LẬP VÀ TÁCH BURST TRONG CHUYỂN MẠCH BURST QUANG

Nội dung đồ án: Tìm hiểu về sự ra đời của chuyển mạch burst quang và nền tảng cơ sở lý thuyết của công nghệ này. Nghiên cứu về vai trò, nguyên lý hoạt động của quá trình lập và tách burst. Từ đó tìm ra những vấn đề còn tồn tại và hướng xử lý. Đưa ra những đề xuất về cấu trúc phần cứng của khối lập và tách burst áp dụng trong thực tiễn.

BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

KHOA VIỄN THÔNG I

PGS.TS Bùi Trung Hiếu

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Điểm : …… ( Bằng chữ………)

Hà Nội, Ngày……tháng…….năm 2012 Giáo viên hướng dẫn

PGS.TS Bùi Trung Hiếu

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Điểm : …… ( Bằng chữ………)

Hà Nội, Ngày……tháng……năm 2012

Giáo viên phản biện

Lời mở đầu

Trong những năm gần đây, việc phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật trong ứng dụng chế tạo các thiết bị công nghệ tiên tiến đã kéo theo nhu cầu sử dụng lưu lượng truyền thông đa phương tiện gia tăng nhanh chóng Chính sự bùng nổ về yêu cầu sử dụng băng thông cao đó đã đòi hỏi hệ thống mạng truy cập cũng như hạ tầng,

kỹ thuật mạng truyền tải cần có những cải tiến nhằm đáp ứng tốt với tình hình hiện nay Kỹ thuật WDM, ghép kênh theo bước sóng đã ra đời và ngày càng phát triển để phục vụ tốt nhu cầu lưu lượng đang gia tăng theo từng ngày

Một vấn đề đặt ra với hệ thống mạng truyền tải quang hiện nay là kỹ thuật chuyển mạch quang Dữ liệu ở miền quang, trên lý thuyết, có thể áp dụng các công nghệ chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói như trong miền điện để chuyển tiếp từ nguồn tới đích Tuy nhiên, trên thực tế, mới chỉ có chuyển mạch kênh quang là được ứng dụng tốt trong hệ thống mạng truyền tải hiện nay, còn chuyển mạch gói quang, do những hạn chế về cấu kiện (cụ thể là thiếu các bộ đệm quang) mà vẫn chưa được áp dụng Trong tình hình chuyển mạch gói còn đang vướng mắc và chuyển mạch kênh lại tồn tại nhiều nhược điểm không thể khắc phục, một công nghệ mới đã được đề xuất,

đó là công nghệ chuyển mạch burst quang Chuyển mạch burst quang được coi là cân bằng giữa cả hai công nghệ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói Nó hoạt động dựa trên cơ sở lý thuyết là tập hợp nhiều gói dữ liệu có cùng đích đến lại thành một dữ liệu lớn hơn, gọi là burst, và tiến hành chuyển mạch burst này qua mạng lõi của mạng truyền tải Với phương thức như vậy, chuyển mạch burst quang đã tận dụng được ưu điểm của công nghệ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói, lại vừa khắc phục những nhược điểm còn tồn tại trong khi không đòi hỏi quá khó khăn về các cấu kiện quang.Một khối chức năng cơ bản nhưng cũng rất quan trọng trong kỹ thuật chuyển mạch burst quang là khối lập và tách burst Chuyển mạch burst quang có thực sự hiệu quả hay không, có đáp ứng được sự bùng nổ nhu cầu lưu lượng mạng hay không? Có thể nói là phụ thuộc rất nhiều vào hoạt động của khối lập và tách burst này Trong nội dung của đồ án này, em xin được tập trung nghiên cứu về nguyên tắc hoạt động của khối lập và tách burst này Qua đó để thấy rõ hơn về vị trí, cũng như vai trò của khối trong tổng thể kỹ thuật chuyển mạch burst quang Cuối cùng, em xin được đưa ra những đề xuất về quá trình làm việc của khối, cũng như cấu trúc phần cứng để đưa vào thực tiễn của khối chức năng quan trọng này

Sau đây là sơ lược các nội dung em xin được trình bày trong đồ án:

- Chương 1: Kỹ thuật chuyển mạch burst quang

Tìm hiểu về sự ra đời của chuyển mạch burst quang và nền tảng cơ sở lý thuyết của công nghệ này

- Chương 2: Lập và tách burst trong chuyển mạch burst quang

Nghiên cứu về vai trò, nguyên lý hoạt động của quá trình lập và tách burst

Từ đó tìm ra những vấn đề còn tồn tại và hướng xử lý

- Chương 3: Đề xuất cấu trúc khối lập và tách burst

Dựa trên những tìm hiểu ở chương 2, đưa ra những đề xuất về cấu trúc phần cứng của khối lập và tách burst áp dụng trong thực tiễn.

Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã được thầy giáo Bùi Trung Hiếu tận tình hướng dẫn, giải đáp những khúc mắc mà em còn vướng phải, giúp em hiểu kỹ càng hơn về vấn đề kỹ thuật, công nghệ Qua đồ án này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Do đây là lần đầu tiên em thử sức với một nghiên cứu chuyên sâu, nên không tránh khỏi những thiếu sót, em mong thầy Hiếu cùng với các thầy cô giáo trong trường nhận xét và chỉ bảo giúp em ngày càng hoàn thiện hơn, không chỉ là trong giới hạn của đồ án này Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn

Hà Nội, ngày 01 tháng 12 năm 2012

Sinh viên

Đỗ Nhật Phong

Mục lục

Lời mở đầu 1

Mục lục 3

Thuật ngữ viết tắt 5

Chương 1 Kỹ thuật chuyển mạch burst quang 8

1.1 Khái niệm về chuyển mạch burst quang 8

1.1.1 Sự ra đời của công nghệ chuyển mạch burst quang 8

1.1.2 Kỹ thuật chuyển mạch burst quang (OBS) 10

1.2 Nền tảng cơ sở của kỹ thuật chuyển mạch burst quang 16

1.2.1 Kiến trúc mạng chuyển mạch burst quang 16

1.2.2 Quá trình lập và tách burst 17

1.2.3 Quá trình truyền dữ liệu và tín hiệu điều khiển trong mạng OBS 18

1.3 Tóm tắt chương 21

Chương 2 Lập và tách burst trong chuyển mạch burst quang 23

2.1 Vai trò “Lập và tách burst” trong chuyển mạch burst quang 23

2.2 Khối lập burst (Burst Assembly) 25

2.2.1 Khái niệm lập burst 25

2.2.2 Lập burst dựa trên ngưỡng thời gian (Timer-Based Burst Assembly) 26

2.2.3 Lập burst dựa trên ngưỡng độ dài (Threhold-Based Burst Assembly) 28

2.2.4 Lựa chọn ngưỡng 29

2.2.5 Đánh giá kỹ thuật lập burst 31

2.3 Khối tách burst (Burst Deassembly) 38

2.3.1 Khái niệm tách burst 38

2.3.2 Nguyên lý tách burst 39

2.3.3 Vấn đề tồn tại trong quá trình tách burst 39

2.4 Tóm tắt chương 44

Chương 3 Đề xuất cấu trúc khối lập và tách burst 45

3.1 Đề xuất cấu trúc khối lập burst 45

3.1.1 Phân tích các khối chức năng cần có trong cấu trúc khối lập burst 45

3.1.2 Cấu trúc khối lập burst 46

3.2 Đề xuất cấu trúc khối tách burst 47

3.2.1 Phân tích các khối chức năng cần có trong cấu trúc khối tách burst 47

3.2.2 Cấu trúc khối tách burst 48

3.3 Cấu trúc tích hợp khối lập và tách burst 51

3.4 Khối lập và tách burst trong tổng thể cấu trúc nút biên 54

3.5 Tóm tắt chương 55

Kết luận 56

Tài liệu tham khảo 57

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

BAM Burst Assembly Module Khối lập Burst

BCP Burst Control Packet Gói tin điều khiển Burst

CCG Control Channel Group Nhóm kênh điều khiển

DCG Data Channel Group Nhóm kênh dữ liệu

DEMUX Wavelength demultiplexer Bộ chia kênh bước sóng

DIR Destination-initiated

DLE Dynamic Lightpath

Establishment Thiết lập đường quang động

DR Deflection Routing Định tuyến lệch hướng

DWR-OBSM

Dynamic Wavelength Routing-

Optical Burst Switching Mesh OBS định tuyến theo bước sóng độngE/O Electrical/Optical converter Bộ chuyển đổi điện quang

INI Intermediate Node-initiated

Reservation Đăng ký khởi đầu tại nút trung gian

IP Internet Protocol Giao thức Internet

MUX Wavelength multiplexer Bộ ghép kênh bước sóng

O/E Optical/Electrical converter Bộ chuyển đổi quang điện

OADM Optical Add-Drop Multiplexer Bộ xen rẽ bước sóng quang

OBS Optical Burst Switching Chuyển mạch Burst quang

OBSM Optical Burst Switching Mesh Chuyển mạch Burst quang cấu hình

MeshOCS Optical Circuit Switching Chuyển mạch kênh quang

ODD Only Destination Delay Chỉ có trễ đích

OPS Optical Packet Switching Chuyển mạch gói quang

O-RAM Optical Random Asscess

OXC Optical Cross Connect Kết nối chéo quang

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

RAM Random Asscess Memory Bộ nhớ truy nhập ngẫu nhiên

RFD Reserve a Fixed Duration Đăng ký một khoảng thời gian cố

địnhRLD Reserve a Limited Duration Đăng ký một khoảng thời gian giới

hạn

RWA Routing and Wavelength

SCU Switch control unit Điều khiển chuyển mạch

SDP Segmentation Policy Tiêu chí phân đoạn

SIR Source-initiated Reservation Đăng ký khởi đầu tại nguồn

SLE Static Lightpath Establishment Thiết lập đường quang tĩnh

WC Wavelength Conversion Chuyển đổi bước sóng

WDM Wavelength Division

Multiplexing

Chuyển mạch Burst quang cấu hình Mesh định tuyến bước sóng độngWRN Wavelength-routed network Mạng định tuyến bước sóng

WRON Wavelength-routed optical

CHƯƠNG I KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH BURST QUANG

1.1 Khái niệm về chuyển mạch burst quang (Optical Burst Switching).

Hơn một thập kỷ qua, trong lĩnh vực viễn thông đã có một sự phát triển mạnh mẽ

về công nghệ cũng như mạng lưới với tốc độ đáng kinh ngạc Sự bùng nổ của việc phổ cập Internet, cùng với sự tăng trưởng mạnh mẽ của nhu cầu truyền thông đa phương tiện đã và đang trở thành một thách thức lớn đối với công nghệ thông tin và viễn thông trên toàn thế giới Và một nhu cầu cấp thiết đã được đặt ra, đó là cần phát triển một công nghệ mạng mới, với lưu lượng cao và khả năng đáp ứng tốt với yêu cầu mở rộng băng thông lớn hiện nay

Để đáp ứng nhu cầu trên, hệ thống thông tin sử dụng phương pháp “Ghép kênh quang theo bước sóng (WDM)” đã được đề xuất và triển khai trên rất nhiều mạng đường trục của các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông trên thế giới Trong hệ thống WDM, một sợi quang sẽ mang nhiều kênh thông tin, với mỗi kênh sẽ làm việc trên từng bước sóng khác nhau Như vậy, đối với một hệ thống truyền dẫn quang, mỗi một sợi quang sẽ có khả năng cung cấp cho ta một băng thông lên đến 50Tb/s! Điều này cho thấy WDM có khả năng tăng dung lượng truyền dẫn lên đáng kể mà không cần tăng tốc độ bit của đường truyền hay sử dụng thêm sợi dẫn quang

Hình 1.1 Sơ đồ tuyến truyền dẫn quang ghép kênh theo bước sóng.

Công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng là một giải pháp hoàn hảo cho phép tận dụng hiệu quả khả năng cung cấp băng thông rộng của sợi quang, nâng cao rõ rệt dung lượng truyền dẫn cũng như hạ giá thành sản phẩm Sự phát triển của hệ thống WDM cùng với các công nghệ chuyển mạch đã mở ra một thế hệ mạng truyền tải mới, mạng toàn quang Trong mạng toàn quang, giao thức IP sẽ đóng vai trò của một giao thức chuẩn, sẽ được tích hợp với WDM Sự tích hợp này sẽ tạo nên một cấu trúc mạng trực tiếp nhất, đơn giản nhất, nhưng cũng hiệu quả và kinh tế nhất, thích hợp cho cả mạng đường trục và mạng đô thị

Các thế hệ mạng quang và hướng phát triển của công nghệ chuyển mạch.

Hình 1.2 chỉ ra xu hướng phát triển công nghệ mạng quang được nhìn tổng thể trên bức tranh phát triển kiến trúc mạng truyền tải quang, các công nghệ được sử dụng trong mạng truyền tải trong từng giai đoạn.

Hình 1.2 Xu hướng phát triển công nghệ mạng truyền tải quang.

Trong thế hệ mạng thứ nhất, kiến trúc mạng quang sử dụng các liên kết WDM điểm - điểm (Point to Point WDM) Khi đó, mạng quang bao gồm một số liên kết điểm-điểm mà tại đó tất cả lưu lượng đến một nút được lấy ra, chuyển đổi quang sang điện, xử lý điện và chuyển đổi từ điện sang quang trước khi được truyền đến nút khác Việc lấy ra, xử lý và cộng vào lưu lượng tại mỗi nút đòi hỏi một độ trễ lớn nhất định, làm tăng chi phí mạng Đó là nhược điểm lớn nhất và cần khắc phục trong thế hệ thứ nhất này

Trong thế hệ mạng quang thứ hai, kiến trúc mạng quang dựa trên các bộ xen rẽ bước sóng quang OADM (Optical Add-Drop Multiplexer) OADM cho phép lựa chọn các kênh bước sóng trên một sợi để kết cuối, trong khi không động chạm đến các bước sóng khác Thông thường, lưu lượng đi qua một nút cao hơn đáng kể so với lượng lưu lượng tách/ghép xen tại nút này Bằng việc sử dụng OADM chúng ta có thể giảm chi phí xử lý tín hiệu trên mạng đã nêu ở thế hệ thứ nhất

Trong kiến trúc mạng quang thế hệ thứ ba, để xây dựng một mạng mesh bao gồm các liên kết sợi đa bước sóng, cần có các thiết bị thích hợp kết nối quang Một

trong những thiết bị quan trọng cần thiết trong kiến trúc thế hệ thứ ba này là chuyển mạch chủ động (Active Switcher) Đây là một thiết bị định tuyến bước sóng từ các lối vào sợi quang và có thể hỗ trợ kết nối liên tục Nhưng khác với bộ định tuyến thụ động, chuyển mạch chủ động có thể cấu hình lại để thay đổi mô hình các bước sóng vào và ra.

Hệ thống mạng toàn quang khi được triển khai, sẽ có thể cung cấp các kết nối trong miền chuyển mạch kênh quang hay kênh quang giữa các bộ định tuyến biên qua một mạng lõi quang Tuy nhiên, ở giai đoạn đầu, các kết nối kênh quang là hoàn toàn tĩnh, chúng không thể tự cung cấp khả năng truyền tải hàng loạt lưu lượng Internet một cách hiệu quả

Lý tưởng nhất, để cung cấp một mạng quang với khả năng phục vụ tốt nhất là sử dụng chuyển mạch gói tại mức quang Tuy nhiên, công nghệ chuyển mạch gói quang trong tương lai gần là chưa thể thực hiện được chủ yếu do hạn chế về công nghệ chế tạo cấu kiện quang

Hiện nay, để khắc phục các nhược điểm của công nghệ chuyển mạch kênh quang và chuyển mạch gói quang, cũng như tận dụng ưu điểm của chúng, một công nghệ chuyển mạch trung gian đã ra đời, đó là công nghệ chuyển mạch burst quang (Optical Burst Switching - OBS) Trong công nghệ này, các gói sẽ được tập hợp thành burst và được truyền đi trên một kênh quang trong hệ thống mạng

Các công nghệ chuyển mạch.

Chuyển mạch kênh quang (OCS - Optical Circuit Switching).

Chuyển mạch kênh quang – OCS được sử dụng trong mạng định tuyến bước sóng quang (Wavelength Routed Networking – WRN) Đây là một kỹ thuật chuyển mạch hướng kết nối (Connection Oriented) Kết nối từ một nút nguồn – gửi thông tin đến một nút đích – nhận thông tin phải được thiết lập trước khi thông tin được truyền

đi Trong mạng định tuyến bước sóng WRN thì kết nối từ nguồn tới đích này được gọi

là một đường quang (light-path) Đường quang này tương ứng với một tuyến và một bước sóng được gán cho tuyến đó Việc thiết lập đường quang được thực hiện bởi một

số các tác vụ kiểm tra cấu trúc liên kết, topo mạng, phát hiện tài nguyên, định tuyến, gán bước sóng, báo hiệu và lưu trữ tài nguyên

Cấu hình mạng, phát hiện tài nguyên liên quan đến việc phân phối và duy trì thông tin trạng thái mạng Thông thường thông tin này sẽ bao gồm các thông tin về topo mạng vật lý và tình trạng của các liên kết trong mạng Trong mạng định tuyến bước sóng WRN, thông tin này có thể bao gồm độ sẵn sàng sử dụng (độ khả dụng) của bước sóng vào một liên kết được đưa ra trong mạng Một giao thức phổ biến để duy trì thông tin trạng thái liên kết được sử dụng là OSPF (Open Shortest Path First).Hình 1.3 chỉ ra một ví dụ điển hình về cấu trúc và hoạt động của mạng WRN

Hình 1.3 Mạng định tuyến bước sóng – WRN.

Tìm đường và gán bước sóng cho đường quang được gọi là bài toán RWA (Routing and Wavelength Assignment) Thông thường, yêu cầu kết nối có thể có hai loại, tĩnh và động Trong thiết lập đường quang tĩnh (Static Lightpath Establishment - SLE), toàn bộ các kết nối được biết trước, và vấn đề là phải thiết lập đường quang sao cho tối thiểu hóa tài nguyên mạng cũng như số lượng bước sóng hoặc số sợi quang sử dụng Đối với thiết lập đường quang động (Dynamic Lightpath Establishment - DLE), một đường quang được thiết lập cho mỗi yêu cầu kết nối khi nó đến, và đường dẫn quang này sẽ được giải phóng sau một khoảng thời gian hữu hạn Mục tiêu trong trường hợp định tuyến động là để thiết lập đường quang và gán bước sóng theo một cách nào để giảm thiểu số lượng kết nối bị chặn hay tối đa hóa số lượng kết nối được thiết lập thành công trong mạng tại một thời điểm bất kỳ

Kết nối đường quang trong mạng định tuyến bước sóng là tĩnh, có thể không phù hợp với tính đa dạng và bùng phát của lưu lượng Internet một cách hiệu quả Rõ ràng

là nếu lưu lượng đến thay đổi động, thì việc gửi lưu lượng trên đường quang tĩnh này

sẽ cho kết quả là việc sử dụng băng thông không hiệu quả Để có thể đáp ứng được yêu cầu về băng thông lớn trong mạng đô thị và mạng diện rộng, những phương thức truyền tải phải hỗ trợ việc dự trữ tài nguyên và có khả năng truyền được lưu lượng đột biến Nhưng nếu chúng ta cố gắng thiết lập đường quang động, thì thông tin trạng thái mạng sẽ thay đổi liên tục, gây khó khăn để duy trì mạng lưới thông tin trạng thái hiện tại Hơn nữa, dự trữ trong WRN là dự trữ hai chiều, khi có nhu cầu, nguồn gửi yêu cầu thiết lập đường dẫn quang và nhận về một xác nhận từ đích tương ứng là kết nối đã được thiết lập cho dù kết nối này có dung lượng bao nhiêu, do vậy việc sử dụng băng thông không hiệu quả về mặt kinh tế Do đó, cần có cách tiếp cận khác để truyền tải

dữ liệu qua mạng một cách hiệu quả

Chuyển mạch gói quang (OPS - Optical Packet Switching)

Khi công nghệ chuyển mạch quang phát triển, đã có nhiều nghiên cứu đề xuất mạng chuyển mạch gói quang, trong đó các gói tin được chuyển mạch và định tuyến độc lập qua mạng hoàn toàn trong miền quang mà không cần chuyển đổi thành tín hiệu điện tại mỗi nút trung gian Như vậy, mạng chuyển mạch gói quang cho phép một mức độ ghép kênh thống kê cao hơn trên các liên kết sợi quang và phù hợp để xử

lý lưu lượng truy cập hàng loạt tốt hơn mạng chuyển mạch kênh quang

Hình 1.4 cho thấy một mô hình cơ bản của mạng chuyển mạch gói quang

Hình 1.4 Mạng chuyển mạch gói quang.

Các gói tin truyền trong mạng chuyển mạch gói quang có phần tiêu đề và phần tải tin Tiêu đề chứa các thông tin định tuyến cũng như các thông tin điều khiển và được truyền trên cùng một băng với tải tin Khi gói tin truyền tới OXC, tiêu đề sẽ được tách ra và xử lý trong miền điện (sau khi đã được biến đổi quang-điện) còn tải tin sẽ được chuyển mạch trong miền quang Vì tiêu đề cần thời gian xử lý nên tải tin

sẽ được làm trễ bằng cách lưu đệm bởi đường dây trễ quang FDL (Fiber Delay Line)

Về nguyên lý chuyển mạch gói quang mong muốn truyền thông tin và xử lý thông tin điều khiển hoàn toàn trong miền quang Nhưng do hạn chế về mặt công nghệ hiện nay nên phần thông tin điều khiển chỉ có thể xử lý trong miền điện mà thôi Trong chuyển mạch gói quang, tiêu đề được so sánh với một bảng định tuyến, tải tin sẽ được chuyển tới đầu ra tương ứng trên một sợi quang và một bước sóng mới Nếu không có bước sóng mới nào khả dụng, gói tin sẽ bị hủy hoặc phải bị trễ đi để chờ bước sóng khả dụng mới

Để cho chuyển mạch gói quang hiệu quả, yêu cầu thời gian chuyển mạch nhanh

là bắt buộc Thời gian chuyển mạch của các thiết bị chuyển mạch dựa trên chuyển mạch vi cơ điện tử (MEMS-Based) vào khoảng 1-10ms Trong khi thiết bị chuyển mạch dựa trên bộ khuếch đại bán dẫn quang chỉ cỡ 1 ns Tuy nhiên, điểm bất lợi của thiết bị chuyển mạch dựa trên bộ khuếch đại bán dẫn quang là chi phí đầu tư cao hơn rất nhiều, và kiến trúc chuyển mạch yêu cầu tín hiệu phải đưa qua các bộ Couple, dẫn

đến tổn hao công suất khá lớn Chuyển mạch quang dựa trên các phần tử chuyển mạch LiN4O4 (2x2) với thời gian chuyển mạch nhỏ hơn 10ns có thể là ứng viên phù hợp cho OPS, tuy nhiên giá thành của chúng hiện tại vẫn còn khá cao.

Một thách thức khác trong chuyển mạch gói quang là đồng bộ hóa Trong mạng chuyển mạch gói quang với các gói dữ liệu có độ dài không cố định, đồng bộ hóa các gói tin tại các cổng đầu vào chuyển mạch là cần thiết để giảm thiểu tranh chấp Tuy nhiên, việc đồng bộ là thực sự khó khăn, mới chỉ có một vài đề xuất và tất cả mới chỉ được tiến hành trong các phòng thí nghiệm

Vì tài nguyên mạng không được dành trước trong chuyển mạch gói quang, nên giữa các gói hoàn toàn có thể xảy ra tranh chấp (khi hai hay nhiều gói cùng yêu cầu chuyển mạch tại một cổng đầu vào tại cùng một thời điểm) Đối với chuyển mạch gói thông thường, tranh chấp sẽ được giải quyết dễ dàng nhờ các bộ đệm Nhưng trong miền quang, đây lại là một khó khăn thực sự Bởi hiện tại, trong cấu trúc quang, người

ta vẫn chưa tìm ra được một thiết bị quang học nào tương đương với RAM (Random Access Memory) trong miền điện Có một giải pháp tạm thời là sử dụng các bộ đường dây trễ quang Tuy nhiên giải pháp này vấp phải một vấn đề lớn, đó là giới hạn không gian Rõ ràng, không thể chứa một bộ dây trễ quá lớn trong một trạm chuyển mạch

Và như vậy, kích thước bộ đệm quang sử dụng đường dây trễ rất hạn chế Do vậy, mạng chuyển mạch gói quang, trong khi vẫn còn thiếu Optical-RAM nên chưa sẵn sàng để triển khai thực tế

Về nguyên tắc chuyển mạch gói toàn quang tức là gói tiêu đề cũng được xử lý trong miền quang phải trong nhiều năm nữa mới thực hiện được Tuy nhiên, hiện tại công nghệ chưa cho phép nên chuyển mạch gói quang xử lý tiêu đề trong miền điện Trong chuyển mạch gói OPS mào đầu gói được xử lý và so sánh với một bảng định tuyến để nút thực hiện chuyển mạch Điều quan trọng là tải tin được truyền trong miền toàn quang trong suốt trong quá trình chuyển mạch

Chuyển mạch burst quang (Optical Burst Switching)

Với những nhược điểm cần được khắc phục của chuyển mạch kênh quang, cũng như những vấn đề còn tồn tại, chưa thể giải quyết ngay được của chuyển mạch gói quang, một giải pháp chuyển mạch mới được đề xuất, nhằm đáp ứng sự tăng trưởng không ngừng của nhu cầu sử dụng băng thông lớn tại thời điểm hiện tại, trong khi vẫn tận dụng, kế thừa được cơ sở hạ tầng trước đó Giải pháp này chính là công nghệ chuyển mạch burst quang (Optical Burst Switching - OBS)

Chuyển mạch burst quang được đề xuất để đạt được một cân bằng giữa chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói quang Trong công nghệ chuyển mạch này, một burst

dữ liệu bao gồm nhiều gói tin được chuyển mạch qua mạng quang Như vậy, chuyển mạch burst quang có thể hiểu là tập trung lưu lượng để giảm bớt yêu cầu xử lý nhưng tận dụng các công nghệ chuyển mạch nhanh và tăng cường hiệu quả khi giành chiếm tài nguyên đầu cuối - đầu cuối Các tranh chấp có thể sử dụng bộ đệm FDL để giải quyết

Chuyển mạch kênh không yêu cầu xử lý thông tin điều khiển chuyển mạch trong miền quang và không sử dụng bộ đệm tại nút trung gian, tuy nhiên nó lại không sử dụng hết băng thông Ngược lại, kỹ thuật chuyển mạch gói quang có thể nâng cao hiệu suất sử dụng băng thông bằng cách chia sẻ băng thông nhưng nó lại cần có bộ đệm Chính chuyển mạch burst quang đã kết hợp hai phương pháp này để kế thừa các ưu điểm, cũng như khắc phục những nhược điểm của hai công nghệ trên Trong mạng chuyển mạch burst quang, các gói tin IP được tập hợp thành một nhóm dữ liệu lớn hơn, gọi là burst, và được chuyển mạch qua mạng toàn quang Một gói điều khiển được truyền đi trước gói dữ liệu để thiết lập các chuyển mạch dọc theo tuyến.

Hình 1.5 Minh họa chuyển mạch burst quang.

Một số đặc trưng chung của OBS như sau:

- Tách biệt giữa kênh điều khiển và kênh dữ liệu: Thông tin điều khiển được truyền trên một bước sóng (kênh) riêng biệt

- Sự dành riêng một chiều: Những tài nguyên được cấp phát theo phương thức dành riêng một chiều, nghĩa là, nút nguồn không cần đợi thông tin phản hồi từ nút đích trước khi nó bắt đầu truyền burst

- Độ dài của burst thay đổi được: Kích thước của burst có thể thay đổi được tuỳ theo yêu cầu

- Không cần bộ đệm quang: Nút trung gian trong mạng quang không yêu cầu phải có bộ đệm quang, các burst đi xuyên qua các nút trung gian mà không có bất kỳ

sự trễ nào

Các burst có độ dài không cố định, bao gồm hai phần: gói tin điều khiển (Control packet) và phần thông tin dữ liệu (Data burst) OBS thực hiện việc truyền độc lập gói tin điều khiển burst và burst dữ liệu trên các kênh bước sóng khác nhau Thông tin trong gói tin điều khiển gồm có chiều dài burst, thời điểm phát burst, các thông tin định tuyến Gói tin điều khiển được truyền đi trước burst dữ liệu một khoảng thời gian được gọi là “offset time” để cấu hình các chuyển mạch trong suốt đường đi

từ nguồn tới đích Thời gian offset được tính bằng trễ xử lý gói tin điều khiển tổng cộng tại tất cả các nút trung gian Đây là một khác biệt cơ bản giữa chuyển mạch burst quang so với chuyển mạch gói quang Khoảng thời gian này cho phép thông tin điều khiển được xử lý tại mỗi nút chuyển mạch và các nút sắp xếp tài nguyên kênh bước sóng cho việc truyền burst dữ liệu dựa trên thông tin trong gói tin điều khiển Với OBS không yêu cầu phải xử lý gói tin điều khiển trong miền quang OBS sử dụng các mô hình dự trữ kênh và báo hiệu để dự trữ tài nguyên kênh bước sóng.

Hình 1.6 chỉ ra hoạt động của chuyển mạch burst quang với thời gian bù

Hình 1.6 Thời gian offset trong OBS.

Như vậy, bằng cách chiếm dụng tài nguyên chỉ trong một thời gian quy định cụ thể chứ không phải trong một khoảng thời gian không xác định, các nguồn tài nguyên

có thể được phân bổ một cách hiệu quả Chuyển mạch burst quang đã khắc phục một

số hạn chế của phân bổ băng thông tĩnh phát sinh trong chuyển mạch kênh quang Hơn nữa, dữ liệu được truyền là một burst lớn, đã cho phép giảm các yêu cầu công nghệ cao đối với thiết bị chuyển mạch quang hơn đòi hỏi của chuyển mạch gói quang

So sánh các công nghệ chuyển mạch.

Có thể thấy chuyển mạch kênh quang chỉ chuyển mạch cho một bước sóng trên một đường quang nên không còn thích hợp cho mạng WDM hiện nay Nhưng nó cũng có những ưu điểm riêng của nó, nổi bật nhất đó là khả năng tránh thất thoát tín hiệu cao (một khi đường nối đã hoàn tất thì sự thất thoát tín hiệu gần như không đáng kể) Bên cạnh đó nhược điểm lớn nhất chính là độ trễ lớn và lãng phí băng thông (các kết nối này sẽ lấy nhiều tài nguyên và chúng được cấp cho một đường quang cho tới khi dùng xong hay có lệnh huỷ)

Chuyển mạch gói quang là loại chuyển mạch hướng tới trong mạng toàn quang với tốc độ xử lý nhanh nhất trong các loại đã nêu, nhưng giới hạn nằm ở hạn chế về

công nghệ hiện tại không đáp ứng được, mà vấn đề lớn nhất chính là chưa có bộ lưu trữ quang (Optical-RAM).

Chuyển mạch burst quang đáp ứng được sự bùng nổ của lưu lượng IP Với việc

tổ hợp các gói cùng đích đến dùng chung một gói điều khiển làm giảm thiểu tối đa việc xử lý thông tin điều khiển Các burst dữ liệu hoàn toàn được truyền đi trên miền quang Về tốc độ và khả năng sử dụng băng tần hơn hẳn chuyển mạch kênh quang Trong thời điểm hiện tại, với công nghệ như hiện nay thì chuyển mạch từng gói một với việc xử lý nhiều tiêu đề trong chuyển mạch gói sẽ không thể đáp ứng được lưu lượng như chuyển mạch burst quang

Trong bảng 1.7 là so sánh một số tham số của ba công nghệ chuyển mạch được trình bày ở trên

Bảng 1.7 So sánh các công nghệ chuyển mạch quang.

1.2 Nền tảng cơ sở của kỹ thuật chuyển mạch burst quang.

Hình 1.8 chỉ ra một cấu trúc cơ bản của mạng OBS

Hình 1.8 Mạng chuyển mạch burst quang.

Một mạng chuyển mạch burst quang bao gồm các nút chuyển mạch burst được kết nối với nhau thông qua các liên kết quang Mỗi liên kết quang có khả năng hỗ trợ nhiều kênh bước sóng sử dụng ghép kênh phân chia bước sóng (WDM) Các nút trong một mạng OBS có thể là các nút biên hay nút lõi như trong hình 1.8 Nút biên chịu trách nhiệm tập hợp các gói tin vào các burst, lập kế hoạch để truyền đi trên bước sóng kênh Nút lõi chủ yếu chịu trách nhiệm để chuyển chuyển mạch các burst từ cổng vào với cổng đầu ra dựa trên các gói tiêu đề, và xử lý tranh chấp giữa các burst.Khi có một yêu cầu truyền tải, nút biên đầu vào (ingress edge node) có nhiệm vụ tập hợp các gói tin đến từ các thiết bị đầu cuối của khách hàng vào các burst Các burst được thiết lập này sẽ được truyền trong miền toàn quang qua các bộ định tuyến lõi OBS mà không cần bất kỳ lưu trữ tại các nút trung gian trong phần lõi Nút biên đầu ra (egress edge node), khi nhận được burst, tách burst thành các gói và chuyển tiếp các gói tin đến các thiết bị đầu cuối của khách hàng

Như đã trình bày ở trên, các gói tin cần truyền, nhận được từ thiết bị đầu cuối của khách hàng, sẽ được tập hợp thành các burst tại nút biên nguồn Quá trình đó được gọi là “Lập burst” (Burst Assembly) Sau khi được chuyển mạch qua các nút lõi, tới nút biên đích tương ứng, burst sẽ được tách ra thành các gói tin, sau đó chuyển tới thiết bị đầu cuối của khách hàng nhận Quá trình đó được gọi là “Tách burst” (Burst Deassembly)

Lập burst (Burst Assembly).

Lập burst được định nghĩa là quá trình tập hợp các loại dữ liệu đến khác nhau từ người dùng vào burst ở nút biên nguồn của mạng OBS Khi các gói tới, chúng được đệm trong miền điện theo đích và lớp (class) Do đó cơ chế lập burst phải đặt các gói vào burst theo một số chính sách lập burst

Hình 1.9 mô tả quá trình lập burst

Hình 1.9 Quá trình lập burst.

Yếu tố then chốt trong lập burst là tạo ra các tiêu chuẩn xác định khi nào tạo burst và gửi nó vào mạng Tiêu chuẩn này rất quan trọng vì nó quyết định đặc tính của quá trình đến của burst trong mạng lõi OBS Hiện tại có một số kỹ thuật lập burst và loại phổ biến nhất là timer-based (dựa trên ngưỡng thời gian) và threshold-based (dựa trên ngưỡng độ dài)

Trong phương pháp timer-based (dựa trên ngưỡng thời gian), một burst được tạo

ra và gửi vào mạng theo một chu kỳ Do đó, khoảng cách giữa các burst liên tiếp bắt nguồn từ một nút biên đầu vào là bằng nhau Ở đây, chiều dài của burst thay đổi khi lưu lượng tải thay đổi

Trong phương pháp threshold-based (dựa trên ngưỡng độ dài), một giới hạn về

số byte cực đại có trong mỗi burst được đặt ra Do đó, kích thước các burst là cố định Phương thức này tạo ra các burst có thời gian đến không theo chu kỳ

Tách burst (Burst Deassembly).

Nút biên đích có nhiệm vụ tách burst Tại đây, các bước sóng quang mang burst

sẽ được tách ra và đưa tới các bộ thu Sau đó, các burst được chuyển về tín hiệu điện

và đưa tới các bộ nhớ đệm, đồng thời phần mào đầu burst được đọc để lấy ra các thông tin cần thiết Vì tách burst là quá trình ngược của lập burst nên cần căn cứ vào thông tin khi lập burst để thực hiện tách burst Mục đích của việc tách burst là thu lại các gói dữ liệu như trước khi lập burst và phát các gói đến đích

Hình 1.10 mô tả cơ bản hoạt động của một quá trình tách burst

Hình 1.10 Quá trình tách burst.

Trong mạng chuyển mạch burst quang, các gói tin dữ liệu được đóng gói thành các burst truyền từ nút nguồn tới nút đích trong miền quang Để thực hiện truyền burst

dữ liệu từ đầu cuối đến đầu cuối thì chuyển mạch burst quang cần truyền gói tin điều khiển đi trước để thực hiện chức năng điều khiển burst dữ liệu Đồng thời sẽ xuất hiện thời gian bù trước giữa gói điều khiển và burst dữ liệu

Thời gian bù trước là khoảng thời gian tính từ khi bit đầu tiên của gói điều khiển được truyền đi đến khi truyền bit đầu tiên của burst, xét tại nút nguồn Độ lớn của thời gian bù được tính toán dựa vào cách thức truyền gói dữ liệu, số chặng từ nút nguồn đến nút đích Giá trị thời gian bù có thể đựợc tính bởi 3 cách sau :

- Không có sự dành riêng nào: burst được gửi tức thì sau khi gửi gói điều khiển xong Như vậy giá trị offset chỉ là thời gian truyền của gói điều khiển

- Dành riêng một chiều: burst được gửi sau một thời gian ngắn sau khi gói điều khiển đã được truyền xong và nút nguồn không cần đợi phản hồi từ nút đích Bởi vậy giá trị Offset là khoảng giữa thời gian truyền của gói điều khiển và trễ một chiều của gói điều khiển

- Dành riêng hai chiều: Offset là thời gian cần thiết để nhận được một sự xác nhận (phản hồi) của nút đích báo lại là gói tin điều khiển đã được truyền xong Loại

này giống chuyển mạch kênh quang, nó phải chịu một thời gian trễ hai chiều để thiết lập đường truyền dẫn, và từ đó duy trì tài nguyên gói điều khiển, sự phân phát các burst được bảo đảm Tuy nhiên thời gian offset dài, gây trễ dữ liệu lớn.

Mô tả quá trình truyền dữ liệu trong chuyển mạch burst quang

Hình 1.11 Quá trình truyền dữ liệu trong mạng OBS.

Giao thức điều khiển trong chuyển mạch burst quang.

Trong mạng chuyển mạch burst quang để truyền burst đi người ta sử dụng giao thức để điều khiển và đăng kí tài nguyên tại các nút Các giao thức đặc trưng nhất là Tell And Go (TAG), Tell And Wait (TAW) và Just In Time (JIT), Just Enough Time (JET)

Hình 1.12 Mô tả quá trình đăng ký tài nguyên theo phương thức TAG.

Trong giao thức điều khiển TAG độ rộng băng được đăng ký mức burst, sử dụng

xử lý một chiều và quan trọng hơn đó là các burst được truyền liên tục qua các nút trung gian, khác với phương thức TAW có sử dụng bản tin xác nhận kết nối

Đây là phương pháp giành trước lập tức, tức là khi gói điều khiển đi burst cũng được truyền ngay Trong phương thức điều khiển “Tell and Go” gói điều khiển được truyền đi trên một kênh điều khiển và theo sau là burst dữ liệu được truyền đi ngay lập tức trên kênh dữ liệu mà không cần đợi bản tin ACK của gói điều khiển Trong phương thức này thời gian bù của chuyển mạch burst bằng 0 hoặc có giá trị nhỏ

Phương thức “Tell and Wait”

Hình 1.13 Mô tả quá trình đăng ký tài nguyên theo phương thức TAW.

Khác với giao thức kiểu “Tell and Go”, phương pháp “Tell and Wait” thiết lập kết nối giống chuyển mạch kênh, burst chỉ được truyền khi chắc chắn có một đường quang thiết lập từ nút nguồn tới nút đích Đường quang được định nghĩa là một sự liên kết các bước sóng theo một trật tự xác định, từng kết nối liên tiếp nhau trong khoảng thời gian thiết lập cho trước Chính vì đặc điểm này mà ta thấy phương thức điều khiển “Tell and wait” giống mô hình chuyển mạch kênh truyền thống hơn là mô hình chuyển mạch burst

Giao thức JIT là một trong những giao thức điều khiển theo kiểu đăng ký trực tiếp hay còn gọi là giao thức giành trước bước sóng Trong giao thức này một bước sóng được đăng ký cho một burst ngay lập tức sau khi bản tin thiết lập tương ứng đến Bước sóng ngõ đầu ra được dành trước khi nút xử lý gói điều khiển hoàn tất Nếu bước sóng không được đăng ký tại thời điểm đó thì bản tin thiết lập được loại bỏ và

burst tương ứng bị loại bỏ Khi bước sóng điều khiển thiết lập bước sóng dành trước cho burst dữ liệu thì từ lúc này bước sóng đó sẽ không được sử dụng cho đến khi bit đầu tiên của burst đến Tại các nút trung gian khi burst đi qua sẽ thực hiện gửi bản tin thông báo bước sóng đã được giải phóng.

Hình 1.14 Mô tả quá trình hoạt động của giao thức JIT.

Khi kết nối với khoảng cách lớn thì việc xác nhận ACK làm tốn băng thông của mạng Cũng giống như chuyển mạch gói thì chuyển mạch burst quang cũng có những giao thức truyền dẫn một chiều và giao thức truyền dẫn hai chiều Khi khoảng cách truyền dẫn xa thì giao thức truyền dẫn 1 chiều sẽ làm tăng hiệu năng của mạng Giao thức JET là một trong các giao thức truyền dẫn một chiều của chuyển mạch burst quang

Hình 1.15 Mô tả quá trình hoạt động của giao thức JET.

1.3 Tóm tắt chương.

Chương 1 đã chỉ ra những áp lực từ nhu cầu bùng nổ lưu lượng mạng thực tại lên mạng truyền tải, cũng như xu hướng phát triển của mạng Để đáp ứng lưu lượng, các công nghệ chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói quang được đưa ra, tuy nhiên mỗi

công nghệ đều có những nhược điểm, những hạn chế riêng cần được khắc phục Đối với chuyển mạch kênh quang chính là vấn đề độ trễ lớn và lãng phí băng thông Còn đối với chuyển mạch gói quang, nhược điểm lớn nhất chính là những hạn chế của kỹ thuật công nghệ hiện tại khiến cho việc xây dựng một mạng chuyển mạch gói là chưa khả khi Giải pháp trong tình hình hiện nay chính là công nghệ chuyển mạch burst quang – một công nghệ cân bằng cả ưu điểm và nhược điểm của hai công nghệ trên Khái niệm cơ bản của chuyển mạch burst quang cùng với nền tảng cơ sở của kỹ thuật chuyển mạch burst quang cũng được trình bày, và có thể thấy được rằng hoàn toàn có thể ứng dụng kỹ thuật này vào mạng truyền tải trong hoàn cảnh khoa học hiện nay.

CHƯƠNG II LẬP VÀ TÁCH BURST TRONG OBS

2.1 Vai trò “Lập và tách burst” trong chuyển mạch burst quang.

Mạng chuyển mạch burst quang (OBS Network).

Một mạng chuyển mạch burst quang bao gồm các nút chuyển mạch burst được kết nối với nhau thông qua các liên kết quang Mỗi liên kết quang có khả năng hỗ trợ nhiều kênh bước sóng sử dụng ghép kênh phân chia bước sóng Các nút trong một mạng OBS có thể là các nút biên hay nút lõi Nút biên chịu trách nhiệm tập hợp các gói tin vào các burst, lập kế hoạch để truyền trên đi bước sóng kênh Nút lõi chủ yếu chịu trách nhiệm để chuyển mạch các burst từ cổng vào với cổng đầu ra dựa trên các gói tiêu đề, và xử lý tranh chấp giữa các burst

Hình 2.1 là một ví dụ về mạng chuyển mạch burst quang

Hình 2.1 Kiến trúc mạng OBS.

Trong OBS, gói tin điều khiển và gói tin dữ liệu burst tương ứng của nó được truyền đi từ nút biên nguồn và được truyền cách nhau một khoảng thời gian gọi là thời gian bù Gói điều khiển chứa thông tin cần thiết để định tuyến gói tin qua mạng, chiều dài gói dữ liệu tương ứng Thông thường gói điều khiển được gửi đi trên một kênh bước sóng riêng và xử lý bằng tín hiệu điện tại mỗi nút trung gian để xác lập tuyến truyền burst Dữ liệu burst được truyền trên bước sóng truyền tải và không có chuyển đổi quang điện tại các nút trung gian

Việc thiết kế và triển khai thành công như vậy đòi hỏi mạng chuyển mạch burst cần phải có hệ thống quản lý vững chắc để cung cấp cho mạng, quản lý hệ thống và các thông số liên kết với các nút mạng chuyển mạch burst Đặc biệt là nút biên mạng OBS, nó không chỉ quản lý liên quan lưu lượng burst quang mới mà còn cần các gói

tin dữ liệu được truyền một cách liên tục nhờ vào các router biên giống như giao diện chuyển gói tin liên tục giữa router và mạng backbone, cùng với đó là quá trình xử lý gói và burst.

Cấu trúc nút biên trong mạng OBS.

Hình 2.2 chỉ ra cấu trúc cơ bản của một nút biên OBS

Hình 2.2 Cấu trúc cơ bản của nút biên OBS.

Nút biên trong mạng OBS sẽ phải thực hiện các chức năng sau:

o Thu nhận/Phát đi các gói tin

o Đệm gói

o Lập burst - sắp xếp các gói vào burst (khi nút đóng vai trò cổng vào)

o Tách burst thành các gói (khi nút đóng vai trò cổng ra)

Từ những nhiệm vụ trên, có thể thấy được cấu trúc của một nút biên bao gồm:

o Khối định tuyến (RM: Routing module)

o Khối lập & tách burst (BA/D: Burst Assembler/Deassembler)

o Bộ lập lịch (Scheduler)

Khối định tuyến có nhiệm vụ chọn cổng đầu ra thích hợp cho mỗi gói và gửi mỗi gói đó tới bộ lập burst tương ứng Mỗi khối lập burst sẽ kết hợp các gói có cùng đích đến để tạo thành burst Trong mỗi khối lập burst có một bộ phân loại, một hàng đợi gói riêng cho mỗi lớp lưu lượng (class of traffic) và một bộ lập lịch Bộ lập lịch tạo burst dựa vào kỹ thuật lập burst được sử dụng trong mạng và truyền burst tới cổng đầu

ra mong muốn của chúng Ở nút biên đích, khối tách burst tách burst thành các gói và gửi chúng lên các lớp trên của mạng

Vai trò khối “Lập và tách burst” trong mạng OBS.

Từ những trình bày về cấu trúc cơ bản của một mạng chuyển mạch burst quang,

và kiến trúc nút sử dụng trong mạng, chúng ta có thể nhận thấy vị trí và vai trò của khối “Lập và tách burst” trong OBS Đây là một khối quan trọng nằm trong nút biên của chuyển mạch burst quang Nó có nhiệm vụ tập hợp gói dữ liệu thành các burst lớn hơn tại cổng vào, hay tách các gói dữ liệu tương ứng tới đầu ra từ burst dữ liệu nhận được tại cổng ra Đây là một nhiệm vụ cơ bản nhưng rất quan trọng đối với chuyển mạch burst quang

Chuyển mạch burst quang có thật sự hiệu quả hay không, có đáp ứng tốt với nhu cầu bùng nổ lưu lượng hiện nay hay không? Tất cả đều phụ thuộc vào quá trình lập và tách burst này! Chính vì vậy, trong nội dung chính của đồ án này, chúng ta sẽ tập trung đi sâu vào nghiên cứu chức năng, nguyên lý hoạt động, cũng như tìm ra những giải pháp tốt nhất cho cấu trúc, kiến tạo của khối lập và tách burst này

2.2 Khối lập burst (Burst Assembly).

2.2.1 Khái niệm lập burst.

Lập burst (Burst Assembly) trong chuyển mạch burst quang là “Quá trình tập hợp luồng dữ liệu (các gói tin IP, Ethernet, các luồng SDH,…) đến từ lớp mạng trên chuyển xuống có cùng đích đến thành một gói dữ liệu lớn hơn, mang tính tập trung hơn, gọi là burst Các gói dữ liệu khi được gửi tới nút biên lối vào OBS sẽ được đọc header, xác định đích đến Sau đó, dựa theo đích đến và lớp (class), các gói tin IP sẽ được đệm trong miền điện Rồi các gói có cùng đích đến (cùng nút biên lối ra OBS) sẽ được tập hợp lại thành 1 burst, được truyền đi trên kênh truyền chuyển mạch Đó chính là quá trình lập burst.”

Quá trình lập burst sẽ tập hợp các gói dữ liệu thành burst theo một số cơ chế, hay tiêu chí nhất định Tiêu chí then chốt của quá trình lập burst này chính là khi nào thì tạo burst, và gửi nó vào mạng? Đây là một tiêu chí tối quan trọng, bởi nó giúp kiểm soát lưu lượng burst chuyển vào, nói cách khác là sự bùng nổ lưu lượng chuyển vào mạng lõi OBS Nếu tập hợp một số lượng gói tương đối ít vào một burst, rồi tiến hành gửi vào mạng lõi để chuyển mạch tới đầu ra, thì chuyển mạch burst quang lại vấp phải chính vấn đề mà chuyển mạch kênh quang mắc phải (vấn đề mà OBS đang cần phải giải quyết), đó là lãng phí băng thông Nhưng nếu kích thước burst cần tập hợp quá

lớn, một vấn đề nảy sinh là các gói đến trước có khi sẽ phải chờ đợi rất lâu để tập hợp

đủ, và được truyền đi trên đường truyền cũng như tỷ lệ mất gói do mỗi tranh chấp gây

ra tăng lên rất cao Chính vì vậy, cơ chế, tiêu chí, hay nói một cách tổng quát hơn, nguyên lý lập burst là một vấn đề quan trọng trong chuyển mạch burst quang, và cần được xem xét một cách kỹ lưỡng

Hình 2.3 Mô tả cho chúng ta thấy rõ ràng hơn về quá trình lập burst

Hình 2.3 Quá trình lập burst (Burst Assembly).

Hiện nay, đã có một vài đề xuất về nguyên lý lập burst Nhưng phổ biến và hiệu quả hơn cả là lập burst dựa trên ngưỡng thời gian (Timer-Based Burst Assembly) và lập burst dựa trên ngưỡng độ dài (Threshold-Based Burst Assembly) Chúng ta sẽ tiến hành phân tích kỹ hai nguyên lý lập burst này

2.2.2 Lập burst dựa trên ngưỡng thời gian (Timer-Based Burst Assembly).

Mô tả quá trình lập burst dựa trên ngưỡng thời gian.

Trong phương pháp timer-based (dựa trên ngưỡng thời gian) này, một burst được lập và gửi vào mạng chuyển mạch quang tại những thời điểm cố định Cụ thể hơn, cứ sau một khoảng thời gian nhất định (chu kỳ cố định), các gói tin dữ liệu chuyển đến nút biên trong khoảng thời gian đó, sẽ được tập hợp thành một burst (không quan tâm đến số lượng gói tin, hay kích thước burst là bao nhiêu), rồi được gửi vào mạng lõi để truyền tới nút đích Quá trình đó lặp đi lặp lại theo một chu kỳ cố định Do đó, khoảng cách giữa các burst liên tiếp bắt nguồn từ một nút biên đầu vào là bằng nhau, được định trước và có thể kiểm soát Ở đây, chiều dài của burst là thay đổi

Nguyên lý hoạt động.

Đối với lập burst dựa trên ngưỡng thời gian, quá trình lập burst diễn ra như sau:

- Gói tin sẽ được phân lớp dựa trên nút biên đầu ra và QoS (chất lượng dịch vụ)

- Tiếp theo, gói sẽ được gửi đến một hàng đợi lập burst (Assembly Queue) tương ứng

- Khi có một gói tin gửi vào một hàng đợi lập burst còn trống, nó sẽ được coi

là gói đầu tiên, và thời gian chờ (Time-out Interval) bắt đầu được tính

- Trong khoảng thời gian chờ < Tmax (Ngưỡng thời gian cố định được đặt ra

từ trước), các gói tin đến tiếp theo sẽ được tiếp tục sắp xếp vào hàng đợi

Hình 2.4 Nguyên lý lập burst dựa trên ngưỡng thời gian.

- Khi thời gian chờ đã đạt tới ngưỡng, tất cả các gói tin đến trong khoảng thời gian đó được tập hợp thành một burst

- Cuối cùng, burst sẽ được gửi vào mạng lõi OBS để truyền đi tới nút biên cổng ra tương ứng

Vấn đề đối với lập burst dựa trên ngưỡng thời gian.

Rõ ràng, vấn đề nổi bật nhất trong lập burst dựa trên ngưỡng thời gian based) này chính là phải thiết lập giá trị Tmax – ngưỡng thời gian là bao nhiêu để đảm bảo chuyển mạch burst quang có hiệu quả, đáp ứng tốt sự bùng nổ lưu lượng, cũng như giảm thiểu tối đa sự mất mát, tổn thất dữ liệu

(timer-• Nếu “Tmax – Ngưỡng thời gian” dài, lợi điểm cho chúng ta sẽ là số lượng burst chuyển vào mạng lõi tại một thời điểm sẽ giảm, và đương nhiên các vấn đề tranh chấp sẽ được giảm thiểu Và xác suất tổn thất sẽ giảm

Nhưng, nhược điểm lại chính là độ trễ trung bình do chờ đợi của một gói là lớn Và giá trị trễ trung bình này sẽ có một cận dưới (giá trị min) lớn Điều này gây ra trở ngại khi nhu cầu lưu lượng của dịch vụ thời gian thực cũng đang là một nhu cầu quan trọng của một số lượng khách hàng không nhỏ

• Nếu “Tmax – Ngưỡng thời gian” được giảm đi, thì vấn đề độ trễ trung bình

do chờ đợi được xử lý Nhưng vấn đề nảy sinh là lúc này, tại một thời điểm nhất định, số lượng burst trong mạng lõi sẽ gia tăng, đồng thời vấn đề tranh chấp, hay va chạm, xung đột tài nguyên sẽ tăng lên, và khó kiểm soát hơn

Và các nút lõi cũng cần xử lý nhanh hơn, dẫn đến yêu cầu thiết bị lại nảy sinh

2.2.3 Lập burst dựa trên ngưỡng độ dài (Threhold-Based Burst Assembly).

Mô tả quá trình lập burst dựa trên ngưỡng độ dài.

Trong phương pháp Threshold-Based (dựa trên ngưỡng độ dài), một giới hạn về

độ dài của burst được đặt ra Nói cách khác, các gói tin tới nút biên cổng vào, sẽ được

ngưỡng định trước (tổng kích thước các gói tại hàng đợi đạt tới ngưỡng độ dài burst

đã đề ra), thì các gói đó sẽ tập hợp thành một burst, và được chuyển tới nút lõi để tiến hành chuyển mạch tới nút biên cổng ra tương ứng Do đó, trong phương pháp lập burst dựa trên ngưỡng độ dài này, kích thước các burst là cố định Và các burst sẽ được tạo ra với quy luật phân bổ thời gian đến không theo một chu kỳ cố định nào (phụ thuộc vào lưu lượng gói tin chuyển đến là cao hay thấp)

Hình 2.5 Nguyên lý lập burst dựa trên ngưỡng độ dài.

Nguyên lý hoạt động.

Đối với lập burst dựa trên ngưỡng độ dài, quá trình lập burst diễn ra như sau:

- Gói tin sẽ được phân lớp dựa trên nút biên đầu ra và QoS

- Tiếp theo, gói sẽ được gửi đến một hàng đợi lập burst tương ứng

- Khi có một gói tin gửi vào một hàng đợi lập burst còn trống, nó sẽ được coi

là gói đầu tiên Và lúc này, độ dài burst bắt đầu được đếm

- Trong khi độ dài burst < Bth – Ngưỡng độ dài đã được định trước, các gói tin đến sau sẽ tiếp tục được sắp xếp vào hàng đợi

- Khi độ dài burst đã đạt tới ngưỡng, các gói trong hàng đợi sẽ được tập hợp thành một burst

- Cuối cùng, burst sẽ được gửi vào mạng lõi OBS để truyền đi tới nút biên cổng ra tương ứng

Vấn đề đối với lập burst dựa trên ngưỡng độ dài.

Để đảm bảo chuyển mạch burst quang có hiệu quả, đáp ứng tốt sự bùng nổ lưu lượng, cũng như giảm thiểu tối đa sự mất mát, tổn thất dữ liệu, vấn đề quan trọng nhất trong lập burst dựa trên ngưỡng độ dài chính là phải tính toán giá trị độ dài burst, sao cho đạt được hiệu quả cao nhất

• Nếu “Bth – Ngưỡng độ dài” là quá ngắn, thì thời gian để chờ đợi, và tập hợp các gói thành một burst sẽ giảm đi, và đương nhiên số lượng burst tồn tại