Kỹ thuật điều chế pha kết hợp ghép phân cực trong thông tin quang COHERENT và khả năng ứng dụng trên thiết bị tại công ty VTN

Trên mặt phẳng điều khiển chung các thiết bị sẽ trao đổi thông tin điều khiển như quản lý lỗi, giám sát liên kết giao thức LMP, thông tin phân phối nhãn và quản lý đường dẫn giao thức bá

VŨ GIA AN

TÍNH DUY TRÌ CỦA MẶT PHẲNG ĐIỀU KHIỂN GMPLS TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI IP TRÊNQUANG

Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông

Mã số: 60.52.02.08

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: GS.TSKH NGUYỄN NGỌC SAN

HÀ NỘI – 2013

1

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay với sự phát triển bùng nổ của internet, di động và các dịch vụ truyền số liệu thì mạng truyền tải quang càng ngày càng được

mở rộng nhằm đáp ứng nhu cầu của người sử dụng.Nhằm mục đích cung cấp băng thông cho khách hàng một cách linh hoạt, hiệu quả và đáp ứng cam kết về chất lượng dich vụ Điềuđó đòi hỏi sự điều khiển nhằm kết hợp linh động mạng IP và mạng truyền dẫn quang GMPLS

ra đời đã tạo ra một mặt phẳng điều khiển chung cho các thiết bị khác nhau Trên mặt phẳng điều khiển chung các thiết bị sẽ trao đổi thông tin điều khiển như quản lý lỗi, giám sát liên kết (giao thức LMP), thông tin phân phối nhãn và quản lý đường dẫn (giao thức báo hiệu ), thông tin phân phối trạng thái và topo mạng (giao thức định tuyến) Duy trì mặt phẳng điều khiển GMPLS trong mạng truyền tải IP trên quang sẽ góp phần quan trọng vào việc duy trì liên kết lưu lượng theo

sự biến thiên tương tác thời gian thực của dich vụ trên mạng lưới Chính vì vậy tôi đã chọn đề tài “ tính duy trì của mặt phẳng điều khiển GMPLS trong mạng truyền tài IP trên quang” làm đề tài tốt nghiệp của mình.Để hoàn thành đề tài này tôi đã nghiên cứu về mạng truyền tải IP trên quang, giao thức GMPLS, mặt phẳng điều khiển GMPLS, tính duy trì và các tham số ảnh hưởng tới mặt phẳng điều khiển GMPLS.Từ đó đưa ra một số giải pháp nhằm nâng cao tính duy trì của mặt phẳng điều khiển GMPLS

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ KIẾN TRÚC MẠNG TRUYỀN TẢI IP TRÊN QUANG, MẶT PHẲNG

ĐIỀU KHIỂN VÀ TÍNH DUY TRÌ 1.1 Kiến trúc mạng truyền tải IP trên quang

Mạng IP quang là mạng có khả năng truyền trực tiếp gói thông tin IP trên tầng quang bỏ qua tầng ATM và SDH Mạng quang để thực hiện được cần có các chức năng như: phát hiện và sửa lỗi, khả năng chịu lỗi, quản lý, định tuyến, chuyển mạch…tại tầng quang IP trên quang chỉ thực hiện được khi tất cả các dịch vụ đầu cuối đến đầu cuối là hoàn toàn quang

Có 2 mô hình truyền tải IP trên quang cơ bản :

Mô hình overlay

OXC

SDH

SDH

OXC

OXC UNI

UNI

UNI

UNI

UNI

UNI

Hình 1-1: Mô hình overlay

Mô hình peer

OXC OXC

OXC

Hình 1-2: Mô hình peer 1.2 Các giao thức trong GMPLS

1.2.1 Giao thức định tuyến

1.2.2 Giao thức báo hiệu

1.2.3 Giao thức quản lý tuyến( LMP )

1.3 Mặt phẳng điều khiển trong giao thức GMPLS

Mặt phẳng điều khiển bao gồm những chức năng cơ bản sau đây: khám phá tài nguyên, điều khiển định tuyến và quản lý kết nối

- Khám phá tài nguyên: cung cấp các cơ chế để lưu dấu vết tài nguyên hệ thống sẵn có như cổng lưu lượng, băng tần và năng lực ghép kênh.Chức năng này sử dụng các giao thức báo hiệu trong GMPLS

- Điều khiển định tuyến: cung cấp chức năng định tuyến, khám phá topo và thiết kế lưu lượng.Chức năng này sử dụng các giao thức định tuyến trong GMPLS

- Quản lý kết nối: tận dụng các chức năng trên để cung cấp các dịch

vụ đầu cuối đến đầu cuối cho những dịch vụ khác nhau.Chức năng này sử dụng các giao thức quản lý tuyến

1.4 Tính duy trì của mặt phẳng điều khiển GMPLS

Tính duy trì của mặt phẳng điều khiển GMPLS là khả năng tồn tại ,hồi phục, hạn chế lỗi và sửa lỗi của mặt phẳng điều khiển khi có sự

cố trên mạng truyền tải IP trên quang.Tính duy trì còn được thể hiện qua độ tin cậy của mặt phẳng điều khiển GMPLS

Mặt phẳng điều khiển cung cấp cùng tồn tại việc bảo vệ nhiều lần và

kỹ thuật khôi phục thông qua sử dụng lớp dịch vụ (CoS) và thuộc tính phục hồi tự động (AMR)

- CoS gọi là thuộc tính sử dụng dùng để gọi chế độ bảo vệ và phân biệt

các mức dịch vụ

- AMR gọi là thuộc tính sử dụng để tự động bật hoặc tắt khôi phục mạng mesh Lựa chọn AMR có thể sử dụng với CoS và có thể sửa chữa sau khi tạo lại

Các lỗi có thể sảy ra với mặt phẳng điều khiển :

- Mặt phẳng điều khiển có chức năng ở tất cả các node mạng, sự cố mặt phẳng dữ liệu được xác định một hoặc nhiều node

- Các mặt phẳng điều khiển và dữ liệu lỗi tại cùng một thời điểm ở một hoặc nhiều node

- Mặt phẳng điều khiển và dữ liệu lỗi ở các node khác nhau

- Sự mâu thuẫn của cơ chế phục hồi trong mạng đa lớp

CHƯƠNG 2: CÁC THAM SỐ TỚI MẶT PHẲNG ĐIỀU KHIỂN GMPLS TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI IP TRÊN

QUANG 2.1 Phân loại các vấn đề của GMPLS

Nguyên tắc phân loại là phân theo loại của giao thức điều khiển và những dạng sai lỗi Chuỗi giao thức GMPLS chứa đựng ba loại giao thức : báo hiệu, định tuyến và giao thức quản lý đường

Hình 2-1: Sự phân loại cho độ tin cậy của giao thức GMPLS

2.2 Những vấn đề còn tồn tại

2.2.1 Những tranh chấp trong giao thức báo hiệu

Những điều kiện tranh chấp áp dụng cho GMPLS RSVP-TE như sau :

- Tranh chấp tài nguyên : Vì hoạt động phân phối của việc dành chỗ trước, hai LSP có thể tranh giành băng thông hoặc bước sóng trên cùng một liên kết

- Tranh chấp nhãn: Tương tự như trường hợp ở trên, hai LDP có thể tranh chấp cho cùng nhãn khi việc phân bổ các nhãn được thực hiện

trên qui tắc xác nhận trước phục vụ trước

- Tranh chấp bước sóng vì ràng buộc về tính liên tục của bước sóng:nếu đòi hỏi tính liên tục của bước sóng, tất cả các node mạng chuyển tiếp phải cố gắng đưa ra các nhãn giống nhau theo chiều thuận

- Xung đột nhãn hai chiều : Sự mở rộng GMPLS yêu cầu sử dụng nhãn đề nghị như là “các nhãn chiều thuận” cho việc thiết lập các LSP hai chiều Mặc dù vậy, xung đột có thể vẫn diễn ra trên liên kết nếu những yêu cầu của hai LSP hai chiều đi trên các hướng ngược nhau

2.2.2 Các vấn đề quản lý liên kết

Một đặc trưng chính của LMP là kiểm tra lại các phần tử kết nối của mỗi liên kết dữ liệu giữa các node mạng cạnh nhau Bản tin kiểm tra được theo chu kỳ để kiểm tra tình trạng của link dữ liệu Việc kiểm tra liên kết là thành công nếu nhận được TestStatusSuccess (trạng thái kiểm tra thành công) trong phần phản hồi của bản tin kiểm tra Mặt khác,lỗi trong liên kết dữ liệu được tìm

ra nếu không nhận được bản tin TestStatusSuccess hoặc nhận được bản tin TestStatusFailure Tiêu chuẩn LMP hiện tại không xác định

làm thế nào các node mạng giải quyết một yêu cầu để dự trữ một bước sóng

2.3 Các vấn đề GMPLS mới

2.3.1 Những vấn đề liên quan tới thiết lập kết nối RSVP-TE

2.3.1.1 Không xung đột giữa thiết lập và huy bỏ kết nối

Yêu cầu thiết lập một kết nối có thể tranh chấp với yêu cầu hủy bỏ kết nối Nếu băng thông là không đủ cho một kết nối mới, xử lý yêu cầu thiết lập trước yêu cầu hủy bỏ có thể dẫn tới từ chối một thiết lập

2.3.1.2 Không xung đột giữa các mức ưu tiên kết nối

Giao thức RSVP-TE hỗ trợ quyền ưu tiên của những kết nối mức

ưu tiên thấp hơn sẵn có khi có sự không đủ về tài nguyên để xử lý một kết nối có mức ưu tiên cao hơn.Vấn đề là có mức độ ưu tiên khác nhau về quyền ưu tiên cứng và ưu tiên mềm Hơn nữa, có sự không thống nhất trong cách giải quyết báo hiệu cho cả hai loại quyền ưu tiên

Kịch bản 1: Quyền ưu tiên cứng trong mạng ưu tiên mềm

Kịch bản 2: Quyền ưu tiên mềm trong mạng ưu tiên cứng

2.3.2 Những vấn đề liên quan đến hủy bỏ kết nối RSVP-TE

Việc hủy bỏ có thể được khởi tạo bởi node mạng vào hoặc node mạng ra Node mạng vào bắt đầu việc hủy bỏ bằng việc gửi một bản tin Path với bit xóa (D) và bit phản hồi (R) được thiết lập để cảnh báo cho node thuận chiều rằng kết nối này chuẩn bị ngừng Node mạng ra phản hồi cho bản tin Path bằng một bản tin Resv với bit D được thiết lập và bit R không được thiết lập Bằng việc nhận được bản tin Resv với bit D được thiết lập, node mạng vào sau đó có thể gửi một bản tin PathTear theo chiều thuận để xóa bỏ kết nối

Hình 2-2: Báo hiệu cho hủy bỏ graceful GMPLS

Trong trường hợp mà node mạng ra không hỗ trợ cơ chế xóa này

node mạng vào sẽ đợi 30 giây trước khi gửi bản tin PathTear đi Gọi

bộ đếm thời gian 30 giây này là “bộ đếm thời gian tương thích hủy

bỏ graceful”

Hủy bỏ khởi tạo từ node vào:

Kịch bản 1 : Hủy bỏ khởi tạo từ node vào, mất bản tin Path (D=1, R-1)

Kịch bản 2 : Hủy bỏ khởi tạo từ node vào, mất bản tin Resv(D=1, R=0)

Kịch bản 3: Hủy bỏ khởi tạo từ node mạng vào, mất bản tin PathTear Kịch bản 4: Hủy bỏ khởi tạo từ node mạng ra, mất bản tin Resv (D=1, R=1)

Kịch bản 5: Hủy bỏ khởi tạo từ node mạng ra, mất bản tin PathTear

2.3.3 Các vấn đề mới về GMPLS

2.3.3.1 Các vấn đề liên quan tới thiết lập kết nối RSVP-TE

Cơ chế làm mới là trung tâm của giao thức báo hiệu trạng thái mềm như RSVP Hai cơ chế liên quan đến cơ chế làm mới: Chu kỳ làm mới ( R) và vòng đời trạng thái cục bộ (L), còn được gọi là khoảng thời gian làm mới.Mỗi node chọn một giá trị R cho nó Theo tiêu

chuẩn RSVP, L tối thiểu đạt giá trị (K+0.5)*1.5*R , trong đó K là một số nguyên chỉ ra số bản tin báo làm mới thành công bị mất mà node đó có thể chấp nhận được Việc cấu hình không phù hợp các giá trị tham số làm mới này dẫn đến vấn đề về sự đồng bộ hóa và mất ổn định

2.3.3.2 Lỗi mặt phẳng điều khiển đơn/đa

2.3.3.2.1 Trạng thái không thể khôi phục

Cơ chế khởi động lại làm việc chỉ cần node khởi động lại hoặc node lỗi không phải là node đầu vào.Mặc dù cơ chế này có thể duy trì mặt phẳng dữ liệu xuyên suốt trong quá trình mất giao tiếp điều khiển, nhưng nó không thể phục hồi trạng thái node đầu vào sau khi bị lỗi.Dẫn đến trạng thái truyền dẫn không thể đồng bộ được, và không

có bản tin làm mới nào được khởi tạo, dẫn đến trạng thái quá hạn tại tất các các node dưới

2.3.3.2.2 Sự mâu thuẫn của cơ chế phục hồi trong mạng đa lớp

Thông thường, trong một sự kiện lỗi, mỗi lớp mạng có thể độc lập kích hoạt cơ chế phục hồi riêng của mình Nhiều cơ chế độc lập dẫn đến không xác định được thứ tự các hành động phục hồi Nói cách khác, các tranh chấp là không thể tránh khỏi.Tranh chấp như vậy có thể tạo ra sự nhầm lẫn dẫn đến định tuyến dự phòng không ổn định Trong bối cảnh các mạng nhiều lớp, một định tuyến không ổn định trong một lớp có thể dễ dàng ảnh hưởng đến sự ổn định của các kết nối trong các lớp cao hơn

2.3.3.3 Sự tranh chấp của các LSP dự phòng chia sẻ song hướng

Với sự hỗ trợ của GMPLS cho LSPs hai chiều, khi hai LSPs song hướng cố gắng để kích hoạt phần chia sẻ của LSPs dự phòngtừ các hướng đối diện có thể là điều kiện để xảy ra tranh chấp

Hình 2-4: Tranh chấp của các LSP dự phòng chia sẻ song hướng 2.3.4 Các vấn đề liên quan đến quản lý kênh điều khiển LMP

Hai thủ tục chính của LMP là quản lý kênh điều khiểnvà đối chiếuđặc tính kết nối Quản lý kênh điều khiển quản lý việc thiết lập

Hình 2-3: Sự tranh chấp trong phục hồi đa lớp

và duy trì các kênh điều khiển giữa các nút lân cận, đối chiếu đặc tính kết nối, mặt khác, phụ trách xác minh và cấu hình liên kết mặt phẳng

dữ liệu Luận văn xin tập trung vào khía cạnh quản lý kênh điều khiển của LMP

2.3.4.1 Cảnh báo lỗi mặt phẳng điều khiển khi không có sự cố

Điểm yếu của việc trao đổi bản tin Hello độc lập và không đồng bộ này là sớm tuyên bố một kênh điều khiển hỏng ngay khi có thể.Các kịch bản sau đây minh họa cách thông báo xảy ra sớm

Kịch bản 1: Truyền bản tin Hello đồng thời, không có suy giảm kênh Giả sử cả hai bên của kênh điều khiển kích hoạt giao thức Hello cùng một lúc

Hình 2-5: Kịch bản 1, truyền đồng thời, không có suy giảm kênh

Kịch bản 2: Truyền bản tin Hello đồng thời, suy giảm kênh không

thường xuyên

Hình 2-6: Kịch bản 2, truyền đồng thời, suy giảm kênh ngẫu

nhiên

Kịch bản 3: Truyền bản tin Hello đồng thời,sai khác Hellolnterval ở

Hình 2-7: Kịch bản 3, truyền đồng thời, các HelloInterval khác nhau

Kịch bản 4: Truyễn dẫn không đồng bộ Hello, không có suy giảm kênh

Hình 2-8: Kịch bản 4, truyền Hello không đồng bộ, không có suy

giảm kênh 2.4 Báo hiệu hạn chế lỗi

2.4.1 Xác định trạng tháicó thể xóa kết nối

2.4.1.1 Thực hiện xóa vì có lệnh xóa

Thông thường điều này không tạo ra vấn đề gì vì cơ chế xóa mền dẻo đảm bảo rằng tất cả các node đã được thông báo về xóa trước khi việc loại bỏ trạng thái thực tế.Tuy nhiên việc thực hiện 1 cách mù quáng theo các lệnh xóa có thể dẫn đến việc xóa đột ngột mà không

có cảnh báo nếu mặt phẳng kiểm soát bị phá vỡ ở đâu đó dọc theo đường dẫn dữ liệu (như trong mục2.3.2.1) Có thể sử dụng xác nhận chéo để ngăn chặn loại xóa đột ngột này bằng cách xác nhận trước khi xóa một node đã được chuẩn bị cho việc ngắt kết nối

2.4.1.2 Loại bỏ trạng thái do hết hạn trạng thái mềm

Một nguyên nhân khác của việc loại bỏ trạng thái bên cạnh một lệnh ngắt tường minh do hết hạn của vòng đời trạng thái Trong trường hợp này, phương pháp chứng thực thậm chí còn cần thiết hơn từ khi trạng thái mềm hết hạn có thể sẽ loại bỏ trạng thái một cách không chủ ý Luận văn đề nghị xác nhận hoạt động của mặt phẳng dữ liệu khi hết hạn trạng thái mềm để giao thức xử lý chính xác các trạng thái cần được xử

lý

2.4.2 Xác nhận chéo cho việc phát hiện trạng thái đơn lẻ

Bình thường các trạng thái đơn lẻ không ảnh hưởng đến hoạt động mạng lưới tổng thể ,nhưng tích nhiều của các trạng thái đơn lẻ có thể làm cho một node thoát ra khỏi sự ảnh hưởng của RSVP mới, do đó

từ chối các yêu cầu kết nối mới.Luận văn sử dụng phương pháp chứng thực kết nối để giám sát các trạng thái đơn lẻ nhằm đối phó với vấn đề rò rỉ bộ nhớ.Điều này đạt được bằng cách định kỳ quét tất

cả các trạng thái hoạt động và đếm byte đến và byte đi tương

CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP NÂNG CAO TÍNH DUY TRÌ CỦA MẶT PHẲNG ĐIỀU KHIỂN GMPLS TRONG MẠNG

TRUYỀN TẢI IP TRÊN QUANG 3.1 Phương hướng phát triển

3.1.1 Giám sát liên miền

3.1.2 Hạn chế lỗi trong mặt phẳng điều khiển GMPLS

3.2 Các giải pháp nâng cao tính duy trì của mặt phẳng điều khiển GMPLS trong truyền tải IP trên quang

Để nâng cao tính duy trì của mặt phẳng điều khiển thì cần đảm bảo việc bảo vệ nhiều lần và khôi phục thông qua sử dụng lớp dịch vụ (CoS) và thuộc tính phục hồi tự động (AMR)

- Mặt phẳng điều khiển nên đảm bảo khả năng phục hồi của nó khi sự cố trên mạng truyền dẫn xảy ra

- Mặt phẳng điều khiển cần có đầy đủ chức năng ở tất cả các node mạng, sự cố mặt phẳng dữ liệu được xác định tại một hoặc nhiều node

- Các dữ liệu tại chỗ có thể sử dụng cho việc khôi phục mặt phẳng điều khiển

- Tình trạng mặt phẳng dữ liệu có thể sử dụng cho khôi phục mặt phẳng điều khiển

- Quản lý mặt phẳng dữ liệu bằng cách phân chia các LSP

- Mặt phẳng điều khiển phải đồng bộ lại thông qua báo hiệu

Sau đây chúng ta xét một vài trường hợp cụ thể :

- Trường hợp 1:Các vấn đề liên quan tới thiết lập kết nối RSVP-TE

(như đã được trình bày tại mục 2.3.3.1) Để ngăn chặn những tác động nguy hại, cần xem xét các biện pháp phòng chống như sau: