Một trong các vấn đề chủ yếu trong mạng quang là giải quyết tranh chấp gói tại đầu ra của các nút trung gian trong mạng. Việc giải quyết tranh chấp ở đây đƣợc thực hiện bằng cách đệm giống nhƣ trong mạng điện. Đệm có thể thực hiện theo 3 cách trong mạng chuyển mạch gói quang: thời gian, bƣớc sóng và không gian. Về mặt thời gian là sử dụng đệm truyền thống: nhớ đệm bằng cách chuyển đổi quang điện hoặc dùng các đƣờng dây trễ để kéo dài thời gian truyền gói tin trong mạng. Về mặt bƣớc sóng dùng các bộ chuyển đổi bƣớc sóng nhƣ đã đề cập ở trên. Cuối cùng về mặt không gian là dùng kỹ thuật định tuyến chệch hƣớng. Định tuyến chệch hƣớng đạt đƣợc kết quả tốt nhất trong mạng lƣới. Do đó ta sẽ xem xét định tuyến chệch hƣớng trong mạng này.
a) Định tuyến Hot Potato và định tuyến lưu giữ và chuyển tiếp
Trƣờng hợp đặc biệt của định tuyến chệch hƣớng là định tuyến Hot Potato, ở đây không dùng bộ đệm tại cổng đầu ra và các gói tranh chấp đƣợc định tuyến đến nút khác trong mạng. Có thể tƣởng tƣợng toàn bộ mạng nhƣ một bộ đệm lớn. Mỗi nút trong mạng là nút kết nối đôi với hai đầu vào và hai đầu ra. Khi các gói tranh
chấp cùng đến một đầu ra của nút, một trong các gói đó sẽ đƣợc lựa chọn đến đƣờng tối ƣu và các gói khác sẽ định tuyến sai trong mạng. Các gói này sau đó sẽ đi bằng các đƣờng khác đến đích.
So sánh với định tuyến lƣu giữ và chuyển tiếp, định tuyến hot potato tăng số trung bình các chặng yêu cầu đối với các gói khi đến nút đích. Đây là do định tuyến lƣu giữ và chuyển tiếp dùng đƣờng ngắn nhất để tối thiểu hoá số chặng. Khi các gói đi theo các đƣờng khác nhau thì tại đích các gói sẽ đến không theo trình tự. Do vậy cần có bộ đệm tại đích để lƣu giữ các gói lại. Hơn nữa, việc tăng trễ lƣu truyền của mỗi gói làm giảm khả năng thông qua của gói trong mạng. Đƣờng truyền đƣợc sử dụng chủ yếu cho các gói định tuyến sai và một phần nhỏ là sử dụng cho các gói mới đƣợc tạo ra từ các nút. Do đó tốc độ bit bị giới hạn bởi xác suất lỗi gói trong việc xác định độ thông qua của mạng. Ƣu điểm của định tuyến chệch hƣớng là sự đơn giản của các nút. Việc tạo bộ đệm tại các nút của mạng quang là khó và đắt, định tuyến hot potato đƣa ra các nút đơn giản với giá rẻ. Định tuyến lƣu giữ và chuyển tiếp dùng đƣờng dây trễ yêu cầu phải khuyếch đại tín hiệu nhƣng không có nhiễu, trong khi định tuyến hot potato không yêu cầu điều này. Kết luận cho việc so sánh định tuyến lƣu giữ và chuyển tiếp với định tuyến chệch hƣớng đó là cần phải xem xét khả năng thông qua và giá thành phần cứng một cách mềm dẻo.
Khi tải của mạng tăng, khả năng thông qua của định tuyến hot potato giảm do trong mạng có một số lƣợng lớn các gói định tuyến chệch hƣớng. Trong khi đó các gói đƣợc tạo ra tại mỗi nút làm cho tình trạng xấu đi. Có thể thay đổi tình trạng này bằng cách đƣa thêm một bộ đệm kích thƣớc nhỏ để làm giảm số gói cần định tuyến. Định tuyến chệch hƣớng có thể kết hợp với chuyển đổi bƣớc sóng để làm tăng hiệu năng mạng.
b) Hiệu năng của các mạng định tuyến chệch hướng
1. Đƣờng kính: Đƣợc định nghĩa là khoảng cách lớn nhất giữa hai nút của mạng. Mạng có ƣu điểm hơn là mạng yêu cầu quãng đƣờng đi của gói là ngắn hơn.
2. Giá thành chệch hƣớng: Chỉ ra số chặng tối đa gói phải đi qua do chệch hƣớng. Tham số này cho biết hiệu năng của mạng giảm nhƣ thế nào khi lƣu lƣợng mạng tăng.
3. Các nút không quan tâm: Với một mạng, nút không quan tâm đƣợc định nghĩa là một nút với cả hai đầu ra của nó đều là đƣờng ngắn nhất để đến đích. Một số lớn các nút là có ích cho mạng, làm giảm tải của mạng bằng việc phân phối các gói đến cùng một đích với các cổng đầu ra khác nhau trong khi vẫn đi bằng đƣờng ngắn nhất.
Các khả năng này xác định độ thông qua, độ trễ, xác suất chệch hƣớng và sự phân phối của các gói trong mạng. Mạng Manhattan Street và ShuffleNet sẽ đƣợc sử dụng để nghiên cứu các đặc điểm này.
Mạng Manhattan Street và ShuffleNet
Hai mạng lƣới phổ biến nhất là mạng Manhattan Street (MS) và ShuffleNet đƣợc trình bày trên hình 2.33. MS có N= n2
M S nút, khi nM S/2 chẵn đƣờng kính là d=nM S+1, khi nM S/2 lẻ thì đƣờng kính là d=nM S. Do đó d xấp xỉ bằng (N)1/2. Giá thành chệch hƣớng trong mạng ShuffleNet là 4, do đó sau 4 chặng gói sẽ đƣợc chệch hƣớng trở lại cùng một nút. Nút không quan tâm (DS) trong mạng Manhattan Street chiếm khoảng 50% với giá trị N lớn. Mạng ShuffleNet có số nút là N= nSN2n SN và đƣờng kính là d=2log2N với giá thành chệch hƣớng log2N và số nút không quan tâm là DC%=1-(2/nSN)(1-1/2nSN).
Hình 2.34 đƣa ra giá trị phần trăm của số nút không quan tâm trong hai mạng. Với số nút thấp, mạng MS và SN có cùng hằng số chệch hƣớng và DC. Do SN có đƣờng kính nhỏ, nó có hiệu năng tốt hơn MS. Khi số nút tăng, phần trăm DC tăng trong mạng SN. Điều này cho phép SN có thể đƣợc sử dụng với số lƣợng nhỏ hoặc không có bộ đệm.
Định tuyến Hot Potato đệm đơn tầng:
Hiệu năng của mạng tăng khi đƣa thêm các bộ đệm đơn tầng. Mạng đảm bảo phân phối các gói đƣợc sinh ra một cách đều nhau. Hình 2.35 cho thấy khả năng thông qua của mạng 64 nút và mạng 400 nút dùng định tuyến potato đệm đơn tầng tính theo xác suất một gói mới đƣợc tạo ra tại một nút. S&F của sơ đồ lƣu giữ và định tuyến chuyển tiếp lớn hơn cả so với các sơ đồ khác do nó tối thiểu hoá các đƣờng đi của gói. Khả năng thông qua cao hơn của mạng đệm đơn tầng chỉ ra rằng các gói đi đến đích với số chặng ít hơn, tƣơng ứng nó làm giảm tải của mạng.
Hình 2.33: Mạng Manhattan Street và
ShuffleNet
Hình 2.34: Số nút không quan tâm trong mạng
Nếu có một số lớn các nút không quan tâm trong mạng, các gói sẽ có nhiều đƣờng để đến đích hơn và giảm đƣợc tắc nghẽn trong mạng. Hình 2.36 chỉ mối quan hệ của Pdc với g trong mạng MS và SN có 64 nút và 400 nút sử dụng một bộ đệm cho định tuyến hot potato, Pdc của SN là lớn hơn MS. Sự khác nhau về hiệu năng giữa mạng một bộ đệm và mạng định tuyến hot potato trở lên rõ nhất khi xem xét khả năng chệch hƣớng Pnet là xác suất một gói bị chệch hƣớng. Hình 2.37 chỉ ra khả năng chệch hƣớng phụ thuộc xác suất tạo gói.
Hình 2.35: Khả năng thông qua tính theo xác suất tạo gói trong mạng Hot Potato và mạng sử dụng một bộ đệm.
Hình 2.36: Xác suất nút không quan tâm phụ thuộc xác suất tạo gói với mạng MS và mạng SN có 64 và 400 nút.
Hình 2.37: Khả năng chệch hướng phụ thuộc xác suất tạo gói với mạng MS và mạng SN có 64 và 400 nút.
Định tuyến đa đƣờng
X
Khái niệm về định tuyến chệch hƣớng đƣợc gọi chung là định tuyến đa đƣờng MPR (Multiple Path Routing) khi chỉ thị rằng các gói có nhiều đƣờng để đến đích. Trong định tuyến đa đƣờng, cần phải giải quyết tranh chấp khi các gói đến cùng một đầu ra. Các đƣờng ƣu tiên trong các thuật toán khác nhau đƣợc dành cho các gói chệch hƣớng. Hình 2.38, giới thiệu sơ đồ Pan-European. Hai kỹ thuật đƣợc đƣa ra là khoảng cách ngắn nhất SD ( Shortest Distance) và số chặng ít nhất LNH ( Least Number of Hops). Đƣờng SD-MPR là ngắn hơn hai lần đƣờng ngắn nhất và nhỏ hơn hoặc bằng số chặng. LNH-MPR sử dụng toàn bộ các đƣờng có số chặng ít nhất. Hình 2.39 biểu diễn phần trăm của các nút ngƣợc với số đầu ra ƣu tiên. LNH-MPR có kết quả tốt hơn do nó giảm số đầu ra lựa chọn và do đó tăng lƣu lƣợng của nút. Ƣu điểm của mạng cũng cần đƣợc xem xét để phù hợp giữa việc tăng lƣu lƣợng và tăng trễ phân cực. Hơn nữa độ
Hình 2.38: Sơ đồ Pan- European. Hình 2.39: Phần trăm số nút không quan tâm phụ thuộc số đầu ra ưu
linh hoạt của định tuyến phải phù hợp với việc tăng độ phức tạp bảng định
tuyến tại mỗi nút. Các qui tắc đƣa ra để xác định các gói đến các đƣờng
ƣu tiên là:
1. Các gói trong bộ đệm đƣợc gửi đến vị trí đầu tiên có thể.
2. Đƣờng ƣu tiên là theo khoảng cách đến đích.
3. Ƣu tiên theo các ƣu tiên đầu ra của mạng.
4. Đầu ra theo SD hoặc LNH hoặc kết hợp cả hai.
Các vấn đề cần quan tâm trong MPR là trễ phân cực và số chặng yêu cầu. Nếu MPR kết hợp với chuyển đổi bƣớc sóng các vấn đề này sẽ đƣợc giảm. Hình 2.40 chỉ ra sự giảm trễ phân cực trên MPR ngƣợc với việc tăng số bƣớc sóng. SPR là không thay đổi do nó luôn luôn đƣa ra một đƣờng ngắn nhất trong mạng. Trên hình 2.41 là sự phân phối số chặng trong mạng MPR và mạng SPR. Chỉ 8% lƣu lƣợng có số chặng lớn. Phần trăm này có thể giảm hơn nữa với việc tăng đệm tại các nút trung gian.
Ba cách giải quyết tranh chấp trên có thể đƣợc sử dụng riêng lẻ hoặc có thể kết hợp sử dụng cùng với nhau. Sử dụng bộ đệm quang cùng với bộ chuyển đổi
Hình 2.40: Trễ phân cực ngược với số
bước sóng.
Hình 2.41: Sự phân chia chặng trong mạng MPR và mạng SPR.
bƣớc sóng hoặc định tuyến chệch hƣớng cho phép giải quyết tranh chấp một cách mềm dẻo hơn. Ba cách giải quyết trên cùng với các cách kết hợp với nhau đã tạo nên các phƣơng thức giải quyết tranh chấp phong phú. Các cách giải quyết này đƣa ra các sự kết hợp tốt nhất để thực hiện giảm giá thành và sự phức tạp về phần cứng
2 .