C. Cỏc yờu cầu chung của ASON
B. Định tuyến tại tầng quang
Thiết bị được sử dụng để định tuyến tại tầng quang là cỏc thiết bị định tuyến bước súng, điển hỡnh là OXC. OXC cấu hỡnh động cú thể chuyển mạch trực tiếp đối với tớn hiệu quang nhận được từ cổng đầu vào, xuyờn qua kết cấu trường chuyển mạch đến cổng ra tương ứng. Núi một cỏch rừ hơn, một OXC khụng thể định tuyến hoặc chuyển mạch cỏc gúi, nú chỉ được sử dụng để xử lý tại tầng quang – nơi mà đơn vị truyền dẫn tớnh theo một sợi quang hay một tia sỏng.
Một OXC gồm N cổng vào và M cổng ra, mỗi đầu vào chuyển mạch sợi hay tia sỏng với một tốc độ bit riờng b. Vỡ thế, toàn bộ dung lượng định hướng của thiết bị là NxMxb. Trong OXC là một kết cấu chuyển mạch quang hay chuyển mạch điện.
Kết cấu chuyển mạch điện sẽ cú một bảng định tuyến trong cỏc router và cỏc chuyển mạch. Nú cho phộp phỏt hiện và cụ lập lỗi bằng cỏc thụng tin quản lý nằm trong tiờu đề của mỗi khung truyền tải. Hơn nữa, sự chuyển đổi quang/điện và ngược lại được thực hiện bởi cỏc OXC cho phộp giảm sự suy yếu của tớn hiệu quang do suy hao và tỏn sắc (cả hai tỏc động này đều nhận được khi truyền ỏnh sỏng qua một khoảng cỏch xa). Ngược lại, biến đổi O-E-O làm tăng chi phớ và năng lượng của cỏc thiết bị. Thờm vào đú, việc nõng cao tốc độ hoặc thay đổi khuụn dạng bỏo hiệu sẽ đũi hỏi phải nõng cấp phần cứng.
2.6.2. IP over Optical
Để cú thể lợi dụng đươc ưu điểm nổi bật của kỹ thuật gúi là nõng cao được hiệu quả tài nguyờn mạng (thiết bị truyền dẫn, thiết bị chuyển mạch) do cỏc gúi của cựng một đớch cú thể đi theo cỏc hướng khỏc nhau tuỳ vào khả năng đỏp ứng của tài nguyờn theo hướng đú. Đồng thời kết hợp với hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao, băng thụng rộng. Người ta đưa ra cụng nghệ truyền dẫn IP over Optical trong đú cỏc datagram được xử lý hoàn toàn trong miền quang từ nguồn tới đớch theo từng đơn vị truyền dẫn. Giai đoạn này chỉ cú thể thực hiện khi cụng nghệ cho phộp xử lý gúi tại miền quang. Về cơ bản, IP over Optical chỉ cần nõng cấp cỏc thiết bị tại cỏc node của mạng IP over WDM sao cho đỏp ứng được năng lực xử lý gúi quang.
Trong giai đoạn này, cỏc datagram khỏc nhau cú thể nằm cựng trờn một bước súng khi truyền dẫn nhưng tại cỏc node nú được xử lý riờng rẽ mà khụng cần thực hiện biến đổi E/O. Để đạt được mục đớch này, tại cỏc node mạng sẽ được trang bị cỏc phần tử chuyển mạch gúi quang. Cụng nghệ chuyển mạch gúi quang sẽ cố gắng để đạt được hiệu năng nhúm gúi tin truyền qua mạng quang tốt nhất. Luồng thụng tin tiờu đề hoặc thụng tin điều khiển trờn một kờnh điều khiển riờng sẽ thiết lập đường truyền đơn hướng: khụng cần cú sự hiểu biết về cỏc thiết bị đầu xa. Hỡnh 2.14 là sơ đồ của thiết bị chuyển mạch gúi quang.
Mạng WDM cũng giống như mạng ATM về mặt chức năng chuyển mạch. Mạng ATM thực hiện chuyển mạch gúi trờn cơ sở của mạch ảo trong khi đú tầng kờnh quang thực hiện chuyển mạch trờn cơ sở bước súng của tớn hiệu (gúi tin).
Hỡnh 2.14: Sơ đồ khối thiết bị chuyển mạch gúi quang. A. DeMux/Mux :
Bộ tỏch kờnh quang được sử dụng để tỏch cỏc tớn hiệu quang đầu vào từ luồng sỏng tới, phục vụ cho việc xử lý theo từng kờnh (bước súng) ở cỏc bộ phận khỏc nhau. Và bộ ghộp kờnh được sử dụng để ghộp cỏc kờnh tớn hiệu quang đầu ra tạo thành luồng
sỏng truyền trờn sợi quang. Nú là bộ phận khụng thể thiếu trong cỏc thiết bị đặt tại cỏc node của mạng WDM.
B. Asynchronous Regeneration – AR
Mạng lưới truyền dẫn IP trờn quang là mạng truyền dẫn số trong đú, tớn hiệu được truyền đi dưới dạng cỏc khung chứa cỏc bit nhị phõn đó được tiờu chuẩn. Điều này cho phộp xử lý tớn hiệu nhanh hơn trong miền quang và đảm bảo băng thụng tớn hiệu lớn. Tuy nhiờn, tại cỏc node xử lý yờu cầu cú sự đồng bộ theo bit giữa cỏc nguồn khỏc nhau. Trong đú, khi tớn hiệu quang truyền qua mạng phải chịu nhiều ảnh hưởng khỏc nhau như: tỏn sắc, jitter…nờn cú sự khỏc nhau về thời gian của tớn hiệu. Mặt khỏc, trong cỏc mạng quang thường khụng cú sự đồng bộ hoỏ tập trung cho tất cả cỏc nguồn tới mức bit nờn cỏc đồng hồ nội sẽ hoạt động với cỏc tốc độ khỏc nhau mà khụng cú sự đồng bộ về pha của tớn hiệu đồng hồ của cỏc node khỏc nhau.
Tớn hiệu trờn cỏc sợi quang được truyền dẫn dưới dạng cỏc gúi. Để dễ dàng thực hiện thỡ thời gian chia thành cỏc khe thời gian cú độ dài cố định và tất cả cỏc node trờn mạng đều đồng bộ với nhau ở mức tốc độ khe thời gian. Mỗi khe thời gian được chia thành hai phần như hỡnh 2.15: phần chứa gúi tin chiếm gần hết nội dung của khe thời gian và phần bảo vệ giỳp phõn biệt cỏc gúi tin chiếm gần hết nội dung chuyển mạch định tuyến.
Hỡnh 2.15: Khe thời gian cho truyền dẫn theo gúi tin.
Vỡ khoảng cỏch giữa hai node cú kết nối vật lý với nhau cú thể biết được nờn điểm bắt đầu của cỏc khe thời gian đầu vào được đồng chỉnh với cỏc nhịp đồng hồ khe thời gian cỏc node. Điều này cú thể thực hiện được nhờ cỏc bộ trễ quang là cỏc dõy trễ quang.
Để truyền tớn hiệu đồng bộ khe thời gian, cú thể sử dụng một bước súng quang cú tốc độ bằng tốc độ khe thời gian và khụng mang lưu lượng. Tất cả cỏc bit dữ liệu được lập lờn “1” để tối thiểu hiện tượng jitter. Khi mạng hoạt động hoàn toàn trong miền quang thỡ kờnh đồng bộ cũng vậy. Vỡ thế, để nhận cỏc bit “1” trong miền quang thỡ yờu cầu cỏc bộ đếm photon. Cụng nghệ chế tạo bộ đếm photon vẫn cũn hạn chế.
Nguyờn lý hoạt động:
Hỡnh 2.16 biểu diễn quỏ trỡnh tỏi sinh cỏc tớn hiệu quang của luồng dữ liệu số mó RZ. Cỏc bit dữ liệu đến được điều chế với chuỗi xung liờn tiếp cú độ chớnh xỏc cao được tạo ra bởi nguồn đồng bộ nội hạt nờn tỏi sinh được tớn hiệu ban đầu. Mỗi bit “1” trong luồng dữ liệu đến sẽ kớch cổng chuyển mạch để thực hiện truyền dẫn trong một thời gian nhất định (được gọi là cửa sổ cổng), cho phộp một xung đơn từ nguồn nội hạt truyền qua. Bằng cỏch này giỳp cho cỏc bit được tỏi sinh cú dạng xung, phổ biờn độ và
định thời giống như xung của nguồn nội hạt. Hơn nữa, bộ tỏi sinh sẽ loại bỏ hiện tượng jitter của cỏc bit dữ liệu tại thời điểm đến, mức độ tuỳ thuộc vào độ rộng của cửa sổ cổng.
Hỡnh 2.16: Tỏi sinh quang luồng dữ liệu mó RZ.
Một tớnh năng cơ bản của cỏc bộ tỏi sinh là đảm bảo thuộc tớnh đồng bộ giữa nguồn xung nội hạt và cỏc bit dữ liệu đến. Cỏc bộ tỏi sinh truyền thống sẽ giải quyết vấn đề này bằng cỏch bắt buộc cỏc nguồn nội hạt hoạt động đồng bộ theo cỏc luồng bit đến nhờ sử dụng cỏc bộ khụi phục tớn hiệu đồng hồ. Tuy nhiờn, trong AR cỏc nguồn nội bộ hoạt động độc lập (cú tần số gần giống với tốc độ bit) và khụng sử dụng cỏc bộ khụi phục tớn hiệu đồng hồ. Thay cho việc bắt nguồn nội bộ hoạt động đồng bộ với luồng bit đến, trong AR cho phộp sự khỏc nhau về pha giữa luồng dữ liệu đến và nguồn xung nội bộ thay đổi theo thời gian. Sau khi tỏi sinh, tất cả cỏc gúi dữ liệu đều cú tần số và pha của nguồn nội bộ độc lập.
Sử dụng AR sẽ cho phộp nhận được cỏc tiện ớch sau:
- Tất cả cỏc gúi tin đến một node từ cỏc hướng đến khỏc nhau được đồng bộ với nhau.
- Nú cho phộp cỏc node hoạt động mà khụng cần cú sự đồng bộ ở mức bit trờn toàn mạng.
- Nú cũn cho phộp cỏc node tự do lựa chọn nguồn tớn hiệu quang khỏc nhau để làm việc như một đồng hồ nội bộ.
Nếu luồng tớn hiệu được truyền dẫn liờn tiếp trờn cỏp thỡ khụng cần cú sự bắt pha nhanh chúng gúi tin – gúi tin và khi này cú thể sử dụng cỏc mạng đồng bộ truyền thống.
C. Buffer
Bộ đệm quang là thành phần cơ sở để xõy dựng cỏc thiết bị chuyển mạch gúi quang. Bộ đệm được sử dụng bởi tại cựng một khe thời gian cú thể cú cỏc gúi tin từ cỏc đầu vào khỏc nhau nhưng lại yờu cầu cựng một đầu ra. Khi đú, hiện tượng tắc nghẽn xảy ra và nếu khụng cú bộ đệm thỡ cỏc gúi tin sẽ bị mất, xỏc suất phỏt lại gúi tin cao làm cho trễ truyền dẫn lớn. Kớch thước bộ đệm càng lớn thỡ khả năng tắc nghẽn càng giảm nhưng bự lại là phải chi phớ lớn hơn.
Bộ đệm quang cũng sẽ tạo ra khuụn dạng của phần đệm quang tương tự như những thứ được lưu trữ theo tiờu chuẩn đệm trong bộ nhớ truy cập ngẫu nhiờn RAM. Khi đú, một hay nhiều gúi tin bị dồn lại và đệm trong bộ đệm quang. Sau đú, gúi tin sẽ được truyền qua đường truyền quang đơn đó ấn định cho nú. Vỡ thế, chuyển mạch gúi quang tạo ra tốc độ cho việc ghộp kờnh thống kờ cho phộp lợi dụng toàn bộ băng tần trong khoảng thời gian của gúi tin.
Bộ đệm quang được tạo thành từ cỏc đường trễ quang sợi. Đõy là cỏc sợi quang cú độ dài bằng khoảng cỏch mà ỏnh sỏng truyền được trong khoảng thời gian trễ yờu cầu. Vỡ yờu cầu tại cỏc điểm node trong suốt về tốc độ trong khi tốc độ ỏnh sỏng truyền trờn mạng là rất lớn nờn độ dài của cỏc đường dõy trễ quang cũng lớn. Tuy nhiờn, vẫn chưa cú cụng nghệ đệm nào khỏc cho tớn hiệu quang để cú thể lưu trữ dữ liệu dưới dạng ỏnh sỏng nờn cỏc bộ đệm quang sợi vẫn cú tớnh khả thi hơn cả.
Cú bốn loại bộ đệm cơ bản: bộ đệm đầu vào, bộ đệm đầu ra, bộ đệm dựng chung và bộ đệm phõn phối tuần hoàn.
D. TWC – Turnable Wavelength Converter
Chức năng của bộ này là thực hiện chuyển đổi bước súng đầu vào λi thành bước súng đầu ra λj theo yờu cầu. Đõy là phần tử chớnh trong chuyển mạch quang phõn chia bước súng. Mặt khỏc, cỏc bộ TWC cũng được sử dụng trong cỏc trường chuyển mạch khỏc nhau. Khi này, nhờ cỏc bộ biến đổi bước súng mà ta cú thể đệm nhiều tớn hiệu khỏc nhau trờn cựng một đường dõy trễ quang mà vẫn đảm bảo khụng bị xuyờn õm. Để giải thớch điều này cú thể xem hỡnh 2.17. P1 và P2 là cỏc gúi tin khỏc nhau cú cựng bước súng λi.
E. Switch
Đõy là cỏc ma trận chuyển mạch. Thường sử dụng là cỏc ma trận chuyển mạch khụng gian (cỏc ma trận khỏc cú thể tạo ra từ ma trận này).
F. Filter
Đõy là cỏc bộ lọc quang. Cú thể sử dụng cỏc loại bộ lọc như: bộ lọc màng mỏng điện mụi, bộ lọc khoang cộng hưởng Fabry-Perot, bộ lọc thanh õm
Kết luận
Việc ứng dụng kỹ thuật IP over Optical là một xu hướng tất yếu của cỏc mạng Viễn thụng hiện nay. Do đú, chỳng em đó chọn hướng nghiờn cứu với đề tài:”Cỏc phương thức truyền IP trong mạng quang”. Từ đú để thấy được rằng để truyền tải IP trờn mạng quang cần phải
thực hiện cỏc chức năng mỗi lớp tương ứng theo mụ hỡnh OSI. Mặc dự cú rất nhiều giải phỏp để thực hiện việc truyền gúi IP trờn mạng quang nhưng hầu như đều xoay quanh việc thớch ứng những cụng nghệ đó làm chủ như ATM, SDH và Ethernet. Cỏc giải phỏp mới được thiết kế để giải quyết vấn đề phức tạp khi sử dụng những cụng nghệ cũ (ATM, SDH) cho chức năng lớp Lớp 2 (chuyển mạch). Chỳng đều cú đặc tớnh đơn trong kiến trỳc nhưng lại chưa được làm chủ.
MPLS là một trong những cụng nghệ được chỳ ý nhiều nhất hiện nay. Nhờ đú cụng nghệ này đem lại khả năng thiết kế lưu lượng mềm dẻo và hỗ trợ QoS /CoS cho lưu lượng IP. Hỗ trợ MPLS được xem như một trong những tiờu chớ để đỏnh giỏ kiến trỳc mạng truyền tải IP hiện nay.
Bờn cạnh đú, bỏo hiệu và điều khiển/quản lý là một phần khụng thể tỏch rời khi xõy dựng mạng truyền tải. Điều này cũn đặc biệt hơn nữa khi sử dụng mạng quang để truyền tải lưu lượng IP với đặc tớnh lưu lượng thay đổi. GMPLS là một cụng nghệ được thiết kế cho mục đớch điều khiển mạng quang để truyền tải lưu lượng IP.
GMPLS/ASON được xem là cụng nghệ điều khiển trụ cột để triển khai mụ hỡnh IP/quang. Sự thành cụng của mụ hỡnh này gắn liền với năng lực quản lý/điều khiển của cụng nghệ GMPLS/ASON. Trong đú mạng chuyển mạch quang tự động (ASON), một sản phảm của ITU-T, là một mụ hỡnh tham chiếu cho việc xõy dựng mạng chuyển mạch quang phục vụ việc truyền tải lưu lượng số liệu.
Mặc dự hết sức cố gắng tỡm hiểu và nghiờn cứu cỏc vấn đề liờn quan đến cỏc phương phỏp truyền tải IP trờn mạng quang, nhưng do thời gian cú hạn và trỡnh độ cũn hạn chế nờn đề tài chưa đề cập chi tiết đến cỏc vấn đề liờn quan, cũng như khụng thể trỏnh khỏi những thiếu sút. Chỳng em rất mong nhận được những ý kiến chỉ bảo, đúng gúp của thầy cụ và bạn bố để đề tài này được hoàn thiện tốt hơn.