Xem xét lưu lượng mạng là động, các yêu cầu kết nối xuất hiện một cách ngẫu nhiên tùy theo nhu cầu liên lạc giữa các node mạng. các kết nối này được yêu cầu tồn tại trong khoảng thời gian ngẫu nhiên. Thiết lập và giải phóng lighpath động. việc thiết lập phụ thuộc vào trạng thái của mạng ở thời điểm xảy ra yêu cầu kết nối .mỗi khi có kết nối xuất hiện, các thuật toán động sẽ xem xét tài nguyên mạng có đủ đáp ứng yêu cầu kết nối đó không . nếu có thì thực hiện định tuyến và gán bước sóng tại các node trung gian cần thiết để thiết lập lighpath. Còn nếu một yêu cầu kết nối không được đáp ứng vì thiếu tài nguyên thì xem như tắc nghẽn . mục tiêu tận dụng hiệu quả tài nguyên mạng để cực đại hóa xác suất thiết lập thành công lighpath hay tối thiểu hóa số yêu cầu tắc nghẽn
Dựa vào khả năng trao đổi bước sóng trong mạng vật lý, thuật toán có thể được thiết lập để đạt được những mục tiêu nhất định ví dụ tối ưu số bước truyền trong mạng hoàn toàn trao đổi bước sóng, tối ưu sự chuyển đổi bước sóng với tập bước sóng cho trước. Để tiết kiệm thời gian tính toán cho mỗi cặp node có thể xây dựng cây định tuyến hướng node nguồn. Đường chính có thể không được kết nối trong một môi trường động vì một số lý do như không có sẵn bước sóng. Để khắc phục điều này, các đường thay thế có thể cũng được tính toán và tồn tại cùng đường chính. Khi một yêu cầu đường quang được nhận, thuật toán cố gắng định phần bước sóng cho đường chính. Với các giao thức phân tán, thông tin trạng thái liên kết có thể được cập nhật và quảng bá trong thời gian hội tụ, định tuyến thích nghi được sử dụng. Khi một liên kết được xác định, bước tiếp theo là định phần kênh bước sóng tới đường liên kết
Có năm phương pháp được sử dụ để lựa chọn bước sóng. Hai phương pháp đơn giản nhất là lựa chọn bước sóng ngẫu nhiên, và lựa chọn bước sóng theo thứ tự. Phương pháp ngẫu nhiên chọn ngẫu nhiên từ tập bước sóng sẵn có, phương pháp theo thứ tự chọn chỉ số bước sóng nhỏ nhất từ tập bước sóng, trong đó chỉ số bước sóng được thiết lập theo một tiêu chuẩn nào đó là một số nguyên. Ngoài ra còn có phương pháp chọn bước sóng tải ít nhất, bước sóng sử dụng nhiều nhất, và dựa vào tốc độ kết nối dữ liệu phù hợp với yêu cầu đường quang
2.2.4 Các yêu cầu chức năng báo hiệu GMPLS
Trong GMPLS, hai node đầu cuối (LSR) của một LSP nên có năng lực tương đương nhau(ví dụ cùng OXC). Báo hiệu GMPLS mở rộng thêm hỗ trợ cả những liên kết chuyển mạch không phải gói hoặc tế bào
Trong GMPLS các yêu cầu nhãn từ luồng up và luồng down có loại mã hóa LSP, loại chuyển mạch liên kết được yêu cầu, và số ID của tải trọng. loại mã hóa LSP cho biết mã hóa của LSP ví dụ lambda (lighpath), hoặc gói (LSP truyền thống). Chỉ số của tải trọng cho biết lớp client sẽ sử dụng trong LSP này
2.2.4.1 Giao thức báo hiệu
Chúng ta đã biết thủ tục báo hiệu để thiết lập 1 lighpath trong mạng quang. Tuy nhiên thực tế giao thức báo hiệu có nhiều chức năng và khả năng hơn. Trong mặt phẳng điều khiển MPLS có hai giao thức báo hiệu chính: giao thức phân phối nhãn LDP và giao thức dành trước tài nguyên (RSVP). Cả hai giao thức đều phải mở rộng để hỗ trợ kĩ thuật điều khiển lưu lượng.
Cách thức hoạt động của giao thức RSVP: khi một nút nào đó gửi dữ liệu, nó gửi một bản tin qua các nút trung gian tới nút nhận, bản tin này chứa đặc điểm lưu lượng sẽ gửi, đặc điểm của các nút mạng trên đường đi. Nút nhận sau khi nhận được thông điệp, căn cứ vào đặc điểm lưu lượng và đặc điểm đường đi, sẽ gửi lại một thông điệp để đăng ký tài nguyên tại các nút trung gian trên đường đi đó. Nếu việc đăng ký thành công, nút gửi bắt đầu truyền dữ liệu. Nếu không, thông điệp đi đến nút gửi sẽ báo lỗi.
RSVP là giao thức báo hiệu cung cấp thủ tục để thiết lập và điều khiển quá trình chiếm giữ tài nguyên, hay nói cách khác RSVP cho phép các chương trình ứng dụng thông báo cho mạng những yêu cầu về mức chất lượng dịch vụ; và mạng sẽ hồi đáp chấp nhận hoặc không chấp nhận yêu cầu đó. Các bản tin RSVP được các bộ định tuyến hay các bộ chuyển mạch trên liên kết giữa hai đầu cuối gửi và nhận trao đổi với nhau để đáp ứng yêu cầu về mức chất lượng dịch vụ của ứng dụng.
RSVP có 2 bản tin cơ bản: bản tin Path và bản tin Resv. Bản tin Path mang thông tin về đặc tả luồng lưu lượng và các thông tin như: địa chỉ IP của nút gửi, địa chỉ IP nút nhận, chỉ số cổng UDP. Và khi nhận được bản tin Path, nút mạng đích sẽ gửi lại bản tin Resv. Bản tin Resv sẽ gửi kèm theo phần mô tả yêu cầu chỉ định kiểu dịch vụ tích hợp là kiểm soát tải hay đảm bảo dịch vụ; ngoài ra còn có dấu hiệu nhận dạng luồng mà mỗi bộ định tuyến dùng để nhận diện mỗi phiên chiếm giữ tài nguyên.
Khi nhận được bản tin Resv, mỗi bộ định tuyến trung gian sẽ tiến hành quá trình điều khiển chấp nhận (admission control). Nếu yêu cầu không được chấp nhận, do không đủ tài nguyên mạng thì bộ định tuyến sẽ báo lỗi về phía đầu thu. Nếu yêu cầu được chấp nhận thì bộ định tuyến sẽ gửi bản tin Resv đến bộ định tuyến đã gửi bản tin Path cho nó.
Ngoài ra, RSVP là giao thức mềm, có nghĩa là các bản tin Path và Resv sẽ được gửi lại sau khoảng thời gian nhất định để duy trì lâu dài sự chiếm giữ tài nguyên. Nếu sau khoảng thời gian này không có bản tin nào gửi đi, sự dự trữ tài nguyên sẽ bị xóa bỏ.
Mặt khác, lưu lượng RSVP có thể đi qua bộ định tuyến không hỗ trợ RSVP. Tại những bộ định tuyến này dịch vụ được phục vụ theo mô hình nỗ lực tối đa. RSVP đóng vai trò quan trọng trong quá trình triển khai việc chuyển tải nhiều dịch vụ như: âm thanh, hình ảnh và dữ liệu trong cùng một hạ tầng mạng. Các ứng
dụng có thể lựa chọn nhiều mức chất lượng dịch vụ khác nhau cho luồng lưu lượng của mình.
Giao thức phân phối nhãn định tuyến dựa trên ràng buộc CR-LDP được sử dụng để điều khiển cưỡng bức LDP. Giao thức này là phần mở rộng của LDP cho quá trình định tuyến cưỡng bức của LSP. Cũng giống như LDP, nó sử dụng các phiên TCP giữa các LSR đồng cấp để gửi các bản tin phân phối nhãn.
Để hiểu rõ hơn về định tuyến cưỡng bức dựa trên ràng buộc, ta xét việc định tuyến với một mạng IP truyền thống. Một mạng có thể được xem như là một tập hợp các hệ thống tự trị AS, trong đó việc định tuyến ở mỗi AS tuân theo giao thức định tuyến trong miền. Việc định tuyến giữa các AS lại tuân theo định tuyến liên miền. Các giao thức định tuyến trong miền có thể là RIP, OSPF, IS-IS còn giao thức định tuyến liên miền đang được sử dụng là BGP. Trong phạm vi một hệ thống tự trị, cơ chế xác định tuyến trong các giao thức định tuyến trong miền thường tuân theo thuật toán tối ưu. Ví dụ trong giao thức định tuyến RIP thì đó là sự tối ưu về số nút mạng trên tuyến đường mà gói tin đi từ nguồn tới đích.
Đối với định tuyến cưỡng bức, ta có thể xem một mạng như là một tập hợp các nút mạng và một tập hợp các kết nối gữa các nút mạng đó. Mỗi kênh sẽ có các đặc điểm riêng. Để kết nối giữa hai nút bất kỳ thì cần phải thoả mãn một số yêu cầu ( ràng buộc ) và coi các ràng buộc này như là các đặc điểm của các kênh. Chỉ có nút đầu tiên trong cặp đóng vai trò khởi tạo đường kết nối mới biết đặc điểm này. Nhiệm vụ của định tuyến cưỡng bức là tính toán xác định đường kết nối từ nút này đến nút kia sao cho thoả mãn một số điều kiện ràng buộc đã được đặt ra với liên kết đó, các điều kiện ràng buộc có thể là một trong nhiều các tiêu chí. Ví dụ như:Số nút ít nhất, đường đi ngắn nhất, băng thông rộng nhất, dung lượng đường truyền, thời gian thực…Tuy nhiên việc tối ưu hoá theo các tiêu chí khác nhau không thể được đáp ứng một cách đồng thời. Một thuật toán chỉ tối ưu theo một tiêu chí nào đó chứ không thể đáp ứng một thời điểm nhiều tiêu chí vì hai yêu cầu hai tiêu chí đó có thể xung đột nhau, chẳng hạn: đường đi ngắn nhất số nút ít nhất chưa chắc băng thông rộng nhất. Do vậy thuật toán định tuyến ràng buộc cũng không thể đáp ứng tối ưu theo tiêu chí. Nó chỉ thực hiện tối ưu theo một tiêu chí nào đó đồng thời thoả mãn một số điều kiện ràng buộc được đặt ra. Khi xác định được một đường kết nối thì định tuyến cưỡng bức sẽ thực hiện thiết lập, duy trì và chuyển trạng thái kết nối dọc theo các kênh phù hợp nhất trên tuyến đường.
Ngoài các điều kiện ràng buộc được đặt ra đối với kênh, còn có các điều kiện được đặt ra đối với việc quản trị. Chẳng hạn nhà quản trị muốn ngăn không
cho một lưu lượng nào đó đi qua một số kênh nhất định trong mạng được xác định bởi một số đặc điểm nào đó. Do đó, thuật toán định tuyến mà nhà quản trị phải thực hiện là tìm các kênh xác định mà nó cho qua lưu lượng trên, đồng thời thoả mãn một số điều kiện ràng buộc khác nữa.
Định tuyến cưỡng bức còn có thể là sự kết hợp của cả hai điều kiện ràng buộc là quản lý và đặc điểm kênh một cách đồng thời chứ không phải chỉ từng điều kiện riêng rẽ. Ví dụ, định tuyến cưỡng bức phải tìm ra một đường vừa phải có độ rộng băng tần nhất định, vừa phải loại trừ ra một số kênh có đặc điểm nhất định.
Điểm khác biệt chính giữa định tuyến IP truyền thống với định tuyến cưỡng bức là: thuật toán định tuyến IP truyền thống chỉ tìm ra một đường tối ưu ứng với duy nhất một tiêu chí được đặt ra, trong khi thuật toán định tuyến cưỡng bức vừa tìm ra một tuyến đường tối ưu theo một tiêu chí nào đó đồng thời phải thoả mãn một số điều kiện ràng buộc nhất định.Chính vì điều này mà thuật toán định tuyến cưỡng bức trong mạng MPLS có thể đáp ứng được yêu cầu trong khi các mạng sử dụng các thuật toán tìm đường khác không thể có được, kể cả giao thức định tuyến IP.
Đối với phương pháp định tuyến cưỡng bức thì việc tính toán xác định đường phải tính đến các thông tin về đặc điểm tương ứng của từng kênh trong mạng. Đối với các phương pháp IP đơn giản không hỗ trợ khả năng này. Ví dụ giao thức định tuyến truyền thống dựa vào trạng thái kênh ( như OSPF…)chỉ truyền duy nhất các thông tin bận, rỗi của từng kênh và độ dài của từng kênh, các giao thức định tuyến vector khoảnh cách như RIP thì chỉ truyền đo các thông tin địa chỉ nút tiếp theo và khoảng cách.
Do định tuyến cưỡng bức yêu cầu đường đi phải được tính toán và xác định từ phía nguồn. Các nguồn khác nhau có các ràng buộc khác nhau đối với một tuyến đường trên cùng một đích. Các điều kiện ràng buộc ứng với bộ định tuyến của một nguồn cụ thể chỉ được biết đến bởi bộ định tuyến đó mà thôi, không một bộ định tuyến nào khác trên mạng được biết về các điều kiện này. Ngược lại trong bộ định tuyến IP thì đường đi được xác định và tính toán bởi tất cả các bộ định tuyến phân tán toàn mạng.
2.2.4.2. Sự mở rộng các giao thức báo hiệu cho quang
Trong một tuyến báo hiệu, vấn đề quan trọng là địa chỉ thành phần tử mạng. để chỉ ra một tuyến báo hiệu và gửi bản tin báo hiệu đến node đích và node trung gian đúng , phần tử mạng phải có. Chức năng khôi phục quang bị giới hạn trong
kết nối điểm-điểm hoặc trong mạng ring. Nguyên tắc chính của bảo vệ quang trong mạng đa bước sóng là cung cấp kết nối điểm-điểm tin cậy dùng để liên kết các nút. Bảo vệ quang được áp dụng tại ba phân lớp của mạng quang là:
Bảo vệ đường quang: cung cấp khả năng chống chọi sự cố tại lớp đoạn truyền dẫn theo cơ chế bảo vệ 1+1 hoặc 1:1.
Bảo vệ kênh quang: cung cấp bảo vệ 1:1 cho các kênh quang dựa trên cơ sở lớp kênh quang.
Bảo vệ đoạn ghép kênh quang: OADM cung cấp khả năng phân bổ kênh bước sóng động và chuyển mạch bảo vệ kênh quang chống lại sai hỏng lỗi Tuy nhiên, nhà cung cấp dịch vụ yêu cầu mạng phải có tính sẵn dùng cao để hỗ trợ các yêu cầu của khách hàng. Để có được tính sẵn dùng cao nhất, mạng phải thực hiện các kỹ thuật phục hồi cả ở lớp IP và lớp quang. Các kỹ thuật phục hồi này được thiết kế để bảo vệ mạng khỏi tất cả các lỗi như đứt cáp, hỏng card router, nguồn,... GMPLS thực hiện kỹ thuật phục hồi đa lớp linh động hơn. Ngoài việc phục hồi các sự cố quang, lớp quang còn tham gia vào phục hồi các lỗi router. Khi có một lỗi IP xảy ra, với khả năng phục hồi và bảo vệ của GMPLS, nhà cung cấp dịch vụ có thể giảm chi phí trong một số khía cạnh như: dung lượng dự phòng, cổng định tuyến, thời gian thực hiện,....
Trong GMPLS, hai node đầu cuối (LSR) của một LSP nên có năng lực tương đương nhau(ví dụ cùng OXC). Báo hiệu GMPLS mở rộng thêm hỗ trợ cả những liên kết chuyển mạch không phải gói hoặc tế bào
Trong GMPLS các yêu cầu nhãn từ luồng up và luồng down có loại mã hóa LSP, loại chuyển mạch liên kết được yêu cầu, và số ID của tải trọng. loại mã hóa LSP cho biết mã hóa của LSP ví dụ lambda(lighpath), hoặc gói (LSP truyền thống). Chỉ số của tải trọng cho biết lớp client sẽ sử dụng trong LSP này