốt dịch vụ cung cấp và sự độc lập về mặt giao thức.
2.2.4.2.1 Cỏc kỹ thuật chuyển mạch gúi quang
Giải phỏp chuyển mạch quang hứa hẹn nhất là chuyển mạch chựm quang và chuyển mạch nhón quang. Vấn đề mấu chốt của những kỹ thuật này nằm ở giải phỏp đệm và xử lý số liệu quang. Hiện giải phỏp và cụng nghệ để giải quyết vấn đề này chƣa hoàn thiện. Mào đầu gúi xử lý ở miền điện nhằm để điều khiển hoạt động chuyển mạch.
Cổng
đầu vào Khung chuyển mạch
Cổng đầu ra
Khối điều khiển PL
H
PL H PL
H
Hỡnh 19. Kịch bản chung cho chuyển mạch gúi
Vấn đề cần giải quyết trong kỹ thuật đệm quang
í tƣởng cơ bản cho việc thực hiện đệm quang là sử dụng Dõy trễ quang (ODL) hoặc một số dạng đệm cục bộ để lƣu một vài gúi chen lấn cho đến khi cổng đầu ra ở trạng thỏi sẵn sàng. Bộ đệm ODL nhỡn chung sử dụng một dóy cỏc sợi trễ quang cú độ dài khỏc nhau và chuyển mạch quang. Phần trƣớc sẽ hoạt động nhƣ bộ đệm quang thời gian ngắn trong khi phần sau sử dụng để điều khiển và định tuyến cỏc gúi quang qua đƣờng tƣơng ứng. Mỗi vũng quang trễ gúi theo thời gian xỏc định. Bộ đếm giữ vết của số gúi trong bộ đệm. Cỏc gúi tới đƣợc ghi và định tuyến tới độ dài khả dụng. Thiết kế kiểu bộ đệm này rất đơn giản. Tuy nhiờn, thời gian nhớ này là rất ngắn do nú phải lƣu cỏc gúi chen lấn chỉ trong một thời gian giới hạn tƣơng ứng với thời gian truyền súng dọc theo độ dài sợi trễ. Dung lƣợng nhớ phụ thuộc vào độ dài vật lý trong đƣờng trễ và bởi kớch cỡ của nỳt chuyển mạch quang. Kiểu bộ đệm này thƣờng lớn và khụng cú khả năng mở rộng.
Bộ đệm vũng sợi quang là giải phỏp mềm dẻo để mở rộng sự nhớ này bằng cỏch quay vũng gúi trong vũng sợi cho đến khi xuất hiện khe thời gian mở. Vấn đề
cố hữu của phƣơng phỏp này là tớn hiệu phải đƣợc khuếch đại trong suốt những lần quay vũng đú. Điều này vừa làm tăng phỏt xạ tự phỏt và cụng suất tiờu thụ (do sử dụng bộ khuếch đại).
Chuyển mạch chựm quang
Chựm quang bao gồm một số lƣợng gúi thay đổi đƣợc kết hợp với nhau nhờ một nhón phụ hoặc gúi điều khiển.
Trong chuyển mạch chựm quang, tải gúi đƣợc gửi theo tuyến sau một lƣợng trễ đó biết của mào đầu. í tƣởng này cho phộp nỳt chuyển mạch quang kế tiếp một lƣợng thời gian để xử lý mào đầu vào thực thi quyết định chuyển mạch trƣớc khi tải số liệu tới. Theo cỏch này, cỏc gúi cú thể đi từ lối vào tới lối ra qua cỏc luồng trong mạng chuyển mạch quang.
Hỡnh 20. Kiến trỳc chuyển mạch chựm quang
Kiến trỳc của chuyển mạch chựm quang đƣợc trỡnh bày trong Hỡnh 20. Cỏc kờnh bƣớc súng điều khiển c đƣợc tỏch xuống/thờm vào sau bộ tỏch/ghộp WDM.
Xử lý gúi hoặc nhón điều khiển và điều khiển chuyển mạch đƣợc thực hiện trong miền điện. Quỏ trỡnh biển đổi O/E và ngƣợc đƣợc sử dụng ở đõy. Việc trao đổi nhón cho phộp thiết lập luồng chuyển mạch nhón trờn mạng (chuyển mạch chựm kết nối định hƣớng). Phần lớn cỏc giao thức chuyển mạch chựm quang khụng cần đến tại cỏc nỳt trung gian.
Chuyển mạch nhón quang
Chuyển mạch nhón quang là một trƣờng hợp đặc biệt của chuyển mạch chựm quang. Trong chuyển mạch nhón quang, tồn bộ gúi (mào đầu và tải) đƣợc chuyển mạch theo một luồng. Tải sẽ đƣợc chuyển đến bộ đệm chuyển mạch quang (ODL) để giải phúng thời gian cho xử lý mào đầu và thực thi quyết định chuyển mạch. Tải đƣợc lƣu ở bộ đệm trong một thời gian cố định (trễ thời gian) để thực hiện xử lý mào đầu. Giỏ trị trễ thời gian là riờng cho mỗi nỳt chuyển mạch trung gian và cú bản chất độc lập với luồng gúi chuyển qua.
Chuyển mạch gúi quang
Chuyển mạch gúi quang hoàn toàn giống nhƣ những kỹ thuật chuyển mạch trờn về nguyờn tắc. Điểm khỏc biệt ở đõy là đặc tớnh hạt của băng tần sẽ tăng lờn, điều này mang lại nhiều ƣu điểm nhƣ tăng hiệu quả sử dụng dung lƣợng truyền dẫn, tăng độ mềm dẻo và cải thiện QoS. Mặc dự vậy cho đến nay, cụng nghệ chuyển mạch gúi vẫn phải thực hiện chức năng phỏt chuyển/định tuyến phức tạp ở miền điện và truyền dẫn/định tuyến ở miền quang. Vấn đề chen lấn gúi là khụng thể trỏnh khỏi nhƣng kớch thƣớc bộ đệm gúi quang cú thể giảm đỏng kể bằng cỏch sử dụng khe thời gian sẵn cú tại mọi bƣớc súng.
Phần tải và phần mào đầu gúi sẽ đƣợc truyền trờn cựng kờnh bƣớc súng. Chuyển mạch gúi sẽ gồm những khối chức năng sau:
- Giao diện đầu vào quang: thực hiện cõn chỉnh gúi quang tới.
- Lừi chuyển mạch bƣớc súng và khụng gian quang: gồm cỏc bộ đệm quang (FDL) để giải quyết vấn đề chen lấn gúi.
- Giao diện đầu ra quang: thực hiện việc chốn và ghi lại mào đầu quang nếu yờu cầu 3R.
- Bộ xử lý phần mào đầu điện: thực hiện biến đổi quang/điện, điều khiển đồng bộ (cõn chỉnh gúi tới bằng cỏch kiểm soỏt trễ), điều khiển chuyển mạch/đệm và ghi lại mào đầu.
- Giao diện xen/rẽ điện: thực hiện biến đối O/E (hoặc E/O) và gửi gúi quang tới lừi chuyển mạch (hoặc giao diện số liệu) ở nỳt nguồn (hoặc ở nỳt đớch).
Những vấn đề đang đối mặt của chuyển mạch quang
Giới hạn kỹ thuật chớnh hiện đang gặp phải của những kỹ thuật này là sự phõn giải chen lấn giữa cỏc gúi và thiếu bộ đệm quang. Sự phõn giải chen lấn là cơ chế cần thiết để giải quyết sự xung đột điển hỡnh khi nhiều gúi hiện diện trờn cựng bƣớc súng đƣợc truyền từ cỏc cổng đầu vào khỏc nhau và đến cựng một cổng đầu ra ở tại cựng một thời điểm. Đõy là vấn đề chung của chuyển mạch gúi và đƣợc biết dƣới tờn gọi nghẽn ngoài.
Vấn đề này đƣợc giải quyết bằng cỏch đệm toàn bộ gúi chen lấn loại trừ gúi đó đƣợc định tuyến tới cổng đầu ra. Một giải phỏp hiệu quả là gửi toàn bộ gúi tới đớch của chỳng với khoảng thời gian cú thể nhận biết.
Phõn giải chen lấn toàn quang cú năng lực thực thi tốc độ cao nờn đỏp ứng đƣợc cỏc yờu cầu thụng lƣợng lớn của mạng quang. Giải phỏp này đƣợc xem là một giải phỏp mạnh để giải quyết vấn đề ngẽn ngoài với lƣợng nhỏ bộ nhớ quang gồm định tuyến lệch và điều chỉnh bƣớc súng.
2.2.4.2.2 Định tuyến lệch
Phƣơng phỏp này phự hợp với chuyển mạch quang sử dụng một lƣợng nhỏ bộ nhớ quang. Khi cú xung đột, trƣớc tiờn gúi sẽ đƣợc định tuyến tới cổng đầu ra chớnh
xỏc nếu khụng đƣợc, nú sẽ định tuyến đến bất kỳ cổng đầu ra khả dụng nào. Kỹ thuật này ỏp dụng trong trƣờng hợp mạng cú thể cung cấp đƣờng định tuyến thay thế để gúi vẫn cú thể đến đớch khi cú sai hỏng đƣờng định tuyến ở một hoặc nhiều nỳt chuyển mạch. Mặc dự phƣơng phỏp này khụng đũi hỏi thực hiện đệm gúi song cỏc gúi đi lệch sẽ trải qua cỏc tuyến dài hơn do đú trễ cú thể lớn hơn mức cho phộp. Bờn cạnh đú, nú cũng làm tăng khả năng nghẽn mạng và trễ tớn hiệu phụ.
2.2.4.2.3 Điều chỉnh bước súng
Kỹ thuật này khai thỏc vựng bƣớc súng trong mạng WDM. Một trong số cỏc gúi chen lấn đƣợc chuyển từ bƣớc súng sang bƣớc súng khả dụng khỏc. Sau đú cả hai đƣợc định tuyến tới cổng thớch hợp. Nếu khụng cú bƣớc súng khả dụng để giải quyết chen lấn giữa cỏc gúi cú thể sử dụng kỹ thuật biến đổi song mang để dịch tần.
Hiện thời kỹ thuật này đƣợc hƣớng sử dụng cho phõn giải chen lấn cao trong mạng cú số lƣợng bƣớc súng trờn mỗi sợi (DWDM) tăng nhanh.