Trong phần trước, các chiến lược khôi phục đa lớp tĩnh đã được thảo luận. Chúng được gọi là tĩnh, do tại thời điểm lỗi, cấu trúc liên kết hệ thống logic (trong một hệ thống IP-over-OTN, đây là cấu trúc liên kết lớp IP) không được thay đổi (đó là tĩnh), và không có hoạt động riêng nào được thực hiện để điều chỉnh nó. Khi hệ thống logic phải được cung cấp cùng với kỹ thuật khôi phục và các nguồn dự trữ yêu cầu, để có khảnăng khôi phục các lỗi đường dẫn, ví dụ.
Các chiến lược sống sót đa lớp động mà phụ thuộc vào phần này khác với các chiến lược tĩnh đó trong ý nghĩa rằng, thực tế sử dụng điều chỉnh cấu trúc liên kết phục vụ mục đích khôi phục. Điều này yêu cầu khảnăng về tính mềm dẻo và cài đặt tại thời thời gian thực và làm đứt các liên kết hệ thống lớp thấp hơn đồng thời thực hiện các liên kết logic trong lớp hệ thống cao hơn. Như được đề cập, trong trường hợp, các hệ thống quang sẽđược nâng cao cùng với mặt phẳng điều khiển, mà cung cấp hệ thống khách hàng khả năng để bắt đầu cài đặt và gỡ bỏ các đường quang thông qua hệ thống quang. Điều này có thể được sử dụng để tái cấu hình hệ thống IP khi nó bịảnh hưởng bởi lỗi hệ thống. Tiếp cận này có ưu điểm là nguồn dự trữ hệ thống quang không được lập trước trong hệ thống IP logic (ít nhất không có dung lượng dẫn dự trữ nào) và vì thế nằm dưới hệ thống quang không cần quan tâm về cách xửlý như thếnào (khi đã được bảo vệ, không bảo vệ, …) các nguồn dự trữ lớp máy khách này. Nó hàm ý rằng không có thêm yêu cầu nào cho dung lượng dự trữ được lập trong lớp IP logic, ngược với hệ thống lâu dài nhiều lớp tĩnh đã được thảo
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Long
81
luận trong phần trước. Trong lớp quang, tuy nhiên, dung lượng dự trữ vẫn phải được cung cấp để xử lý các lỗi lớp thấp hơn như cắt cáp hoặc lỗi OXC. Dung lượng đủ cũng cần trong lớp quang để hỗ trợ cấu tạ lại cấu trúc liên kết hệ thống logic IP và đường dẫn trong cấu trúc liên kết đó.
Để minh họa cho sự cấu hình động lại cấu trúc liên kết lớp cao hơn quang trong trường hợp các lỗi được đưa ra trong hình 4.11 đối với hệ thống IP-over-OTN.
Trước tiên trong tình huống không có lỗi dòng lưu lượng chảy từ cầu dẫn a tới cầu dẫn c được chuyển tiếp với cầu dẫn trung gian b. Để kết thúc hệ thống Logic IP bao gồm các đường dẫn a-b và b-c, được thực hiện bởi đường quang A-B và B-C trong hệ thống OTN. Khi cầu dẫn b bị lỗi, các cầu dẫn a và c sẽ dò tìm lỗ này và kết luận rằng hai đường dẫn quang này đã bị vô hiệu và có thể bị gỡ xuống. Điều này được yêu cầu đối với lớp quang, bằng cách gửi một yêu cầu thông qua UNI. Điều này giải phóng một sốdung lượng trong lớp quang mà có thểđược sử dụng đểcài đặt đường dẫn Logic IP trực tiếp từ cầu dẫn a tới cầu dẫn c. Cài đặt này được yêu cầu cho hệ thống quang bên dưới bằng cách gửi báo hiệu thông qua UNI, yêu cầu cài đặt đường quang giữa OXCs A và C. Vì vậy, tại thời điểm lỗi, cấu trúc liên kết hệ thống Logic IP được cấu hình lại. Như được đề cập trước đây, lỗi đặc biệt thuộc hệ thống quang bên dưới cần cho điều này; nó phải có khảnăng cung cấp dịch vụ SC tới hệ thống máy khách hàng. ASONs, hoặc IONs chung hơn, có các đặc tính riêng này.
Vấn đề chính với chiến lược khôi phục đa lớp động này (lấy diễn tiến IP-over- OTN làm ví dụ) bao gồm cấu trúc liên kết hệ thống Logic IP thực tế mà sẽđược sử dụng khi có lỗi. Điều này có nghĩa là đối với các chiến lược khôi phục đa lớp động, cấu trúc liên kết lớp Logic IP phải được xác định một vài lần: có một bài tập về xác định cho trường hợp không có lỗi (điều này cũng được gọi là trường hợp danh định) và sau đó có một bài tập xác định cho lỗi cầu dẫn IP có thể cùng với kết quả - đối với từng lỗi cầu dẫn IP – cấu trục liên kết được cấu hình lại mà sẽđược sử dụng khi lỗi cầu dẫn IP riêng đó xuất hiện. Điều này được minh họa trong mặt bên phải của Hình 4.12. Nếu có, ví dụ, bốn cầu dẫn trong hệ thống, năm bài tập xác định lớp IP
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Long
82
phải được thực hiện. Đối với mỗi bài tập xác định lớp IP này, dung lượng cần trong lớp quang bên dưới được tính toán. Sự sống sót hệ thống đối với các lỗi lớp OTN được bảo đảm bằng cách sử dụng hệ thống đàn hồi phù hợp trong lớp quang. Các nguồn này cần trong lớp OTN để có khả năng khôi phục từ các lỗi đơn giản (IP hoặc OTN) có thể sau đó được tính toán như các yêu cầu nguồn trường hợp xấu nhất (VD: thẻ cầu dẫn IP) thuộc hệ thống OTN được thực hiện đối với các kịch bản lỗi IP và không lỗi (vì vậy yêu cầu dung lượng cần tối đa đối với tất cả các kịch bản này đưa ra các kết quảxác định thực tế).
Bảng 4.11. Minh họa chiến lược sống sót đa lớp động
So sánh, mặt bên trái của Hình 4.12 chỉ ra cách tính toán các nguồn OTN theo yêu cầu cho hệ thống khôi phục nhiều lớp tĩnh (trong lớp IP một số đang làm việc và LSPs dự trữ được chỉ ra; cấu trúc liên kết phải được kết nối song song để cho phép khôi phục MPLS các lỗi cầu dẫn). Phần bên dưới của bảng sau đó chỉ ra các yêu cầu nguồn thực tế về các đường dẫn OTN đối với cả hai chiến lược, chỉ ra sự phát triển trong trường hợp của khôi phục đa lớp động. Kết quả lý thuyết này sẽđược khẳng định bằng nghiên cứu trường hợp tại cuối phần này.
Chúng tôi giả thuyết rằng cấu trúc liên kết IP đã sử dụng các điều kiện không có lỗi giống quang như là khảnăng phản ánh đồ thị lưu lượng và liên kết trì hoãn. Khi một lỗi cầu dẫn IP xuất hiện, hệ thống phải thực hiện lưu lượng ít hơn so với trường
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Long
83
hợp danh định không lỗi, do tất cảlưu lượng bắt nguồn hoặc kết thúc trong cầu dẫn lỗi thực sự không thể khôi phục.
Có hai cách tiếp cận có khảnăng đối với việc cấu hình lại cấu trúc liên kết IP trong điều kiện lỗi, được gọi là lựa chọn tái cấu hình toàn bộ và lựa chọn tái cấu hình cục bộ. Trong tái cấu hình toàn bộ, kết quả là có, tại từng thời điểm, cấu trúc liên kết quan học phản ánh dạng lưu lượng mới, vì không có lưu lượng nào thâm nhập hoặc ra khỏi hệ thống trên cầu dẫn lỗi. Đối với mọi kịch bản (không lỗi và có lỗi cầu dẫn IP), cấu trúc liên kết IP hoàn toàn được tính toán lại từ phần bị xóa đểđạt được cấu trúc liên kết mới ứng phó với lỗi riêng. Lưu lượng IP còn lại sau đó được tái dẫn thông qua cấu trúc liên kết IP mới này. Lựa chọn Tái cấu hình cục bộ bao gồm tiềm ẩn tái cấu hình ít hơn cấu trúc liên kết IP theo các điều kiện lỗi. Trong trường hợp này, khi một cầu dẫn IP bị lỗi, cầu dẫn này và các liên kết phụ của nó bị gỡ bỏ từ cấu trúc liên kết Logic IP và lưu lượng IP còn lại (tất cảlưu lượng IP mà không kết thúc trong cầu dẫn lỗi) được dẫn lại trên cấu trúc liên kết giảm bớt này. Dung lượng liên kết có thểđược nâng cấp hoặc hạ cấp khi cần bằng cầu dẫn mới của lưu lượng (bị ảnh hưởng). VD: nếu xác định một đường vòng ring quang cho tình huống không lỗi và danh định, vòng quang này có thể trở thành một cấu trúc liên kết ngôi sao khi áp dụng tái cấu hình toàn bộ. Trong trường hợp tái cấu hình cục bộ, tuy nhiên, điều này duy trì một cấu trúc liên kết vòng quang.
Với cả hai cách tiếp cận tái cấu hình, các yêu cầu dung lượng đối với lớp OTN được xác định đối với từng lỗi và kịch bản không lỗi, và các nguồn cần trên từng liên kết trong lớp quang sau đó được tính toán một cách tối đa các nguồn cần trên đường dẫn đó đối với từng kịch bản.
Hãy xem so sánh giữa hệ thống khôi phục nhiều lớp tĩnh được mô tả trong Phần 4.1.3 và hệ thống khôi phục động (ION) được thảo luận bên trên, và trên cùng một kịch bản hệ thông như trong Hình 4.9. Để có được kết quả đối với hệ thống khôi phục đa lớp động (Tái cấu hình cục bộ ION và tái cấu hình toàn bộ ION), Dung lượng đòi hỏi của cấu trúc liên kết lớp IP và dạng lưu lượng liên quan trên hệ thống lớp quang được tính toán đối với cấu trúc liên kết IP danh định quang (không lỗi) và
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Long
84 đối với từng điều kiện lỗi cầu dẫn IP có khảnăng.
Hình 4.12: Hệ thống biến đổi đa lớp tĩnh (trái) so với hệ thống biến đổi động sử dụng ION linh hoạt (bên phải). (Ghi chú rằng đối với từng lý do đơn giản, cấu trúc liên kết [vật lý] được giả thuyết là được kết nối với nhau, vì thế hệ thống khôi phục trong lớp OTN là có khả năng. Trong thực tế, tuy nhiên, cấu trúc liên kết OTN sẽ được liên kết song song, tạo khả năng sử dụng một sự sống sót, “IEEE Communications Magazine, vol. 40, no. 1, pp. 42-49, tháng 1 năm 2002).
Lớp quang nằm dưới cũng phải có thể hỗ trợ mỗi một điều kiện sự cố này và điều kiện không có sự cố. Do vậy, dung lượng cần phải được lắp đặt trên các kết nối trong mạng quang là dung lượng tối đa cần thiết trên các kết nối này trên toàn bộ các trường hợp sự cố và không có sự cố này. Hình 4.13 thể hiện một so sánh chi phí (tương đối với tình huống không có sự cốdanh định) đối với các tùy chọn khôi phục tĩnh sử dụng tái định tuyến MPLS để bảo vệ sự cố bộđịnh tuyến IP (xem [Dem99]
và [ColONDM01] để có thêm thông tin về kế hoạch khôi phục này trong lớp MPLS) và đối với các tùy chọn động sử dụng tính linh hoạt ION. Trong tất cả các tùy chọn, việc khôi phục ngược lại node quang hoặc sự cố kết nối được cung cấp sử dụng việc bảo vệđường trong lớp quang. Chi phí mạng tổng thểđược chia thành ba
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Long
85
phần: một chi phí đường truyền theo tỉ lệ độ dài kết nối, chi phí nốt theo tỉ lệ số chiều dài bước sóng nhập vào hoặc rời OXC thông qua một cổng chung, và chi phí phụ cho từng thẻđường truyền bộđịnh tuyến IP được kết nối vào một OXC.
Hình 4.13 xác nhận rằng tất cả các chiến lược, mạng quang cần cài đặt dung lượng lớn hơn để hỗ trợ mạng IP logic danh định. Ngoài ra, việc tái cấu hình cục bộ ION rõ ràng là kế hoạch khôi phục đa lớp hiệu quả nhất về chi phí. Xu hướng chi phí giảm đi từ việc “bảo vệkép” đến “IP dự trữkhông được bảo vệ” đến “bộ trữ chung”
được cho là nguồn dự trữ IP được hỗ trợ ngày càng hiệu quả bởi các nguồn lực OTN. Tính linh hoạt cao hơn cần phải tối ưu hóa cấu trúc liên kết IP logic trong từng kịch bản lỗi cụ thể trong “tái cấu hình cục bộ ION”, làm cho chiến lược toàn bộ này đắt hơn (thậm chí đắt bằng chiến lược “bảo vệkép” tĩnh khá là không hiệu quả). Giải pháp “tái cấu hình cục bộION” không đắt bằng giải pháp “bộ trữ chung”.
Sự khác biệt chi phí chính nằm trong chi phí phụ.
Hình 4.13: So sánh chi phí giữa kế hoạch tính bền đa lớp tĩnh và động. (S. De Maesschalck và cộng sự, “Nối mạng quang thông minh đối với khả năng sống sót đa lớp,” Tạp chí Truyền thông IEEE, tập 40, số 1, trang 42-49, tháng 01 năm 2002.)
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Long
86
“Tái định tuyến cục bộ ION” cần ít thẻ đường truyền bộ định tuyến IP hơn, và bởi vì thiết bị này tương đối đắt, việc tiết kiệm chi phí này gây ra việc tiết kiệm chi phí khá lớn.
Tuy nhiên, khi nhìn vào các kết quả này, một ghi chú cần phải được xét đến, đó là phương pháp đơn giản nhưng dễ làm được sử dụng để tính toán các nguồn lực cần thiết trong cách tiếp cận “bộ trữ chung”, không thể luôn luôn đảm bảo chức năng chính xác của kế hoạch khôi phục đa lớp này. Chừng nào mà một đường truyền đơn hoặc sự cố bộđịnh tuyến xảy ra, chỉ một trong hai cơ chế khôi phục được kích hoạt và không có nguy cơ nhiễu. Tuy nhiên, trong trường hợp một sự cố OXC, cơ chế bảo vệ trong cả hai lớp được khởi động. Kế hoạch bảo vệđường quang được khởi động cho luồng chuyển tiếp OXC sự cố, khôi phục IP/MPLS cho luồng chuyển tiếp bộ định tuyến tách ly. Đơn giản lấy tối đa của dung lượng bảo vệ trên cả hai kế hoạch khôi phục để tính toán các nguồn lực dự phòng cần thiết trong “bộ trữ chung”
do đó luôn luôn không phù hợp bởi vì cả hai kế hoạch khôi phục có thể cạnh tranh cho cùng nguồn lực vào cùng thời điểm. Bên cạnh đó, có khảnăng trong trường hợp sự cố OXC trong tùy chọn “IP dự phòng không được bảo vệ” và “bộ trữ chung” là các định tuyến quang của dung lượng IP dự phòng và làm việc chồng lấp. Tuy nhiên, một cách tiếp cận thiết kế phù hợp nhưng chắc chắn là phức tạp hơn có thể giải quyết vấn đề này. Độ phức tạp hoạt động bổ sung tương ứng có thể không quyết định đối với các mạng tĩnh (ví dụ: dự liệu thủcông) nhưng trở thành một vấn đề ngày càng quan trọng khi tiến triển nhiều mạng động hơn. Tuy nhiên, các kế hoạch khôi phục đa lớp động không bị những nhược điểm thiết kế này và có thể đảm bảo một vùng phủ sóng lỗi tốt hơn. Lý do là trong trường hợp này, dung lượng dự phòng trong mạng logic không phải được thiết kếtrước, nhưng dung lượng được dự liệu khi cần và luôn luôn được bảo vệ vềphương diện quang.
Cách tiếp cận động như vậy có ưu điểm là hiệu quả cao về mặt dung lượng dự phòng được yêu cầu. Tất nhiên, cũng có một số vấn đề và thách thức. So với cách tiếp cận đa lớp tĩnh, thời gian khôi phục trong trường hợp tái cấu hình mạng IP được yêu cầu cho một sự cố sẽ cao hơn đáng kể. Thực vậy, nếu chúng ta trở lại với
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Long
87
ví dụ của sự cố bộđịnh tuyến, với cách tiếp cận đa lớp tĩnh, các bộđịnh tuyến gần bộđịnh tuyến bị sự cố hoặc cách ly có thể nhanh chóng dò ra sự cố và mạng có thể hội tụ (tìm các đường thay thế đối với luồng thông tin bị ảnh hưởng) trong một khoảng thời gian ngắn bằng phương tiện định tuyến IP nhanh hoặc tái định tuyến nhanh MPLS TE. Cách tiếp cận khôi phục đa lớp động đòi hỏi bộ định tuyến (hoặc các bộ định tuyến) IP tới tín hiệu thông qua UNI thiết lập các kết nối IP mới, định tuyến và báo hiệu trong lớp quang, và cuối cùng thiết lập sự liền kề bộ định tuyến IGP trên kết nối (hoặc các kết nối) IP mới được thiết lập. Đặc biệt, cách tiếp cận như vậy đòi hỏi một số quy tắc để ngăn ngừa cảnh báo “sai - thực” mà có thể dẫn tới một số bất ổn mạng. Thực sự, khi có sự cố bộ định tuyến, mạng phải nhanh chóng được cấu hình lại để hạn chếảnh hưởng của gián đoạn dữ liệu và/hoặc xuống cấp chất lượng dịch vụ (QoS) bởi vì tắc nghẽn, nhưng đồng thời sẽ là không mong muốn để kích hoạt một tập hợp phức tạp các cơ chế khôi phục liên quan tới vài lớp cho một sự cố bộ định tuyến tạm thời. Vì vậy khó xác định sự cân bằng giữa thời gian khôi phục nhanh và tính ổn định mạng. Cũng lưu ý là một cơ chế khôi phục đa lớp động sẽ vẫn đòi hỏi một số công suát thiết bị bổ sung trong lớp IP.
Hình 4.14: Khuôn khổ chung cho khả năng sống sót đa lớp.(Áp dụng từ P.
Demeester, và cộng sự, “Tính bền trong mạng đa lớp,” Tạp chí Truyền thông IEEE, tập 37, số 8, tháng 8 năm 1998, trang 70-76.)
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Long