Phần này trình bày các kết quả tính toán về hiệu năng của mô hình hệ thống chuyển mạch chùm quang biên đƣợc mô tả trong phần 4.2.3 khi thiết bị chuyển mạch biên không có bộ chuyển đổi bƣớc sóng.
Khi switch biên không có bộ chuyển đổi bƣớc sóng, mô hình mạng hàng đợi là đơn lớp.
Các tính toán dƣới đây tính cho thiết bị chuyển mạch switch biên có P = 12
cổng. Tổng số tiến trình đến của chùm (số customer) trong hệ thống là N = 40.
Thời gian trung bình của chùm ngắn 1/ωs =1 (ωs = 1). Thời gian trung bình của chùm dài 1/ωl = 100 (ωl = 0,01). Thời gian trung bình của trạng thái rỗi 1/ωin = 10 (ωin = 0,1). Thời gian ở vệ tinh (orbiting) trung bình 1/ωinf = 10 (ωinf = 0,1). Giả thiết tất cả các bƣớc sóng có tiến trình đến của chùm giống nhau và xác suất mà một tiến trình chùm đƣợc định đến cổng ra của nút i là bằng nhau
pi = 1/(P-1).
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của các độ đo hiệu năng theo sự thay đổi của N.
Hình 4.21 thể hiện kết quả thông lƣợng của hệ thống khi số tiến trình chùm đến (N) tăng dần.
Khi không có tiến trình chùm đến (N=0) thông lƣợng của thiết bị chuyển mạch là bằng 0. Khi N tăng dần đều, thông lƣợng của hệ thống cũng tăng, tuy nhiên mức tăng thì giảm dần (V(0) = 0, V(1) = 0.1, V(2) = 1.7, V(5) = 2.4, V(6) = 2.5, V(40) = 4.85).
Hình 4.21. Kết quả tính thông lượng khi N thay đổi
Hình 4.22 cho kết quả tính toán thông lƣợng của một cổng lối ra so với cả hệ thống. Khi không có tiến trình đến của chùm, thông lƣợng cả hai bằng 0. Với các trƣờng hợp khác, Vs = 11.Vp. Điều đó là chính xác vì thông lƣợng của hệ thống bằng tổng thông lƣợng các cổng lối ra. Vs = (P-1).Vp .
Hình 4.22. Thông lượng của một cổng so với cả hệ thống
Nhƣ vậy, có thể kết luận thông lƣợng của hệ thống (hoặc của một cổng lối ra) là tăng khi số tiến trình chùm đến (N) tăng. Thông lƣợng của hệ thống là tổng thông lƣợng các cổng lối ra.
Kết quả tiếp theo khảo sát ảnh hưởng của các độ đo hiệu năng theo sự thay đổi của ps.
Kết quả tính toán thể hiện trong hình từ 4.23 đến 4.26 dƣới đây. Trong thí nghiệm này, switch có P = 12 cổng, số tiến trình chùm đến N=40. Xác suất chùm là chùm ngắn ps tăng dần với mức tăng 0.1. Xác suất ps tăng có nghĩa là trong một tiến trình chùm đến, tỷ lệ số chùm ngắn tăng so với số chùm dài.
Hình 4.23 cho thấy rằng ps tăng thì thông lƣợng của hệ thống (hoặc của một cổng lối ra) tăng. V(ps=0.4) = 0.9 , V(ps=0.5) = 1.3 , V(ps=0.8) = 3.7 ,…
Kết quả trong Hình 4.24 một lần khẳng định thông lƣợng hệ thống bằng tổng thông lƣợng các cổng lối ra.
Hình 4.23. Tính thông lượng khi số lượng chùm ngắn tăng
Trong hình Hình 4.25, kết quả cho thấy mức sử dụng giảm dần khi ps tăng. Giá trị ứng với các ps của mức sử dụng là:
U(ps = 0.1) = 0.54 , U(ps = 0.6) = 0.44 , U(ps = 0.8).
Hình 4.26 cho thấy giá trị của thời gian chờ trung bình. Thời gian chờ của hệ thống đối với mỗi tiến trình chùm đến là tổng thời gian mà nó ở trong các thành phần Infinite, Retry. Thời gian này giảm khi số chùm là chùm ngắn tăng.
Hình 4.26. Thời gian chờ trung bình
Nhƣ vậy, có thể thấy rằng khi xác suất chùm là chùm ngắn ps tăng thì thông lƣợng của hệ thống và của thông lƣợng một cổng cũng tăng, trong khi đó mức sử dụng trung bình và thời gian chờ trung bình của hệ thống đều giảm. Xác suất
ps tăng có nghĩa là trong một tiến trình chùm đến, số chùm ngắn tăng so với số chùm dài. Khi số tiến trình chùm đến (N) không đổi, trong khi số chùm ngắn trong đó nhiều thì số lƣợng chùm đƣợc chuyển qua hệ thống (hoặc qua một cổng lối ra) tính trên một đơn vị thời gian sẽ tăng. Điều này sẽ dẫn đến thời gian chờ để đƣợc xử lý cho các tiến trình chùm đến giảm, tuy nhiên, hiệu quả sử dụng cũng bị giảm.
4.5. Kết luận
Chƣơng này trình bày các vấn đề về kiến trúc, chức năng, và một số phần quan trọng của hệ thống chuyển mạch chùm quang biên, từ đó xây dựng mô hình và thực hiện việc đánh giá hiệu năng hoạt động của nút biên.
Hệ chuyển mạch biên lối vào gồm các thành phần chính là: bộ kết hợp chùm (Burst Assembler), modul định tuyến và kết hợp bƣớc sóng (Routing & Wavelength Assignment), và bộ lập lịch biên (Edge Scheduling). Hệ chuyển
mạch biên lối ra gồm các thành phần chính là: Giải kết hợp chùm (Burst Disassembly), chuyển tiếp gói (Packet Forwarding).
Nút biên lối vào có chức năng thiết lập burst, định tuyến, gán bƣớc sóng và sắp xếp chùm tại biên đầu vào. Trong khi các nút lõi có chức năng báo hiệu, sắp xếp chùm tại các liên kết trong lõi và giải quyết xung đột. Các nút biên lối ra chịu trách nhiệm tách chùm thành các gói riêng rẽ rồi truyền đến lớp mạng cao hơn.
Thiết lập chùm (burst) là quá trình tập hợp và đóng gói ở lối vào từ lớp cao hơn thành chùm tại nút biên lối vào của mạng OBS. Có nhiều kỹ thuật đƣợc đề xuất trong đó hai kỹ thuật đƣợc quan tâm nhất là thiết lập dựa vào bộ định thời (timer-based) và dựa trên mức ngƣỡng (threshold-based). Các phƣơng pháp thiết lập chùm dựa trên mức ngƣỡng về độ dài chùm hay bộ định thời cũng đƣợc giới thiệu từ đó đề xuất phƣơng pháp thiết lập chùm nhằm mục đích giảm thiểu sự mất chùm.
Thời gian Offset là một khái niệm quan trọng trong nút biên. Thời gian offset của chùm là khoảng thời gian giữa thời điểm nút nguồn phát đi bit đầu tiên của gói điều khiển và thời điểm nút nguồn phát đi bit đầu tiên của chùm dữ liệu.
Phần trọng tâm của chƣơng này là xây dựng mô hình mạng hàng đợi của hệ thống chuyển mạch chùm quang biên và thực hiện đánh giá hiệu năng hoạt động của nó.
Qua việc phân tích và tính toán, có thể kết luận thông lƣợng của hệ thống (và của một cổng lối ra) là tăng khi số tiến trình chùm đến (N) tăng. Thông lƣợng của hệ thống là tổng thông lƣợng các cổng lối ra. Khi xác suất chùm là chùm ngắn ps tăng thì thông lƣợng của hệ thống (hoặc thông lƣợng một cổng) cũng tăng, trong khi đó mức sử dụng trung bình và thời gian chờ trung bình của hệ thống đều giảm. Xác suất ps tăng có nghĩa là trong một tiến trình chùm đến, số chùm ngắn tăng so với số chùm dài. Khi số tiến trình chùm đến (N) không đổi, trong số chùm ngắn trong đó nhiều thì số lƣợng chùm đƣợc chuyển qua hệ thống (hoặc qua một cổng lối ra) trên một đơn vị thời gian sẽ tăng. Điều này sẽ dẫn đến thời gian chờ để đƣợc xử lý cho các tiến trình chùm đến giảm, tuy nhiên, hiệu quả sử dụng hệ thống cũng bị giảm.
KẾT LUẬN CHUNG
Hệ thống chuyển mạch quang là hệ thống chuyển mạch cho phép các tín hiệu bên trong các sợi cáp quang hay các mạch quang tích hợp đƣợc chuyển mạch có lựa chọn từ một mạch này tới một mạch khác. Chuyển mạch chùm quang (OBS – Optical Burst Switching) cho phép chuyển mạch toàn bộ các kênh dữ liệu trong miền quang dƣới dạng các chùm. Ngƣời sử dụng kết nối vào mạng tại nút biên (Edge Node). Dữ liệu của ngƣời sử dụng (IP) đƣợc thu thập, lƣu giữ và tổ chức thành các chùm dữ liệu chuyển tiếp vào mạng lõi chuyển mạch chùm quang. Nghiên cứu, xây dựng mô hình và đánh giá hiệu năng của hệ thống chuyển mạch chùm quang biên góp phần làm rõ cơ chế và hiệu năng hoạt động của hệ thống chuyển mạch chùm quang biên nói riêng và mạng chuyển mạch chùm quang nói chung; trên cơ sở đó, xây dựng phƣơng pháp thiết kế cũng nhƣ lựa chọn và đánh giá các sản phẩm chuyển mạch chùm quang trong thực tế.
Đề tài này trình bày phƣơng pháp luận của việc đánh giá hiệu năng, nghiên cứu tổng quan và nguyên tắc hoạt động của mạng chuyển mạch chùm quang (OBS); từ đó xây dựng mô hình cho nút biên và thực hiện việc đánh giá hiệu năng hoạt động của nút biên.
Chƣơng 1 giới thiệu về hệ chuyển mạch quang nhƣ là: chuyển mạch kênh quang, chuyển mạch gói quang và chuyển mạch chùm quang.
Chƣơng 2 trình bày các vấn đề tổng quan về chuyển mạch chùm quang nhƣ: các khái niệm, kiến trúc mạng và các giải pháp kỹ thuật giải quyết các xung đột trong mạng OBS.
Chƣơng 3 trình bày phƣơng pháp luận toán học nhƣ các tiến trình cơ bản, các khái niệm của lý thuyết xác suất; và các mô hình hàng đợi để áp dụng mô mô hình hoá nút biên của mạng OBS.
Chƣơng 4 xây dựng mô hình mạng hàng đợi của hệ thống chuyển mạch chùm quang biên và thực hiện đánh giá hiệu năng hoạt động của nó.
Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu [10], [15], đề tài này đã nghiên cứu và đề xuất hiệu chỉnh một số thành phần lối vào của nút biên, đƣợc cho là sát với thực tế và đƣa thêm vào thành phần phát lại khi việc phát gặp lỗi. Luận văn đã xây dựng mô hình hệ chuyển mạch biên với các hiệu chỉnh, bổ sung trên đây; phân tích đánh giá hiệu năng hoạt động trên cơ sở mô hình hàng đợi đƣợc xây dựng; tính toán minh hoạ một số độ đo hiệu năng quan trọng nhƣ thông lƣợng chùm dữ liệu đƣợc chuyển mạch biên, mức độ sử dụng hệ chuyển mạch biên, ....
Qua phân tích và kết quả tính toán, có thể kết luận thông lƣợng của hệ thống chuyển mạch biên (và của một cổng lối ra của nó) là tăng khi số tiến trình chùm đến (N) tăng. Thông lƣợng của hệ thống là tổng thông lƣợng các cổng lối ra. Khi xác suất chùm là chùm ngắn ps tăng thì thông lƣợng của hệ thống (hoặc thông lƣợng một cổng) cũng tăng, trong khi đó mức sử dụng trung bình và thời gian chờ trung bình của hệ thống đều giảm. Xác suất ps tăng có nghĩa là trong một tiến trình chùm đến, số chùm ngắn tăng so với số chùm dài. Khi số tiến trình chùm đến (N) không đổi, trong số chùm ngắn trong đó nhiều thì số lƣợng chùm đƣợc chuyển qua hệ thống (hoặc qua một cổng lối ra) trên một đơn vị thời gian sẽ tăng. Điều này sẽ dẫn đến thời gian chờ để đƣợc xử lý cho các tiến trình chùm đến giảm, tuy nhiên, hiệu quả sử dụng hệ thống cũng bị giảm.
Tuy nhiên, bản luận văn này mới chỉ dừng lại ở mức nghiên cứu nguyên tắc hoạt động của mạng chuyển mạch chùm quang, tính toán và đánh giá hiệu năng của nút biên đƣợc mô hình hoá bằng phƣơng pháp toán học. Hƣớng nghiên cứu tiếp theo là xây dựng hoặc áp dụng các công cụ mô phỏng, và thực hiện đo đạc trên thực tế để đánh giá hiệu năng nút biên cũng nhƣ các thành phần khác của mạng chùm quang.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. I. Baldine, G. N. Rouskas, H. G. Perros, Dan Stevenson, JumpStart: A Just-in- Time Signaling Architecture for WDM Burst-Switched Networks, IEEE Communications Magazine, February 2002
2. S. Balsamo, Product Form Queueing Networks, 1998
3. B. Baynat and Y. Dallery, A product-form approximation method for general closed queueing networks with several classes of customers, Performance Evaluation, 1993.
4. B. Baynat and Y. Dallery, A decomposition approximation method for multiclass BCMP queueing networks with multiple-server stations, Annals of Operations Research 48, 1994.
5. B. Baynat, An Approximation Method for Multi-class Closed Queueing Networs with Synchronization Mechanisms.
6. K. M. Chandy, Approximate Analysis of Genneral Queuing Networks, 1975.
7. K. Dolzer and C. Gauger, On burst assembly in optical burst switching networks a performance evaluation of Just-Enough-Time, Proceedings of the 17th International Teletraffic Congress, 2001.
8. R. Jain, Art of Computer Systems Performance Analysis Techniques For Experimental Design Measurements Simulation And Modeling, Wiley Computer Publishing, 1991
9. J. P. Jue, V. M. Vokkaranne, Optical Burst Switched Networks, 2005.
10. P. J. Kühn, Ulrich Killat, Mechanisms for Quality of Service Differentiation in Optical Burst Switched Networks, 2004.
11. R. Marie, An approximate analytical method for general queuing networks, IEEE Transactions on Software Engineering, September 1979.
12. D. Neuse and K. M. Chandy, HAM: The heuristic aggregation method for solving general closed queueing network models of computer sys-tems, Performance Evaluation Review, 1982.
13. H. Perros, Queueing Networks with Blocking: Exact and Approximate Solutions, Oxford University Press, 1994.
14. M. Reiser, H. Kobayashi, Queuing Networks with Multiple Closed Chains: Theory and Computational Algorithms
15. M. H. Shalaby, A Simplified Performance Analysis of Optical Burst-Switched Networks, Journal of Lightwave technology, 2007.
16. A. Willig, Performance Evaluation Techniques, 2004.
17. J. Y. Wei, Just-In-Time Signaling for WDM Optical Burst Switching Networks, Journal of Lightware Technology, Vol. 18, No. 12, December 2000.
18. J. Y. Wei and R. I. McFarland, Just-in-time signaling for WDM optical burst switching networks, Journal of Lightwave Technology, December 2000.
19. L. Xu, Harry G. Perros and George N. Rouskas, A Queueing Network Model of an Edge Optical Burst Switching Node, IEEE INFOCOM, 2003.
20. L. Xu, Harry G. Perros and George N. Rouskas, Performance Analysis of an Edge Optical Burst Switching Node with A Larger Number of Wavelengths.
21. H. Zang, J. P. Jue, B. Mukherjee, A Review of Routing and Wavelength Assignment Approaches for Wavelength-Routed Optical WDM Networks, Optical Networks Magazine, 2000.