Nghiên cứu ảnh hưởng của độ dài BURST đến hiệu năng của mạng chuyển mạch BURST quang OBS

- 13 - CHƯƠNG IV: ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ DÀI BURTS ĐẾN HIỆU NĂNG MẠNG CHUYỂN MẠCH BURTS QUANG OBS………... Việc loại bỏ các lớp mạng trung gian trong kiến trúc mạng truyền tải IP gắn liền với sự

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TẬP ĐOÀN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG VIỆT NAM

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

MỤC LỤC

MỤC LỤC………i

MỞ ĐẦU……… 1

-1.1 TỔNG QUAN MẠNG CHUYỂN MẠCH BURTS QUANG - 2 - 1.2 ĐỐI TƯỢNG VÀ MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI - 4 -

1.2.1 Cơ sở khoa học và thực tiễn - 4 -

1.2.2 Đối tượng của đề tài - 4 -

1.2.3 Mục đích của đề tài - 5 -

CHƯƠNG II: MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG THẾ HỆ SAU……… 6

-2.1 MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG THẾ HỆ SAU - 6 -

2.2 MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG - 6 -

2.3 CÁC KIẾN TRÚC MẠNG QUANG TƯƠNG LAI - 8 -

CHƯƠNG III : KIẾN TRÚC CHUYỂN MẠCH BURST QUANG OBS……… 9

-3.5 CHUYỂN MẠCH TRONG NÚT LÕI - 13 -

CHƯƠNG IV: ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ DÀI BURTS ĐẾN HIỆU NĂNG MẠNG CHUYỂN MẠCH BURTS QUANG OBS……… 14

-4.1 CÁC THAM SỐ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG OBS - 14 - 4.1.1 Độ tin cậy - 14 -

4.2 XÉT ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ DÀI BURST ĐẾN HIỆU NĂNG MẠNG OBS - 15 -

4.2.1 Đặt vấn đề : - 15 -

4.2.2 Phương pháp giải quyết vấn đề : - 16 -

4.3 Kết luận và đánh giá - 22 -

4.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG IV - 23 -

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……… 23

-MỞ ĐẦU

Trong giai đoạn hiện nay, kỹ thuật ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM là một giải pháp được lựa chọn để cung cấp cơ sở hạ tầng mạng nhằm đáp ứng sự phát triển bùng nổ về lưu lượng của Internet Vấn đề dữ liệu truyền qua mạng quang

bị chậm lại do trễ xử lý điện tử tại các nút khiến việc tìm kiếm một phương pháp truyền tải các gói IP trực tiếp trên miền quang mà không cần qua chuyển đổi O/E/O cho mạng thông tin thế hệ sau (NGN) là một tất yếu

Việc loại bỏ các lớp mạng trung gian trong kiến trúc mạng truyền tải IP gắn liền với sự phát triển của công nghệ chuyển mạch quang Sự mở rộng chức năng của chuyển mạch quang tới lớp cao hơn sẽ tạo ra một kiến trúc mạng vô cùng đơn giản, và đó cũng là mục tiêu hướng đến trong tương lai: kiến trúc mạng chỉ gồm hai lớp: lớp IP và lớp quang Kỹ thuật chuyển mạch burst quang (OBS) được coi là giải pháp khả thi trong tương lai gần bởi nó có những đặc điểm tương tự chuyển mạch gói nhưng không yêu cầu đệm quang Đơn vị truyền tải của OBS là burst quang, được cấu thành từ nhiều gói

IP Khi đó, độ dài của một burst quang rõ ràng là một yếu tố có ảnh hưởng lớn đến hiệu năng của mạng Luận văn này tập trung nghiên cứu các ảnh hưởng của độ dài burts đến hiệu năng mạng OBS để nhằm tìm ra các tham số tối ưu cho một mạng OBS cụ thể

Được sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS Bùi Trung Hiếu trong suốt thời gian thực hiện luận văn, sự nỗ lực của bản thân học viên đã hoàn thành bản luận văn này Tuy nhiên do đây là lĩnh vực mới đối với bản thân nên trong quá trình thực hiện, luận văn chắc không tránh khỏi những thiếu sót, học viên rất mong nhận được sự đóng góp, hướng dẫn của các thầy cô, để

có thể nắm vấn đề sâu sắc hơn và định hướng tốt trong quá trình nghiên cứu thời gian tới

Xin trân trọng cảm ơn !

Hà Nội, ngày 10/03/2010

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU

Giới thiệu

Chương 1 trình bày những vấn đề tổng quát nhất của mạng chuyển mạch burst quang, trong đó tập trung vào cấu trúc và phân bố burst quang trong mạng chuyển mạch burts quang OBS Bên cạnh đó chương này cũng nêu rõ đối tượng

và mục đích của luận văn, cấu trúc trình bày của luận văn

1.1 TỔNG QUAN MẠNG CHUYỂN MẠCH BURTS QUANG

Để tận dụng hiệu quả băng tần trong các mạng WDM, cần thực hiện phương pháp truyền tải toàn quang không sử dụng

bộ đệm quang khi điều khiển lưu lượng bùng nổ Phương pháp này cũng hỗ trợ giám sát nguồn tài nguyên rất có hiệu quả Trong mạng OBS, một burst dữ liệu gồm nhiều gói IP được chuyển mạch thông qua mạng toàn quang BURST chính

là đơn vị dữ liệu có độ dài biến đổi Mào đầu điều khiển được phát đi trước burst để thực hiện cấu hình chuyển mạch dọc tuyến truyền burst Trong cơ chế báo hiệu dành trước trễ DR, burst đặt sau mào đầu điều khiển ngoài băng một khoảng thời gian bù mà không cần phải đợi để nhận biết thiết lập kết nối Thời gian bù cho phép mào đầu được xử lý tại mỗi nút trung gian trong khi burst được đệm điện tại nút nguồn Vì vậy không cần dây trễ quang tại các nút trung gian để làm trễ burst trong khi mào đầu đã được xử lý Bản tin điều khiển có thể chỉ

rõ khoảng thời gian burst nhận biết nút và có thể cấu hình lại chuyển mạch của nút cho burst tiếp theo

Một vấn đề quan trọng trong mạng OBS đó là vấn đề giải quyết tranh chấp Các cơ chế giải quyết tranh chấp hiện có bao gồm cơ chế định tuyến chệnh hướng, chuyển đổi bước sóng và

sử dụng đệm Một giải pháp để giảm tổn thất mất gói do tranh chấp đó là phân mảnh burst Phân mảnh burst chỉ xử lý những

phần của burst này chồng lấn lên burts khác, tránh mất burst hoặc những phần chồng lấn của burts

Một vấn đề quan trọng khác của OBS chính là hợp burt Hợp burts là tiến trình tổng hợp và hợp các gói đầu vào thành một burst Một số kỹ thuật hợp burts thông thường đó là

cơ chế hợp burst dựa trên bộ định thời và cơ chế hợp burst dựa trên ngưỡng Trong giải pháp hợp burst dựa trên bộ định thời, burst được tạo ra và gửi vào trong mạng quang tại các khoảng thời gian theo chu kỳ vì vậy mạng có thể có các burst đầu vào

có độ dài biến đổi Phương pháp dựa trên giá trị ngưỡng là giới hạn số gói bao gồm trong mỗi burst trước khi burst được gửi vào trong mạng Khi đó mạng có các burst đầu vào kích thước

cố định

Hỗ trợ QoS là vấn đề quan trọng trong mạng OBS Các yêu cầu QoS khác nhau như thoại qua IP, video theo yêu cầu, hội nghị video, đề xuất Internet để đảm bảo QoS IETF có đề xuất

2 khung làm việc để hỗ trợ QoS trong các mạng IP đó là : IntServ và DiffSev

Có nhiều giải pháp đã được đề xuất để hỗ trợ QoS trong mạng lõi OBS Trong cơ chế dành trước dựa trên bù, burst ưu tiên cao hơn có thời gian bù lớn hơn và so sánh với burst ưu tiên thấp hơn Bằng cách đưa ra thời gian bù lớn hơn, xác suất

dự trữ nguồn tài nguyên của các burst ưu tiên cao tăng và vì vậy tổn thất các burts ưu tiên cao giảm Một giải pháp kế tiếp với điều kiện ưu tiên thời gian bù thay đổi là phải ưu tiên bên trong gói điều khiển burst (BHP) và đưa ra giải pháp tranh chấp khác nhau dựa trên burts ưu tiên

Tuy nhiên luận văn chỉ tập trung vào một số cơ chế xét ảnh hưởng của độ dài burst đến các lớp hoàn toàn cách ly trong mạng OBS để cải thiện hiệu năng mạng OBS Ý tưởng ở đây là

để phân biệt QoS giữa các burst lớp ưu tiên cao và các burts lớp ưu tiên thấp, JET sử dụng extra offset time (EOT) khác nhau đối với các lớp burts khác nhau Tạo ra EOT lớn đối với burts lớp cao tối ưu hơn các burts lớp thấp và nó đưa ra cơ hội

thành công tốt hơn Offset Time lớn cho phép burts lớp cao dành chiếm thành công Burst lớp thấp sẽ chặn burts lớp cao khi có sự khác biệt OT giữa các lớp bằng một vài lần độ dài burts dữ liệu trung bình của lớp thấp

Luận văn cũng trình bày kỹ thuật Phân biện độ dài Burst (BLD- Burst Length Differentiation) nhằm cải thiện hiệu năng mạng OBS

1.2 ĐỐI TƯỢNG VÀ MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

1.2.1 Cơ sở khoa học và thực tiễn

Chuyển mạch burst quang là một giải pháp có tính chất cách mạng then chốt nhằm nâng cao hiệu năng truyền tải của các mạng WDM toàn quang Tuy nhiên, tồn tại một số thách thức khi triển khai ở môi trường đa phương tiện, đa dịch vụ

Sự chồng lấn các dịch vụ cũng như đa phương tiện cần phải kiểm soát các ứng dụng và chất lượng dịch vụ một cách độc lập, đây chính là điểm yếu khi muốn điều khiển lưu lượng xuyên suốt để đảm bảo chất lượng dịch vụ

Tại các lớp thấp trong mô hình OSI, kỹ thuật lưu lượng được coi là yếu tố then chốt nhất nhằm nâng cao hiệu năng mạng đặc biệt trong bài toán kiểm soát tắc nghẽn Để nâng cao hiệu năng mạng OBS tồn tại nhiều giải pháp được đề xuất dưới dạng: cấu trúc mạng, giải thuật khả thi Do tính đa dạng về mô hình ứng dụng cũng như mức độ phức tạp về lưu lượng thực tế của mạng, các burts quang có độ dài thay đổi nên ảnh hưởng nhiều đến hiệu năng mạng Vì vậy, bài toán ảnh hưởng của độ dài burst nhằm nâng cao hiệu năng của chuyển mạch burst quang đã và đang được các viện , trường, các nhà công nghiệp Viễn thông quan tâm, nghiên cứu triển khai

1.2.2 Đối tượng của đề tài

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là mạng chuyển mạch burts quang OBS, phân bố độ dài burts ảnh hưởng đến hiệu năng của mạng chuyển mạch burts quang

1.3 CẤU TRÚC LUẬN VĂN

Luận văn tập trung nghiên cứu mạng chuyển mạch burst quang, các giải pháp, kỹ thuật nâng cao hiệu năng chuyển mạch burts quang trong đó đi sâu giải quyết vấn đề ảnh hưởng

độ dài burts đến hiệu năng mạng chuyển mạch burts quang

Luận văn được trình bày thành 4 chương như sau:

Chương 1 : Giới thiệu: Trình bày khái quát về mạng chuyển

mạch OBS, đối tượng và mục đích của đề tài

Chương 2: Giới thiệu chung về mạng truyền tải quang, chuyển

mạch quang Phân tích những nguyên lý, ưu điểm của các mạng NGN và phân loại chuyển mạch quang

Chương 3: Tìm hiểu hoạt động và một số vấn đề liên quan đế

kỹ thuật chuyển mạch OBS, cùng với một số giao thức điều khiển đăng ký tài nguyên của OBS Ngoài ra trong chương này còn đi vào tìm hiểu một số vấn đề liên quan đến OBS, làm cơ sở cho các nội dung trong chương tiếp theo

Chương 4: Trình bày những nghiên cứu về ảnh hưởng độ dài

burst đến chuyển mạch burst quang

Phần kết luận nêu rõ các kết quả đạt được của đề tài, khả năng ứng dụng và hướng nghiên cứu tiếp theo

CHƯƠNG II: MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG THẾ HỆ SAU

Giới thiệu:

Trong chương này chủ yếu giới thiệu các khái niệm mạng truyền tải và các kiến trúc đang sử dụng trong mạng thế hệ sau NGN

2.1 MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG THẾ HỆ SAU NGN

Đặc trưng tập trung của NGN là dịch vụ và truyền tải sẽ được tách ra để trình bày riêng rẽ và phát triển độc lập.Vấn đề này liên quan tới mô hình tham khảo cơ bản [19] và được thể hiện như hình vẽ 2.1 dưới đây Tuy nhiên luận văn chỉ tập trung vào mạng truyền tải

Hình 2.1 trình bày mô hình tham khảo cơ bản của mạng thế hệ sau NGN, mô hình được phân chia thành tầng dịch vụ ở phía trên và tầng truyền tải phía dưới

Hình 2.1 Mô hình tham khảo cơ bản đối với mạng thế hệ sau

2.2 MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG

Sau phần giới thiệu chung về các đặc tính kỹ thuật và các đặc trưng khác của mạng truyền tải thì phần này trình bày các kiến trúc mạng truyền tải hiện tại và mạng truyền tải đang được phát triển trong tương lai

Nguyên tắc căn bản của mạng quang chính là việc truyền tải dữ liệu bằng ánh sáng trong môi trường sợi thủy tinh (chí phí thấp) Ưu điểm của truyền dẫn sợi quang so với truyền dẫn điện là suy hao thấp và tốc độ bít cao,không có nhiễu điện từ

và không bức xạ điện từ Do đó, thông tin quang có thể đạt được khoảng cách truyền dẫn dài, không xuyên kênh và khó có thể nghe trộm

Hình 2.2 Mạng chuyển mạch bước sóng và các đoạn của mạng

truyền tải quang Mạng chuyển mạch bước sóng WSN truyền tải dữ liệu trong kết nối quang, được gọi là tuyến quang và chúng có dạng lưới bước sóng Tuyến quang bắt đầu vào máy phát quang, tạo kênh bước sóng trên các sợi quang và kết cuối trong bộ thu quang Tuyến quang tại nút trung gian được chuyển mạch như chuyển mạch kênh cho cả kết nối tĩnh sử dụng panel nối quang và kết nối động sử dụng các bộ xen rẽ quang (OADM) hoặc kết nối chéo quang

Ngoài ra luận văn còn trình bày mạng IP over WDM, mạng truyền tải đa lớp,điều khiển mạng truyền tải quang

2.3 CÁC KIẾN TRÚC MẠNG QUANG TƯƠNG LAI

Trong các phần trước thảo luận về kiến trúc mạng quang hiện nay thì phần này xem xét mạng quang tương lai và trình bày sâu hơn về mạng chuyển mạch chùm quang OBS trong chương sau

Chuyển mạch burst quang đã được đề xuất vào cuối những năm 1990 như là một kiến trúc mạng quang mới trực tiếp theo hướng truyền tải hiệu quả lưu lượng IP

Hình 2.3 Mạng chuyển mạch burst quang (OBS)

 Các nút biên tập hợp lưu lượng lớp khách hàng , hợp các burst quang độ dài biến đổi Các burts này được truyền tải thông qua mạng tới nút biên đích OBS thì tách burst và hướng về lưu lượng lớp khách hàng

 Các burst dữ liệu dị bộ được chuyển mạch trong suốt trong nút lõi đặt trong miền quang tới khi đạt được tới nút đích của chúng

 Thông tin điều khiển để định tuyến và dành chiếm bước sóng được báo hiệu trong các gói mào đầu điều khiển ngoài băng và được xử lý điện tại nút lõi Mào đầu điều khiển burst được truyền trên các kênh riêng rẽ như được mô tả trong hình 2.3 hoặc được ghép vào trong bước sóng dữ liệu

sử dụng cơ chế điều chế trực giao

Tách rời điều khiển và dữ liệu cho phép các nút lõi chỉ kết cuối thông tin điều khiển điểm nối điểm và chuyển mạch trong suốt các burst dữ liệu Thực tế rằng các mào đầu điều khiển được xử lý điện trong khi các burst dữ liệu được chuyển mạch trong miền quang được tham khảo thường xuyên như là ứng dụng lai ghép

2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG II

Xu hướng phát triển mạng toàn quang là tất yếu Mạng quang thế hệ sau NGN chỉ sử dụng lưu lượng gói Và ưu điểm hơn chính là mạng chuyển mạch burts quang Chương tiếp theo sẽ đi sâu vào các kỹ thuật trong mạng chuyển mạch burts quang

CHƯƠNG III : KIẾN TRÚC CHUYỂN MẠCH BURST

QUANG OBS

Giới thiệu :

Trong chương này giới thiệu chi tiết các khái niệm cơ bản

và các khối xây dựng nên chuyển mạch burst quang OBS.Chương này tổng quát lại các bài báo đã được công bố để tính toán cho kiến trúc mạng chuyển mạch burts quang

3.1 TẬP HỢP VÀ HỢP BURST TRONG NÚT BIÊN OBS

Hình 3.1 Các khối chức năng của mạng OBS dọc tuyến từ

đầu cuối tới đầu cuối

Tập hợp lưu lượng và hợp burst là các khái niệm xác định OBS Tập hợp lưu lượng và hợp burts được thực hiện ở nút biên OBS tại giao diện giữa miền điện và miền quang

Nút biên lối vào được trình bày trong hình 3.2, lưu lượng đầu vào trước tiên được phân lớp, chẳng hạn như dựa trên đích truyền, QoS và MPLS lớp tương đương có hướng (FEC - forward equivalence class) Sau đó chúng được tập hợp lại trong mô hình xếp hàng riêng rẽ tới khi thuật toán hợp burts quyết định thành dạng burst mới Tại thời điểm đó, gói mào đầu điều khiển burst có địa chỉ đích hoặc nhận dạng tuyến cũng như việc tạo ra lớp dịch vụ và độ dài burst.Chúng được đặt vào trong bộ đệm truyền dẫn và trạng thái lập lịch được gửi vào mạng

Hình 3.2 Các thành phần và các giai đoạn hợp burst trong nút biên OBS

3.2 DÀNH CHIẾM TÀI NGUYÊN TRONG OBS

Dành chiếm tài nguyên OBS trên burst bằng thông tin điều khiển báo hiệu ngoài băng và vì vậy được gọi là gói điều khiển burst chẳng hạn như bước sóng điều khiển riêng biệt

Nguồn tài nguyên được dành chiếm trên burst, báo hiệu và dành chiếm chức năng đã được cung cấp cho cả thông tin hướng kết nối và không kết nối Đối với mạng tốc độ cao, hai

kỹ thuật dành chiếm tài nguyên nhanh đã được đề xuất có tên

là TAW và TAG

Hình 3.3 Thời gian truyền burt theo cơ chế TAW(a) và TAG(b)