kl le vuong thanh huy 811119d

Trong những thế hệ mạng quang thứ ba, dữ liệu đi qua các node trung gian mà không cần phải thực hiện chuyển đổi trở lại miền điện, do đó làm giảm chi phí do khả năng định tuyến và chuyển

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GIẢI QUYẾT TRANH CHẤP

MỤC LỤC Trang

LỜI CẢM ƠN i

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vii

DANH MỤC HÌNH x

DANH MỤC BẢNG xi

LỜI NÓI ĐẦU xii

CHƯƠNG 1:GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MẠNG OBS 1

1.1 Lịch sử phát triển của mạng quang 1

1.2 Chuyển mạch quang 2

1.3 Chuyển mạch gói quang 4

1.4 Chuyển quang chùm quang 6

CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ VÀ CẤU TRÚC MẠNG 9

2.1 Cấu trúc mạng chuyển mạch chùm quang 9

2.2 Kỹ thuật cho phép 12

2.2.1 Kỹ thuật chuyển mạch quang 13

2.2.2 Những thiết bị thu kiểu chùm 14

2.2.3 Sự chuyển đổi bước sóng 15

2.3 Những vấn đề về lớp vật lý 15

2.3.1 Độ suy hao 16

2.3.2 Tán sắc 16

2.3.3 Cáp phi tuyến 17

CHƯƠNG 3: SỰ TẬP HỢP CHÙM 20

3.1 Lựa chọn Timer và Threshold 20

3.2 Hiệu ứng của tập hợp chùm dựa trên đặc tính truy cập 22

3.3 Đánh giá kỹ thuật tập hợp chùm theo Threshold 23

CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT BÁO HIỆU 26

4.1 Sự phân loại các giao thức báo hiệu 26

4.1.1 Một chiều, hai chiều hoặc kết hợp 27

4.1.2 Kỹ thuật SIR, DIR hoặc INI 28

4.1.3 Tính liên tục hoặc không liên tục 29

4.1.4 Sự lưu trữ tức thời hay trì hoãn 29

4.1.5 Giải phóng tài nguyên trực tiếp hay ngầm 29

4.1.6 Báo hiệu tập trung hoặc phân tán 30

4.2 Kỹ thuật báo hiệu JET 31

4.3 Kỹ thuật báo hiệu TAW 33

4.4 Kỹ thuật báo hiệu INI 34

4.4.1 Kỹ thuật INI 35

4.4.2 Kỹ thuật DINI 38

CHƯƠNG 5: GIẢI QUYẾT TRANH CHẤP 39

5.1 Bộ đệm quang 39

5.2 Chuyển đổi bước sóng 40

5.3 Định tuyến lệch 42

5.4 Sự phân đoạn burst 42

5.5 Phân đoạn với sự làm lệch 46

5.6 Giải quyết tranh chấp và chất lượng dịch vụ QoS 50

CHƯƠNG 6: TÌM HIỂU VÀ CÀI ĐẶT NETWORK SIMULATOR 52

6.1 Giới thiệu 52

6.2 Cơ bản về NS 52

6.2.1 NAM 53

6.2.2 NS-2 54

6.2.3 Cài đặt 54

6.3 Cài đặt Cygwin trên nền Windows 54

6.4 Cài đặt NS-2 56

6.4.1 Cài đặt ns-allinone-2.28 56

6.4.2 Cài đặt ns-2.28-obs-v1 61

6.5 OBS trong NS-2 62

6.6 Cách chạy OBS-NS 63

CHƯƠNG 7: HƯỚNG DẪN MÔ PHỎNG OBS 65

7.1 Tạo một kịch bản mô phỏng 65

7.2 Khởi tạo mô phỏng 65

7.2.1 Tạo một kịch bản mô phỏng mới 65

7.2.2 Tạo một đối tượng StarCollector 65

7.2.3 Invoking tracing 65

7.3 Gán các thư viện Otcl 66

7.4 Khởi tạo các biến mô phỏng và các tham số toàn cục 67

7.5 Khởi tạo cấu hình mô phỏng 68

7.5.1 Tạo một cấu trúc liên mạng edge-core-edge 68

7.5.2 Lệnh tạo một DFL 69

7.5.3 Lệnh xây dựng bảng định tuyến tìm đường đi ngắn nhất 69

7.6 Các đặc điểm lưu lượng mạng 69

7.7 Kết thúc mô phỏng 71

7.8 Một số giao thức trong OBS 72

7.8.1 TCP 72

7.8.2 CBR 73

7.8.3 UDP 72

7.9 Các thông số ngõ ra 74

CHƯƠNG 8: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 77

8.1 Mô phỏng mạng OBS 3 node 77

8.2 Mô phỏng mạng OBS 5 node 79

8.3 Mô phỏng mạng OBS 10 node 81

8.4 Mô phỏng mạng OBS 15 node 84

8.5 Mô phỏng giải quyết tranh chấp mạng OBS 5 node 88

8.5.1 Kích thước chùm thay đổi ứng với bộ đệm điện tắt (ebuloption=0), băng thông và tốc độ đường truyền cố định 89

8.5.2 Kích thước chùm thay đổi ứng với bộ đệm điện bật (ebuloption=1), băng thông và tốc độ đường truyền cố định 92

8.5.3 Kích thước chùm thay đổi ứng với option=1 (ebufoption=0), băng thông và tốc độ đường truyền cố định 97

8.5.4 Kích thước chùm thay đổi ứng với option=1 (ebufoption=0), băng thông và tốc độ đường truyền cố định 101

8.5.5 Kích thước chùm thay đổi ứng với option=1, giá tri nfdl=160 và maxfdls=50, băng thông và tốc độ đường truyền cố định 106

CHƯƠNG 9: HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 111

TÀI LIỆU THAM KHẢO 113

CHƯƠNG 1:

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG

1.1 Lịch sử phát triển của mạng quang:

Trong thập kỷ qua, các lĩnh vực mạng đã có sự phát triển với một tốc độ tăng trưởng vượt bật Internet hiện nay đang ngày càng phổ biến và đang dần mở rộng, bên cạnh đó là sự gia tăng mạnh mẽ việc sử dụng những ứng dụng đa truyền thông

có dung lượng và tốc độ truyền dẫn lớn hơn nữa đang là thử thách khó khăn cho giới hạn hiện tại của mạng máy tính và mạng viễn thông Vì vậy một nhu cầu trước mắt cần cho sự phát triển của mạng truyền tải dung lượng lớn thế hệ mới đó là nâng cao năng lực truyền tải và có khả năng hỗ trợ những đòi hỏi về băng thông không ngừng bùng nổ

Nhằm đáp ứng các nhu cầu phát triển, hệ thống thông tin bằng optical wavelength-division multiplexing (WDM) đã được triển khai trong nhiều mạng viễn thông quan trọng Trong hệ thống WDM, mỗi sợi quang mang nhiều kênh truyền thông, với mỗi kênh hoạt động ở một bước sóng khác nhau Những hệ thống quang có khả năng cung cấp hơn 50 Tb / s trên mỗi sợi

Hình 1.1 - Các thế hệ mạng quang

Hình 1.1 cho thấy sự tiến triển của các phương pháp truyền tải quang khác nhau Mạng quang thế hệ đầu tiên có kiến trúc mạng là liên kết WDM điểm-điểm Như vậy mạng lưới bao gồm một số liên kết điểm-điểm mà ở đó tất cả lưu lượng truy cập đến một node được kết thúc tại đây, sau đó tín hiệu sẽ được chuyển từ miền quang sang miền điện, được xử lý và tiếp tục chuyển đổi ngược lại từ điện sang quang trước khi truyền đi tiếp Việc giảm và thêm các đường truyền tại mỗi node

trong mạng lưới thì có ý nghĩa quan trọng đối với chi phí xử lý trong các cổng điện

tử phức tạp, đặc biệt là nếu lưu lượng truy cập trong mạng lưới quá lớn sẽ xảy ra tình trạng lượt bỏ lưu lượng truy cập Để giảm tối thiểu chi phí mạng, các thiết bị quang có thể được sử dụng

Cấu trúc thế hệ mạng quang thứ hai dựa trên việc tích hợp thêm hoặc bớt các bước sóng, những bộ xen/rớt bước sóng (WADM), lưu lượng truy cập có thể được thêm vào và giảm đi tại các địa điểm WADM WADMs có thể cho phép lựa chọn các kênh sóng trên các sợi thiết bị đầu cuối, trong khi các bước sóng đi ngang qua Nhìn chung, số lưu lượng bỏ qua truy cập trong mạng lưới là cao hơn nhiều so với

số lưu lượng truy cập mà cần phải được giảm cụ thể tại một node; vì vậy, bằng cách

sử dụng WADMs, chúng ta có thể làm giảm tổng chi phí mạng WADMs được sử dụng chủ yếu trong việc thiết lập mạng quang WDM, và đó cũng là dự kiến để triển khai trong các khu đô thị

Để xây dựng một mạng lưới gồm nhiều sự liên kết bằng các sợi quang, các thiết bị dùng để kết nối là cần thiết Kiến trúc của mạng quang thứ ba ra đời dựa trên các thiết bị đã đáp ứng những yêu cầu trên Các thiết bị này thuộc ba chuyên

mục, là passive star couplers, passive routers và active switches Passive star là một

thiết bị phát sóng Tín hiệu đến trên các cổng ngõ vào của star coupler sẽ có mức năng lượng bằng với các cổng ngõ ra của star coupler Passive router có thể ngăn hướng đi của các tín hiệu đến trên các sợi ngõ vào để hướng đến các sợi ngõ ra khác Passive router là một thiết bị tĩnh; như vậy, các cấu hình định tuyến là cố định Active switch cũng truyền tín hiệu từ sợi ngõ vào đến sợi ngõ ra và đồng thời

có thể hỗ trợ các kết nối Không giống như một passive router, các active switch có thể được chuyển đổi lại để thay đổi dạng tương thích của các tín hiệu đến và gửi đi Trong những thế hệ mạng quang thứ ba, dữ liệu đi qua các node trung gian mà không cần phải thực hiện chuyển đổi trở lại miền điện, do đó làm giảm chi phí do khả năng định tuyến và chuyển mạch điện luồng tín hiệu có dung lượng lớn

Sự xuất hiện những hệ thống toàn quang nhằm cung cấp các kết nối chuyển mạch – mạch giữa các router trong mạng, nhưng phần lớn những kết nối này ở dạng tĩnh nên không phù hợp với dạng lưu lượng khối vốn có của internet Cách lý tưởng

để khai thác mạng quang một cách triệt để, các node mạng cần phải cung cấp các chuyển mạch gói quang, nhưng khả năng này chưa thật sự khả thi trong tương lai gần do những hạn chế về mặt công nghệ Tuy nhiên, một giải pháp khác được đưa

ra có thể bổ sung cho những thiếu sót và những hạn chế cho chuyển mạch toàn quang, cũng như là chuyển mạch gói toàn quang là chuyển mạch chùm quang

Trong chuyển mạch chùm quang, các gói dữ liệu được tích hợp vào các khối chuyên chở, gọi tắt là chùm Các chùm này sau đó được chuyển đi qua các nút mạng trong mạng toàn quang Mạng chuyển mạch toàn quang cho phép chuyển mạch chùm quang với khả năng ghép kênh thống kê với cấp độ lớn hơn và phù hợp hơn trong xử lý lưu lượng data dạng khối như trong mạng chuyển mạch-mạch Mặc khác, chuyển mạch chùm quang không có nhiều rang buộc về công nghệ như chuyển mạch gói Để phân biệt sự khác nhau giữa chuyển mạch quang, chuyển mạch gói và chuyển mạch chùm quang, chúng ta tìm hiểu chi tiết về các phương pháp chuyển mạch

1.2 Chuyển mạch quang:

Mạng định luồng quang là một phần của mạng chuyển mạch quang, trong đó tất cả các đường dẫn quang (lightpath) được tạo ra bởi một cặp node Việc tạo các đường dẫn quang liên quan đến một số nhiệm vụ Những nhiệm vụ bao gồm cấu trúc liên kết mạng, các giải thuật dò đường, định tuyến, cố định bước sóng, tín hiệu

và các nguồn tài nguyên đã có

Cấu trúc mạng và tìm nguồn tài nguyên bao gồm việc phân phối, và duy trì mạng lưới thông tin Thường thông tin này sẽ bao gồm các thông tin về lớp mạng vật lý và tình trạng của các liên kết trong mạng Trong mạng WDM, thông tin này

có thể bao gồm các tình trạng có sẵn của bước sóng trên một liên kết trong mạng Một giao thức phổ biến cho việc duy trì liên kết thông tin trên Internet là giao thức Open Shortest Path First (OSPF)

Các vấn đề về tìm đường và định tuyến cho luồng quang được gọi tắt là (RWA) Thông thường, các yêu cầu kết nối có thể được chia thành hai loại: tĩnh và động Trong trạng thái thiết lập đường dẫn tĩnh (SLE), toàn bộ bộ kết nối được định trước, và chỉ có vấn đề là thiết lập đường truyền cho các kết nối mạng trong khi giảm tối thiểu các tài nguyên mạng như số lượng các bước sóng hoặc số đường dẫn trong mạng Còn đối với thiết lập đường dẫn động (DLE), đường truyền được thiết lập cho mỗi yêu cầu kết nối khi có yêu cầu đến, và đường truyền được giải phóng sau khi một thời gian nhất định Mục tiêu của việc truyền đường động là để thiết lập kênh truyền và cố định bước sóng để giảm thiểu tối đa số lượng kết nối hoặc tăng số lượng kết nối được thành lập trong mạng bất cứ lúc nào Hiện đã được nghiên cứu sâu rộng để giải quyết cả thiết lập tĩnh và động RWA

Việc kết nối bằng định hướng kênh truyền là tĩnh và không có khả năng thích ứng với dung lượng lớn và chùm lưu lượng truy cập Internet một cách hiệu quả Rõ

truyền tĩnh sẽ cho kết quả kém hiệu quả trong việc sử dụng của băng thông Mặt khác, nếu chúng ta cố gắng thiết lập kênh truyền theo trạng thái rất động, sau đó các mạng lưới nhỏ sẽ được thay đổi thông tin liên tục, làm khó khăn cho việc duy trì mạng thông tin Như vậy, lưu lượng truy cập sẽ trở nên biến động và nhiều, phương pháp thay thế có thể được là truyền tải dữ liệu trên mạng

1.3 Chuyển mạch gói quang:

Khi công nghệ chuyển mạch quang được cải tiến, chúng ta thực sự đang chứng kiến sự phát triển của chuyển mạch gói quang, trong đó các gói dữ liệu được chuyển mạch và định tuyến độc lập với nhau tại mỗi node và không có sự chuyển đổi quang điện qua lại Mạng chuyển gói lượng tử cho phép cho một mạng lưới lớn hơn ở trạng thái tĩnh trên kênh cáp quang và thích hợp hơn để xử lý chùm lưu lượng truy cập hơn là mạng chuyển mạch quang

Một ví dụ cơ bản của chuyển mạch gói lượng tử được hiển thị trong 1.2 Tại đó, một node mạng gồm một khung chuyển mạch quang có khả năng tái cấu hình lại trên cơ sở từng gói data (packet-to-packet) Khung chuyển mạch dựa trên các thông tin có trong header của một gói để tái cấu hình lại Bản thân của header sẽ được xử lý trong miền điện và được truyền dựa trên một số phương pháp như: được truyền cùng băng thông với từng gói (in-band), được truyền trên tần số sóng mang phụ hay được truyền riêng trong một kênh điều khiển (out-of-band) Việc chuyển đi phải mất một thời gian nhất định để xử lý header và cấu hình lại bộ chuyển mạch nên các gói cần được làm trễ bằng cách gửi nó qua đường trễ quang trong hệ thống

Hình-Hình 1.2 - Cấu trúc chuyển mạch gói quang

Để có thể ứng dụng chuyển mạch gói lượng tử, yêu cầu thời gian chuyển mạch phải nhanh chóng Hiện nay, thời gian chuyển mạch theo phương pháp chuyển mạch MEM là trong khoảng từ 1 đến 10 ms, trong khi phương pháp chuyển mạch bán dẫn quang có thời gian chuyển mạch nhanh hơn nhiều (nhỏ hơn 1 ns) Điều hạn chế của bộ chuyển mạch quang dựa vào bộ khuếch đại quang bán dẫn là

có giá thành cao và gây suy hao công suất quang khi tín hiệu phải qua bộ coupler quang Trong tương lai gần, tốc độ chuyển trong mạch chuyển mạch gói quang vẫn nằm ngoài khả năng của những công nghệ hiện tại

Một thách thức khác trong chuyển mạch gói quang là phải đối mặt với vấn

đề đồng bộ hóa Trong mạng dùng phương pháp chuyển mạch gói quang với chiều dài các gói là cố định, việc đồng bộ hóa các gói ở các cổng ngõ vào của bộ chuyển mạch là để giảm thiểu tối đa các tranh chấp Mặc dù việc đồng bộ thường đạt được khá khó khăn, một số kỹ thuật đồng bộ hóa đã được đề xuất và sử dụng trong phòng thí nghiệm cài đặt

Do nguồn tài nguyên mạng không được bảo lưu trước trong chuyển mạch gói quang nên sự tranh chấp giữa các gói là không thể tránh khỏi trong mạng lưới Sự tranh chấp xảy ra khi hai hay nhiều gói tranh chấp trên cùng một ngõ ra chung tại cùng một thời điểm Thông thường, để giải quyết việc tranh chấp trong các mạng chuyển mạch gói điện thế hệ trước, kỹ thuật đệm được sử dụng; tuy nhiên, trong mạng chuyển mạch gói quang điều này rất khó thực hiện do không có bộ nhớ RAM

xử lý trong miền quang Thay vào đó, kỹ thuật đệm được sử dụng trong miền quang thông qua việc sử dụng các sợi dây trễ quang Bằng việc sử dụng nhiều kênh truyền trễ được ghép nối tiếp hoặc song song, kỹ thuật này có thể làm trễ các gói dữ liệu trong một khoảng thời gian nhất định Một số tài liệu có khuynh hướng thiết kế bộ đệm quang lớn hơn mà không sử dụng nhiều các đường dây trễ Kích thước của tầng đệm quang tăng lên bằng cách sử dụng bộ đệm quang không suy biến (no-degerate buffer), trong đó chiều dài của kênh truyền trễ dùng để xây dựng bộ đệm

có thể lớn hơn số lượng các đường truyền trễ trong bộ đệm Với phương pháp này

số lượng gói có khả năng thất lạc sẽ ít hơn, nhưng không đảm bảo đúng thứ tự của các gói Lưu ý rằng, cấu trúc của bất kỳ bộ đệm quang nào, kích cỡ của bộ đệm quang rất hạn chế không chỉ bởi những yếu tố liên quang đến chất lượng tín hiệu,

mà còn bởi những giới hạn vật lý về mặt không gian Để tạo trễ cho một gói data trong thời gian 5µs thì cần phải thiết kế đường dây trễ có chiều dài 1km Do những hạn chế của bộ đệm quang như đã trình bày ở trên mà một node sẽ không thể xử lý lưu lượng dạng khối có tốc độ cao

Có một hướng khác để giải quyết tranh chấp là định tuyến cho các gói có tranh chấp đến một cổng khác so với cổng dự định đến Phương pháp này đưa ra phương pháp tìm đường theo độ lệch, tìm đường nóng Trong khi tìm đường theo

độ lệch thì không như tìm đường trong mạng chuyển mạch gói của điện tử mà là lặp vòng theo điện áp và chia phần các gói, điều đó có thể cần thiết cho việc thực hiện

độ lệch trong mạng chuyển mạch gói quang, ở những nơi mà dung lượng bộ đệm bị giới hạn thì việc bảo trì để hạn chế mất gói là cần thiết Tuy nhiên trước khi làm lệch thì yêu cầu phải am hiểu về cách xác định điện thế để khắc phục việc giới hạn

độ lệch và xác định bất kì trường hợp nào của phương pháp này, với những lợi thế

đó đủ khả năng thực hiện

1.4 Chuyển mạch chùm quang:

Chuyển mạch chùm quang (OBS) được xây dựng để bổ sung những thiếu sót

và cân bằng giữa chuyển mạch kênh (OCS) và chuyển mạch gói quang (OPS), trong mạng OBS một chùm dữ liệu gồm nhiều gói IP sẽ được chuyển qua mạng hoàn toàn trong miền quang Nhưng trước đó một gói điều khiển được truyền đi trước để cấu hình bộ chuyển mạch trên toàn bộ tuyến mà khối dữ liệu đi qua Một khoảng thời gian trống được gọi là offset time cho phép gói điều khiển được xử lý và bộ chuyển mạch được thiết lập trước khi các khối data đến các node trung gian, khi đó kỹ thuật đệm không còn cần thiết nữa Các gói điều khiển còn có thể xác định thời gian tồn tại của một khối dữ liệu nhằm giúp cho một node biết được khi nào nó cần cấu hình lại để sẵn sàng cho khối dữ liệu tiếp theo

Hình 1.3 – Chuyển mạch chùm quang

Tài nguyên được cấp phát trong khoảng thời gian nhất định luơn tốt hơn được cấp với khoảng thời gian bất định Tài nguyên được cấp một cách cĩ hiệu quả hơn và cĩ khả năng dồn kênh thống kê cao hơn OBS cĩ thể khắc phục một số giới hạn trong việc thiết lập kênh truyền tĩnh như ở OCS Hơn thế nữa, bởi dữ liệu được truyền trong 1 burst rộng nên OBS khơng địi hỏi tốc độ chuyển mạch nhanh như OPS Tuy OBS ra đời dựa trên những ưu điểm của OCS và OPS nhưng cĩ vài vấn

đề cần được cân nhắc trước khi triển khai OBS trong mạng quang Các vấn đề bao gồm: lập sơ đồ khối dữ liệu, hệ thống báo hiệu, giải quyết tranh chấp, lịch trình của khối dữ liệu và chất lượng dịch vụ

Sơ đồ khối dữ liệu thể hiện cách các gĩi kết hơp trong khối đĩ Vấn đề là khi sắp xếp các gĩi trong chùm data phải giải quyết được vấn đề khi nhiều gĩi cùng đến, và các gĩi vào khối dữ liệu thuộc loại gì Việc lập sơ đồ khối data sẽ ảnh hưởng đến độ dài của khối data đĩ cũng như khoảng thời gian các gĩi phải chờ trước khi truyền Việc lập sơ đồ phải dựa vào bộ định thời và cơ chế ngưỡng đã được biết trước trong số liệu

Kiểu chuyển

mạch

Hiệu suất băng thông

Mức trễ

Tốc độ chuyển mạch

Xử lý/

đồng bộ

Đáp ứng lưu lượng

Kênh Thấp Cao Chậm Thấp Thấp Gói Cao Thấp Nhanh Cao Cao Chùm Cao Thấp Trung bình Thấp Cao

Hình 1.4-Bảng so sánh các kỹ thuật chuyển mạch quang

Hệ thống báo hiệu được dùng để yêu cầu cấp tài nguyên và cấu hình chuyển mạch khi khối data đến Hệ thống báo hiệu chung cho việc cấp tài nguyên trong mạng OBS là tell-and-go(TAG), tell-and-wait(TAW), và just-enough-time(JET) Trong chế độ TAG, node nguồn sẽ gửi một thơng điệp điều khiển để báo chiều xuống của node khi burst đến Ngay lập tức node nguồn sẽ gửi khối dữ liệu theo sau thơng điệp điều khiển mà khơng đợi sự phản hồi Thời gian chờ quá trình xử lý của thơng điệp điều khiển ở mỗi node, thì khối data cĩ thể cần cĩ bộ đệm Đối với chế

độ TAW, node sẽ gửi một thơng điệp cấp phát tài nguyên cho khối data dọc theo đường đi Sau đĩ nguồn sẽ đợi báo nhận việc cấp tài nguyên đã thành cơng Ở tuyến trên nhận được báo nhận tích cực, nguồn sẽ gửi data Trái lại nguồn sẽ khơng gửi tài nguyên Cịn trong chế độ JET, cĩ độ trễ giữa gĩi điều khiển và chùm quang Độ trễ này làm cho tổng thời gian xử lý dọc đường đi tăng lên cao hơn Do đĩ khi khối data đến mỗi node trung gian, gĩi điều khiển đã xử lý và 1 kênh trên cổng ngõ ra

được cấp Do đó không cần bộ đệm ở mỗi node Điều này rất quan trọng trong JET,

vì các bộ đệm quang rất khó thực hiện Sự cải tiến của JET là có thể đạt được việc cấp phát tài nguyên ở OBS lúc khối data đến nơi chuyển mạch Hơn thế nữa, thời điểm đó gói điều khiển đã được xử lý ở nơi chuyển mạch

Trong chế độ TAG và JET, nguồn gửi khối data mà không cần đợi báo nhận

Vì vậy, việc cấp phát sẽ không hiệu quả ở vài node trên đường đi Trong trường hợp này, một khối data trong quá trình truyền đi có thể xảy ra đụng độ Đụng độ xảy ra khi nhiều hơn một khối data cùng tranh chấp một tài nguyên trong cùng một thời điểm Đụng độ có thể được giải quyết theo một số cách Phương pháp thứ nhất là lưu trữ một số khối data cho đến khi tài nguyên có thể sử dụng Phương pháp khác

là làm lệch một số khối data đến các cổng ngõ ra khác Phương pháp thứ ba là chuyển đổi bước sóng của một số khối data ở ngõ ra Khi các phương pháp giải quyết tranh chấp không thành công thì sẽ có một khối data bị rớt Phương pháp để giảm mất mát dữ liệu trong đụng độ là phân đoạn dữ liệu Khi phân đoạn khối data thì khi có xảy ra đụng độ thì chỉ có một phần nào đó của dữ liệu bị dữ liệu khác đè lên sẽ bị rớt

Khi dùng cách thay đổi bước sóng, thì gặp phải vấn đề là phải xác định được một bước sóng phù hợp cho khối data ở ngõ ra Vấn đề này được giải quyết bằng lịch trình kênh Lịch trình kênh được lập ra sao cho số lượng kênh được sử dụng là lớn nhất, đã được phát triển bởi các nhà nghiên cứu Một vấn đề quan trọng trong mạng là chất lượng dịch vụ cho các ứng dụng với nhiều nhu cầu thay đổi Nhiều sơ

đồ khối data, giao thức báo hiệu, phương thức giải quyết tranh chấp và lịch trình kênh đã được điều chỉnh để cung cấp nhiều dịch vụ khác nhau với các lớp lưu lượng khác nhau Những phương pháp này sẽ được trình bày trong chương sau

CHƯƠNG 2:

CÔNG NGHỆ VÀ CẤU TRÚC MẠNG OBS

Sự xuất hiện của các hệ thống toàn quang nhằm cung cấp các kết nối chuyển mạch – mạch hay các đường dẫn quang giữa các router trong mạng Tuy nhiên phần lớn các kết nối chuyển mạch – mạch này ở dạng tĩnh nên không phù hợp với dạng lưu lượng chùm của Internet Để khai thác mạng quang một cách triệt để, các node cần phải cung cấp các chuyển mạch gói quang Nhưng khả năng này chưa thật sự khả thi do những hạn chế về mặt công nghệ Chuyển mạch chùm quang dùng để bổ sung những thiếu sót cũng như những hạn chế của chuyển mạch gói quang Trong

kỹ thuật này, các gói dữ liệu tập trung lại thành khối chuyên chở gọi là chùm Chùm này sau đó sẽ được chuyển mạch qua mạng lõi dưới dạng toàn quang

Chuyển mạch chùm quang (OBS) là một phương pháp cho phép truyền tải lưu lượng một cách trực tiếp qua mạng WDM mà không cần đến bộ đệm quang OBS được thiết kế để đạt được sự cân bằng giữa chuyển mạch mạch và chuyển mạch gói OBS sử dụng các sơ đồ định trước một hướng với quá trình truyền tin tức, chùm dữ liệu được truyền đi sau gói điều khiển tương ứng mà không đợi phản hồi từ node cuối.Thực chất OBS xem xét lớp quang học đơn thuần chỉ như một phương tiện truyền trong suốt cho các ứng dụng Tuy nhiên chưa có định nghĩa chung cho chuyển mạch chùm quang

2.1 Cấu trúc mạng chuyển mạch chùm quang:

Hình 2.1-Cấu trúc mạng OBS

Một mạng chuyển mạch chùm quang gồm nhiều nút chuyển mạch chùm quang được kết nối với nhau thông qua các tuyến liên kết Mỗi liên kết sợi quang có khả năng hỗ trợ nhiều kênh bước sóng sử dụng bộ ghép kênh theo bước sóng (WDM) Những nút trong mạng chuyển mạch chùm quang có thể là những nút biên hay nút lõi như trình bày trong hình 2.1 Những nút biên chịu trách nhiệm tập hợp những gói dữ liệu nhỏ thành chùm và lập trình những chùm này để truyền đi trên các kênh bước sóng (WDM) Những nút lõi chủ yếu chịu trách nhiệm chuyển mạch các chùm từ port ngỏ vào đến port ngõ ra dựa trên chùm đầu tiên của các gói truyền đến, và xử lý các tranh chấp chùm

Ngõ vào các nút biên tập hợp các gói đầu vào từ khách hàng kết nối vào trong chùm Tập hợp những chùm được truyền toàn quang qua lõi OBS, những router không có bất kỳ bộ lưu trữ trung gian nào bên trong lõi Ngõ ra những nút biên có nhiệm vụ thu những chùm đó, phân chia những chùm thành những gói nhỏ

và gửi những gói đó tới các thiết bị đầu cuối khách hàng nơi đến

Hình 2.2-Biểu đồ chức năng của OBS

Hình 2.2 minh họa những chức năng khác nhau được thực hiện bên trong một mạng chuyển đổi toàn quang Những ngõ vào nút biên chịu trách nhiệm: tập hợp chùm, định tuyến, ấn định bước sóng, lập lịch trình chùm Những ngõ ra nút biên chủ yếu chịu trách nhiệm cho việc phân chia chùm và gửi những gói tới lớp mạng cao hơn

Trong cấu trúc mạng, giả sử rằng mỗi nút có thể hỗ trợ cả 2 lưu lượng đầu vào mới tốt như lưu lượng truyền toàn quang Từ đây mỗi nút gồm có cả 2 router: router lõi và router biên như trong hình 2.3 và 2.4

Hình 2.3-Cấu trúc của bộ định tuyến lõi

Những router lõi gồm có 1 bộ nối chéo quang (OXC) và bộ điều khiển chuyển mạch (SCU) Khối SCU tạo ra và duy trì bảng chuyển tiếp và chịu trách nhiệm cấu hình OXC Khi khối SCU nhận được gói màu đầu chùm, nó xác định nơi đến dự định và tham khảo bộ xử lý báo hiệu router để tìm port đầu ra dự định Nếu port đầu ra sẳn sàng khi có chùm dữ liệu đến, khối SCU cấu hình OXC cho phép chùm dữ liệu chuyển qua

Nếu port không thể thực hiện được, thì OXC được cấu hình phụ thuộc vào việc giải quyết tranh chấp thực hiện trong mạng Nói chung, khối SCU chịu trách nhiệm diển giải header, lập lịch trình, dò tìm xung đột và giải quyết, điều khiển ma trận đảo, và điều khiển chuyển đổi bước sóng Trong trường hợp 1 chùm dữ liệu vào OXC trước khi gói điều khiển của nó đến, chùm sẽ bị xén

Hình 2.4-Cấu trúc bộ định tuyến biên

Router biên thực hiện những chức năng tiền phân loại gói, đệm gói, ghép gói vào chùm và phân chia gói từ chùm Những nguyên tắc tập hợp chùm khác nhau, như nguyên tắc giới hạn hay một cơ chế định thời có thể kết hợp truyền loạt gói dữ liệu vào trong những chùm quang và gửi những chùm vào trong mạng Cấu trúc của router biên gồm có 1 module định tuyến (RM), bộ ghép chùm và kết hợp chùm Module tìm đường lựa chọn cổng ngõ ra thích hợp cho mổi gói và gửi gói đến module ghép chùm tương ứng Mổi module ghép chùm sẽ ghép những chùm chứa các gói được ghi cho các bộ định tuyến ngõ vào đặc biệt Bộ kết hợp chùm BA(burst assembler) tạo ra 1 chùm dựa trên kỹ thuật tổng hợp chùm và truyền chùm xuyên qua port ngỏ ra dự định Tại router ngõ ra, một module tách chùm thành những gói và gửi những gói tới những lớp mạng cao hơn

Một số nhà nghiên cứu có đề nghị 1 cấu trúc OBS tập trung hơn, được gọi là

bộ chuyển đổi chùm quang định tuyến bước sóng WROBS (wavelengt -router optical burst switch) Một mang WROBS kết hợp những chức năng của OBS với chuyển mạch mạch nhanh vì báo hiệu động và giải phóng những đường quang định tuyến theo bước sóng qua 1 lõi quang không có bộ đệm những lợi thế tiềm năng của cấu trúc này được so sánh theo tiêu chuẩn OBS là cung cấp QoS rõ ràng Những

ưu điểm so với mạng quang định tuyến theo bước sóng là ổn định (WRONs), điều chỉnh nhanh tới kênh lưu lượng động trong mạng quang và hiệu suất sử dụng lớn hơn của mỗi kênh bước sóng

Trong 1 mạng WROBS, một yêu cầu tập trung bổ trợ giúp chịu trách nhiệm cho việc dự trữ những tài nguyên theo yêu cầu kết nối của nó cho bộ hỗ trợ, ở đó những yêu cầu được sắp xếp thứ tự dựa trên đến nút biên của chúng và lớp QoS Bổ trợ tập trung thực hiện cấp phát tài nguyên dựa trên thông tin chung của nó và tình trạng mọi bước sóng trên các mối liên kết trong toàn bộ mạng Bộ hỗ trợ yêu cầu tập trung chịu trách nhiệm cho xữ lý mỗi yêu cầu kết nối riêng lẽ, tính toán một tuyến đường từ nguồn tới nơi yêu cầu tương ứng và củng bảo lưu dự trữ yêu cầu số lượng các bước sóng trên các mối liên kết dọc theo đường dẩn của kết nối Ngõ vào nút biên bắt đầu truyền dữ liệu chỉ sau khi nó nhận được một thông báo xác nhận từ

bộ trợ giúp yêu cầu WROBS có thể năng cao lưu lượng mạng, nhưng đặc tính tập trung của thiết kế không thay đổi được

2.2 Kỹ thuật cho phép:

Để cung cấp chức năng chuyển mạch chùm quang cơ bản được mô tả trong mục trước đây, một vài thiết bị công nghệ quang được yêu cầu Trong lõi và những nút biên, OXC phải thực hiện được một kết cấu chuyển mạch quang nhanh Ở nút

biên củng phải có bộ thu truyền từng đợt nhanh, có khả năng thu nhận tín hiệu đầu vào burst nhanh Mỗi node cần phải có một dạng nào đó của sự chuyển đổi bước sóng để giảm bớt tranh chấp trên những liên kết đầu ra

2.2 1 Kỹ thuật chuyển mạch quang:

Trong khi chuyển mạch chùm quang không yêu cầu thời gian chuyển mạch nhanh như chuyển mạch gói quang, nhưng thời gian chuyển mạch nhanh dù sao vẫn thuận lợi Hiện tại có vài kỹ thuật nhau để thực hiện chuyển mạch toàn quang

Một trong số các thiết bị chuẩn hơn những kỹ thuật khác để thực hiện chuyển mạch toàn quang là kỹ thuật hệ thống vi điện tử MEMS (micro electro-mechanical systems) Mạch chuyển đổi MEMS gồm những tấm gương lưu động rất nhỏ được điều chỉnh với ánh sáng trực tiếp từ một port đầu vào đã cho tới một port đầu ra được chọn Một ví dụ, mạch chuyển đổi MEMS có thể được thiết kế như trong hình 2.5 Trong thiết kế này, ánh sáng đi vào từ một đầu vào sợi cáp quang chiếu trực tiếp tới một gương trong một mảng gương đầu vào Gương được điều chỉnh để gửi ánh sáng tới một gương trong mảng gương đầu ra mà được định hướng ánh sáng tới đầu ra thích hợp Từ đó hệ thống MEMS dựa vào sự điều chỉnh cơ của những gương để làm đổi hướng ánh sáng, do đó thời gian chuyển mạch có phần chậm Thời gian chuyển mạch đặc trưng cho hệ thống MEMS là 50ms

Hình 2.5-Chuyển mạch MEMS

Hình 2.6-Chuyển mạch khuếch đại bán dẫn quang (SOA)

Một kỹ thuật chuyển mạch đưa ra thời gian chuyển mạch nhanh hơn là bộ khuếch đại quang bán dẫn SOA (semiconductor optical amlifier) Sơ đồ chuyển mạch cơ bản của SOA được trình bày trong hình 2.6 Ánh sáng đến đúng đầu vào đã chọn phát tới nhiều SOAs sử dụng một bộ ghép quang Tác dụng SOA như những cổng, cổng có thể thực hiện đóng hay ngắt chuyển mạch Nếu SOA đóng thì dữ liệu đưa vào được chuyển đến đầu ra, ngược lại tín hiệu sẽ bị tắt nghẽn Những ưu điểm của SOA bao gồm: thời gian chuyển mạch nhanh trên 1ns, và khả năng một tín hiệu

đa điểm tới nhiều đầu ra Một khuyết điểm của chuyển mạch SOA là nhiều bộ ghép nối dẫn tới giảm công suất tín hiệu, có thể giới hạn khoảng cách truyền tín hiệu Đồng thời, những thiết bị SOA có thể giá thành đắc và độ nhạy cảm phân cực cao

2.2.2 Những thiết bị thu kiểu chùm:

Những thiết bị thu truyền thống được dùng trong những hệ truyền quang hiện tại, như SONET, những hệ truyền quang hiện tại không đáp ứng tốttrong chuyển mạch chùm quang Ví dụ giả sử những máy thu có pha và công suất tín hiệu vào không đổi và tín hiệu luôn luôn có mặt Trong những mạng OBS, những chùm cho trước đó đến thiết bị thu có thể có pha và công suất khác nhau, như vậy những chùm

có thể đến từ các nguồn khác nhau và đi ngang qua những đường dẫn khác nhau xuyên qua mạng Hơn nữa vì đặc tính của chùm, một tin hiệu chỉ có thể hiện trong khoảng thời gian của chùm

Những thiết bị thu kiểu chùm là những thiết bị thu được thiết kế để thích hợp với biến đổi pha và công suất đầu vào của chùm Đặc trưng khác của các thiết bị thu kiểu chùm là thời gian thu chùm nhanh Thiết bị thu kiểu chùm có khả năng khôi phục khối tín hiệu đầu vào 2.5Gb/s trong khoảng thời gian 24ns

2.2.3 Sự chuyển đổi bước sóng:

Trong mạng chuyển đổi chùm quang sử dụng WDM, mạng chuyển đổi chùm quang mong muốn có khả năng chuyển đổi bước sóng tại mỗi node để giảm tranh chấp Cách đơn giản nhất là chuyển đổi một tín hiệu từ bước sóng này sang một bước sóng khác, đó là biến đổi quang thành tín hiệu điện và sử dụng tín hiệu điện tới điều chế một tín hiệu quang trên bước sóng đầu ra mong muốn Phương pháp này khá đơn giản và có thể chuyển đổi những tín hiệu đang hoạt động tại những tốc

độ lên tới 10Gb/s; Tuy nhiên, phương pháp này không rõ ràng và yêu cầu tín hiệu quang để có một định dạng điều biến đặc biệt và một tốc độ truyền bit đặc biệt

Một phương pháp thực hiện chuyển đổi bước sóng toàn quang là điều chế độ lợi chéo Trong điều chế độ lợi chéo, tín hiệu dữ liệu được gửi xuyên qua SOA cùng với tín hiệu bom sóng liên tục (continuns wave) trên một bước sóng khác Khi tín hiệu dữ liệu ở mức cao, sóng mang trong khoảng cách khuếch đại của SOA sẽ bị triệt tiêu, và SOA bảo hòa Kết quả là sự khuếch đại tín hiệu CW sẽ giảm đi Khi tín hiệu dữ liệu ở mức thấp thì thiết bị thu tín hiệu CW sẽ khuếch đại toàn phần Như vậy, sao chép ngược dữ liệu sẽ lợi dụng tín hiệu đầu ra Kỹ thuật này có khả năng chuyển đổi tín hiệu đang hoạt động tại những tốc độ lên tới 10Gb/s Sự hạn chế của điều chế độ lợi chéo là kỹ thuật của chúng yêu cầu công suất tín hiệu dữ liệu vào cao và tín hiệu đầu ra có tỷ lệ suy giảm (tỷ lệ công suất cho bit ”0” và công suất cho bit “1”) Tỷ lệ suy giảm thấp này là kết quả từ thực tế, thậm chí khi SOA đạt bảo hòa, tín hiệu CW vẫn còn nhận được số lượng nào đó của sự khuếch đại

Phương pháp khác cung cấp chuyển đổi bước sóng quang bằng cách sử dụng

bộ trộn bốn sóng lại với nhau Bộ trộn bốn sóng là một hiệu ứng phi tuyến ở đó những tín hiệu tại tần số f1 và f2 tương tác để tạo ra thành phần tần số mới 2F1-F2

và 2F2-F1 Nếu tín hiệu dữ liệu hoạt động tại tần số f1 và nếu một CW bơm tín hiệu đang hoạt động tại tần số f2 thì dữ liệu được lợi dụng trên những tín hiệu quang mới tại những tần số 2F1-F2 và 2F2-F1 Những tín hiệu phát sinh mới có công suất thấp hơn so với những tín hiệu vào; Như vậy, khả năng biến đổi kỹ thuật này không cao Ngoài ra, những sự giảm sút khả năng như sự khác nhau giữa bơm bước sóng và tăng bước sóng tín hiệu đầu ra

2.3 Những vấn đề về lớp vật lý:

Khi thiết kế một mạng chuyển đổi chùm quang, những điều kiện ràng buộc vật lý phải được tính đến Điển hình lớp vật lý là bao gồm những vấn đề sự suy giảm, sự tán sắc và những tính tuyến tính sợi cáp Trong khi nhiều vấn đề này ứng

dụng vào mạng quang nói chung, vài vấn đề có thể liên kết đặc biệt trong mạng chuyển đổi chùm quang

2.3.1 Độ suy hao:

Trong khi một tín hiệu quang đi ngang qua sợi quang, công suất tín hiệu suy giảm do độ suy hao Độ suy hao là một đặc trưng của bước sóng tín hiệu và gây ra chủ yếu bởi sự hấp thu và tán sắc Rayleigh Độ hấp thụ xuất hiện khi nào có sự cố ánh sáng trên những phân tử silica hay những tạp chất trong sợi cáp được hấp thụ

Đa số những sợi cáp, giá trị hấp thụ trong khoảng những bước sóng hữu ích( giữa 0.8 và 1.6us) Độ hấp thụ Rayleigh gây ra khi những biến đổi nhỏ trong chỉ số chiết quang của sợi cáp tán sắc ánh sáng

Trong mạng chuyển đổi chùm quang, sự suy giảm có thể giới hạn khoảng cách truyền tối đa của chùm Trong nhiều trường hợp bộ khuếch đại quang có thể được dùng để khắc phục sự suy giảm; Tuy nhiên bộ khuếch đại quang có thể gây ra nhiễu

2.3.2 Tán sắc:

Nếu một tín hiệu quang gồm nhiều thành phần bước sóng, thì những thành phần bước sóng khác nhau của một tín hiệu sẽ truyền với những tốc độ khác nhau, tín hiệu bi trải ra trong miền thời gian, hiện tượng này gọi là tán sắc Hai dạng tán sắc gồm tán sắc phương thức và tán sắc màu Tán sắc phương thức là do nhiều kiểu khác nhau củ cùng một tín hiệu lan truyền với những vận tốc khác nhau trong sợi quang Tán sắc phương thức có thể loại trừ băng cách sử dụng sời cáp kiểu đơn Sợi cáp kiểu đơn có đường kính lõi đủ nhỏ mà nó chỉ thu thập một tín hiệu cơ bản kiểu tín hiệu lan truyền Tán sắc màu gây ra như một kết quả của tốc độ ánh sáng trong sợi cáp ở chức năng của bước sóng

Như vậy, nếu tín hiệu truyền gồm nhiều bước sóng thành phần, những thành phần bước sóng tín hiệu đã biết sẽ lan truyền nhanh hơn những thành phần bước sóng khác, điều này gây ra tín hiệu lan rộng ra trong miền thời gian Những kiểu tán sắc màu sự tiêu tán vật chất, ở đó chỉ số khúc xạ của sợi cáp thay đổi theo chức năng bước sóng và tán sắc ống dẫn sóng, ờ đó chỉ số khúc xạ của sợi cáp, đặc biệt là bước sóng phụ thuộc vào thành phần công suất chuyền trong lõi sợi cáp và thành phần công suất chuyền trong sợi vỏ sợi cáp

Trong trường hợp đó tín hiệu gồm có một xung biểu diễn cho một bit, sự tán sắc gây ra xung mở rộng khi nó lan truyền qua một sợi cáp Như một xung mở rộng,

nó có thể lan rộng ra để đủ can thiệp vào những xung lân cận (bit) trên sợi cáp, dẫn

tới nhiễu giữa các ký hiệu Sự tán sắc do đó giới hạn khoàng cách bit và tốc độ truyền cực đại trên kênh sợi cáp quang

Tại bước sóng 1300nm, sự tiêu tán trong sợi cáp kiểu đơn thông thường nhất (gần zero) May thay, đây là cửa sổ suy giảm thấp nhất nữa Nhờ nâng cao kỹ thuật như sự dịch chuyễn tán sắc, những sợi cáp không có tán sắc tại bước sóng giữa 1300nm và 1700nm có thể chế tạo [9] Trong sợi cáp tán sắc, lõi và vỏ bọc được thiết kế sao cho sự tán sắc ống dẫn sóng không ảnh hướng tới tán sắc vật chất, như vậy loại bỏ tán sắc tổng Tuy nhiên, sự tán sắc không tác động tới bước sóng đơn

Hơn nữa vấn đề với nhiễu liên kí tự, sự tán xạ có thể có thể đưa vào vấn đề đồng bộ hóa trong mạng chuyển mạch chùm quang Trong mạng chuyển mạch chùm quang thì tiêu đề chùm được gửi trên bước sóng khác hơn là bước sóng của chính nó, những bước sóng này sẽ khác nhau đối với những mức tán xạ khác nhau,

do tiêu đề và chùm cũng bị lệch xa hơn về 1 phía hay lệch giữa chúng trong miền thời gian Nếu khoảng cách vật lý và bản chất của tán xạ trong sợi được biết trước, điều này có thể được bù lại cho sự tán xạ, được điều chỉnh lại sự bù đắp thích hợp khi ở nút nguồn

2.3.3 Cáp phi tuyến:

Sợi cáp phi tuyến sẽ cho đặc trưng về ảnh hưởng đến thông số vận hành, như tốc độ truyền tin, số lượng kênh, khoàng cách giữa các kênh, và công suất tín hiệu Những thí dụ của sợi cáp phi tuyến bao gồm bộ trộn bốn sóng, tự điều chế pha, điều chế chéo pha, kích thích tán xạ Raman và tán xạ Brilluoin

Bộ trộn bốn sóng (FWM) xuất hiện khi hai bước sóng hoạt động tại tần số f1

và f2 tương ứng, trộn để gây ra những tín hiệu tại 2f1-f2 và 2f2-f1 Những tín hiệu thêm này, gọi là dải biên, có thể gây ra giao thoa nếu gói lên nhau với những tần số được cho truyền dữ liệu Giống như vậy, trộn có thể xuất hiện giữa những kết hợp

ba hoặc nhiều hơn ba bước sóng Hiệu ứng FWM (Four- Wave-Mixing) trong những hệ thống WDM có thể giảm bớt bởi việc sự dụng những kênh có khoảng cách không cân bằng

Điều biến pha xảy ra khi pha của tín hiệu thay đổi dẫn đến thay đổi cường độ của tín hiệu đó Sự thay đổi pha tức thời của tín hiệu có thể làm xuất hiện thêm các thành phần tần số khác trong tín hiệu Những thành phần tần số bổ sung này, được kết hợp với những hiệu ứng của tán sắc sẽ làm cho xung quanh được trải ra hoặc nén lại trong miền thời gian

Điều chế chéo pha trong chuyển dịch trong pha của tín hiệu gây ra bởi sự thay đổi cường độ tín hiệu lan truyền tại bước sóng khác nhau Tương tự như trong điều chế pha, những thay đổi pha có thể gây ra những thành phần tần số bổ sung, dẫn tới tán sắc Mặc dù diều chế chéo pha có thể hạn chế hiệu suất của hệ thống thông tin quang, nhưng nó cũng có những ứng dụng có ích lợi Sử dụng điều chế chéo pha, một tín hiệu có bước sóng đã cho có thể được sử dụng để điều biến một tín hiệu bơm trên một bước sóng khác Kỹ thuật như vậy có thể sử dụng trong những thiết bị chuyển đổi bước sóng

Tán xạ kích thích Raman (SRS) gây ra bởi sự tương tán giữa ánh sáng với những dao động của các phân tử Ánh sáng trên những phân tử tạo ra ánh sáng rải rác tại một bước sóng dài hơn bước sóng của ánh sáng tới Một phần ánh sáng ở mỗi tần số trong một sợi quang tích cực Raman được nén xuống một vùng tần số thấp hơn Những ánh sáng được sinh ra tại những tần số thấp này được gọi là sóng chùm (stokes wave) Dãy tần số của Stokes Wave dao động xung quanh khoảng 40THz, thấp hơn tần số tín hiệu ngõ vào và được xác định bằng quang phổ độ lợi Raman Trong sợi cáp silica, sóng chùm (stokes wave) độ lợi cực đại tại tần số xung quanh 13.2THz thấp hơn so với tín hiệu đầu vào

Một phần năng lượng được chuyển tới sóng chùm (stokes wave) lớn dần lên thì năng lượng tín hiệu ngõ vào cũng được gia tăng Dưới năng lượng ngõ vào rất cao, SRS sẽ dẫn đến hầu hết năng lượng ở tín hiệu ngõ vào sẽ chuyển tới sóng chùm (stokes wave)

Trong những hệ thống nhiều bước sóng, những kênh bước sóng ngắn sẽ mất một ít năng lượng để đi tới những kênh có bước sóng bậc cao bên trong độ lợi quang phổ Raman Để giảm bớt sự mất mát, năng lượng trên mỗi kênh cần ở dưới một mức nhất định Trong hệ thống 10 kênh, với khoảng cách mỗi kênh là 10nm, năng lượng trên mỗi kênh cần phải giữ ở dưới 3mW để hạn chế những hiệu ứng SRS ở mức thấp nhất

Tán xạ kích thích Brillouin (SBS) cũng tương đương như SRS, chỉ có điều tần số dịch chuyển được gây ra do những sự tương tác âm thanh Trong SBS, chuyển dịch ánh sáng lan truyền dọc theo sợi cáp ngược với hướng tín hiệu ở đầu vào Cường độ ánh sáng tán xạ ở SBS lớn hơn nhiều so với ở SRS, nhưng phạm vi tần số của SBS chỉ khoảng 10GHz thấp hơn rất nhiều so với SRS Đồng thời độ lợi băng thông của SBS chỉ khoảng 100MHz

Để ngăn chặn những hiệu ứng của SBS , một điều phải đảm bảo rằng năng lượng đầu vào phải ở dưới là mức ngưỡng nhất định Trong những hệ thống đa bước sóng , SBS có thể gây ra sự xuyên âm giữa những kênh Sự xuyên âm xuất hiện khi hai kênh truyền theo hướng ngược nhau, khác nhau về tần số do chuyển dịch Brilluoin, tần số khoảng 11GMz với bước sóng dài 1550nm Tuy nhiên, độ lợi

băng thông hẹp của SBS sẽ làm cho SBS tránh được sự xuyên âm khá dễ dàng

CHƯƠNG 3:

SỰ TẬP HỢP CHÙM

Sự tập hợp chùm (burst assembly) là quá trình xử lý việc tập hợp các gói dữ liệu đến từ các lớp mạng cao hơn thành các burst tại các node đường bao (ingress node) của mạng OBS Khi các gói dữ liệu đến, chúng sẽ được lưu trữ trong các bộ đệm điện tử, dựa vào đích đến và lớp của chúng Cơ chế tập hợp chùm sau đó phải xếp các gói này thành các burst dựa trên các cách thức tập hợp chùm

Thông số quan trọng trong burst assembly là tiêu chuẩn trigger, tiêu chuẩn này quyết định khi nào thì tạo ra một burst và khi nào gửi burst vào mạng Tiêu chuẩn trigger cho việc tạo ra một burst là rất quan trọng vì nó quyết định đặc trưng của burst khi được đưa vào trong lõi OBS Có nhiều kỹ thuật để tập hợp burst được

chấp nhận trong mạng OBS Phổ biến nhất là time-base và threshold-base

Trong phương pháp time-base, burst được tạo ra và gửi vào mạng theo một

chu kỳ thời gian Mô hình time-base dùng để cung cấp các khoảng trống không thay đổi giữa các burst liên tiếp được gửi từ edge node đến core node trong mạng Ở đây chiều dài của burst thay đổi cũng như tải thay đổi

Trong phương pháp threshold-base, có một hạn chế đó là số lượng tối đa các

gói dữ liệu chứa trên mỗi chùm bị giới hạn Do đó, các burst có kích thước cố định

sẽ được tạo ra ở các edge node Mô hình threshold-base, sẽ tạo ra các burst không

tuần hoàn theo thời gian

Time-base và threshold-base là tương tự nhau, vì ở một tốc độ tới không thay đổi đã cho trước, một giá trị ngưỡng có thể được xếp vào một giá trị timeout và ngược lại, kết quả là các burst sẽ có chiều dài giống nhau cho từng trường hợp

Các thông số chính của burst assembly là giá trị bộ định thời T, chiều dài tối thiểu của burst Bmin, và chiều dài tối đa của burst Bmax Bmin có thể được tính toán dựa vào thời gian xử lý tiêu đề burst ở mỗi node và tỷ số giữa số lượng kênh điều khiển và kênh dữ liệu trong sợi quang

3.1 Lựa chọn Timer và Threshold:

Một vấn đề trong tập hợp chùm (burst assembly) là làm sao để lựa chọn các giá trị T, Bmin, Bmax sao cho khả năng bị mất gói trong mạng OBS là thấp nhất.Việc lựa chọn các giá trị tối ưu này là một vấn đề mở

Trong phương pháp threshold-base, nếu ngưỡng quá thấp thì burst sẽ ngắn,

do đó sẽ tăng số burst trong mạng Số lượng burst càng nhiều thì sự tranh chấp càng

cao nhưng suy hao gói sẽ giảm đi Vì thế sẽ gia tăng áp lực khi xử lý các gói điều khiển của các burst dữ liệu Nếu thời gian cấu hình chuyển mạch lớn thì các burst sẽ ngắn hơn dẫn đến sự tận dụng tài nguyên mạng sẽ thấp hơn

Mặt khác, nếu ngưỡng quá cao burst sẽ dài, điều này làm giảm số lượng burst được đưa vào trong mạng Vì thế sẽ giảm tranh chấp xảy ra so với trường hợp burst ngắn Nhưng suy hao gói trung bình trong tranh chấp sẽ tăng Có sự tương đồng giữa số lần tranh chấp và số lượng gói trung bình mất trên mỗi tranh chấp đó

Do đó sự thực thi mạng OBS sẽ gia tăng nếu các gói được tập hợp vào burst có

chiều dài tối ưu Tương tự cho cơ chế timer-base Hình 3.1 mô tả ảnh hưởng của việc thay đổi tốc độ các gói trong kỹ thuật kết hợp giữa timer-base và threshold-

base

Hình 3.1- Ảnh hưởng của tải trong

kỹ thuật kết hợp giữa timer-base và threshold-base

Đối với các trường hợp mà các gói dữ liệu có sự hạn chế về QoS cũng như

hạn chế trễ thì giải pháp hiệu quả là triển khai mô hình timer-base Mô hình tập hợp chùm dựa theo kỹ thuật timer-base được nghiên cứu cho mạng OBS định tuyến gán

bước sóng có sự kết nối được định hướng Giá trị bộ định thời được lựa chọn dựa trên các yêu cầu về trễ end-to-end của các gói Mặt khác nếu như không có sự hạn

chế trễ thì mô hình threshold-base sẽ thích hợp hơn, vì các burst có kích thước cố

định trong mạng sẽ làm giảm sự suy hao đồng thời làm tăng tranh chấp trong mạng

Việc sử dụng kết hợp cả hai mô hình trên sẽ cho kết quả tối ưu nhất và việc tạo ra các burst sẽ linh động hơn là chỉ dùng một trong hai mô hình trên Bằng cách

tính toán giá trị ngưỡng tối ưu, chiều dài nhỏ nhất của burst và dùng các giá trị timeout dựa vào khoảng thời gian trễ chấp nhận được của gói, chúng ta có thể đạt được suy hao thấp nhất mà vẫn đáp ứng được các yêu cầu về trễ gói

Theo tài liệu TCP/IP packets assembly over optical burst switching network,

tác giả đã nghiên cứu hiệu quả của các chương trình kết hợp khác nhau trên lưu lượng truy cập TCP Sau nhiều sự mô phỏng tác giả đã kết luận rằng phương pháp sắp xếp dựa trên TCP là thích hợp nhất, nó dựa trên tốc độ truyền của luồng TCP, khả năng truyền tải sẽ tốt hơn phương pháp sắp xếp burst cố định truyền thống dựa vào giới hạn về tỷ số giữa lưu lượng truyền đến và số lượng dữ liệu bị rớt

Kỹ thuật tập hợp chùm (burst assembly) được thực hiện tại edge node có ảnh hưởng đến các kỹ thuật báo hiệu được thực thi trong core node Hầu hết các kỹ thuật báo hiệu đều cần biết trước chiều dài burst, thời gian burst đến, hoặc cả hai để lưu trữ tài nguyên một cách hợp lý và có hiệu quả nhất Trong kỹ thuật báo hiệu JET, sơ đồ báo hiệu cần biết trước cả chiều dài và thời gian burst đến Trong khi đó

ở JIT thì không cần biết trước các thông tin về burst Một trong những khuyết điểm của các kỹ thuật tập hợp chùm truyền thống đó là báo hiệu cho việc lưu trữ tài nguyên trong core node có thể chỉ bắt đầu sau khi toàn bộ burst đã được tập hợp

Ngoài ra còn có kỹ thuật tập hợp prediction-base (theo tài liệu On linear

prediction of Internet traffic for packet and burst switching networks), trong kỹ

thuật này các giá trị threshold hay timer của burst kế tiếp được đoán trước dựa vào tốc độ lưu lượng đến Dùng phương pháp này BHP sẽ được gửi đến core node trước khi burst thực sự được tạo ra để lưu trữ tài nguyên trong mạng Giá trị đoán trước có thể được dùng để thiết lập một cách linh hoạt các giá trị threshold hay timer cho burst kế tiếp Ưu điểm của phương pháp này là việc báo hiệu và tập hợp chùm có thể tiến hành song song với nhau, do đó sẽ tiết kiệm được thời gian chờ tập hợp chùm

3.2 Hiệu ứng của tập hợp chùm dựa trên đặc tính truy cập:

Trong quá trình kết hợp chùm, các gói dữ liệu ở lớp cao hơn thì được lưu trong các gói nối tiếp nhau dựa trên các địa chỉ đến và QoS Sau đó burst được tạo

ra với tiêu chí là an toàn, chùm tương ứng sẽ được tạo ra và gửi vào trong lõi mạng lưới Vì vậy chúng ta có thể thấy được đặc điểm của các gói đến và sự phân phối chiều dài gói sẽ có tác động mạnh mẽ đến đặc điểm của chùm tương ứng và sự phân phối chiều dài chùm tương ứng Hiện đã có nhiều tranh luận về tác động của việc tập hợp chùm trên burstness của lưu lượng các gói truy cập ngõ vào Người ta tin

truy cập ngõ vào (hiệu ứng smoothing) Lưu ý rằng lưu lượng truy cập được coi là tương tự nhau nếu trong quá trình đến là chùm trong bất kì thời điểm nào Việc biễu diễn lưu lượng truy cập truyền thống chỉ ở mức thời gian nhỏ hơn, tuy nhiên phương pháp này sẽ đưa đến một tốc độ truyền cố định trong khi xem xét ở mức thời gian dài hơn hoặc vô tận Nói chung, nó có thể xử lý lưu lượng truy cập mềm mại hơn (Poisson) khi so sánh với lưu lượng truy cập khối data (self-similar)

Các tác giả yêu cầu việc tập hợp chùm chỉ thay đổi trong phạm vi ngắn lưu lượng các gói truy cập ngõ vào, nhưng đặc tính trong phạm vi lớn của lưu lượng các gói truy cập vẫn không thay đổi Kết quả này trái ngược với kết quả trước đó được trình bày trong [13], nơi mà các tác giả đã nghiên cứu tỷ mỉ việc sắp xếp chùm dựa theo thời gian dưới sự tương tác của các gói dữ liệu đến và thể hiện rằng cơ chế kết hợp chùm sẽ giảm đặc tính tự tương tác của lưu lượng truy cập trong trục chính của mạng quang

Các nhà nghiên cứu đã đề xuất sự phối hợp giữa việc sắp xếp theo thời gian với sự phân phối các burst cố định (T), phân phối chiều dài burst theo định luật Gauss Tuy nhiên các tác giả cũng đề cập rằng mặc dù sự phụ thuộc phạm vi nhỏ có thể xử lý linh hoạt hơn, kỹ thuật tập hợp chùm dựa vào thời gian và mức ngưỡng có thể không làm giảm đi sự phụ thuộc trong phạm vi lớn của quá trình xử lý lưu lượng truy cập Thông qua các mô phỏng, các tác giả đã cho thấy sự tương quan về cấu trúc ở mức thời gian vô cùng lớn thì vẫn không đổi

3.3 Đánh giá kỹ thuật tập hợp chùm theo Threshold - base:

Theo tài liệu Threshold-base burst assembly policies for QoS support in

optical burst-switched networds, các tác giả đã nghiên cứu chi tiết kỹ thuật kết hợp

chùm dựa trên threshold-base và ảnh hưởng của việc rớt gói trong mạng chuyển mạch chùm quang Các tác giả cũng đã nghiên cứu ảnh hưởng của kết hợp chùm trên chất lượng dịch vụ của mạng OBS

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng các gói được tập hợp vào trong burst dựa trên nơi đến của chúng (định tuyến ngõ ra) và lớp dịch vụ QoS, và mỗi loại dữ liệu được kết hợp sử dụng một giá trị ngưỡng riêng biệt Các gói ngõ vào có thể nằm ở một lớp riêng biệt, nơi miêu tả các yêu cầu QoS của các gói Ngoại trừ một số trường hợp, các tác giả cho rằng có tổng cộng hai lớp lưu lượng truy cập ngõ vào đó là lớp 0 và lớp 1, độ ưu tiên truy cập của lớp 0 thì cao hơn so với lớp 1 Mục đích là để tìm ra dãy các giá trị tối ưu mà xác xuất rớt gói ở lớp 0 là nhỏ nhất để đưa vào mạng thông qua tải Ngoài ra, nó còn cho biết việc tạo ra chùm từ các gói lớp 0 đã được phân chia độ ưu tiên dữ liệu, độ ưu tiên 0; và việc kết hợp các chùm từ các gói lớp 1 đã

được định trước độ ưu tiên, độ ưu tiên 1

Trong mạng OBS có sử dụng kỹ thuật báo hiệu JET với việc phân chia chùm

dữ liệu đã được tính toán Các chùm dữ liệu có thể nhận được nhiều cách giải quyết khác nhau tại lõi mạng OBS dựa trên độ ưu tiên của chùm dữ liệu Mạng này không

hỗ trợ các kênh truyền trễ hoặc các bộ chuyển đổi bước sóng Trong phần dưới đây, các tác giả mô tả các kỹ thuật kết hợp chùm dựa theo threshold-base và mô tả ảnh hưởng của các kỹ thuật đó với gói bị rớt

Kỹ thuật giới hạn dựa trên chùm burst:

Đối với việc tập hợp chùm, mức ngưỡng được sử dụng như một thông số giới hạn để quyết định khi nào tạo ra burst và gửi burst vào trong mạng quang Cho đến khi yêu cầu về mức ngưỡng được đáp ứng, các gói ngõ vào sẽ được lưu trong gói ưu tiên xếp nối tiếp nhau tại ingress node Khi ở trong giá trị ngưỡng, burst sẽ được tạo

và gửi vào trong mạng quang Với cách xử lý dựa trên mức ngưỡng, tất cả các burst

sẽ có cùng số lượng các gói khi đưa vào trong mạng; tuy nhiên, khi burst đi vào lõi mạng OBS, chiều dài của burst có thể thay đổi dựa trên các cách thức giải quyết tranh chấp như là phân khúc chùm dữ liệu, đi dọc theo lõi

Việc mô tả các phương pháp sắp xếp mức ngưỡng khác nhau được so sánh dưới cách thức hạ tiêu chuẩn (DP) và cách thức phân khúc (SDP) trong cách thức giải quyết tranh chấp Với cách thức giảm tiêu chuẩn, burst đến sau sẽ bị rớt nếu có

sự tranh chấp với burst khác Với cách thức phân khúc, những đoạn trùng lấp của burst đến trước sẽ bị rớt khi burst đến sau tranh chấp với nó

Đầu tiên các tác giả nghiên cứu một lớp của dữ liệu truy cập và sau đó đến hai lớp, mô tả QoS u Tác giả cho rằng, sự xuất hiện các giá trị ngưỡng tối ưu tại tải

và trong mạng sẽ làm cho khả năng rớt gói là nhỏ nhất

+ Single threshold with two burst priority: trong cách thức này, các nhà khoa học cho rằng mạng có hai lớp truy cập khác nhau và họ đưa ra một mức ngưỡng chung cho tất cả lưu lượng truy cập Tác giả cho rằng việc mất gói là hoàn toàn có thể và số lượng các tranh chấp trong việc thay đổi giá trị tải và mức ngưỡng Hai mức ưu tiên là ưu tiên 0 và mức ưu tiên 1 Mức ưu tiên 0 thì thể hiện độ ưu tiên truy cập cao hơn

+ Two threshold without burst priority: trong cách thức này, tác giả cho rằng mạng chỉ gồm một lớp truy cập Họ đưa ra hai mức ngưỡng khác nhau cho mạng Vì thế đánh giá ảnh hưởng của các mức ngưỡng khác nhau trên các gói bị rớt và số lượng các tranh chấp

+ Two threshold with two burst priority: trong cách thức này, tác giả cho rằng mạng gồm hai lớp truy cập khác nhau và họ đưa ra một mức ngưỡng duy nhất cho mỗi lớp truy cập Họ đánh giá khả năng gói bị rớt và số lượng các tranh chấp khi tải và mức ngưỡng thay đổi Có hai mức ưu tiên là mức ưu tiên 0 và mức

ưu tiên 1 Mức ưu tiên 0 thể hiện độ ưu tiên truy cập cao hơn

CHƯƠNG 4:

KỸ THUẬT BÁO HIỆU

Khi một burst dữ liệu được truyền qua lõi quang, một mô hình báo hiệu phải được thực thi để phân phối tài nguyên và cấu hình các chuyển mạch quang cho burst dữ liệu tại mỗi node Kỹ thuật báo hiệu trong mạng OBS được thực thi bằng cách dùng các gói điều khiển burst ngoài băng (out-of-band) Trong phương pháp báo hiệu out-of-band, header kết hợp với burst dữ liệu được truyền trên một bước sóng khác với bước sóng truyền burst đó Các gói tiêu đề ngoài băng (header out-of-band) thì được truyền đi cùng tuyến với burst dữ liệu, thông báo cho các node dọc theo tuyến này để các nút có thể định hình bộ kết nối quang sao cho tương thích với chùm dữ liệu sẽ đến tại một thời điểm thích hợp

Trong chương này, chúng ta khảo sát một số giao thức báo hiệu đã được đề xuất cho việc truyền dữ liệu trong mạng OBS Sau đó mô tả chi tiết một vài giao thức báo hiệu OBS đã được nghiên cứu

4.1 Sự phân loại các giao thức báo hiệu:

Nhiều giao thức báo hiệu có thể được sử dụng trong mạng chuyển mạch chùm quang, phụ thuộc vào việc làm sao và khi nào tài nguyên được lưu trữ trong mạng cho burst dữ liệu Về nguyên tắc, một kỹ thuật báo hiệu có thể được mô tả dựa vào các đặc điểm sau:

+ Kênh truyền một chiều (one-way), kênh truyền hai chiều (two-way), hoặc kênh kết hợp (hybrid)

+ Node khởi đầu là node nguồn, node đích hay node trung gian

+ Sự lưu trữ liên tục hay không liên tục

+ Sự lưu trữ trễ hay tức thời

+ Giải phóng tài nguyên trực tiếp hay ngầm

+ Kỹ thuật báo hiệu tập trung hoặc phân tán

Hình 4.1-Sự phân loại báo hiệu trong mạng OBS

4.1.1 Một chiều, hai chiều, hoặc kết hợp:

Mô hình báo hiệu có thể được mô tả hoạt động bởi việc sử dụng sự lưu trữ một chiều, sự lưu trữ hai chiều hoặc kết hợp cả hai sự lưu trữ trên Trong sơ đồ báo hiệu một chiều, node nguồn gửi đi một gói điều khiển đòi hỏi mỗi node trong tuyến phải phân phối tài nguyên cần thiết cho burst dữ liệu và để định hình cho các kết nối chéo tương ứng Node nguồn sau đó gửi burst dữ liệu đi mà không cần đợi sự xác nhận của node trung gian hay node đích đến thông báo việc lưu trữ tài nguyên tai mỗi nút thành công hay thất bại Do đó, nếu có một sự lưu trữ nào không thành công thì burst dữ liệu đó sẽ bị rớt Mặt khác, do không cần chờ sự xác nhận nên burst dữ liệu có thể được gửi đi sớm hơn, do đó sẽ giảm số lượng burst dữ liệu chờ truyền tải

Kỹ thuật báo hiệu với kênh truyền hai chiều là kỹ thuật báo hiệu dựa trên các tin báo nhận ACK Khi tiêu đề burst dữ liệu được gửi đi từ nguồn tới đích để lưu trữ tài nguyên cho burst dữ liệu, một thông điệp xác nhận rằng việc lưu trữ nguồn tài nguyên theo yêu cầu đã được gửi trở lại từ đích đến nguồn Burst dữ liệu chỉ được truyền đi sau khi nguồn nhận được sự xác nhận Nếu như có một trong những node trung gian bên trong kênh truyền không tương thích với burst dữ liệu, thì node đó sẽ gửi một tin báo đến nguồn xác định việc lưu trữ không thành công, node này cũng

sẽ giải phóng tất cả các đường liên kết đã được lưu trữ trước đó Node nguồn có thể gửi lại một tiêu đè burst mới nhằm tìm tuyến mới cho burst dữ liệu đó hay sẽ bỏ qua yêu cầu này Kỹ thuật báo hiệu với kênh truyền hai chiều có thể loại bỏ sự mất burst

dữ liệu trong lõi mạng OBS, nhưng sẽ dẫn đến thời gian trễ (end-to-end) cao hơn đối với mỗi burst dữ liệu

Kỹ thuật báo hiệu kênh kết hợp đòi hỏi một sự tương thích giữa sự lưu trữ một chiều và hai chiều Trong kỹ thuật báo hiệu kênh kết hợp, sự lưu trữ từ nguồn đến một số node trung gian trên đường truyền sẽ được xác nhận thông qua các thông điệp xác nhận ACK, trong khi đó những sự lưu trữ từ node trung gian đến đích sẽ không cần sự xác nhận Vị trí của node trung gian sẽ xác định các đặc tính

về độ trễ và sự suy hao của bursta dữ liệu Và nếu node trung gian là nguồn thì không cần ACK, nếu node trung gian là đích thì cần ACK

4.1.2 Kỹ thuật SIR, DIR hoặc INI:

Kỹ thuật báo hiệu có thể khởi tạo sự dự trữ tài nguyên theo yêu cầu tại nguồn cấp, tại đích đến, hoặc tại những điểm trung gian Trong kỹ thuật Source Initiate Reservation (SIR), nguồn tài nguyên của burst dữ liệu sẽ được lưu trữ trong khi tiêu

đề burst dữ liệu đi từ nguồn cho đến đích Nếu như việc phân bổ nguồn tài nguyên

là thành công trên hướng tới và kênh truyền được xác lập, thì sau đó một thông điệp xác nhận sẽ được gửi trở lại nguồn Nguồn cấp, sau khi nhận được xác nhận lưu trữ tài nguyên, sẽ truyền burst dữ liệu vào trong lõi mạng theo một thời gian đã định sẵn

Trong kỹ thuật Destination Initiated Reservation (DIR), node nguồn sẽ phát một yêu cầu tài nguyên tới node đích đến, yêu cầu này thu thập thông tin bước sóng sẵn sàng trên mỗi đường kết nối dọc theo lộ trình Dựa trên thông tin thu thập được, node đích đến sẽ lựa chọn một bước sóng sẵn sàng (nếu tồn tại) và gửi một yêu cầu lưu trữ trở lại node nguồn Yêu cầu lưu trữ này sẽ gửi qua node trung gian, lưu trữ bước sóng sẽ chọn cho từng thời điểm thích hợp Nguyên nhân chính của việc bị tắt nghẽn hoặc mất mát dữ liệu trong SIR là do thiếu các nguồn tài nguyên tự do, trong khi đó ở DIR, sự mất mát là do thông tin lỗi thời

Trong kỹ thuật Intermediate Node Initiated Reservation (INI), thường thì nguồn đến vài node trung gian tài nguyên được lưu trữ tương tự trong DIR, và tương tự SIR từ node trung gian đến n node đích

Nhìn chung, để giảm bớt sự mất mát trên các nút, kỹ thuật SIR có thể lưu trữ nhiều hơn một bước sóng theo hướng từ nguồn cho tới đích đến và giải phóng các lưu trữ không thàng công trên hướng ngược lại Phương pháp này có thể gây ra nghẽn ở hướng đến và dẫn đến thiếu tài nguyên Mặt khác, kỹ thuật DIR chỉ lựa chọn các thông tin trạng thái tĩnh của tất cả các node trung gian và sau đó dựa vào các thông tin đó để chọn bước sóng phù hợp Vì những thông tin trạng thái tĩnh được nhận không được cập nhật thường xuyên nên có thể bước sóng được lựa chọn

đã được dùng bởi một yêu cầu khác Do đó DIR chịu sự suy hao thông tin lỗi thời

4.1.3 Tính liên tục hoặc không liên tục:

Một kỹ thuật báo hiệu cần phải quyết định là chờ nguồn tài nguyên bị nghẽn cho đến khi nó rỗi trở lại hoặc ngay lập tức thông báo sự tranh chấp và đưa ra giải pháp phù hợp như là sự truyền tải lại, chuyển hướng hay đệm Trong phương pháp liên tục, việc chờ nguồn tài nguyên bị nghẽn và gán lại bước sóng ít suy hao nhất, giả thiết rằng các bộ đệm thích hợp đã được thiết lập tại các node biên và node lõi

để lưu trữ các burst dữ liệu đến Với phương pháp không liên tục, phải có một giới hạn về thời gian trễ (thời gian trễ tối thiểu), vì vậy các node sẽ đưa ra yêu cầu về lỗi nếu như nguồn tài nguyên không sẵn sàng ngay lúc đó, và thực thi các kỹ thuật giải quyết xung đột thích hợp

4.1.4 Sự lưu trữ tức thời hay trì hoãn:

Dựa trên thời gian lưu trữ trên kênh truyền, các kỹ thuật báo hiệu có thể được phân loại thành hai loại đó là sự lưu trữ tức thời hay trễ Với kỹ thuật lưu trữ tức thời, các kênh truyền được lưu trữ ngay khi BHP vừa tới được nút Còn trong kỹ thuật lưu trữ trễ, các kênh sẽ được lưu trữ ngay khi burst dữ liệu thực sự đến được node (hay đường liên kết) Để có thể thực hiện lưu trữ trễ, một thông điệp thiết lập (BHP) phải mang thời gian offset giữa nó và burst dữ liệu tương ứng Ví dụ như trong kỹ thuật báo hiệu Just-In-Time (JIT) dùng lưu trữ tức thời, trong khi đó kỹ thuật báo hiệu Just-Enough-Time (JET) dùng lưu trữ trễ

Nói chung, sự lưu trữ tức thời thì đơn giản và hữu dụng khi triển khai nhưng

bị gián đoạn nhiều hơn, việc này dẫn đến hiệu quả phân bổ băng thông Mặt khác, việc sử dụng lưu trữ trễ thì phức tạp hơn, nhưng hiệu suất sử dụng băng thông cao hơn Kỹ thuật lưu trữ trễ sẽ tạo ra các vùng trống giữa các bursr dữ liệu trên các kênh truyền Các giải thuật dùng trong sự lưu trữ này cần phải lưu trữ thêm thông tin về các vùng trống này Dựa trên thông tin đó, một bước sóng sẽ được gán cho phù hợp yêu cầu lưu trữ Lưu trữ trễ và lưu trữ tức thời có thể được kết hợp với nhau trong bất kì kỹ thuật báo hiệu nào, nếu các node cơ sở duy trì những thông tin liên quan

4.1.5 Giải phóng tài nguyên trực tiếp hay ngầm:

Một sự lưu trữ hiện hữu có thể được giải phóng theo hai hướng, ngằm hoặc trực tiếp Trong kỹ thuật giải phóng trực tiếp, một thông điệp kiểm soát riêng biệt được gửi theo sau burst dữ liệu từ nguồn cho đến đích, để giải phóng hoặc kết thúc

sự lưu trữ hiện có Còn đối với kỹ thuật giải phóng ngằm, BHP phải có thêm một số thông tin như là chiều dài burst dữ liệu và thời gian chờ (offset) Chúng ta có thể thấy kỹ thuật giải phóng không tường minh ít suy hao hơn dẫn đến không có trễ

giữa thời gian kết thúc thực sự của burst và thời gian đến của mẫu tin điều khiển giải phóng ở mỗi nút Mặt khác, kỹ thuật giải phóng trực tiếp làm hiệu suất sử dụng băng thông thấp hơn và làm tăng độ phức tạp của mẫu tin

Dựa trên các cơ chế lưu trữ và cơ chế giải phóng (hình 4.2), các kỹ thuật báo hiệu có thể được phân thành 4 nhóm sau: lưu trữ tức thời với cơ chế giải phóng ngầm, lưu trữ tức thời với cơ chế giải phóng trực tiếp, lưu trữ trễ với cơ chế giải phóng ngầm, lưu trữ trễ với cơ chế giải phóng trực tiếp Trong lưu trữ tức thời và cơ chế giải phóng trực tiếp thì có 1 thông điệp điều khiển được gửi đi để thực hiện các chức năng mong muốn như là dự trữ kênh truyền hoặc giải phóng sự kết nối Trong lưu trữ trễ, BHP out-of-band cần phải mang thời gian offset, trong trường hợp giải phóng ngầm thì BHP phải mang thời hiệu của burst dữ liệu (thêm vào thời gian offset) Chúng ta có thể dễ dàng nhận thấy những kỹ thuật sử dụng lưu trữ trễ và cơ chế giải phóng ngầm làm cho hiệu suất sử dụng băng thông cao hơn, trong khi đó các kỹ thuật dùng lưu trữ tức thời và cơ chế giải phóng trực tiếp thì hiệu suất sử dụng băng thông thấp hơn

Hình 4.2-Cơ chế thiết lập và phân phối trong mạng OBS

4.1.6 Báo hiệu tập trung hoặc phân tán:

Trong kỹ thuật báo hiệu tập trung, một yêu cầu về tập trung riêng có nhiệm

vụ thiết lập đường đi và gán bước sóng trên mỗi tuyến cho mỗi burst dữ liệu trên tất

cả các cặp điểm nguồn-đích trong mạng lưới Kỹ thuật báo hiệu tập trung có thể có hiệu quả cao hơn khi dùng cho mạng luới vừa và nhỏ, lưu lượng truy cập không có tính chùm Còn đối với kỹ thuật báo hiệu phân tán, tại mỗi node đều có danh mục burst, danh mục burst này gán một kênh outgoing cho mỗi BHP đến Kỹ thuật phân tán thì thích hợp để sử dụng trong những mạng quang có qui mô lớn và lưu lượng

có tính chùm

Mục đích chung của cơ cấu báo hiệu là chúng ta có thể phân loại các kỹ thuật báo hiệu dựa trên những sự chọn lựa các thông số, và hiệu quả hoạt động của kỹ thuật thì có thể được suy luận ra

Hai kỹ thuật báo hiệu nổi bật nhất hiện nay dành cho mạng quang OBS đó là Tell-and-Wait (TAW) và Just-Enough-Time (JET) Trong cả hai kỹ thuật trên, thông điệp báo hiệu (BHP) được gửi ở tiêu đề của burst dữ liệu để xác lập những chuyển mạch dọc theo đường đi

4.2 Kỹ thuật báo hiệu Just-Enough-Time (JET):

Kỹ thuật báo hiệu JET được minh họa trong hình 2.7 Trong kỹ thuật này, đầu tiên node nguồn gửi một tiêu đề chùm BHP trên kênh điều khiển về phía node đích BHP được xử lý tại mỗi nút tiếp theo để thiết lập một đường truyền toàn quang cho burst dữ liệu tương ứng Nếu sự chiếm giữ thành công, thì bộ chuyển mạch sẽ được cấu hình trước khi burst dữ liệu đến Trong lúc đó, burst dữ liệu vẫn đợi tại nguồn dưới dạng điện Sau thời gian offset định trước, burst dữ liệu được gửi

đi trên bước sóng đã lựa chọn hoàn toàn trong miền quang

Hình 4.3- Kỹ thuật báo hiệu JET

Thời gian offset được tính dựa trên số bước nhảy từ nguồn đến đích và thời gian chuyển mạch của nút lõi:

Trong đó:

h là số chặn giữa nguồn và đích

δ là số bước nhảy trong khoảng thời gian xử lý tiêu đề chùm

ST là thời gian cấu hình lại chuyển mạch

Nếu tại bất kỳ một node trung gian nào đó mà sự chiếm giữ tài nguyên không thành công thì chùm sẽ bị rớt Đặc trưng nổi bật của JET khi so sánh với các cơ chế báo hiệu 1 chiều khác đó là sự chiếm giữ có trì hoãn và giải phóng không tường minh Thông tin cần thiết để duy trì cho mỗi kênh của cổng ngõ ra trong bộ chuyển mạch sử dụng JET bao gồm thời gian bắt đầu và kết thúc của tất cả các burst đã được sắp xếp, điều này làm cho hệ thống khá phức tạp Mặt khác, JET có thể phát hiện các trạng thái không có sung đột xảy ra, mặc dù thời gian bắt đầu của một burst mới có thể sớm hơn thời gian kết thúc của một burst đã được chấp nhận, một burst

có thể được truyền trong khoảng giữa hai burst đã lưu trước đó Vì thế, các burst được chấp nhận với một khả năng cao hơn trong JET Điều này được minh họa trong hình sau:

Hình 4.4-Sự chiếm kênh trong JET

Trong báo hiệu JET, thời gian trễ được tính bởi tổng thời gian kết hợp chùm, thời gian offset, thời gian truyền burst dữ liệu và thời gian trì hoãn truyền giữa các node:

Trong đó:

tagg là thời gian kết hợp burst

tot là thời gian offset

tb là thời gian truyền chùm dữ liệu

tpij là thời gian trì hoãn truyền giữa nút i và nút j

4.3 Kỹ thuật báo hiệu Tell-And-Wait (TAW):

Kỹ thuật báo hiệu TAW được minh họa trong hình 4.5 Trong kỹ thuật này,

sự thiết lập BHP được gửi dọc theo tuyến chùm để thu thập thông tin về các kênh có thể sử dụng được ở mỗi node trên tuyến đường Tại đích, một thuật toán gán kênh được thực thi và giai đoạn chiếm giữ trên mỗi tuyến liên kết được xác định dựa vào thời gian kênh có sẵn sớm nhất trong tất cả các node trung gian Sự xác nhận BHP được gửi theo hướng ngược lại từ đích đến nguồn để lưu trữ kênh cho yêu cầu tại mỗi node trung gian Tại một node bất kỳ dọc theo đường truyền, nếu các kênh yêu cầu đã bận thì một yêu cầu giải tỏa BHP được gửi đến đích để giải tỏa các tài nguyên đã được lưu trữ trước đó trước Nếu sự xác nhận gói đi đến tận node nguồn một cách thành công thì sau đó burst sẽ được gửi vào các node lõi của mạng

Ngoài ra, vì TAW tương tự như mạng định tuyến bước sóng, kênh truyền có thể được chiếm theo hướng đến như trong cách khởi tạo sự lưu trữ từ nguồn SIR hoặc chiếm giữ từ đích trở về nguồn giống như cách khởi tạo sự lưu trữ tại đích DIR Báo hiệu TAW trong OBS khác với định tuyến bước sóng trong mạng WDM

ở chỗ, trong TAW tài nguyên được lưu trữ tại mỗi node chỉ trong khoảng thời gian của chùm Ngoài ra, nếu thời gian của chùm được biết như là khoảng thời gian chiếm dụng thì sau đó một mô hình giải phóng không tường minh sẽ được triển khai

để tận dụng tối đa băng thông

Nếu so sánh giữa TAW và JET thì điểm bất lợi của TAW là thời gian thiết lập, tuy nhiên trong TAW thì việc mất dữ liệu là thấp TAW tốn thời gian gấp 3 lần thời gian trì hoãn truyền 1 chiều từ nguồn đến đích để cho burst dữ liệu đến được đích.Thời gian trì hoãn end-to-end được tính bằng tổng thời gian tập hợp burst, thời gian thiết lập kết nối, thời gian truyền burst và thời gian trì hoãn truyền burst dữ liệu Thời gian offset có thể được cộng theo vào nếu tổng thời gian xử lý BHP trên mỗi bước nhảy (trạm) tại tất cả các nút trung gian cộng với thời gian cấu hình một

bộ chuyển mạch rất lớn hơn so với thời gian thiết lập kết nối

Ngoài ra

Trong đó:

tagg là thời gian kết hợp chùm

tot là thời gian offset

tb là thời gian truyền chùm dữ liệu

tpij là thời gian trì hoãn truyền giữa nút i và nút j

Hình 4.5-Kỹ thuật báo hiệu TAW

4.4 Kỹ thuật báo hiệu INI:

Vài kỹ thuật báo hiệu đã được đề xướng cho việc truyền dữ liệu trong mạng toàn quang Để phù hợp bộ lưu trữ tài nguyên động yêu cầu truyền tài nguyên đến,

kỹ thuật báo hiệu đầu tiên phải tìm tuyến đường từ nguồn tới đích, sơ đồ những chùm trên một bước sóng đặc biệt tại mỗi nút trung gian

Hầu hết kỹ thuật báo hiệu phân tán thông thường dùng kỹ thuật TAW, quản

lí và cấp dữ liệu vừa đủ thời gian (JET) TAW là hai đường, tin báo nhận là nền tảng kỹ thuật báo hiệu dùng thiết lập rõ ràng và thông báo kiểm soát giải phóng JET là một hướng kỹ thuật báo hiệu nền tảng Để tránh chuyển đổi tín hiệu thành điện tử trong lõi quang tất cả các kỹ thuật báo hiệu đều có khoảng trống giữa BHP

và dữ liệu tương ứng BHP cũng có thể chỉ rõ khoảng thời gian chùm để cho phép một node biết có thể cấu hình lại nó chuyển đổi chùm tiếp, ngoài việc chứa đựng

khoảng trống thời gian Khoảng trống thời gian cho phép BHP xử lý tại mỗi node trung gian trước khi chùm đến node trung gian

Nếu chúng ta so sánh TAW với JET, sự bất lợi của TAW là thời gian thiết lập tuyến quay về, ví dụ thời gian được dùng để thiết lập kênh; Tuy nhiên trong TAW sự mất mát là thấp Bởi thế, TAW sử dụng tốt cho việc truyền nhạy về mất mát Ngược lại, JET thì việc mất mát dữ liệu lại cao, nhưng độ trì hoãn gần bằng không từ nguồn tới đích cho chùm đạt đến đích, đối với JET độ trì hoãn đúng bằng tổng của một hướng truyền trì hoãn và khoảng trống thời gian Không có kỹ thuật báo hiệu đánh giá tính linh hoạt trong cả hai sự trì hoãn lẫn mất mát giá trị đúng sai

IP qua mạng OBS, nó mong muốn cung cấp những hỗ trợ QoS, những ứng dụng với yêu cầu QoS đa dạng, như giọng nói qua IP, video theo yêu cầu và hội thảo trực tuyến Vài giải pháp đã được đề xướng để hỗ trợ QoS trong mạng lõi OBS Ở đó không có kỹ thuật đơn mà cung cấp tính linh hoạt cho sự hỗ trợ cả giảm

độ nhạy và mất độ nhạy truyền trong cùng mạng OBS Cũng tồn tại những sơ đồ QoS, như JET với thêm khoảng trống thời gian của những lớp khác nhau cho đường truyền, bị xác suất tắc nghẽn cao Ngoài ra node nguồn phải ước lượng khoảng thời gian xê dịch để hỗ trợ gói dữ liệu khác nhau theo nhiều nhu cầu của lớp

Trong mục này chúng ta thảo luận kỹ thuật báo hiệu ghép giữa một và hai hướng truyền gọi là nút trung gian đầu tiên và một mở rộng của kỹ thuật báo hiệu INI để cung cấp phân biệt tín hiệu theo yêu cầu ứng dụng qua kỹ thuật phân biệt (DINI) Kỹ thuật DINI cung cấp phép lấy vi phân không có giới thiệu bất kì bổ sung khoảng thời gian xê dịch nào

4.4.1 Kỹ thuật báo hiệu INI:

Để khắc phục hạn chế của TAW và JET, những nhà phát minh đề xướng kỹ thuật báo hiệu node trung gian đầu tiên Trong kỹ thuật báo hiệu INI, một node giữa nguồn và đích trên đường dẫn được lựa chọn như node bắt đầu Một node bắt đầu là một node trung gian giữa nguồn và đích mà một giải thuật hạn chế được chạy để xác định thời gian của việc chùm đó có thể được lập trình đến máy nhận chùm Tại node khởi đầu, lưu trữ thực tế của những kênh bắt đầu trong cả hai hướng ví dụ như

từ node khởi đầu tới nguồn và từ node khởi đầu tới đích Sự lựa chọn của node khởi đầu là quyết định trong kỹ thuật báo hiệu INI

Hình 4.6-Kỹ thuật báo hiệu INI

Hình 4.6 minh họa kỹ thuật báo hiệu INI Khi chùm được tạo ra tại node rìa, một cài đặt của BHP được gửi tới đích BHP tập hợp những chi tiết của những kênh tạo mỗi node dọc theo đường dẫn cho đến khi chùm tới node ban đầu Tại node ban đầu, một giải thuật phân bố kênh được thực hiện để xác định khoảng thời gian, thời gian mà những kênh sẽ cần được lưu trữ tại mỗi bước nhảy trung gian giữa nguồn

và node ban đầu Một gói xác nhận được gửi từ node nguồn những kênh lưu trữ dọc đường dẫn từ node ban đầu tới nguồn Nếu một kênh bận tại bất kì một node nào trên đường dẫn, thì một gói giải phóng dự phòng được gởi ngược lại node ban đầu

để giải phóng tài nguyên lưu trữ trước đó Nếu gói xác nhận tới nguồn thành công, thì chùm được gửi tại mạch lịch trình thời gian Đồng thời, INI gửi một thông báo cài đặt BHP hướng về đích, những kênh lưu trữ dữ liệu giữa INI và đích Nếu tại bất

kì node nào ở giữa node khởi đầu và node đích, những lỗi BHP tới kênh dữ trữ, chùm được giảm tại node đó

Hình 4.7-Những kỹ thuật báo hiệu OBS khác