Chuyển mạch burst quang và ứng dụng trong mạng truyền tải thế hệ sau

ợc truyền tải liên tục trên vòng OBS. Phụ thuộc vào chu vi (kích cỡ) của vòng mà có thể một hay một vài khung điều khiển được truyền đồng thời liên tục nhau, trong trường hợp này thì khung điều khiển được truyền tải song song trên bước sóng điều khiển. Mỗi node sở hữu một khe điều khiển trong khung điều khiển, mỗi một khe điều khiển bao gồm một vài trường chứa thông tin điều khiển, như minh hoạ trong hình 3.3. Kiểu và định dạng các trường trong khe điều khiển phụ thuộc vào giao thức OBS được sử dụng (chi tiết được trình bày trong mục 3.4). Nói chung mỗi khe điều khiển gồm có các trường như địa chỉ node đích, thời gian trễ, độ dài burst và phần dùng cho các trường khác như trường thẻ, nó có thể được cấu trúc cho một vài giao thức thì phải có thêm trường định dạng giao thức. Hình 3.3: Cấu trúc của một khung điều khiển Khi một node có nhu cầu phát burst thì nó sẽ phải đợi cho tới khung điều khiển tiếp theo và ghi thông tin burst (địa chỉ đích, thời gian trễ burst, ...) lên khe điều khiển của nó. Ngược lại, nếu không có burst cần truyền đi nó sẽ xoá tất cả thông tin burst trong khe điều khiển của nó. Tại mỗi node, khi khung điều khiển đến node đó, đầu tiên node đọc các khe điều khiển để xác định xem có khe điêu khiển nào chỉ ra rằng có burst truyền tải đến node này hay không. Nếu tìm thấy, và giả sử rằng node đang rỗi ( tức là không thực hiện thu burst khác tại thời điểm đó) thì node đó sẽ tiến hành điều chỉnh bộ thu tới bước sóng của burst để thực hiện thu burst; Nói cách khác, sự ưu tiên là không được phép. Trong trường hợp bộ thu bị xung đột (ví dụ, khi có nhiều burst cùng lúc yêu cầu kết cuối tại node này hay địa chỉ của node này đồng thời xuất hiện trong nhiều khe điều khiển hay node đang tiến hành thu burst từ một node khác, có thể dẫn đến tình trạng chồng lấn trong tuyền dẫn hay xung đột thu), node đích sẽ lựa chọn lấy một burst để thực hiện thu. Trong giao thức dựa trên cơ sở có xác nhận, thì node cũng sẽ thay đổi trường tương ứng để thông báo tới node nguồn được phép truyền burst của nó tới node đích hay không, để node nguồn thực hiện phát burst. Ở đây phải chú ý rằng, quyền hạn của một node nguồn trong việc đưa burst vào trong bước sóng riêng của nó cũng giống như bất kỳ node trung gian nào trong việc đưa burst đi qua tới node tiếp theo, và cũng giống như quyền hạn của node đích trong việc kết cuối các burst gửi tới nó. Kết quả là mỗi node phải đọc khung điều khiển đưa đến nó trước khi xác định hành động nào được thực hiện tiếp theo (có nghĩa là, node sẽ phải đọc các khe điều khiển để xác định xem tiếp theo nó sẽ thực hiện làm gì, như ghi thông tin burst vào khe điều khiển của mình để chỉ thị có ý định phát burst hay không, hay để xác nhận sự cho phép được truyền dẫn burst). Trong mạng vòng thời gian xử lý khung điều khiển tại các node trung gian và node đích là như nhau (Ti(P) = Td(P)). Vì vậy, mà khung điều khiển sẽ bị trễ đi một khoảng thời gian bằng khoảng thời gian khi đi qua mỗi node, khoảng thời gian trễ này là tổng thời gian truyền dẫn khung điều khiển cộng với thời gian để xử lý khung điều khiển (Ti = Ti(p) + Ti(T)), và nó có thể được làm giảm đi bởi một phần tử giao thức đơn giản được thực hiện bằng phần cứng. Các giao thức sử dụng trong mạng vòng OBS có đặc điểm như đã phân tích sẽ được mô tả trong phần sau đây. 3.4 Các giao thức truy nhập mạng vòng OBS Như đã nói ở phần trên mỗi node OBS được gán một bước sóng riêng để truyền burst của minh, và cũng chỉ có một bộ thu duy nhất để thu các burst kết cuối tại node này. Vì vậy, burst có thể bị mất nếu xảy ra xung đột bộ thu. Tình trạng này sẽ xảy ra nếu có hai hay nhiêu hơn các node nguồn phát burst trên bước sóng riêng của mình (mỗi burst được phát trên các bước sóng khác nhau) tới cùng một node đích, và sự truyền dẫn burst này sẽ gây ra hiện tượng chồng lấn burst. Trong phần này đưa ra một vài giao thức truy nhập khác nhau, mà sự khác nhau chính lá cách giải quyết xung đột bộ thu. Các giao thức này có thể được phân chia vào trong 3 lớp sau đây, phụ thuộc vào chủ thể đứng ra giải quyết xung đột bộ thu. Lớp 1: Node nguồn, trong lớp giao thức này node nguồn chịu chách nhiệm giải quyết xung đột bộ thu sử dụng thông tin được truyền dẫn trong các khung điều khiển trên bước sóng điều khiển. Lớp 2: Node đích, trong lớp giao thức này node nguồn phải nhận được sự cho phép của node đích trước khi gửi burst trên bước sóng riêng tới node đích. Node đích thực hiện lập lịch tất cả các yêu cầu phát burst tới nó. Vì vậy, tránh được sự xung đột bộ thu. Lớp 3: Khác, trong lớp giao thức này không phải node nguồn hay node đích có nhiệm vụ giải quyết xung đột bộ thu. Ví dụ như một phương pháp chung trong mạng vòng là sử dụng các thẻ bài (token) để ngăn ngừa nhưng nguyên nhân làm xảy ra xung đột bộ thu. Ở đây chúng ta nhấn mạnh các giao thức có sử dụng một vài chuẩn đơn giản để thực hiện trong phần cứng (có nghĩa là chúng có thể hoạt động tại tốc độ đường dây), và được phân bố theo tự nhiên (có nghĩa là mỗi node cục bộ thực hiện sự sao chép định dạng giao thức và quyết định phát đi bởi sự hiểu biết cục bộ của nó). Tất nhiên, ta tránh các giao thức đã được tập trung phân tích trước đây, hay yêu cầu tập trung các kích cỡ bộ đệm phát, hay yêu cầu đồng bộ đường dây mạng (ví dụ như cấu trúc TDM truyền thống). Trong phần này chúng ta đi tìm hiểu 5 giao thức truy nhập (RR/R, RR/P, RR/NP, RR/ACK, và RR/Token). Trong đó ta có thể chia ra các giao thức ra thành các nhóm như sau: RR/R, RR/P, RR/NP thuộc lớp "node nguồn", giao thức RR/ACK thuộc lớp "Node đích", và các giao thức còn lại thuộc lớp các giao thức khác. Để tiện cho việc mô tả sau này, thì trước tiên ta coi một burst là sự đóng gói của các gói IP, ATM, Frame relay hay là của một vài loại gói khác nhau có chứa dữ liệu người dùng. Tuy nhiên, burst cần phải được định dạng để tại node đích có thể lấy dữ liệu ra một cách chích xác từ burst thu được. Tuy nhiên, trong phạm vi nghiên cứu của đồ án không đi xâu về vấn đề này, nhưng trong bất cứ một định dạng burst nào cũng phải bao gồm phần mào đầu (overhead) là phần mà nó gây ảnh hưởng trực tiếp tới phép đo hiệu năng (hiệu suất) giống như là khả năng thông qua và thời gian trễ burst. Một hàng đợi phát được cho là phù hợp đối với sự phục vụ nếu kích thước của nó lớn hơn kích thước burst nhỏ nhất (MinBurstSize) hay dữ liệu đầu tiên của hàng đợi phát đã phải đợi trong một khoảng thời gian lớn hơn giá trị TimeOut. Nếu kích thước của hàng đợi phát phù hợp còn nhỏ hơn kích thước burst lớn nhất (MaxBurstSize) thì một burst bao gồm tất cả dữ liệu có trong hàng đợi phát phù hợp được tạo thành. Còn nếu khác, tức là nếu kích thước của hạng đợi phát phù hợp mà lớn hơn kích thước burst lớn nhất (MaxBurstSize) thì một burst có kích thước lớn nhất được tạo thành, dữ liệu còn lại sẽ được phục vụ trong lần sau. 3.4.1 Nguyên lý truy nhập mạng vòng OBS Như đã tìm hiểu mạng vòng là mạng mà trong đó các node liên tiếp được kết nối điểm - điểm (point to point) với nhau tạo nên một sơ đồ vòng kín. Thông tin trong các burst được truyền dẫn từ node này tới node khác vòng quanh trong vòng, các kết nối có thể là một sợi hay nhiều sợi (2, 4 sợi ) đơn hướng hay hai hướng song công. Giao diện truy nhập tại mỗi node mạng là các thiết bị tích cực có khả năng xác định địa chỉ của node trong các gói điều khiển nếu có burst muốn kết cuối tại đây, Mà mục đích là để truy nhập bản tin. Giao diện phục vụ không chỉ giống như một điểm truy nhập người sử dụng mà nó còn là bộ lặp tích cực để truyền dẫn các bản tin đã được đánh địa chỉ tới các node khác. Hình 3.4: Mô hình kết nối các node trong mạng vòng Từ hình 3.4 ta thấy giao diện node mạng có thể hoạt động ở một trong các chế độ sau đây: Chế độ lắng nghe (listen mode), tức là node có nhu cầu truyền thông tin đang yêu cầu được cho phép truyền. Trong chế độ này một dòng bít thích hợp giống như một thẻ hay một địa chỉ mẫu được sẽ được giám sát. Vì vậy dòng bít đến được sao chép xử lý rồi sau đó được đưa ra ngoài sau một thời gian trễ. Và đồng thời các bít này cũng được truyền tiếp tục tới trạm tiếp theo. Chế độ truyền (transmit mode), tức là node đã chiếm được quyền sử dụng tài nguyên đường truyền, được phép phát thông tin lên mạng đồng thời nhận thông tin kết cuối tại đó. Giao diện được kết nối tới đầu vào và đầu ra của node để đưa dữ liệu vào trong vòng, đồng thời nhận dữ liệu từ vòng. Chế độ bỏ qua (bypass mode), có nghĩa là node tạm thời không có nhu cầu trao đổi thông tin với các node khác trong vòng vì vậy nó có thể bỏ qua không quan tâm đến việc chiếm dụng tài nguyên đường truyền mà chỉ thực hiện chuyển tiếp thông tin qua nó tới các node tiếp theo để tăng tốc độ xử lý. Hình 3.5: Các trạng chế độ hoạt động của một node trong vòng Trong cấu trúc vòng có thể sử dụng các giao thức khác nhau để đạt được các mục đích khác nhau như truyền dẫn điểm - đa điểm, đa điểm - đa điểm, đa điểm - điểm .... Do trong mạng vòng không tồn tại các liên kết vật lý giữa các node không kề nhau mà các liên kết đó chỉ là các liên kết ảo, chính vì vậy khi một node có nhu cầu truyền gói tới node khác nó phải nghe xem node đó đang ở trạng thái rỗi hay không, nếu không rỗi mà node thực hiện phát gói thì sẽ gây ra hiện tượng xung đột tại phía thu hay truyền dẫn chồng lấn các burst. Để một node i truyền dữ liệu tới node j nào đó thì việc đầu tiên là nó phải làm là lắng nghe xem tài nguyên đường truyền có còn rỗi hay không, có khả năng phục vụ yêu cầu của node hay không thông qua giao thức điều khiển truy nhập mà mạng sử dụng. Chính vì vậy mà tuỳ vào giao thức điều khiển truy nhập mà mạng sử dụng mà ta có các hành động truyền dữ liệu khác nhau. Sau đây ta sẽ đi mô tả từng loại giao thức truy nhập thường được sử dụng trong mạng vòng OBS. 3.4.2 Giao thức quay vòng với lựa chọn ngẫu nhiên (RR/R) Đây là giao thức quay vòng với lựa chọn ngẫu nhiên (RR/R) có sử dụng bộ lập lịch quay vòng tại mỗi node OBS để phục vụ các hàng đợi phát và cho phép mỗi bộ thu lựa chọn ngấu nhiên một burst đến trong các burst đến node đồng thời. Do đó nó được gọi là giao thức quay vòng với lựa chọn ngẫu nhiên. Giả sử khi node i có nhu cầu truyền burst tới node j thì hoạt động được trình bày như sau. - Tại phía phát, bộ lập lịch của node i sẽ tiến hành kiểm tra tất cả các hàng đợi phát theo một kiểu quay vòng xác định. Cho rằng, tại thời điểm t1 thì hàng đợi phát thứ j được phục vụ, sau đó node i sẽ phải đợi cho tới khi khe điều khiển đầu tiên của nó tới sau thời điểm t1 để ghi thông tin burst và địa chỉ node j lên khe điều khiển tương ứng sau khi trễ một khoảng bằng giá trị thời gian trễ nó sẽ tiến hành phát burst trên bước sóng riêng của mình tới node j. - Tại phía thu, khi mà khung điều khiển đến node j nó đọc các khe điều khiển của khung điều khiển đó để tìm ra khe điều khiển có địa chỉ đích là địa chỉ của mình trong trường địa chỉ đích. Nếu xảy ra trường hợp nhiều hơn một khe được tìm thấy thì nó sẽ tiến hành lựa chọn ngẫu nhiên một khe trong số chúng. Giả sử rằng burst tới từ node k được chấp nhận. Trong trường hợp này, tất cả các burst tới node j tại thời điểm này trừ burst tới từ node thứ k sẽ bị loại. Sau đó node j kiểm tra xem bộ thu có còn rỗi tại thời điểm burst từ node k đến node j không, và kiểm tra xem bộ thu có còn đủ thời gian điều chỉnh tới bước sóng khác không. Nếu đúng, thì nó sẽ thực hiện điều chỉnh bộ thu tới đúng bước sóng riêng của node k để thu burst được truyền dẫn, ngược lại, node j sẽ loại bỏ burst từ node k tới. Hình 3.6: Mô tả giao thức truy nhập RR/R Nguyên nhân của sự lựa chọn ngẫu nhiên được bao hàm trong việc giải quyết xung đột thu, RR/R là một giao thức công băng. Tuy nhiên, sự mất burst có thể xảy ra trả giá cho sự xung đột. Hình 3.7: Thuật toán mô tả hoạt động giao thức RR/R Trong giao thức này chưa giải quyết triệt để tình trạng loại bỏ burst do xung đột thu. Để khắc phục hiện tượng mất burst thì ta cần phải lập lịch thu cho bộ thu của node đích hay quản lý thời gian rỗi của các bộ thu. Để từ đó đưa ra quyết định có nên phát burst hay không. Điều này được cải tiến trong giao thức sau đây. 3.4.3 Giao thức quay vòng phục vụ kiên trì (RR/P) Giao thức RR/P (round-robin with persistent service) gần giống với giao thức RR/R, nhưng nó được thiết kế để loại trừ tình trạng xung đột thu nhờ việc phát hiện trước để quyết định phát burst. Hoạt động của giao thức này được trình bày dưới đây. Giả sử rằng node i đang có nhu cầu truyền burst tới node j. - Tại phía phát, node i duy trì một biến gọi là EarliestFreeTime(j) tương ứng với mỗi node đích j, EarliestFreeTime(j) là một biến chỉ thị thời gian rỗi sớm nhất của bộ thu node đích j. Biến này được cập nhật nhờ sự kiểm tra thông tin burst trong khe điều khiển có địa chỉ node đích j ở trường địa chỉ đích. Bộ lập lịch tại mỗi node i kiểm tra tất cả các hạng đợi phát phù hợp theo một kiểu quay vòng. Cho rằng, tại thời điểm t1 hàng đợi phát j được lựa chọn để phục vụ, sau đó node i đợi tới khung điều khiển đầu tiên đến sau thời điểm t1. Giả sử, khung điều khiển đến tại thời điểm t2 node i thực hiện cập nhật biến EarliestFreeTime(j) dựa vào các thông tin có liên quan trong khung điều khiển. Node i thực hiện tính toán thời điểm t3 là thời điểm bít đầu tiên của burst do node i gửi đi có thể đến node j. t3 được tính toán như sau. t3 = t2 + Ti(P) + thời gian trễ + dij (3.1) Trong đó: Ti(p) là thời gian xử lý tại node i, dij là thời gian trễ truyền dẫn từ node i tới node j. Nếu EarliestFreeTime(j) cộng với thời gian chuyển đổi bước sóng của bộ thu tại node j nhỏ hơn t3, thì sau đó nó ghi thông tin burst vào trong khe điều khiển của nó, và gửi burst sau một khoảng thời gian trễ bằng giá trị thời gian trễ (offset). Mặt khác nếu EarliestFreeTime(j) cộng với thời gian chuyển đổi bước sóng bộ thu tại node j lớn hơn t3, thì node i biết được rằng nếu gửi burst sẽ gây ra xung đột bộ thu. Trong trường hợp này node i sẽ không thực hiện phát burst; Để thay vì phát burst thì node i đợi đến khung điều khiển tiếp theo và lặp lại tiến trình truyền dẫn burst tới node j. Đây chính là đặc điểm kiên trì (persistent) của giao thức RR/P, bộ lập lịch ngưng tiếp tục phục vụ các hàng đợi phát phù hợp tiếp theo cho tới khi burst đó được truyền tới node j thành công. Chú ý rằng, việc làm chậm quá trình truyền dẫn burst dựa trên cơ sở tính toán thời gian rỗi sớm nhất của bộ thu node đích không hoàn toàn loại trừ được sự xung đột bộ thu. Giả sử rằng, hai node cùng đồng thời quyết định (dựa trên thông tin mà chúng cập nhật ở 2 khung điều khiển khác nhau (liên tiếp nhau)) gửi burst tới cùng một node đích j. Sự truyền dẫn đồng thời này có thể gây ra hậu quả xung đột bộ thu, mà không node nào biết để dự báo trước. Sau khi các node dọc theo đường đi từ node nguồn đến node đích nhận được khung điều khiển và thông tin burst từ các node ở phía gần nguồn hơn (trước nó), nó sẽ phát hiện thấy xung đột. Mặc dù vậy, các node xa nguồn hơn vẫn tiếp tục truyền burst của đó, bộ lập lịch của node i cũng tiếp tục phục vụ các hàng đợi phát phù hợp tiếp theo sau hàng đợi phát thứ j gây ra sự mất burst mà không node nào (node nguồn, node đích) biết để thực hiện giải quyết sự xung đột này. - Tại phía thu, hoạt động của giao thức này được định nghĩa giống như trong giao thức RR/R. Hình 3.8: Mô tả giao thức truy nhập RR/P Từ sự phân tích hoạt động của giao thức RR/P ta thấy nhiệm vụ phát hiện xung đột thu hoàn toàn thuộc về chách nhiệm của node nguồn dựa trên việc lập lịch cho bộ thu các node đích thông qua biến EarliestFreeTime(j). Ở đây việc ngăn ngừa xung đột được thực hiện bằng cách ngăn ngừa tình trạng dẫn tới xung đột, không như giao thức RR/R để tránh xung đột bộ thu thì node đích lựa chọn thu một burst trong các burst đã được phát. Đó là điểm khác biệt của RR/P so với RR/R. Hình 3.9: Thuật toán mô tả hoạt động của giao thức RR/P RR/P đã loại trừ được phần nào xung đột bộ thu, nhưng nó không giải quyết một cách triệt để tình trạng gây ra xung đột bộ thu, nên vẫn tồn tại một xác suất loại bỏ burst nào đó mà không băng 0. 3.4.4 Giao thức quay vòng phục vụ không kiên trì (RR/NP) Hoạt động của giao thức phục vụ quay vòng không kiên trì (RR/NP) được định nghĩa giống như giao thức RR/P có cải tiến đi một vài điểm. Cho rằng, tại thời điểm t1 node i đã được lựa chọn hàng đợi phát thư j để phục vụ bằng cách sử dụng bộ lập lich quay vòng. Cũng giả xử rằng, có một khung điều khiển đầu tiên đến sau thời điểm t1, và nếu node quyết định truyền burst tới node đích j thì có thể gây ra xung đột bộ thu tại node đích j. Nên node nguồn i ngưng việc truyền burst, nhưng thay vì việc cố gắng phục vụ hàng đợi phát thứ j ( như trong giao thức phục vụ quay vòng kiên trì RR/P), thì ở giao thức RR/NP bộ lập lịch của node i sẽ tiếp tục phục vụ các hàng đợi phát phù hợp tiếp theo trên khung điều khiển tiếp theo đến. Hình 3.10: Thuật toán mô tả giao thức RR/NP Giao thức RR/NP có thể đem đến một thời gian trễ nhỏ hơn giao thức RR/P. Tuy nhiên, bởi vì một node sẽ bỏ đi quá trình truyền burst của node đó tới bất cứ node đích, nếu nó được xác định rằng quá trình truyền dẫn đó sẽ gây ra một sự xung đột, nên giao thức RR/NP có thể gây ra sự thiếu thốn hàng đợi phát giả tạo, chính vì vậy giao thức RR/NP có vấn về sự ưu tiên. Đặc biệt, sự ưu tiên một node để phát burst tới node đích phụ thuộc vào mỗi liên hệ cục bộ của node đó trong vòng. Node i có độ ưu tiên cao nhất (hay thấp nhất) để phát burst tới burst tới node (i-1) và (tương ứng node i + 1). Điểm khác biết rõ nhất của giao thức RR/NP so với RR/P là RR/NP không cố gắng phục vụ một hàng đợi nào đó khi nó phát hiện việc truyền burst tới node đích tương ứng đó có thể gây ra xung đột. Nhờ đó mà làm giảm sự xuất hiện của hiện tượng xung đột thu gây ra tình trạng loại bỏ burst mà vẫn thực hiện truyền burst khác trong khung điều khiển tiếp theo không lãng phí tài nguyên mạng. Nhưng cũng chính điểm cải tiến này lại gây ra tình trạng thiếu hàng đợi phát phù hợp giả tạo, tức là trong khi thực tế có thể vẫn còn băng thông truyền dẫn ở đầu ra nhưng các hàng đợi phát phù hợp lại không được phục vụ mà lại bị bỏ qua. Giống như trong giao thức RR/R và RR/P, giao thức RR/NP cũng không loại trừ được hoàn toàn sự xung đột thu. Tuy nhiên, Ở giao thức này đã làm giảm thời gian trễ burst tại các node trung gian không gây lãng phí tài nguyên truyền dẫn trong một số trường hợp cụ thể. 3.4.5 Giao thức quay vòng thẻ bài (RR/Token) Giao thức RR/Tocken sử dụng một thẻ bải để giải quyết sự xung đột bộ thu tại điểm thu. Sự khác biệt so với các giao thức dựa trên cơ sở thẻ bài truyền thống, như vòng thẻ bài IBM và FDDI là những giao thức sử dụng truy nhập một thẻ bài, còn trong giao thức RR/Token sử dụng truy nhập nhiều thẻ bài (giao thức truy nhập nhiều thẻ bài được đề xuất cho kiến trúc mạng vòng WDM). Có N thẻ bài, mỗi thẻ tương ứng với mỗi node đích. Một thẻ bài cũng có thể là đang sẵn sàng hay đang được sử dụng, trạng thái của thẻ được chỉ thị bởi một trường nhị phân được đặt trong trường các trường thông tin khác "other fields" của khe điều khiển tương ứng node đích đó. Nếu nó đang sẵn sàng thì trường nhị phân được thiết lập là 1, còn nếu đang được sử dụng thì trường đó có giá trị là 0. Nếu một thẻ bài đang sẵn sàng thì trường nhị phân trong khe điều khiển tương ứng sẽ được thiết lập là 1 chỉ trong một khung điều khiển, còn trong các khung còn lại nó được thiết lập là 0. Một node i nào đó chỉ có thể được phép truyền burst tới node đích j nếu nó chiếm được thẻ bài tương ứng thứ j. Các hàng đợi phát tại mỗi node được phục vụ theo một kiểu quay vòng. Vì vậy, giao thức RR/Token được gọi là giao thức quay vòng thẻ bài. Hoạt động của giao thức này được mô tả như sau. Giả sử rằng, node i đang có yêu cầu truyền burst tới node j. - Tại phía phát, node i giám sát mỗi khung điều khiển nhận được. Nếu node i tìm được một thẻ bài sẵn sàng, nó di chuyển thẻ vào hàng đợi thẻ của mình hoạt động theo kiểu FIFO. Node i cũng phục vụ hàng đợi phát tương ứng với thẻ vừa nhận được (vừa tới). Đặc biệt hơn, giả sử thẻ đầu tiên trong hàng đợi thẻ là thẻ j, node i kiểm tra hàng đợi phát j có phù hợp để phục vụ không. Nếu không phù hợp, node i sẽ bỏ thẻ j, có nghĩa là node i chuyển thẻ j từ hàng đợi thẻ của mình ra khe điều khiển tương ứng trong khung điều khiển tiếp theo, và sau đó tiếp tục quá trình với thẻ tiếp theo trong hàng đợi thẻ. Ngược lại, hàng đợi phát thư j là phù hợp để được phục vụ, node i cấu trúc burst để truyền tới node j, tiến hành ghi thông tin burst lên khe điều khiển tương ứng trong khung điều khiển tiếp theo rồi gửi burst sau một khoảng thời gian trễ cho trước (được xác định trước). Sau khi quá trình truyền dẫn burst được hoàn thành, node i trả thẻ lại trong khung điều khiển tiếp theo. Node i tiếp tục phục vụ hàng đợi phát tương ứng với thẻ tiếp theo trong hàng đợi thẻ của mình. Vì vậy tất cả các node có một hàng đợi thẻ theo kiểu FIFO, thứ tự các thẻ tuần hoàn xung quanh vòng được ổn định. Sự lặp lại N thẻ bài, mỗi thẻ tương ứng với mỗi node đích. Do đó, các hàng đợi phát được phục vụ quay vòng theo một kiểu. - Tại phía thu, node j kiểm tra các khung điều khiển đến có bất cứ một khe điều khiển nào chỉ thị burst truyền tới node j, nếu như một khe điều khiển được tìm thấy. Node j cấu trúc bộ thu tới bước sóng riêng đó để thu burst. Hình 3.11: Thuật toán mô tả hoạt động của giao thức RR/Token Từ hoạt động của giao thức này cho ta thấy hầu hết tại mỗi một thời điểm chỉ có một burst duy nhất truyền tới mỗi node. Do đó, giao thức RR/Token là giao thức đã giải quyết được triệt để tình trạng xung đột bộ thu. Tuy nhiên, điều đó phải trả giá bằng sự phức tạp trong quản lý, thực hiện và giới hạn số node trong vòng. 3.4.6 Giao thức quay vòng có xác nhận (RR/ACK) Giao thức quay vòng có xác nhận (RR/ACK) dựa trên sơ đồ TAW (Tell And Wait), đầu tiên một node nguồn i gửi một yêu cầu (bao gồm địa chỉ đích và kích cỡ burst) phát một burst tới node đích j. Khi node j nhận được yêu cầu, node j tính toán thời gian trễ và gửi nó về node i trong trường thời gian trễ trong khe điều khiển i. Chú ý rằng, một node nguồn i không cho phép có nhiều hơn một yêu cầu cùng tồn tại (chưa giải quyết song): Nói cách khác, node nguồn không cho phép gửi đi một yêu cầu tới một node đích khác trong khi nó đang chờ thông tin xác nhận (acknowledgment) từ node đích j. Chính nhờ tiêu chuẩn này đã tránh được sự xung đột bộ phát, có nghĩa là tình trạng một node nguồn đang đợi nhận thông tin xác nhận từ hai hay nhiều hơn hai node đích khác nhau có thể gây ra sự chồng lấn trong việc truyền burst. Quá trình truyền burst từ một node nguồn i tới node đích j sử dụng giao thức truy nhập RR/ACK được mô tả như dưới đây. - Tại phía phát, node i lựa chọn một hàng đợi phát j trong nhóm các hàng đợi phát phù hợp. Sau đó node i đợi tới khe điểu khiển của mình trong khung điều khiển tiếp theo, và thực hiện ghi yêu cầu lên khe điều khiển đó. Yêu cầu có chứa địa chỉ của node đích (trong trường hợp này là node j) và độ dài burst. Chú ý rằng, node nguồn i không ghi giá trị thời gian trễ trong trường thời gian trễ của khe điều khiển i, mà giá trị thời gian trễ được cung cấp bởi node đích j trong thông tin xác nhận. Sau khi node i nhận thông thông tin xác nhận từ node j sau một chu trình (round-trip). Nó cấu trúc bộ phát của mình để gửi đi một burst tại thời điểm được xác định thông qua giá trị thời gian trễ do node đích j gửi về trong bản tin xác nhận. Gọi t là trễ chu trình (round-trip) của khung điều khiển (có nghĩa là thời gian trễ truyền dẫn xung quanh một vòng cộng với tổng thời gian trễ xử lý khung điều khiển tại mỗi node trong vòng). Và gọi t là thời gian tại đó sự truyền burst tới node đích j sẽ hoàn thành. Sơ đồ RR/ACK được sử dụng cốt để cải thiện sự sử dụng vòng, định nghĩa điểm yêu cầu an toàn tiếp theo (next safe request point) đối với node i là (t - t). Node i sẽ đợi sau một khoảng thời gian (t - t) trước khi nó quyết định đưa ra một yêu cầu truyền burst mới tới node k nào đó. Do đó, node i nhận thông tin xác nhận từ node k tại thời điểm (t - t) + t = t lúc đó thì node i đã thực hiện song quá trình truyền burst tới node j cho nên bộ phát của nó đang rỗi để thực hiện phát burst tới node k. - Tại phía thu, node j chấp nhận các yêu cầu truyền burst tới node j theo kiểu đến trước, phục vụ trước (first-come, first-server). Đặc biệt, sau khi nó chấp nhận yêu cầu từ node i thì node j tính toán thời t' tại thời điểm đó nó sẽ nhận được bit đầu tiên của burst từ node i tới. Bộ thu của node j rỗi sau thời gian t'. Khi đó yêu cầu tiếp theo đến từ node k, node j gửi tới node k, một giá trị thời gian trễ đã được tính toán dựa trên thời gian mà bít đầu tiên của burst của node k đến node j ( t' ) cộng với thời gian điều chỉnh bộ thu của node j. Hình 3.12: Sơ đồ hoạt động của giao thức RR/ACK CHƯƠNG IV ỨNG DỤNG OBS TRONG MẠNG THẾ HỆ SAU 4.1 Giới thiệu về mạng thế hệ sau Trong những năm gần đây, do lưu lượng thông tin cần truyền dẫn tăng vượt bậc, các dịch vụ được cung cấp tới người sử dụng ngày một đa dạng hơn, không chỉ như trước đây chỉ có thoại truyền thống, mà nay còn có thêm các dịch vụ yêu cầu băng thông rộng như truyền video thời gian thực, dữ liệu, truy nhập Internet tốc độ cao,..v...v... Đang được cung cấp trên các cơ sở hạ tầng mạng khác nhau điều này gây bất tiện cho việc cung cấp dịch vụ. Vì vậy, phải thực hiện duy trì nhiều hạ tầng mạng khác nhau không tối ưu trong mạng truy nhập, cũng như việc truy cập các dịch vụ phải thực hiện trên nhiều kết nối khác nhau giữa người sử dụng và nhà cung cấp dịch vụ. Chính sự bất tiện đã thúc đẩy cần phải nhanh chóng hợp nhất các mạng hiện có tạo thành mạng mới được gọi là mạng thế hệ sau (NGN). Tuy nhiên, điều này cũng sẽ dẫn tới sự ra đời của hàng loạt công nghệ mới nhưng do không thuộc lĩnh vực nghiên cứu của đồ án nên trong phạm vi đồ án này không đi sâu phân tích các công nghệ mới được sử dụng trong mạng thế hệ sau. NGN có thể được mô tả là mạng thực hiện dễ dàng 4 vấn đề sau: 1 Truy nhập độc lập tới nội dung và các ứng dụng. 2 Độ khả dụng cao, mạng lõi và mạng truy nhập có băng thông lớn, hỗ trợ đa dịch vụ. 3 Là mặt bằng cho phép phát triển và triển khai nhanh chóng các ứng dụng tích hợp vào người dùng đầu cuối. 4 Môi trường mạng là môi trường mở dễ dàng phát triển và mở rộng các dịch vụ được cung cấp bởi mạng. Chính điều này đã thúc đẩy mạng viễn thông hiện nay đang chuyển dần sang mạng thế hệ sau. Mạng thế hệ sau (Next Generation Network-NGN), có thể được hiểu một cách tổng quát là một mạng hợp nhất các mạng hiện có, cho phép truyền dẫn tất cả các loại lưu lượng hiện tại và trong tương lai trên cùng một hạ tầng mạng như lưu lượng thoại, dữ liệu, video, .... Mô hình cấu trúc kết nối của NGN: Hình 4.1: Mô hình mô tả cấu trúc kết nối của NGN Mạng thế hệ sau được cấu trúc gồm hai phần, phần mạng quản lý điều khiển tương thích và mạng truyền tải tốc độ cao. - Mạng quản lý điều khiển tương thích, có nhiệm vụ quản lý và điều khiển hoạt động của mạng truyền tải, thực hiện thiết lập các kết nối và điều khiển giao diện kết nối phù hợp với các môi trường mạng khác. Thực hiện điều khiển các node chuyển mạch để thiết lập mọi cuộc gọi trong NGN. - Mạng truyền tải tốc độ cao, được cấu trúc thành các ring từ mạng cáp quang sử dụng các công nghệ ATM, WDM, SDH, hay SONET với các thiết bị tổng đài dung lượng lớn. Có khả năng truyền tải các loại lưu lượng khác nhau đảm bảo chất lượng dịch vụ phù hợp cho tất cả các loại lưu lượng. Vì vậy, NGN là một môi trường hợp nhất được sử dụng để cung cấp các dịch vụ viễn thông chỉ trên một cơ sở hạ tầng mạng duy nhất. Cấu trúc phân lớp NGN NGN được phân chia thành 4 phân lớp chính với các chức năng được chỉ ra như hình 4.2 dưới đây. Hình 4.2: Cấu trúc phân lớp của NGN Ngoài ra, còn có một lớp quản lý xuyên suốt từ lớp 1 đến lớp 4 của mô hình phân lớp NGN. Thực hiện quản lý mọi hoạt động và điều khiển giao diện kết nối của NGN với các mạng truy nhập và giữa các phân lớp với nhau. Lớp ứng dụng và dịch vụ mạng - Lớp này đảm bảo nhiệm vụ cung cấp các ứng dụng và dịch vụ như dịch vụ mạng thông minh (IN), trả tiền trước, dịch vụ giá trị gia tăng Internet .v..v…cho người sử dụng trong các mạng truy nhập. - Hệ thống ứng dụng và dịch vụ mạng này liên kết với lớp điều khiển thông qua các giao diện lập trình mở API (Application Program Interface). Chính nhờ liên kết qua giao diện lập trình mở này tạo điều kiện thuận lợi để phát triển các dịch vụ mới một cách nhanh chóng dễ dàng, đồng thời cho phép nâng cao chất lượng và cải tiến các dịch vụ cũng như cấu hình mạng một cách nhanh chóng và dễ dàng, chỉ cần cài đặt lại phần mềm mà không cần thay đổi cấu hình phần cứng. Lớp điều khiển - Lớp điều khiển có chức năng điều khiển kết nối người sử dụng trong các mạng truy nhập với lớp ứng dụng và dịch vụ, nhằm đưa các dịch vụ được cung cấp tới người sử dụng. Các chức năng như quản lý, chăm sóc khách hàng, tính cước, … Cũng được tích hợp trong lớp điều khiển. - Lớp điều khiển, bao gồm các hệ thống điều khiển kết nối cuộc gọi giữa các thuê bao thông qua điều khiển các thiết bị chuyển mạch (ATM + IP) của lớp truyền tải và các thiết bị truy nhập của lớp truy nhập. Lớp truyền tải (lớp media) - Mạng đường trục có chức năng chính là truyền tải mọi loại thông tin dưới dạng gói IP dưới sự điều khiển của giao thức điều khiển hay các hệ thống điều khiển trong lớp điều khiển. - Lớp truyền tải bao gồm các node chuyển mạch, các bộ định tuyến, các thiết bị truyền dẫn có dung lượng lớn. - Lớp này kết nối với lớp truy nhập thông qua các cổng phương tiện (Media Gateway). Và kết nối với lớp điều khiển thông qua các bộ điều khiển cổng phương tiện MGC (Media Gateway Controler). Lớp truy nhập - Lớp này thực hiện thu thập các loại hình thông tin từ các đầu cuối của người sử dụng trong các mạng truy nhập, thực hiện đóng gói thông tin thu thập được thành các gói IP để truyền qua mạng truyền tải đường trục. - Lớp này bao gồm các thiết bị truy nhập, để cung cấp các giao diện kết nối các thiết bị đầu cuối thuê bao trong các mạng truy nhập với mạng truyền tải gói tốc độ cao ở trong lớp truyền tải, thông qua hệ thống mạng ngoại vi như: Cáp đồng, cáp quang hoặc môi trường vô tuyến. Các thiết bị truy nhập có thể cung cấp các loại giao diện cổng truy nhập như: POTS, VOIP, IP, FR, X.25, ATM, xDSL, di động v.v.. - Lớp truy nhập kết nối với lớp truyền tải thông qua các cổng phương tiện (Media gateway). Cấu trúc các khối chức năng của NGN Hình 4.3: Cấu trúc các khối chức năng của NGN theo khuyến nghị của MSF Media Gateway (MG) - Là thiết bị phối hợp nằm giữa mạng lõi chuyển mạch gói của NGN và mạng chuyển mạch kênh truyền thống. Tác dụng chính của nó là chuyển đổi thông tin từ dạng tin của mạng chuyển mạch kênh là các bản tin sang dạng tin của mạng chuyển mạch gói là các gói thông tin người dùng và ngược lại. - Nó cung cấp các dịch vụ như VoIP, VoATM, Dial-In (RAS, LAC), kênh ảo (Virtual Trunking), và các dịch vụ gói gia tăng khác... cho người sử dụng trong các mạng PSTN. - Hỗ trợ QoS với thời gian trễ nhỏ nhất cho các ứng dụng yêu cầu thời gian thực như thoại, video thời gian thực... MGC (Media Gateway Controller) - Là thiết bị trung tâm thực hiện toàn bộ chức năng giám sát, điều khiển các cuộc gọi trong NGN. - Giao diện mở cho phép nâng cấp mở rộng dễ dàng. - Hỗ trợ các giao thức chuẩn MGCP, MEGACO, SIP, H323, v.v... Signaling Gateway (SG) - Cung cấp SS7 trên TDM, ATM, IP ... nhằm phối hợp báo hiệu giữa mạng TDM truyền thống và NGN. - Cung cấp các đặc tính mới như SMS, WAP .. - Hỗ trợ các liên kết báo hiệu tốc độ cao, nhiều mạng báo hiệu số 7 đồng thời, giám sát quản lý báo hiệu nhằm tối ưu hoá tài nguyên mạng Hệ thống thiết bị truyền tải (Mạng lõi mạng chuyển mạch gói) - Node chuyển mạch IP-ATM tốc độ cao (ATM Switch, IP Switch ..) - Thiết bị định tuyến lõi, biên (Router, LSR..) - Thiết bị truyền dẫn quang dung lượng lớn (SDH, DWDM, SONET) Hệ thống thiết bị truy nhập - Hỗ trợ toàn bộ các giao diện truy nhập phía xa như VoDSL, ADSL/SDSL, ISDN-BA, v.v... và tách riêng các ứng dụng thoại và truyền dữ liệu đưa vào các mạng xương sống riêng biệt (mạng TDM và mạng lõi NGN). - Cung cấp các loại giao diện cổng truy nhập khác nhau như: POTS, VOIP, IP, FR, X.25, ATM, xDSL, di động v.v.. 4.2 Mạng truyền tải quang thế hệ sau Như ta đã trình bày ở phần trên mạng truyền tải quang thế hệ sau được cấu trúc thành các vòng ring sử dụng các kỹ thuật truyền dẫn tốc độ cao SONET/SDH hay WDM,.... Cùng với các node chuyển mạch tốc độ cao dung lượng lớn. Cho phép truyền tải các gói tin tốc độ cao và không phụ thuộc vào loại thông tin chứa trong gói. Công nghệ WDM là một công nghệ điển hình cho phép truyền thông tin trong mạng cáp quang với tốc độ cao. Mặt khác trong những năm gần đây do sự "bùng nổ" của lưu lượng Internet, cùng với su hướng IP hoá mạng lõi của mạng viễn thông. Vì những lý do trên đây mà mạng IP dần trở thành mạng lõi thực hiện truyền tải thông tin dưới dạng gói. Mạng IP sử dụng kỹ thuật WDM cung cấp băng thông cực lớn tại lớp vật lý, do vậy cần phải chú trọng phát triển các giao thức lớp cao để hỗ trợ sử dụng một cách hiệu quả băng thông cực lớn này tại lớp quang. Hiện nay WDM được ứng dụng chủ yếu tại các mạng lõi đường trục của các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông, làm giao diện chuẩn cho các lớp cao hơn. Công nghệ chuyển mạch sử dụng trong WDM Trong các mạng WDM sử dụng các công nghệ chuyển mạch điện tử IP, ATM hay Frame relay cần phải có cấu trúc các bộ chuyển đổi O/E/O tại các node chuyển mạch, chính điều này đã làm mất đi ưu điểm của khả năng định tuyến bước sóng và độ rộng băng thông mà công nghệ WDM cung cấp, đồng thời làm giảm hiệu quả của việc sử dụng truyền dẫn quang mà mạng cung cấp, do sự hạn chế trong tốc độ xử lý của các chuyển mạch điện tử. Chính vì vậy cần phải nghiên cứu phát triển một công nghệ chuyển mạch mới để loại bỏ hoàn toàn việc xử lý điện tử tại các node chuyển mạch. Và OBS như một công nghệ chuyển mạch phù hợp với các yêu cầu trên. Sau đây đưa ra cấu trúc của mạng IP dựa trên công nghệ WDM có sử dụng OBS (IP Over WDM). Hình 4.4: Cấu trúc mạng IP Over WDM sử dụng OBS OBS cho phép chuyển mạch các burst thông tin qua trường chuyển mạch burst một cách hoàn toàn trong suốt, và không phụ thuộc vào nội dung thông tin được mang đi trong burst. Vì vậy, nó đặc biệt phù hợp để thực hiện cung cấp nhiều loại dịch vụ khác nhau trên cùng một cơ sở hạ tầng mạng. Với OBS, cho phép thực hiện truyền dẫn quang hoàn toàn từ node nguồn tới node đích nhờ việc cấp phát tài nguyên trong miền điện thông qua gói điều khiển được truyền đi trước burst. Ngoài ra, ở OBS đã loại bỏ được hoàn toàn việc xử lý điện tại các node trung gian thông tin được truyền trong suốt từ node nguồn tới node đích. OBS là một công nghệ có khả năng cung cấp cơ chế triển khai IP trên WDM. Coi mạng IP vận hành trên mạng đường trục OBS như là một cơ chế truyền dẫn, các gói IP tại các node biên được đệm và tập hợp lại tạo nên các burst để truyền qua các kết nối chéo quang được thiết lập nhờ gói điều khiển đã được gửi đi trước đó. Đặc biệt OBS có khả năng cung cấp kiểu chuyển mạch theo kiểu chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS. Thông tin nhãn được lưu trong các gói điều khiển của burst tương ứng. 4.3 Chuyển mạch nhãn đa giao thức có sử dụng OBS Mỗi kết nối chéo trong mạng OBS sẽ có thông tin trao đổi nhãn về các tuyến đã tính toán trước trong cơ sở thông tin nhãn (LIB) của nó. LIB có thể được thiết lập bằng cách sử dụng các kỹ thuật chuẩn như các giao thức định tuyến với các mở rộng của kỹ thuật lưu lượng để phân phối thông tin về miền quang (băng tần khả dụng trong bước sóng, số bước sóng trên cáp quang) để phân phối các nhãn. Bất cứ khi nào router vào có burst dữ liệu cần phát thì nó sẽ tham chiếu LIB của nó để xác định nhãn phù hợp. Nhãn này có trong gói điều khiển đã đến trước burst dữ liệu này. Khi gói điều khiển đi tới một nút trung gian bất kỳ thì các hành động sau sẽ được thực hiện: - Nhãn trong gói điều khiển được sử dụng để chỉ ra thông tin chuyển tiếp burst trong LIB như giao diện ra và độ ưu tiên hoặc thông tin về QoS. - Kết nối chéo quang được thiết lập để chuyển mạch burst tương ứng với gói điều khiển trong phạm vi toàn quang. Để làm điều này, thông tin trong gói điều khiển về chiều dài và thời gian trễ (offset) của burst được sử dụng để bổ sung vào thông tin chuyển tiếp lấy ra từ LIB. Đặc biệt, thời gian trễ được sử dụng để xác định việc chuyển đổi từ bước sóng vào trên một sợi cáp quang tới bước sóng ra trên một sợi cáp quang khác. Để chuyển tiếp các burst liên tiếp của cùng một kết nối (LSP) trên các bước sóng khác nhau tại một sợi cáp quang, nhãn chỉ xác định việc chuyển đổi cáp quang vào sang cáp quang ra, còn thông tin về bước sóng sẽ được đưa thêm vào nhãn ra tại từng node. LIB cũng cung cấp những thông tin QoS khác (như định nghĩa tập các bước sóng trên sợi cáp quang ra, xác định khả năng của burst dữ liệu để sử dụng chuyển đổi bước sóng, chỉ ra trong trường hợp có va chạm thì gói điều khiển với yêu cầu đặt trước có được phép ưu tiên hay không). Hình 4.5: sơ đồ chức năng kết nỗi chéo quang hỗ trợ OBS - Gói điều khiển sau đó phải trải qua việc trao đổi nhãn (và gắn thêm thông tin về bước sóng) rồi được chuyển tiếp trên kênh điều khiển riêng của sợi cáp quang ra do LIB chỉ định tới node tiếp theo. Sơ đồ chức năng của kết nối chéo quang hỗ trợ OBS và sử dụng chuyển tiếp kiểu MPLS được chỉ ra trong Hình 4.5. Để việc thực hiện được việc truyền tải IP qua lớp quang trong mạng đường trục quang WDM có sử dụng OBS thì cần phải cấu trúc một lớp liên kết giữa lớp IP và lớp truyền tải quang có sử dụng OBS. Cấu trúc lớp vật lý liên kết giữa lớp IP và lớp truyền tải quang sử dụng OBS được chỉ ra như hình 4.6 dưới đây. Như hình 4.6 cho thấy các gói IP đến tại các node chuyển mạch biên được đệm trong miền điện để chuẩn bị đưa vào bộ kết hợp burst tạo các burst đưa vào mạng truyền tải có sử dụng chuyển mạch burst. Hình 4.6: Sơ đồ khối chức năng lớp liên kết giữa lớp IP và lớp quang Các burst sau khi được cấu trúc thì được xếp vào hàng đợi burst để chuẩn bị được phát đi, khi đến lượt burst nào được phát (đứng đầu hàng đợi burst) thì bộ phát Offset sẽ tiến hành tính toán giá trị offset và đưa ra cho bộ phát gói điều khiển cấu trúc gói điều khiển có chứa các thông tin như giá trị offset, độ dài burst, thông tin định tuyến ( nhãn)... để đưa xuống lớp quang. Các burst sau khi đã được đặt vào khung đợi cho đến khi hết thời gian offset thì được đưa vào lớp quang. Tại các node trung gian thì chỉ có gói điều khiển được phân tích để cấu trúc chuyển mạch và chuyển đổi nhãn. Tại node đích chỉ đơn giản là gỡ burst ra khỏi khung và thực hiện tháo burst lấy ra các gói tin đưa lên lớp IP. 4.4 OBS như là một vấn đề tối ưu hóa hệ thống hàng đợi Qua việc nghiên cứu dung lượng tối đa của hệ thống chuyển mạch với sự quan tâm chính là tốc độ của các bộ xử lý điều khiển của chuyển mạch burst. Một câu hỏi đặt ra là: Thông lượng của một hệ thống chuyển mạch OBS có đạt tối đa không, nếu chúng ta yêu cầu hàng đợi gói điều khiển là không đang kể và mong muốn giới hạn tỷ số loại bỏ burst? Chúng ta đưa ra câu hỏi này bởi vì để lựa chọn một giá trị độ dài burst trung bình B thích hợp mà nó không gây ra tình trạng quá nhiều gói điều khiển phải gửi đi. Vì nếu các gói điều khiển làm tắc nghẽn bộ xử lý điều khiển, chúng phải xếp hàng và tất nhiên thời gian trễ của các gói điều khiển trở nên không xác định được. Mà OBS yêu cầu nghiêm ngặt quan hệ thời gian giữa burst và gói điều khiển (giá trị thời gian trễ). Vì vậy, điều đó là không mong muốn. Chúng ta mô hình hoá một cổng ra của chuyển mạch giống như một hệ thống hàng đợi M/G/k/k, và bộ xử lý điều khiển giống như là hàng đợi G/G/1, và chúng ta đặt vào trong một hệ thống như dưới đây. (4.1) (4.2) Ở đây, l là tốc độ đến của gói điều khiển và burst tới cổng ra, m là tốc độ phục vụ của các gói điều khiển, A(B)=lxB là lưu lượng thông qua của kênh dữ liệu và là xác suất burst tính bằng Erlang cho một hệ thống hàng đợi lưu lượng được cung cấp là A. Q là độ dài của hàng đợi bộ xử lý điều khiển. Các tham số e1, e2 >0 được lựa chọn để đảm bảo hệ thống hàng đợi trong bộ xử lý và số lượng burst bị mất là nhỏ. Từ đó chỉ ra rằng thông lượng vào A(B) lớn nhất tại (4.3) Và đạt được đối với B là (4.5) ( là thông lượng vào yêu cầu đối với hệ thống hàng đợi M/G/k/k có xác suất nghẽn là e2). Việc mô hình hoá lưu lượng cho thấy rằng, sự lựa chọn B thích hợp phụ thuộc vào điều kiện lưu lượng và tiến trình tập hợp burst, đặc biệt số nguồn N, trễ tập hợp burst lớn nhất cho phép là t*, và kích thước burst lớn nhất cho phép là Bmax đồng thời lưu lượng tăng thêm đối với mỗi nguồn là A(B)/N. Hệ thống có thể thực hiện được nếu (N/t*)£me1. CHÚ THÍCH: Với một hệ thống hàng đợi cơ sở xác định A/B/n/K/N/X: Trong đó A- Là tiến trình đến B- Phân bố thời gian phục vụ n- Là số server K- Dung lượng tổng cộng của hệ thống X- Là nguyên tắc hàng đợi 4.5 Các kiến trúc OBS thế hệ tiếp theo Hạn chế lớn nhất của OBS là vấn đề làm giảm thời gian trễ T(i) khi burst đi ngang qua mạng, việc đó gây ra tỷ số mất burst lớn. Trong khi hầu hết các công nghệ khác bao gồm cả Metri-base QoS lại tập trung làm giảm đi các tình trạng xấu qua đó làm giảm xác suất nghẽn, không để ý tới khả năng có thể còn tồn tại các kiến trúc chuyển mạch mới có thể cho phép loại bỏ trễ hay cân bằng đối với tất cả các hướng đến. Một phạm vi điều tra chính đối với việc nghiên cứu này sẽ tập trung trên những vấn đề này và cố gắng tìm ra cách sử dụng mới cho công nghệ quang lượng tử để giúp đỡ việc loại bỏ thời gian trễ nhưng đây là vấn đề khó khăn. Hình 4.7: Cấu trúc chuyển mạch OBS có đường dây trễ phía sau Một đề xuất là đặt một đường dây trễ (FDL) trên cổng ra của chuyển mạch, tương đương một khoảng trễ t giây, cùng với một sợi cáp ngắn được sử dụng để ghép đầu ra của khối điều khiển chuyển mạch (SCU) với sợi cáp sau đường dây trễ (FDL) xem trong hình 4.7. Ở đây chỉ xem sét cấu trúc một đầu vào và một đầu ra. Trong cấu trúc này, SCU cho phép chuyển đổi gói điều khiển đến vào trong miền điện, có thể đệm gói và giải phóng nó để đưa ra thời gian trễ chính xác giữa burst và gói điều khiển. Nó cũng có thể giải phóng gói trên sợi cáp trước FDL sau đó thời gian trễ có thể được làm tăng hay giảm đi. Việc nghiên cứu đề xuất này và được sử dụng tốt nhất ở thời gian trễ nào (có thể quản lý được thời gian trễ) sẽ là vấn đề có ý nghĩa cần phải làm sáng tỏ. Một phương pháp tiếp cận khác là làm lệch đi thời gian trễ cũ đã được (định hướng). OBS điều khiển tách nhờ việc có các burst theo thứ tự đúng với các gói điều khiển của chúng mà không có trễ và trên cùng một bước sóng. Một khoảng thời gian trễ có thể được cung cấp nhờ việc đặt một đường dây trễ giữa lối vào và ma trận chuyển mạch, nhưng nhờ việc tách một phần nhỏ bước sóng tại trước FDL, thông tin điều khiển cho mỗi burst có thể được phân tích trong miền điện và được cho trực tiếp vào khối SCU không cần trễ như được chỉ ra trong hình 4.8 dưới đây. Hình 4.8: Cấu trúc chuyển mạch OBS có đường dây trễ phía trước Trong cấu trúc này hỗ trợ đường dây trễ t giây, bây giờ tất cả các burst có giá trị thời gian trễ là t giây so với gói điều khiển của nó đang được sử lý và dữ liệu tải trọng đang đưa vào chuyển mạch. Sau khi chuyển mạch song thông tin điều khiển của các burst được ngay lập tức ghép trở lại vào trong sợi cáp trên cùng bước sóng với burst. Các chuyển mạch gói thông thường đặt t chỉ đủ thời gian để xử lý phần header, tuy nhiên, khi đặt t=100 ms bộ lập lịch bước sóng đã có một khoảng thời gian rỗi đáng kể. Các thuật toán lập lịch bước sóng và các luật hàng đợi gói điều khiển mới sẽ được kiểm tra trong sơ đồ này để cho phép ước lượng khả năng của nó để cải thiện xác suất nghẽn của OBS. Những sơ đồ này cũng là chìa khoá để thăm dò sự tồn tại của OBS và OPS thông qua các yếu tố khách quan. 4.6 OBS hỗ trợ điều khiển luồng Một khía cạnh quan trọng của OBS là không kiểm tra được hiệu quả của nó đối với các giao thức lớp cao những cái mà nó sẽ mang đi. Ví dụ như, một giao thức thích hợp nhất được mạng đi bởi OBS là giao thức IP. Giao thức IP mang giao thức điều khiển truyền dẫn (TCP), và giao thức truyền tải end-to-end thông thường. Tuy nhiên, TCP là một giao thức điều khiển luồng, sử dụng sự mất mát gói như một tín hiệu biểu hiện sự nghẽn mạng để điều chỉnh tốc độ của mình. Tuy nhiên, ở đây sự mất ở trong các bộ định tuyến IP dọc theo đường đi, cùng với các liên kết giữa các bộ định tuyến được cho là gần như lý tưởng (không bị mất). Trong một mạng truyền tải định tuyến bước sóng hay mạng truyền tải chuyển mạch kênh điều này có thể xảy ra, mặc dù OBS đã đưa sự mất mát bổ sung trong mạng truyền tải. Một câu hỏi đặt ra là: Sự mất mát bổ sung này sẽ ảnh hưởng tới các hoạt động của TCP như thế nào, và có thể là cần thiết cho các bộ định tuyến và nguồn khi điều chỉnh các hoạt động của mình để bù đắp sự mất mát bổ sung đó hay không? Nếu sự thay đổi các bộ định tuyến có thể bù đắp được thì điều này thích hợp hơn là sự thay đổi bởi chính giao thức TCP, Chúng đã được cài đặt trong phần lớn các máy tính cũng như các bộ định tuyến. Tìm hiểu sâu hơn nữa, có thể nào chính bản thân các OBS tham gia vào trong các tiến trình điều khiển luồng TCP để làm giảm bớt những hành động không mong muốn hay không? có thể nào khi thực hiện một giao thức điều khiển luồng thứ 2 khác trong mạng OBS thì sẽ tốt hơn là tương tác với TCP không. Các bộ tập hợp burst có thể sẽ phải sử dụng một thuật toán quản lý hàng đợi tích cực (AQM) khác so với các bộ định tuyến IP thông thường để xác định các đặc trưng của OBS. Những sự mô phỏng các cấu trúc sẽ cố gắng để trả lời được những câu hỏi trên. Cùng với sự phân tích dựa trên cơ sở những thông tin đã phân tích trong phương pháp điều khiển luồng truyền thống, như mô hình kinh tế và ổn định nhất. 4.7 Khả năng ứng dụng của OBS trong mạng truyền tải thế hệ sau OBS được sử dụng cùng với WDM làm cơ sở cho mạng IP thế hệ sau, chủ yếu cho các mạng đường trục quang. Kỹ thuật MPLS được dùng để chuyển tiếp các burst dữ liệu cho cấu trúc này. Chiến lược thiết lập offset có tác động đáng kể lên chất lượng hoạt động của mạng IP vận hành trên nền OBS WDM. Phương pháp phân loại lưu lượng để thiết lập offset (một tham số hệ thống quan trọng của OBS) giữa các burst dữ liệu liên tiếp của một dòng dữ liệu đã cho (đường chuyển mạch nhãn LSP) và các gói điều khiển của chúng, làm cho mạng được vận hành ổn định và thực hiện kỹ thuật lưu lượng được dễ dàng. Từ đó có thể thực thi các cơ chế QoS cho IP như DiffServ trong mạng đường trục quang sử dụng OBS. Do đạt được sự cân bằng giữa định tuyến bước sóng và chuyển mạch gói quang, OBS thúc đẩy việc hợp nhất IP với WDM, hỗ trợ việc cung cấp nhanh chóng, truyền dẫn đồng bộ các gói kích thước khác nhau cũng như có hiệu quả sử dụng tài nguyên cao mà không cần đệm ở lớp WDM. OBS là một công nghệ tiếp theo khắc phục được sự hạn chế của việc xử lý điện tử đồng thời có những cải tiến mới so với các công nghệ cùng loại như (chuyển mạch kênh và gói quang) không yêu cầu bộ đệm tại các node trung gian và phân bổ tài nguyên mạng một cách hiệu quả. Đáp ứng được sự bùng nổ lưu lượng Internet trong thời điểm hiện nay, đồng thời thoả mãn được các nhu sử dụng dịch vụ viễn thông cầu một cách hoàn hảo. Mang lại cho nhà sản xuất cũng như nhà khai thác và các khách hàng sử dụng sự vừa lòng đối với những công sức phải bỏ ra. Nhìn chung trong tương không xa, chuyển mạch burst quang có khả năng thương mại hơn chuyển mạch gói quang nếu được thiết kế với yêu cầu không có bộ đệm quang. Nhiều hãng và trung tâm nghiên cứu trên thế giới đang gia tăng mối quan tâm đến thiết bị quang, việc triển khai trong một tương không xa các sản phẩm mạng dựa trên chuyển mạch quang là một điều tất yếu. KẾT LUẬN Sau thời gian sưu tập, tìm hiểu tài liệu, và viết đồ án tốt nghiệp "Kỹ thuật chuyển mạch burst quang và ứng dụng trong mạng truyền tải thế hệ sau" đã giúp em hiểu được một cách tổng quan về chuyển mạch burst quang, và su hướng phát triển của mạng viễn thông tiến lên mạng thế hệ tiếp theo(NGN). Đồ án đã hoàn thành các nội dung như trong đề cương đã đăng ký. Đã đề cập được những vấn đề như: - Trình bày tổng quan về các thể hệ chuyển mạch quang và đi sâu phân tích chuyển mạch Burst quang. - Tìm hiểu một số cơ chế giải quyết xung đột trong chuyển mạch burst quang, các giao thức đăng ký tài nguyên trong chuyển mạch Burst. - Đã đề cập tới một số giao thức truy nhập được sử dụng trong mạng OBS cấu trúc vòng. - Ngoài ra đồ án đã trình bày một số cải tiến để OBS có thể được ứng dụng trong mạng truyền tải của mạng thế hệ sau (NGN). Do đây là một lĩnh vực còn khá mới, nên việc tìm hiểu về chuyển mạch burst quang mới chỉ dừng lại ở mức lý thuyết tổng quát, chưa đi sâu vào phân tích, đánh giá cụ thể. Em rất mong nhận được sự đánh giá, đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và các bạn để đồ án được hoàn thiện hơn nữa, đồng thời có thể làm tiền đề để tiếp tục nghiên cứu, phát triển các công nghệ mới hơn sau này. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Jolyon White; Optical Burst Switching For Next Generation Transport Network, 3/2002 2. Ghani N: Lambda-Labeling; "A framework for IPover- WDM using MPLS"; Optical Networks Magazine, Vol. 1, No. 2, April 2000, pp. 45-58. 3. Lisong xu; "Performance Analysis Of Optical Burst Switching Network"; Department of computer Science 2002 4. Nguyễn Đức Cường; Đồ án tốt nghiệp "Kỹ thuật chuyển mạch burst quang" Lớp D2000VT - Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông; 10/2003 5. Awduche, D; Malcolm, J.; Agogbua, J.; O'Dell, M.; McManus, J.: "Requirements for traffic engineering over MPLS". IETF, RFC 2702. September 1999. 6. Awduche., D; et al, "Multi-Protocol Lambda Switching: Combining MPLS Traffic Engineering Control With Optical Crossconnects". IETF, Draft draftawduche-mpls-te-optical-02, July 2000. Work in progress. 7. Braden, R.; Clark, D.; Shenker, S.; "Integrated Services in the Internet Architecture": an Overview. IETF, RFC 1633. July 1994. 8. Chaskar, H. M.; Verma, S.; Ravikanth, R.; "A framework to support IP over WDM using optical burst switching". Proceedings of the Optical Networks Workshop, Richardson, Texas, 2000. 9. Dolzer, K.; Gauger, C.; Späth, J.; Bodamer, S.; "Evaluation of Reservation Mechanisms in Optical Burst Switching". AEÜ International Journal of Electronics and Communications. Vol. 55, No. 1, 2001.