CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 GIỚI THIỆU MẠNG CHUYỂN MẠCH GÓI QUANG
1.1.2 Nút chuyển mạch gói quang
Hình 1.2 đưa ra sơ đồ khối chung của một nút chuyển mạch gói quang. Các khối chức năng chính bao gồm [97], [104]: Khối đầu vào; Khối đệm và chuyển mạch;
Khối điều khiển; Khối đầu ra.
Các gói quang khi đến nút chuyển mạch sẽ được đưa qua một bộ tách kênh quang (ODEMUX- Optical DeMultiplexer) để tách phần tải trọng đưa vào bộ đệm quang (đường dây trễ), và thông tin điều khiển đưa vào khối đầu vào của khối điều khiển chuyển mạch nhằm xử lý lấy thông tin định tuyến để điều khiển khối chuyển mạch. Thực hiện chuyển mạch gói dữ liệu tới đầu ra phù hợp, rồi qua bộ ghép quang (OMUX- Optical Multiplexer) và được đưa lên đường truyền quang tới nút tiếp theo trên đường đi từ nút nguồn tới nút đích.
Hình 1.2: Sơ đồ khối chung của nút chuyển mạch gói quang [97].
1.1.2.1 Khối giao diện đầu vào
Chức năng chính của khối giao diện đầu vào là thu, đồng chỉnh gói quang để chuẩn bị đưa vào trường chuyển mạch và tách thông tin điều khiển đưa lên khối điều khiển chuyển mạch.
Đồng chỉnh gói là vấn đề cơ bản cần phải quan tâm khi các chuyển mạch quang đơn kết hợp thành mạng chuyển mạch tập trung hoặc phân tán. Để thực hiện định
tuyến thành công, cần phải đồng chỉnh các gói trong cơ cấu chuyển mạch nhờ mào đầu trong bộ xử lí định tuyến. Nói chung, đồng bộ trong mạng chuyển mạch gói quang được chia làm hai loại tùy thuộc mạng phân khe (đồng bộ) và không phân khe (không đồng bộ). Do trạng thái cơ cấu chuyển mạch chỉ thay đổi ở các thời điểm riêng biệt, nên người thiết kế mạng quyết định (hoặc không) đồng chỉnh tất cả các gói đầu ra trước khi đưa vào cơ cấu chuyển mạch. Trong cả hai trường hợp này, đồng bộ bit và khôi phục đồng hồ nhanh được yêu cầu để nhận ra mào đầu gói. Trong mạng phân khe, các gói kết hợp với mào đầu để đặt vào trong một khe thời gian cố định. Độ dài khe lớn hơn độ dài tổng của gói. Điều này sẽ cung cấp băng bảo vệ hiệu quả giữa các gói. Trong hầu hết các trường hợp, đệm quang được thực hiện bằng cách sử dụng các vòng sợi hoặc các đường dây trễ có trễ truyền bằng hoặc là bội số của chiều dài khe.
Dẫn đến yêu cầu tất cả các gói đến ở các cổng đầu vào phải được đồng chỉnh trong ranh giới khe thời gian với tham chiếu định thời nội bộ. Trong mạng không phân khe, các gói đến có thể có hoặc không có cùng kích cỡ. Các gói đến và đưa vào chuyển mạch mà không cần phải đồng chỉnh. Ở đây khả năng xẩy ra tranh chấp lớn hơn bởi vì cách thức hoạt động của các gói đầu vào là không dự đoán trước được và ít được chỉnh lại. Trong các mạng này, bộ đệm quang sẽ phức tạp hơn. Bằng cách thiết kế hiệu quả cấu trúc nút và các giao thức theo các đặc tính mạng thì có thể đạt được hiệu năng mong muốn ngay cả trong hệ thống không phân khe [97].
1.1.2.2 Khối điều khiển chuyển mạch
Khối này thực hiện thu nhận các thông tin từ khối đầu vào và phân tích thông tin điều khiển nhằm tìm kiếm cơ sở dữ liệu định tuyến (thông tin này nằm trong phần mào đầu của gói quang) và thực hiện điều khiển khối chuyển mạch (lựa chọn cổng ra và sau đó cấu hình các phần tử chuyển mạch để gói được chuyển tới cổng ra mong muốn tại thời điểm lập lịch). Ngoài ra sau khi phân tích xong thông tin điều khiển còn phải có chức năng cấu tạo lại phần thông tin điều khiển đưa tới khối đầu ra (tráo đổi/tái tạo mào đầu).
1.1.2.3 Khối đệm và chuyển mạch quang
Đây là thành phần chính trong mỗi nút chuyển mạch quang thực hiện chức năng chuyển mạch thông tin từ đầu vào tới đầu ra theo yêu cầu và giải quyết tranh chấp gói.
Chuyển mạch là cơ chế thực hiện cấu hình trạng thái/liên kết chuyển mạch để chuyển gói tới cổng ra được chọn.
Tranh chấp gói xẩy ra khi ở đầu vào của chuyển mạch, có thể nhận đồng thời nhiều gói yêu cầu chuyển tiếp tới cùng một cổng đầu ra. Do một gói được phát đến cổng ra tại thời điểm đã cho nên xuất hiện tranh chấp. Để giải quyết tranh chấp có thể sử dụng ba giải pháp sau [3], [38], [75]: Định tuyến lệch hướng trong miền không gian; Chuyển đổi bước sóng trong miền quang; Đệm quang trong miền thời gian.
1.1.2.4 Khối giao diện ra
Thực hiện đệm đầu ra, ghép thông tin tải trọng và thông tin điều khiển mới (thay thế mào đầu), biến đổi thành tín hiệu phù hợp với đường truyền và đưa lên đường truyền dẫn.Thay thế mào đầu liên quan đến việc tính toán, tạo và chèn lại mào đầu với tải trọng trước khi ra khỏi cổng ra chuyển mạch tương ứng. Có một số trường hợp trong đó yêu cầu các chức năng này, nghĩa là trong một chuyển mạch gói toàn quang thì mào đầu được tách hoàn toàn khỏi tải trọng để xử lí, hoặc các chiến lược định tuyến yêu cầu thay đổi mào đầu gói. Quan trọng là kỹ thuật tái tạo mào đầu phải hoạt động với các chuyển mạch nối tầng và độc lập với số chuyển mạch và gói chuyển qua.
Cấu trúc chung của gói gồm có mào đầu và tải trọng. Mào đầu chỉ chứa thông tin được xử lí bởi các chuyển mạch. Nó có thể bao gồm địa chỉ đích, ưu tiên, bit chèn gói và chiều dài gói. Tải trọng chứa thông tin chỉ xử lí bởi nguồn và đích. Nó có thể bao gồm dữ liệu, số gói và địa chỉ nguồn. Vì mào đầu được xử lí tại mỗi nút chuyển mạch, nên mong muốn mào đầu phải có tốc độ bit cố định tương đối nhỏ. Sử dụng các gói có chiều dài cố định sẽ đơn giản thực hiện giải quyết tranh chấp, định tuyến gói và đồng bộ gói. Chuyển mạch gói không yêu cầu liên kết có băng tần dữ trữ hoặc dành riêng. Phụ thuộc vào mạng và băng tần sẵn có trên các đường khác nhau thì bất