GIẢI QUYẾT TRANH CHẤP TRONG MẠNG CHUYỂN MẠCH BURST QUANG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN MẢNH BURST

Đề tài : GIẢI QUYẾT TRANH CHẤP TRONG MẠNG CHUYỂN MẠCH BURST QUANG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN MẢNH BURST Nội dung đồ án gồm 3 chương: Chương I: Kỹ thuật chuyển mạch Burst quang Chương II: Các phương pháp giải quyết tranh chấp trong mạng chuyển mạch Burst quang OBS Chương III: Giải quyết tranh chấp trong mạng OBS bằng phương pháp phân mảnh

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Điểm: ………… (Bằng chữ:………)

Hà Nội, ngày … /… / 2012

Giảng viên hướng dẫn

Nguyễn Thị Thu Nga

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Điểm: ………… (Bằng chữ:………)

Hà Nội, ngày … /… / 2012

Giảng viên phản biện

Trước tiên em xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc tới các thầy cô giáo củaHọc viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông nói chung và các thầy, cô giáo trong khoaViễn thông I, bộ môn Hệ thống và tín hiệu nói riêng đã tận tình giảng dạy truyền đạtcho em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian qua.

Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến cô giáo Th.s Nguyễn Thị Thu Nga, cô đã tận

tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án tốtnghiệp Đồng thời xin chân thành cảm ơn tới các anh chị kỹ thuật viên phòng Thiết kếtối ưu và phòng Truyền dẫn vô tuyến - Công ty Viettel Network-TTKV1 đã giúp emhoàn thành Đồ án tốt nghiệp

Sau cùng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè đã động viên, đónggóp ý kiến và giúp đỡ em trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành đồ án tốtnghiệp

Trong Đồán tốt nghiệp do điều kiện thời gian cũng như điều kiện nghiên cứu cònhạn chế nên còn nhiều thiếu sót, em rất mong nhận được sự góp ý từ quý thầy cô vàcác bạn

Một lần nữa em xin được gửi lời cảm ơn chân thành cảm ơn đến tất cả quý thầy

cô và bạn bè, gia đình Kính chúc mọi người sức khỏe và thành công trong cuộc sống!

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 30 tháng 11 năm 2012

Sinh viên

Trần Kim Ngân

MỤC LỤC

VẼ

DANH MỤC HÌNH VẼ HÌNH 1.1 MÔ HÌNH CỦA MỘT NODE CHUYỂN MẠCH QUANG 4

HÌNH 1.2 MÔ TẢ QUÁ TRÌNH KẾT NỐI TRONG MẠNG CHUYỂN MẠCH KÊNH QUANG 5

HÌNH 1.3 MÔ HÌNH MẠNG CHUYỂN MẠCH GÓI 6

HÌNH 1.4 MÔ HÌNH MẠNG CHUYỂN MẠCH BURST QUANG 7

HÌNH 1.5 CẤU TRÚC MẠNG CHUYỂN MẠCH BURST QUANG OBS 9

HÌNH 1.6 A CẤU TRÚC NODE LÕI TRONG MẠNG CHUYỂN MẠCH BURST QUANG 10

HÌNH 1.6 B CẤU TRÚC CỦA NÚT LÕI TRONG MẠNG OBS 11

HÌNH 1.7 CẤU TRÚC NODE BIÊN TRONG MẠNG CHUYỂN MẠCH BURST QUANG 13

HÌNH 1.8 GHÉP BURST VÀ LẬP LỊCH KÊNH TRUYỀN TẠI NODE BIÊN TRONG MẠNG OBS 13

HÌNH 1.9 MÔ TẢ QUÁ TRÌNH ĐĂNG KÝ TÀI NGUYÊN THEO PHƯƠNG THỨC TAG 16

HÌNH 1.10 MÔ TẢ QUÁ TRÌNH ĐĂNG KÝ TÀI NGUYÊN THEO PHƯƠNG THỨC TAW 17

HÌNH 2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT TRANH CHẤP TRONG MẠNG OBS 21

HÌNH 2.2 MÔ TẢ GIẢI QUYẾT TRANH CHẤP BẰNG BỘ ĐỆM 22

HÌNH 2.3DÂY TRỄ FDL CÙNG VỚI BỘ KHUẾCH ĐẠI VÀ CHUYỂN MẠCH TẠO THÀNH MỘT VÒNG LẶP TRỄ 23

HÌNH 2.4 CẤU TRÚC BỘ ĐỆM SỬ DỤNG ĐƯỜNG DÂY TRỄ (FDL) 24

HÌNH 2.5 MÔ HÌNH BỘ ĐỆM SLOB 24

HÌNH 2.6 CHUYỂN ĐỔI BƯỚC SÓNG TRONG MẠNG OBS 25

HÌNH 2.7 ĐỊNH TUYẾN CHUYỂN HƯỚNG TRONG MẠNG OBS 26

HÌNH 2.8 CẤU TRÚC CỦA MẠNG OBS VỚI KỸ THUẬT LÀM LỆCH HƯỚNG ĐI 27

HÌNH 2.9 LƯU ĐỒ PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH TUYẾN CHUYỂN HƯỚNG 29

HÌNH 2.10 HÌNH MINH HỌA THUẬT TOÁN QUAY NGƯỢC 33

HÌNH 2.11 MÔ TẢ GIẢI QUYẾT TRANH CHẤP BẰNG PHÂN MẢNH BURST 36

HÌNH 3.4 CHI TIẾT GÓI TIN ĐIỀU KHIỂN (HEADER) 40

HÌNH 3.5 GIÁ TRỊ OFFSET-TIME TRONG GIAO THỨC JET 41

HÌNH 3.6 GIAO THỨC JET 43

HÌNH 3.7 KỸ THUẬT BÁO HIỆU TAW 44

HÌNH 3.8 MÔ TẢ GIẢI QUYẾT TRANH CHẤP BẰNG PHÂN MẢNH BURST 44

HÌNH 3.9 HỦY BỎ ĐOẠN GIỮA HAI BURST TRANH CHẤP 45

HÌNH 3.10 SỬ DỤNG TRAILER HIỆU QUẢ 46

HÌNH 3.11 SỬ DỤNG TRAILER KHÔNG HIỆU QUẢ 46

HÌNH 3.12 ĐỘ ƯU TIÊN GIỮA 2 BURST 48

HÌNH 3.13 PHƯƠNG PHÁP PHÂN MẢNH VÀ ĐỊNH TUYẾN CHUYỂN HƯỚNG CHO 2 BURST 50

HÌNH 3.14 MÔ HÌNH NSFNET VỚI 14 NODE 52

HÌNH 3.15 XÁC SUẤT MẤT GÓI SO VỚI LƯU LƯỢNG TẢI TRONG NSFNET KHI TẢI THẤP VỚI 53

HÌNH 3.16 XÁC SUẤT MẤT GÓI SO VỚI LƯU LƯỢNG TẢI TRONG NSFNET KHI TẢI CAO VỚI 54

HÌNH 3.17 SỐ LƯỢNG HOP SO VỚI LƯU LƯỢNG TẢI TRONG NSFNET VỚI 54

HÌNH 3.18 KÍCH THƯỚC TRUNG BÌNH CỦA BURST TẠI ĐẦU RA SO VỚI LƯU LƯỢNG TẢI TRONG NSFNET VỚI 55 HÌNH 3.18 CHO THẤY KẾT QUẢ MÔ PHỎNG CỦA ĐỘ LỚN TRUNG BÌNH CỦA BURST TẠI CỔNG RA SO VỚI TẢI TRONG CÁC TRƯỜNG HỢP SDP VÀ SDDP KÍCH THƯỚC CỦA BURST ĐƯỢC ĐO TRÊN CẢ BURST BỊ HỦY VÀ BURST TRUYỀN THÀNH CÔNG BAN ĐẦU SIZE BURST GIẢM KHI TẢI CÀNG TĂNG NHƯ PHÂN MẢNH VỚI SỐ LƯỢNG NGÀY CÀNG TĂNG CỦA TRANH CHẤP KHI TẢI LƯU LƯỢNG TIẾP TỤC TĂNG, CÁC ĐOẠNBURST SẼ GẶP TRANH CHẤP NHIỀU HƠN BỞI CÁC ĐOẠNBURST CÓ THƯỚC NHỎ HƠN VỚI MỨC

VẼ

ƯU TIÊN THẤP HƠN, KHI ĐÓ CHÚNG SẼ BỊ HỦY BỎ KHI ĐỘ DÀI BURST VÀ LƯU LƯỢNG TẢI KHÔNG ĐỔI, DP VÀ DDP THỰC HIỆN TỐT NHƯ NHAU 55

HÌNH 3.19 XÁC SUẤT MẤT GÓI SO VỚI TẢI TƯƠNG ỨNG VỚI THỜI GIAN CHUYỂN MẠCH KHÁC NHAU TRONG NSFNET VỚI 56

DANH MỤC BẢNG BIỂU BẢNG 1.1 SO SÁNH CÁC CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH QUANG 20

BẢNG 2.1 ĐỊNH TUYẾN TỪ THỜI ĐIỂM 0 ĐẾN 4 34

BẢNG 2.2 ĐỊNH TUYẾN THEO TRƯỜNG HỢP 1 35

BẢNG 2.3 ĐỊNH TUYẾN THEO TRƯỜNG HỢP 2 35

BẢNG 3.1 HƯỚNG GIẢI QUYẾT TRANH CHẤP DỰA VÀO ĐỘ ƯU TIÊN CỦA BURST 49

CÁC TỪ VIẾT TẮT

ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền tải không đồng bộ

BBM Buffered Burst Multiplexer Bộ ghép Burst có đệm

DFDP Deflecr First, Drop Policy Đổi hướng trước, và chính sách loại bỏ

DFSDP Deflect First, Segment and Drop Policy Đổi hướng trước, chính sách phân

mảnh và loại bỏ

NGN Next Generation Network Mạnh thế hệ tiếp theo

OADM Optical Add/Drop Multiplexer Bộ xen rẽ quang

OBS Optical Burst Switching Chuyển mạch Burst quang

OPR Optical Packet Routing Định tuyến gói quang

OPS Optical Packet Switching Chuyển mạch gói quang

OSM Optical Switching matrix Ma trận chuyển mạch quang

OSN Optical Switching node Nút chuyển mạch quang

RFD Reserve-a-fixed-Delay Đăng ký trễ cố định

SCU Switching Control Unit Burst điều khiển chuyển mạch

SDH Synchronous Digital Hierarchi Ghép kênh cận đồng bộ

TCP Transfer Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn

TDM Time Dvision Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thời gian

WADM Wavelength Add/drop Division

WDM Wavelength Division Multiplexer Bộ ghép kênh phân chia theo bước sóng

LỜI NÓI ĐẦU

Trong giai đoạn hiện nay kỹ thuật ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM làmột giải pháp được lựa chọn để cung cấp một cơ sở hạ tầng mạng nhanh hơn nhằmđáp ứng sự phát triển bùng nổ của Internet Tuy nhiên, với sự phát triển nhanh chóngcủa lưu lượng dữ liệu trên mạng, tốc độ xử lý điện tử có thể không còn phù hợp trongtương lai nữa, đồng thời dữ liệu quang thường bị chậm lại do xử lý điện tử tại cácnode, do đó việc tìm kiếm một phương pháp chuyển tải các gói IP trực tiếp trên lớpquang mà không cần qua chuyển đổi O/E/O cho mạng thông tin thế hệ sau (NGN) làmột tất yếu Nhằm để xây dựng một mạng toàn quang tại đó dữ liệu được duy trì trongmiền quang ở tất cả các node trung gian, cần phải thiết kế các giao thức mới dành chocác hệ thống chuyển mạch quang Một trong các vấn đề cần thiết là làm thế nào để hỗtrợ việc cung cấp tài nguyên nhanh chóng, truyền dẫn đồng bộ (của các gói kích thướcbiến đổi như các gói IP) cũng như hỗ trợ mức độ cao việc chia sẻ tài nguyên theothống kê để xử lý hiệu quả lưu lượng có tính bùng nổ mà không cần có đệm ở lớpWDM (do chưa có các bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên RAM) Do đó các phương phápchuyển tải toàn quang cần phải tránh đệm quang càng nhiều càng tốt

Các công nghệ của chuyển mạch quang ra đời như chuyển mạnh gói quang, kênhquang và Burst quang thỉ chuyển mạch Burst quang có tính ưu việt hơn cả vì nó tiwwtskiệm được băng thông truyền dẫn và đẩy nhanh tốc độ truyền dẫn khi kết hợp nhiềugói dữ liệu thành các Burst và truyền độc lập trên đường truyền thông mà không bịnhầm lần nhờ các kênh điều khiển (header) Tuy nhiên trong quá trình truyền đôi khixảy ra sự tranh chấp khi hai hay nhiều Burst cùng muốn ra tại cùng một đầu ra củanode lõi Khi đó cần có một số biện pháp để giải quyết tranh chấp ấy để tránh mất tàinguyên và ảnh hướng đến chất lượng QoS của hệ thống

Nội dung đồ án này trình bày tổng quan về mạng OBS trong đó đi sâu tìm hiểutìm hiều về cấu trúc của mạng OBS và hoạt động của các node mạng biên và lõi, trên

cơ sở đó tìm hiểu nguyên nhân gây ra tranh chấp giữa các Burst trong quá trình truyền

từ đó đưa ra phương pháp giải 4 phương pháp giải quyết vấn đề: sử dụng đường dâytrễ quang FDL, chuyển đổi bước sóng, định tuyến chuyển hướng và phân mảnh Burst,trong đó tập trung vào nghiên cứu phương pháp phân mảnh Burst

Nội dung đồ án gồm 3 chương:

 Chương I: Kỹ thuật chuyển mạch Burst quang

 Chương II: Các phương pháp giải quyết tranh chấp trong mạng chuyển mạch Burst quang OBS

 Chương III: Giải quyết tranh chấp trong mạng OBS bằng phương pháp phân mảnh

CHƯƠNG I

KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH BURST QUANG 1.1 TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN MẠCH QUANG

1.1.1 Tổng quan về mạng truyền tải quang

Trước đây, do xã hội chưa phát triển nên nhu cầu trao đổi thông tin của conngười chưa cao và cũng không yêu cầu khắt khe về chất lượng của các dịch vụ đượccung cấp Vì vậy, chỉ cần một cơ sở hạ tầng mạng vừa phải đã đủ cung cấp các dịch vụviễn thông đáp ứng nhu cầu trao đổi thông tin của xã hội lúc bấy giờ

Ngày nay, sự phát triển của xã hội có thể được đánh giá qua sự phát triển củangành công nghệ viễn thông, mặt khác do nhu cầu trao đổi thông tin của con ngườingày càng tăng và đòi hỏi chất lượng cao hơn với nhiều dịch vụ hơn đã gây ra sự bùng

nổ lưu lượng Do vậy, cơ sở hạ tầng mạng trước đây đã không còn phù hợp, cần phảiđược nâng cấp để đáp ứng được các nhu cầu của khách hàng đồng thời phù hợp đểcung cấp các dịch vụ mới với chất lượng tốt hơn

Do sự phát triển của công nghệ vi mạch điện tử, bán dẫn và công nghệ truyền dẫnquang đã cho phép thu nhỏ kích cỡ, đồng thời làm tăng tính năng của các vi mạch điện

tử Mặt khác, tốc độ truyền dẫn tăng đột biến nhưng vẫn không đủ để đáp ứng tốc độtăng nhanh như vũ bão của số lượng khách hàng sử dụng các dịch vụ viễn thông và sựbùng nổ lưu lượng internet, do sự hạn chế tốc độ của các chuyển mạch điện tử Đâyquả là một cơ hội tốt để các nhà cung cấp tăng doanh thu của mình nhưng cũng đồngthời đặt ra cho họ một thách thức là phải nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên mạngmột cách tối đa bằng cách áp dụng các công nghệ mới, đồng thời nghiên cứu phát triểncông nghệ chuyển mạch mới với tốc độ cao hơn và thực hiện đơn giản hơn

Cũng tại thời điểm này, cáp quang được đưa ra như một phương tiện truyền dẫn,cho phép sử dụng công nghệ WDM, điều này đã mở đầu một sự tăng trưởng nhanhchóng về giá trị của băng thông truyền dẫn làm cho Internet tốc độ cao được cung cấptới mọi người Khả năng tính toán thô sơ của những máy vi tính cá nhân đã tạo ra nhữngứng dụng tinh vi (như là truyền hình và thoại thời gian thực) có thể cung cấp cho nhiềungười, và để truy nhập vào nội dung các ứng dụng trên Internet đây là một nguồn tiềmnăng của các nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISPs: Internet Service Providers), các nhàcung cấp đã đi tới hướng cung cấp các dịch vụ truy nhập yêu cầu băng thông rộng tớikhách hàng

Công nghệ ghép kênh WDM ra đời như một giải pháp được lựa chọn để cung cấp

cơ sở hạ tầng mạng nhanh hơn đáp ứng được sự bùng nổ lưu lượng internet, cho phépcung cấp nhiều dịch vụ mới với chất lượng tốt hơn đáp ứng được nhu cầu sử dụng cácdịch vụ viễn thông ngày càng tăng của xã hội Nhưng thế hệ đầu tiên của WDM chỉcung cấp các kết nối vật lý điểm điểm được sử dụng hạn chế trong các trung kế WAN.Thế hệ thứ hai của WDM có khả năng thiết lập các tuyến kết nối chéo lựa chọnbước sóng từ đầu cuối tới đầu cuối tạo ra các topo ảo trên sợi quang vật lý, mặt khác cấuhình bước sóng ảo này có thể được thay đổi theo quy hoạch mạng

Thế hệ thứ 3 của hệ thống hệ thống chuyển mạch quang WDM được biêt đến vớicông nghệ chuyển mạch gói phi kết nối Trong mạng chuyển mạch gói các tiêu đề haynhãn được gắn với dữ liệu và được truyền đi cùng với tải trọng là các dữ liệu ngườidùng Tại mỗi node chuyển mạch WDM, chúng được xử lý trong khoảnh thời gian chờ(offset time) để xác định tuyến đi cho gói tin từ nguồn tới đích Dựa trên tỷ lệ giữa chiphí xử lý tiêu đề gói và chi phí truyền dẫn gói mà công nghệ WDM có thể được sửdụng hiệu quả hơn bằng cách sử dụng các công nghệ chuyển mạch nhãn hay Burstthực hiện truyền một gói tin điều khiển để sử dụng cho nhiều gói tin người dùng

1.1.2 Tổng quan về chuyển mạch quang

1.1.2.1 Tầm quan trọng của chuyển mạch quang

Chuyển mạch là một thiết bị tối cần thiết trong mạng truyền tải, nó là thiết bị duynhất cho phép truyền tải thông tin giữa một node này với một hay nhiều node khác,hay đầu cuối này với một hay nhiều đầu cuối khác trong mạng truyền tải thông tin.Trước đây, do dung lượng mạng không lớn nên chỉ cần hệ thống chuyển mạchvới dung lượng nhỏ, tốc độ không cao cũng có thể đáp ứng đủ nhu cầu của xã hộilúc bấy giờ Nhưng sau này, do nhu cầu trao đổi thông tin của con người ngày càngtăng với nhiều dịch vụ đa dạng hơn gây nên sự "bùng nổ" lưu lượng làm cho mạngvới cơ sở hạ tầng cũ trở nên quá tải, và cần phải sử dụng các công nghệ chuyểnmạch mới để tăng tốc độ truyền tải thông tin cũng như sử dụng tài nguyên mạngmột cách hiệu quả hơn

Chuyển mạch quang ra đời như một giải pháp được lựa chọn để nâng cao hiệuquả truyền tải thông tin tốc độ cao mà không phải thay đổi hay bổ sung hệ thốngtruyền dẫn quang sẵn có của mạng Đồng thời cho phép tăng đáng kể dung lượngmạng cũng như chất lượng dịch vụ được cung cấp bởi mạng có hệ thống truyền dẫnquang Cho phép cung cấp nhiều dịch vụ mới với băng thông rộng trên hệ thống truyềndẫn quang đã được lắp đặt trước đây Góp phần làm tăng lợi nhuận của các nhà đầu tưviễn thông, cùng các nhà khai thác dịch vụ

Chuyển mạch quang ra đời đã khắc phục được những hạn chế trong việc xử lýtiêu đề và chuyển tiếp tín hiệu trong miền điệntrước đây Ở trong chuyển mạch quangchỉ có các thông tin điều khiển với số lượng ít ỏi là được biến đổi quang-điện-quangtại mỗi node chuyển mạch để xử lý định tuyến, vì vậy đã làm giảm đáng kể trễ xử lý

do không còn phải tốn thời gian để biến đổi quang-điện-quang cho phần thông tinngười dùng (Burst lượng lớn) tại các đầu vào và đầu ra node mạng quang

Ngoài ra sự có mặt của chuyển mạch quang cho phép các nhà cung cấp dịch vụViễn thông cung cấp nhiều dịch vụ viễn thông mới với chất lượng dịch vụ tốt hơn,băng thông rộng hơn và được cung cấp một cách mềm dẻo hơn, có nhiều mức chấtlượng dịch vụ khác nhau cho khách hàng lựa chọn Tăng đáng kể dung lượng mạngviễn thông hiện có mà không phải bổ sung thêm cơ sở hạ tầng mới gây tốn kém

Trong chuyển mạch gói quang, thông tin cần truyền được cắt nhỏ thành các đoạn

có kích thước cố định hoặc biến đổi Đi theo chúng là các gói tin điều khiển (Header)

mang thông tin điều khiển, định tuyến và hỗ trợ mạng và được truyền đi trước gói dữliệu trên một một kênh truyền riêng để xác lấp đường truyền cho gói từ node nguồn tớinode đích.

Chuyển mạch gói quang, là công nghệ tiếp theo của chuyển mạch kênh quangnên đã khắc phục được nhược điểm lớn nhất của chuyển mạch kênh là sử dụng tàinguyên mạng không hiệu quả, chiếm dụng tài nguyên mạng cả khi không thật sự cầnthiết (tức là không thật sự có thông tin cần truyền, các khoảng lặng trong khi kết nối).Tuy nhiên để đạt được hiệu quả tối đa trong chuyển mạch gói là một điều rất khó vìcần phải dung hoà giữa hai yêu cầu trái ngược nhau Đó là hiệu suất truyền thông tin(được đánh giá dựa trên tỷ số giữa thông tin tải trọng và thông tin truyền đi, yêu cầugói phải có kích thước lớn để tăng hiệu suất truyền tin) và tỷ số lỗi thông tin (là tỷ sốgiữa số bít lỗi và tổng số bít thông tin truyền đi trong thời gian quan trắc, yêu cầu góitin nhỏ để khi lỗi bít hay mất gói thì lượng thông tin mất đi là nhỏ)

Chuyển mạch Burst quang Đây là một công nghệ chuyển mạch mới đã kết hợpcác ưu điểm của cả chuyển mạch kênh và gói quang, thực hiện kết hợp một số gói tintạo thành Burst với một gói mang thông tin điều khiển nên giảm lượng thông tin điềukhiển mà không làm kích thước gói tin tăng lên Do được truyền trên mạng quang nênkhoảng thời gian truyền một Burstphải nhỏ để không gây trễ tới các Burst khác Hiệntại chuyển mạch Burst quang đang là sự lựa chọn phù hợp nhất cho mạng internet tốc

độ cao, để cung cấp các dịch vụ băng thông rộng, đa phương tiện đồng thời với chấtlượng dịch vụ cao, phục vụ theo yêu cầu của khách hàng Tuy nhiên để phát triển côngnghệ này phổ biến còn gặp rất nhiều khó khăn, và phụ thuộc vào nhiều yếu tố kháchquan khác như sự phát triển của công nghệ bộ nhớ truy nhập quang, công nghệ quanglượng tử …

1.1.2.2 Nguyên tắc chung của chuyển mạch quang

Nguyên tắc chung của chuyển mạch quang là thực hiện chuyển mạch thông tin

dữ liệu trong miền quang (tại lớp quang) mà không còn cần phải chuyển đổi thông tin

dữ liệu sang miền điện như các node chuyển mạch điện trước đây, bằng cách tạo ra cáckênh quang (kênh bước sóng hay khe thời gian) để truyền tải thông tin dữ liệu

Ngoài ra, cũng giống như chuyển mạch nói chung, chuyển mạch quang cũngthực hiện lưu đệm và chuyển tiếp thông tin tải trọng giữa nguồn và đích Nhưng cómột điểm khác biệt giữa chuyển mạch quang và chuyển mạch điện tử là: Trong chuyểnmạch quang dữ liệu được "làm trễ" (DR – Delayed reservation) trước khi được chuyểntiếp tới node tiếp theo trên đường đi tới đích, chứ không phải thực hiện đệm tại cácnode trung gian như trong chuyển mạch điện

Trong chuyển mạch quang, tại các node chuyển mạch các thông tin điều khiểnđược tách riêng biến đổi quang điện, và xử lý để lấy thông tin định tuyến, còn thôngtin tải trọng được lưu trong các bộ đệm quang hay các đường dây trễ quang (ODLs –Optical delay lines) để đợi chuyển mạch tới đầu ra thích hợp trên hướng đi tới đích

Như vậy trong chuyển mạch quang đã bỏ đi hẳn quá trình chuyển đổi O/E/O làm giảmđáng kể trễ xử lý tại các node chuyển mạch.

Dưới đây là mô hình của một node chuyển mạch quang

Hình 1.1 Mô hình của một node chuyển mạch quang

Một node chuyển mạch quang bao gồm 4 phần chính:

1 Burst giao diện đầu vào: Thu, đệm tín hiệu quang để chuẩn bị đưa vào trường

chuyển mạch thực hiện chuyển mạch tới đầu ra, và tách thông tin điều khiểnđưa lên Burst điều khiển chuyển mạch

2 Burst điều khiển chuyển mạch: Burst này thực hiện nhận các thông tin từ

module đầu vào và phân tích thông tin điều khiển và thực hiện điều khiểnBurst chuyển mạch Sau khi phân tích xong thông tin điều khiển, nó có chứcnăng cấu tạo lại phần thông tin điều khiển để đưa tới module đầu ra

3 Burst chuyển mạch quang: Đây là thành phần chính trong mỗi node chuyển

mạch quang thực hiện chức năng chuyển mạch thông tin từ đầu vào tới đầu ratheo yêu cầu

4 Burst giao diện ra: thực hiện đệm đầu ra và ghép thông tin tải trọng và thông

tin điều khiển mới, biến đổi thành tín hiệu phù hợp với đường truyền và đưalên đường truyền dẫn

Các đơn vị thông tin truyền tải khi đến node chuyển mạch nó được đưa qua một

bộ phân kênh (DEMUX) để tách phần tải trọng đưa vào bộ đệm quang (đường dâytrễ), và thông tin điều khiển đưa vào module đầu vào của Burst điều khiển chuyểnmạch để chuẩn bị xử lý lấy thông tin định tuyến, để điều khiển Burst chuyển mạch.Thực hiện chuyển mạch thông tin dữ liệu tới đầu ra phù hợp, rồi qua bộ ghép thông tinđiều khiển (MUX) và được đưa lên đường truyền quang tới node tiếp theo trên đường

đi từ nguồn tới đích

1.1.2.3 Phân loại chuyển mạch quang

1.1.2.3.1 Chuyển mạch kênh quang

Trong chuyển mạch kênh quang, một kênh quang được thiết lập trước khi truyềntin bởi một bản tin thiết lập, và được giải phóng bởi một bản tin giải phóng được gửi đisau khi cuộc nối kết thúc Đơn vị dữ liệu trong chuyển mạch kênh thường là bản tin.Chuyển mạch kênh quang hoạt động theo phương pháp định tuyến bước sóng.Trong mạng chuyển mạch kênh quang, việc định tuyến bước sóng một kênh bước sóng

sẽ được thiết lập từ điểm đầu tới điểm cuối trước khi truyền tin và kênh đó sẽ bị chiếmdụng trong suốt thời gian diễn ra cuộc nối

Để thiết lập một cuộc nối trong mạng chuyển mạch kênh bao gồm 3 pha (thiếtlập kết nối, truyền tin, giải phóng kết nối) Sau đây là mô hình thiết lập một kết nối đốivới giao thức không yêu cầu bản tin xác nhận kết thúc phiên truyền tin

Hình 1.2 Mô tả quá trình kết nối trong mạng chuyển mạch kênh quang

1.1.2.3.2 Chuyển mạch gói quang

Ở mạng chuyển mạch gói thông tin cần truyền được cắt nhỏ thành các Burst cókích thước cố định hay thay đổi, và được cấu trúc thành gói tin bao gồm thông tin tảitrọng (là thông tin dữ liệu người dùng cần truyền, trao đổi) và phần thông tin điều

khiển mạng (thông tin điều khiển Header) để gửi qua mạng tới đích Tại phía thu phải

thực hiện phục hồi bản tin từ các gói tin thu được Trong mạng chuyển mạch gói cáckết nối chỉ được thiết lập khi truyền gói tin, sau khi truyền song gói tin thì kết nối đóđược giải phóng và các tài nguyên mạng đã phục vụ kết nối này lại được cung cấpphục vụ cho các kết nối khác, vì vậy mà kết nối chỉ được thiết lập khi thực sự có thôngtin cần truyền Đây là điểm khác biệt so với chuyển mạch kênh.Trong mạng chuyểnmạch gói đã khắc phục được nhược điểm của mạng chuyển mạch kênh đó là sử dụngtài nguyên mạng một cách mềm dẻo và đạt hiệu quả cao

Trong mạng chuyển mạch gói quang,các dữ liệu được truyền dẫn quang hoàn toàn

từ node nguồn đến node đích Chính điều này đã làm giảm đáng kể thời gian trễ xử lýnhư ở các mạng chuyển mạch gói sử dụng chuyển mạch điện tử do không phải thực hiệnbiến đổi O-E-O tại các node trung gian

Tuỳ theo kỹ thuật chuyển mạch được áp dụng mà ta có các kiểu thiết lập kết nốikhác nhau: Như định tuyến độc lập (tức là, mỗi gói tin được định tuyến trên nhữngđường đi khác nhau tối ưu tại thời điểm đó), định tuyến phụ thuộc (là phương phápđịnh tuyến mà trong đó các gói tin cùng đi trên một đường đi) hay định tuyến ngẫunhiên (là gói tin được gửi đi liên tục trên mạng và ngẫu nhiên đến đích) Ở mạngchuyển mạch gói, các gói tin có thể đi trên các con đường khác nhau, là con đường tối

ưu nhất tại thời điểm đó, khi con đường tối ưu nhất bị lỗi thì mạng có khả năng địnhtuyến lại

Hình 1.3 Mô hình mạng chuyển mạch gói.

Một nguyên tắc cơ bản của chuyển mạch gói đó là "lưu đệm" và “chuyển tiếp”,tức là một gói tin chỉ được gửi đi khi đã nhận được hoàn toàn đầy đủ tại node nguồnhay các node trung gian Chính đặc điểm này đã khiến các gói tin bị trễ tương ứng với

độ dài của mỗi gói tại các node trung gian Để giảm trễ thì người ta có thể tiến hành sửdụng các giao thức khác như: Giao thức không kiểm tra lỗi tại node trung gian (trongmạng sử dụng công nghệ ATM), giao thức không cần bản tin xác nhận, hay có thểthực hiện ước lượng thống kê kích thước gói để gửi đi trước thiết lập băng thông vàcấu hình chuyển mạch v v

Tuy nhiên chuyển mạch gói vẫn không phải là một phương pháp hoàn hảo có thểđáp ứng mọi nhu cầu trong tương lai, nó vẫn tồn tại các hạn chế khó khắc phục như:Khi tốc độ đường truyền lên cao thì thời gian truyền dẫn trở nên không đáng kể Vìvậy, nếu kích thước gói nhỏ thì thời gian định tuyến trở nên lớn hơn thời gian truyềnthông tin rất nhiều, hay có thể xảy ra tranh chấp gây tắc nghẽn mạng do quá nhiềuthông tin điều khiển phải xử lý Vì vậy cần phải phát triển một công nghệ chuyểnmạch khác khắc phục được các nhược điểm này, phù hợp hơn với các mạng hiện tại códung lượng lớn tốc độ truyền dẫn cao Chuyển mạch Burst quang là một trong nhữngcông nghệ chuyển mạch đáp ứng được các yêu cầu đó

1.1.2.3.3 Chuyển mạch Burst quang

Chuyển mạch Burst quang ra đời là sự kết hợp các ưu điểm của cả chuyển mạchgói quang và chuyển mạch kênh quang Nó được thiết kế để cân bằng giữa các ưu vànhược điểm của cả hai loại chuyển mạch này, thực hiện truyền thông tin dưới dạng cácBurst quang Đặc biệt hơn là nó không yêu cầu đệm các Burst quang tại các node trunggian (thực hiện truyền dẫn qua mạng truyền tải quang một cách trong suốt).

Hình 1.4 Mô hình mạng chuyển mạch Burst quang

Trong mạng chuyển mạch Burst quang các thông tin cần truyền được cấu trúc vàothành các Burst, bao gồm một gói điều khiển được gửi đi trước để đăng ký sử dụng tàinguyên mạng và phần thông tin tải trọng bao gồm nhiều gói tin IP hay tế bào ATM hayFrame ralay thậm trí là dữ liệu HDTV đã được cấu trúc thành một Burst đi theo sau góiđiều khiển đã được gửi đi

Các node mạng trong mạng chuyển mạch Burst quang được phân thành hai loại:node lõi và node biên

Node lõi: Là node chỉ có chức năng thu nhận và chuyển tiếp các Burst đến tới các

node tiếp theo trên đường đi trong mạng Tuỳ theo các phương thức điều khiển được sửdụng trong mạng mà node lõi có thể có bộ đệm hay không Chức năng chính của nodenày chỉ đơn thuần thực hiện cung cấp kết nối để chuyển tiếp Burst tới node tiếp theo màkhông có chức năng cấu thành hay phân mảnhBurst

Node biên: Ngoài chức năng của một node lõi nó còn phải có chức năng cấu tạo

(thành lập) và phân mảnh các Burst thông tin, là nơi kết cuối hay bắt đầu của các Burst.Đây là node có cả giao diện tín hiệu quang với các mạng quang và mạng chuyển mạchBurst và giao diện tín hiệu điện với các mạng chuyển mạch gói điện hay các mạng truynhập Chức năng chính của node này là thu thập thông tin để cấu tạo các Burst và phânmảnh các Burst ra thành các dạng thông tin ban đầu(gói hay bản tin) phân bổ chúng tớicác mạng truy nhập

Ở mạng chuyển mạch Burst quang mỗi Burst chỉ có một gói mang thông tin điềukhiển (gói điều khiển) nên đã giảm được đáng kể lượng thông tin điêu khiển tăng hiệusuất truyền tin Đồng thời trong mỗi Burst được cấu tạo từ nhiều gói nên cũng khôngchiếm dụng kênh trong thời gian dài hay gây trễ quá lớn tới các Burst khác Ở mạngchuyển mạch Burst có thể tiến hành phát Burst trong khi vẫn còn đang thu phần sau củaBurst đó nên giảm hiện tượng trễ do một Burst chiến dụng kênh quá lâu gây ảnh hưởngtới các Burst khác, nên tăng hiệu quả sử dụng tài nguyên đồng thời tăng được chất lượngdịch vụ.

Chuyển mạch Burst quang có một số đặc trưng sau đây:

1 Kích thước đơn vị truyền dẫn của chuyển mạch Burst nhỏ hơn kích thước đơn vịtruyền dẫn của chuyển mạch kênh và lớn hơn đơn vị truyền dẫn của chuyển mạch gói quang

2 Có sự ngăn cách giữa điều khiển và dữ liệu: Thông tin điều khiển của chuyểnmạch Burst được truyền trên một bước sóng riêng (báo hiệu ngoài băng), và không đượctruyền đi cùng với Burst như ở chuyển mạch gói mà nó được truyền đi trước

3 Sử dụng đăng ký trước: Trước khi truyền Burst thì nó gửi đi một gói điều khiển

để đăng ký tài nguyên và cấu hình trường chuyển mạch Node nguồn không yêu cầu thunhận thông tin xác nhận từ node đích gửi về trước khi truyền tin tới node đích

4 Kích thước Burst có thể thay đổi Từ kích thước Burst nhỏ nhất tới kích thướcBurst lớn nhất Đặc biệt có thể phát Burst bổ sung

5 Không sử dụng bộ đệm: Các node trung gian trong mạng chuyển mạch Burstquang không thực hiện đệm tín hiệu Các Burst được truyền thẳng qua các node trunggian tới node đích

6 Đặc biệt trong chuyển mạch Burst quang có thể ứng dụng kỹ thuật ước lượngthống kê kích thước Burst để gửi đi trước trong gói điều khiển, giảm thời gian trễBurst tại các node nguồn

Mặt khác chuyển mạch Burst quang có tốc độ cao và cho phép đồng thời truyềndẫn nhiều loại lưu lượng khác nhau (IP, ATM, Frame relay hay HDTV ) nên có thểđáp ứng được các dịch vụ mới yêu cầu chất lượng cao băng thông rộng trong tươnglai Hiện nay chuyển mạch Burst quang đang là một giải pháp phù hợp nhất cho mạnginternet tốc độ cao và cung cấp các dịch vụ đa phương tiện Tuy nhiên vấn đề ứngdụng chuyển mạch Burst quang vào mạng viễn thông hiện nay vẫn đang gặp nhiều khókhăn, do công nghệ bộ nhớ truy nhập quang chưa phát triển, chất lượng các thiết bịquang lượng tử chưa được chính xác,…đang là vấn đề lớn nhất cần giải quyết

1.2 KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH BURST QUANG

1.2.1 Cấu trúc và hoạt động của mạng chuyển mạch Burst quang

1.2.1.1 Cấu trúc mạng chuyển mạch Burst quang

Mạng chuyển mạch Burst quang được cấu trúc như hình vẽ dưới đây

Trong mạng chuyển mạch OBS, ngõ vào của các node mạng biên luôn là nơi tổnghợp và ghép các luồng lưu khách thành các Burst quang Lưu lượng truy cập vào hệthống của khách có thể được phân chia thành các loại khác nhau như các gói IP, mạng tế

bào ATM, các khung Ethernet hoặc các loại không đồng nhất lưu lượng Các cụm Burstđược lắp ráp sau đó được vận chuyển vào node mạng lõi OBS và chúng lại được táchthành các Burst quang (xem hình 3.1) Thông thường một kênh bước sóng sẽ được chọn

để phục vụ riêng cho mục đích gửi gói tin điều khiển Các gói tin điều khiển đều cóchiều dài như nhau mặc dù độ dài của mỗi Burst dữ liệu có thể khác nhau

Hình 1.5 Cấu trúc mạng chuyển mạch Burst quang OBS

1.2.1.2 Cấu trúc node trong mạng chuyển mạch Burst quang

Mạng chuyển mạch Burst quang được cấu trúc bao gồm hai loại node mạng(node lõi, node biên) và các tuyến truyền dẫn quang

1.2.1.2.1 Cấu trúc node lõi

Do chức năng chính của node lõi là chuyển mạch các Burst đến tới đầu ra theoyêu cầu để tới node tiếp theo nên nó được cấu trúc bao gồm Burst chuyển mạch, Burstđiều khiển chuyển mạch và các giao diện đầu vào/ra Tuỳ theo cấu trúc có thể có thêm

bộ đệm quang

Node lõi trong mạng chuyển mạch Burst quang được cấu trúc như hình

Hình 1.6 a Cấu trúc node lõi trong mạng chuyển mạch Burst quang

Một node lõi trong mạng OBS được cấu trúc bao gồm Burst chuyển mạch, Burstđiều khiển chuyển mạch, bộ đệm quang đầu vào và các Burst giao diện đường truyềndẫn(MUX, DEMUX, IM, OM)

Trong đó Burst chuyển mạch quang, mang ý nghĩa chủ chốt nó quyết định dunglượng chuyển mạch của cả node chuyển mạch Burst chuyển mạch bao gồm Burstchuyển mạch không gian không tắc nghẽn và bộ chuyển đổi bước sóng cho phépchuyển mạch các Burst dữ liệu từ bất cứ đầu vào nào tới đầu ra theo yêu cầu đảm bảokhông bị chồng lấn lên các Burst dữ liệu khác

Burst điều khiển chuyển mạch, có nhiệm vụ thu nhận và phân tích gói điều khiển

để đưa ra các thông tin điều khiển, và điều khiển Burst chuyển mạch thực hiện chuyểnmạch các Burst một cách chính xác Công việc chính của Burst này là thực hiện phântích gói tin tiêu đề Burst (BHP: BurstHeader Packet) rồi so sánh với bảng tìm kiểmđịnh tuyến để tìm liên kết đầu ra cho các Burst, sắp xếp các kênh đầu ra và phục hồiBHP đưa tới đầu ra phát tới node tiếp theo

Burst đệm đầu vào, được cấu tạo từ các đường dây trễ quang hay bộ nhớ truy nhậpquang nhằm làm trễ các Burst dữ liệu tới cho phép Burst điều khiển chuyển mạch có đủthời gian để xử lý và đưa ra các thông tin điều khiển, Burst này trong khi thực hiện có thể

có hay không tuỳ vào phương thức điều khiển được sử dụng trong mạng OBS

Các Burst giao diện đầu vào và đầu ra, thực hiện thu nhận các Burst và biến đổi tínhiệu thu thành dạng tín hiệu phù hợp với các đầu vào tương ứng IM( Input module)thựchiện thu BHP và biến đổi chúng sang tín hiệu điện, còn OM(Output Module) thì thực hiệncác công việc ngược lại với IM DMUX tách kênh Burst đầu vào, tách gói điều khiển đưatới Burst giao điện đầu vào và tải trọng đưa tới bộ đệm quang

Cụ thể hơn, các Burst trong mạng OBS sẽ được truyền trên các đường dữ liệu từ các node biên đích cho tới node biên nguồn và được xử lý gói tin điều khiển tại SCU (Switching Control Unit) như hình dưới:

Hình 1.6 b Cấu trúc của nút lõi trong mạng OBS

Trong trường hợp xảy ra tranh chấp, nghĩa là có 2 hay nhiều Burst quang cùngđược chuyển ra trên cùng một cổng ra tại một node mạng quang, đơn vị điều khiểnchuyển mạch sẽ phải lựa chọn việc sủ dụng làm chậm các Burst quang đi ra khỏi nútbằng đường dây trễ quang hay sử dụng chuyển đổi bước sóng để giải quyết tranh chấp.Nếu như vậy, bước sóng của Burst quang sẽ được thay đổi đến một bước sóng tự dokhác để ra khỏi node hoặc Burst có thể được gửi đến đường dây trễ quang ODL, khi

đó các Burst quang có thể được truyền đến đầu ra của node khi bước sóng tại cổng rasẵn sàng (hình 1.5 a)

1.2.1.2.2 Cấu trúc node biên

Như đã nói ở trên node biên do có giao tiếp cả với node lõi và các mạng truynhập khác nên ngoài chức năng như node lõi, nó còn phải có chức năng cấu tạo vàphân mảnh các Burst Đồng thời được trang bị thêm một bộ định tuyến biên để địnhtuyến các gói tin sau khi phân mảnh tới đúng đích yêu cầu

Các node biên phục vụ một số người sử dụng, mỗi người sử dụng được kết nốitới node biên thông qua một kết nối cáp sợi quang hỗ trợ nhiều bước sóng Mỗi mộtbước sóng tương ứng với một tiến trình Burst đến riêng biệt (Burst arrival process) làmột hàm xác suất mô tả tiến trình lưu lượng tới node Và chúng ta giả sử rằng quátrình Burst đến là quá trình poison, mặc dù nó không phù hợp với lưu lượng diện rộng

và cũng không giống với tiến trình Burst đến trong mạng quang trong tương lai

Node biên còn được cấu trúc thêm một bộ định tuyến biên có trường chuyển mạch

là chuyển mạch gói điện tử và các bộ đệm gói để đệm thông tin từ và đi tới các người sửdụng trong các mạng truy nhập kết nối trực tiếp với node OBS Chú ý rằng thông tin ởnode biên được đệm trong miền điện nên được thực hiện dễ dàng

Bộ định tuyến biên có nhiệm vụ định tuyến các gói tin người dùng tới đúng địachỉ thiết bị đầu cuối của người dùng, đồng thời thu nhận thông tin và thực hiện phân

bổ chúng vào đúng hàng đợi phát theo chuyển tiếpđích để được cấu trúc thành cácBurst phát đi.

Các node biên trong mạng chuyển mạch Burst quang có thể được cấu trúc theohai cách sau: có bộ chuyển đổi bước sóng hay không có bộ chuyển đổi bước sóng.Hình 2.3 dưới đây mô tả một node OBS biên

Node biên không có bộ chuyển đổi bước sóng: Trong trường hợp này một

Burst trên một bước sóng đầu vào chỉ có thể được chuyển mạch tới bước sóng đó trênmột cổng đầu ra, và việc sử dụng các Burst đến trên các bước sóng khác nhau khônglàm ảnh hưởng lẫn nhau Do đó, mỗi node biên có thể được phân chia thành W hệthống con, sử dụng cho từng bước sóng Burst Trong đó mỗi hệ thống con w (với w =1,2, ,W) là một Burst chuyển mạch PxP phục vụ N người sử dụng, nhưng mỗi cổngđầu vào và một cổng đầu ra chỉ có một bước sóng riêng, tương ứng với w bước sóngcủa node chuyển mạch biên nguồn Do đó, mỗi một hệ thống con sẽ có N tiến trìnhBurst đến riêng biệt

Khi có một Burst đến trên một bước sóng đầu vào, tương ứng với Burst đó là mộtgói điều khiển tới thiết lập cổng đầu ra cho Burst, nếu tại cổng đầu ra yêu cầu mà bướcsóng tương ứng với bước sóng đầu vào còn rỗi thì Burst sẽ được phục vụ ngay lập tức,nếu không còn rỗi (đang phục vụ truyền dẫn Burst khác) thì Burst sẽ bị loại bỏ hayđược làm trễ trong các đường dây trễ (nếu có) và sau một khoảng thời gian ngẫu nhiên

sẽ tiến hành truyền lại gói điều khiển và nếu lần này vẫn thất bại thì nó lại tiếp tụcđược làm trễ cho tới khi thực hiện truyền dẫn thành công Burst đó thì thôi Khoảngthời gian trễ của các Burst là không xác định, và được phân bố theo hàm mũ

Hình 1.7 Cấu trúc node biên trong mạng chuyển mạch Burst quang

Node biên có bộ chuyển đổi bước sóng: Trong trường hợp này thì khi một

Burst đến trên cổng đầu vào tương ứng với một gói điều khiển tới thiết lập cho cổngđầu ra i của trường chuyển mạch được chấp nhận nhanh nhất trên một bước sóng nàocòn rỗi trên cổng đầu ra đó Nếu không, gói điều khiển đó bị loại bỏ, và Burst phải trễmột khoảng thời gian trước khi gói điều khiển được truyền lại Rõ ràng, sự phân chiamột node chuyển mạch biên thành các hệ thống con tương ứng với mỗi bước sóng làkhông thể thực hiện được nữa Vì vậy Burst người sử dụng đến trên những bước sóngkhác nhau có thể gây ảnh hưởng lên các Burst của những người sử dụng khác

Ở các node biên của mạng OBS, lưu lượng khách lần đầu tiên được ghép thànhcác cụm lớn hơn được gọi là Burst bằng các sử dụng time-based or a length-basedhoặc thuật toán lai ghép time-length.Tại mỗi node mạng biên, một hàng đợi ảo riêngbiệt (hàng đợi cho việc ghép Burst) được duy trì cho mỗi cổng đầu ra (đích của nodebiên) hoặc cho mô lớp chuyển mạch tương đương (FEC).Các hàng đợi sẽ giữ gói dữliệu qua quá trình ghép Burst như thể hiện trong hình 1.8 Dựa vào các mức ưu tiêncủa các Burst để đặt thời gian truyền gói tới đầu ra của node

Sau khi Burst đã được tổng hợp, gói điều khiển dữ liệu sẽ được tạo ra và gửitrên kênh điều khiển Các Burst được ghép lại và lưu trong các bộ nhớ đệm điện tửtrước khi truyền (xem hình 1.8) Các thống số về thời gian cũng như độ dài bước sóngcủa Burst sẽ được gửi đi và được thực hiện bởi các đơn vị lập lịch kênh truyền

Hình 1.8 Ghép Burst và lập lịch kênh truyền tại node biên trong mạng OBS Các tuyến truyền dẫn, Trên các đường truyền dẫn quang có thể thực hiện truyền

một bước sóng hay nhiều bước sóng nhờ công nghệ WDM và DWDM, các kênh bướcsóng sẽ được giải phóng ngay sau khi truyền song Burst để phục vụ cho các kết nối khác.Trong mạng chuyển mạch Burst quang thì trước khi Burst được truyền đi nó phải đăng kýbước sóng sử dụng và bước sóng đó được giải phóng ngay sau khi Burst truyền qua nên

các Burst từ các nguồn và đích khác nhau có thể sử dụng cùng một bước sóng theo kiểughép kênh thống kê theo thời gian.

Trong phương pháp này, sự trả giá cho việc phức tạp trong cấu trúc của nodechuyển mạch là làm giảm xác suất loại bỏ Burst hay việc phải trễ Burst Tuy nhiên,phương pháp này không loại bỏ được hoàn toàn việc các Burst bị loại bỏ hay phải trễtại các node trung gian

1.2.1.3 Hoạt động của mạng chuyển mạch OBS

Trong mạng chuyển mạch Burst quang, khi có một Burst cần truyền đi thì trướctiên một gói điều khiển sẽ được gửi đi, sau đó Burst dữ liệu cũng được gửi đi sau mộtkhoảng thời trễ, mà không cần nhận được bản tin xác nhận thiết lập kết nối (đối vớigiao thức TAG) đây được gọi là phương pháp đăng ký một chiều hoặc đợi nhận bảntin xác nhận (với giao thức TAW) đây là phương thức đăng ký hai chiều có xác nhận.Đặc điểm chính của chuyển mạch Burst quang là để chuyển thành công mộtBurst có độ dài từ 1 tới vài gói mà chỉ sử dụng một gói điều khiển, kết quả là phầnmào đầu điều khiển trên một đơn vị dữ liệu nhỏ hơn làm tăng được hiệu quả truyền tin.Chuyển mạch Burst quang thường sử dụng báo hiệu ngoài băng, tức là gói điều khiểnđược truyền đi trên một kênh bước sóng riêng biệt, như vậy gói điều khiển và Burst dữliệu kết hợp với nhau không chặt chẽ tại một thời điểm Tức là chúng bị phân chia tại

node OBS nguồn bởi thời gian trễ (offset time) có giá trị lớn bằng tổng thời gian xử lý

gói điều khiển tại các node trung gian trên đường truyền dẫn.để đảm bảo Burst dữ liệukhông cần phải đệm tại bất kỳ node trung gian nào, mà được truyền dẫn trong suốt từnode OBS nguồn tới node OBS đích

Ngoài ra, có một cách khác mà giao thức OBS có thể không sử dụng thời gian trễtại node nguồn, nhưng ngược lại, nó yêu cầu Burst dữ liệu tại mỗi node trung gian phảitrễ đi một khoảng thời gian cố định không nhỏ hơn thời gian nhỏ nhất cần thiết để xử

lý một gói điều khiển và thời gian cấu hình chuyển mạch tại node trung gian Nhờ đó

mà Burst chuyển mạch có đủ thời gian để phân tích thông tin định tuyến trong gói điềukhiển và thực hiện chuyển mạch Burst dữ liệu

Để hỗ trợ IP qua WDM trong OBS, chúng ta phải khởi động phần mềm IP cùngvới các phần mềm điều khiển khác như một bộ phận của giao diện giữa lớp mạng vàlớp WDM trong chuyển mạch quang Trong WDM, một bước sóng điều khiển riêngđược sử dụng để truyền gói điều khiển Để gửi dữ liệu, thông qua địa chỉ IP đích thiếtlập một gói điều khiển và được định tuyến từ node nguồn tới node đích dựa trên địachỉ IP nó mang theo để thiết lập một kết nối bằng cách thiết lập cấu hình chuyển mạchtoàn quang trên đường truyền dẫn Khi đó một Burst sẽ được phát đi mà không cầntruy nhập địa chỉ IP tại bất cứ node trung gian nào, vì vậy giảm độ phức tạp cũng như

xử lý tại lớp IP

Trong OBS, bước sóng của một liên kết mà Burst sử dụng sẽ bị giải phóng ngaysau khi Burst đi qua liên kết đó, đồng thời tự động đăng ký hay giải phóng băng thông

đã đăng ký Điều này có nghĩa là các Burst từ các nguồn khác nhau tới các đích khácnhau có thể cùng tận dụng một cách hiệu quả độ rộng băng của cùng một bước sóng trênmột liên kết theo kiểu ghép kênh thống kê phân chia theo thời gian Trong trường hợpgói điều khiển đăng ký bước sóng tại một node trung gian sai, Burst sẽ không được địnhtuyến, và nó sẽ bị mất Không phải tất cả các giao thức OBS đều giống nhau, một sốgiao tức OBS hỗ trợ cho truyền dẫn một cách tin cậy (giao thức TAW), khi có một bảntin không xác nhận được gửi trở về node nguồn, thì sau đó gói điều khiển và Burst sẽđược gửi lại.

Chuyển mạch Burst quang có một số đặc điểm sau đây:

 Tính chất hạt (granularity), kích cỡ đơn vị thông tin truyền dẫn trong OBS

nằm giữa chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói

 Sự phân chia thông tin điều khiển và dữ liệu, Thông tin điều khiển được

truyền trên một bước sóng hay một kênh riêng biệt đối với Burst

 Sự đăng ký một chiều, Các nguồn được chỉ định sử dụng đăng ký một chiều.

Do đó một node nguồn không cần đợi đến khi nhận được bản tin xác nhận gửi

về từ node đích trước khi nó bắt đầu truyền Burst

 Độ dài các Burst khác nhau, Kích thước các Burst là khác nhau tuỳ theo

lượng thông tin trong các hàng đợi phát tại thời điểm cấu trúc Burst Nằmtrong khoảng từ kích thước Burst nhỏ nhất tới kích thước Burst lớn nhất

 Không cần đệm quang, Tại các node trung gian trong mạng OBS không cần

sử dụng các bộ đệm để đệm thông tin dữ liệu

 Thực hiện truyền trong suốt dữ liệu người dùng, Thông tin người dùng

được đệm trong miền điện tại node OBS nguồn mà không cần đệm tại bất cứnode OBS trung gian nào

Đặc biệt, đơn vị truyền dẫn của mạng OBS là Burst, 1 Burst bao gồm một số gói

IP, hay một chuỗi các tế bào ATM, hay các khung HDTV hay một chuỗi các bit banđầu, thậm chí có thể là nhiều loại thông tin người dùng khác nhau

1.2.2 Các phương thức điều khiển

Một nguyên tắc cơ bản của chuyển mạch gói đó là "lưu đệm" và chuyển tiếp, tức

là một gói tin chỉ được gửi đi khi đã thu được hoàn toàn đầy đủ tại node nguồn hay cácnode trung gian Chính đặc điểm này đã khiến các gói tin bị trễ tương ứng với độ dàicủa mỗi gói tại các node trung gian Để giảm trễ thì người ta có thể tiến hành sử dụngcác giao thức khác như: Giao thức không kiểm tra lỗi tại node trung gian (trong mạng

sử dụng công nghệ ATM), giao thức không cần bản tin xác nhận, hay có thể thực hiệnước lượng thống kê kích thước gói để gửi đi trước thiết lập băng thông và cấu hìnhchuyển mạch v v

Phương thức điều khiển theo kiểu TAG (Tell-And-Go)

Ở phương thức này để thực hiện truyền dẫn một Burst, thì một gói tin điều khiển

sẽ được gửi đi trước để thực hiện đăng ký bước sóng và cấu trúc trường chuyển mạch.Sau đó, Burst sẽ được gửi đi ngay sau đó mà không cần phải đợi bản tin xác nhận kết

nối ACK từ phía đích gửi về Do đó mà thời gian trễ của các Burst là rất nhỏ có thểbằng 0 Sau khi Burst được gửi đi hoàn toàn sẽ có một bản tin thông báo để giải phóngkết nối.

Nếu sự thiết lập mà không thành công thì Burst sẽ bị mất tại một node trung giannào đó không còn tồn tại bước sóng Burst rỗi Vì vậy cần phải được sử dụng cùng vớicác giao thức đảm bảo độ tin cậy cao (JET chẳng hạn)

Trong phương thức này các Burst cần phải được đệm tại mỗi node trung gian đểnode có đủ thời gian xử lý và cấu hình chuyển mạch, chính điều này đã gây trễ cho cácBurst tại các node trung gian, và yêu cầu các node trung gian phải có bộ đệm quanghay các đường dây trễ

Hình 1.9 Mô tả quá trình đăng ký tài nguyên theo phương thức TAG

Phương thức điều khiển theo kiểu TAW (Tell-And-Wait)

Khác với phương thức điều khiển theo kiểu TAG Một Burst sẽ chỉ được phát lênmạng bởi một node OBS đầu vào khi chắc chắn có một đường quang ảo đã được thiếtlập thông qua mạng tới node đầu ra Đường quang ảo được định nghĩa là một sự liênkết các bước sóng theo một trật tự xác định, từng kết nối liên tiếp nhau trong khoảngthời gian thiết lập cho trước Chính vì đặc điểm này mà ta thấy phương thức điều khiểnTAW phù hợp cho mô hình chuyển mạch kênh truyền thống hơn là mô hình chuyểnmạch Burst

Hình 1.10 Mô tả quá trình đăng ký tài nguyên theo phương thức TAW

Khi mà một node biên nguồn có một Burst cần phát đi thì nó thực hiện gửi đitrên bước sóng điều khiển một bản tin điều khiển thiết lập tới node biên đích, bản tinnày nhằm để đăng ký trước một bước sóng Burst trên mỗi liên kết dọc theo đường đi

từ node biên nguồn tới node biên đích Tại các node trung gian sau khi thu bản tin điềukhiển thì Burst điều khiển thực hiện đăng ký một bước sóng Burst còn rỗi được địnhtuyến tới đầu ra Và sau khi Burst được truyền qua từng kết nối sẽ có một bản tin giảiphóng kết nối được gửi đi để giải phóng bước sóng đã đăng ký tại kết nối đó

Nếu quá trình thiết lập là không thành công tại một node OBS trung gian nào đóthì ngay lập tức sẽ có một bản tin thông báo không thành công được gửi về từ nodecuối cùng cấu hình thành công trường chuyển mạch và Burst sẽ không được phát đi.Nếu không thì bản tin thông báo sẽ bị trễ đi một khoảng thời gian nào đó tại node biênđích trước khi gửi về node biên nguồn

Điểm đặc biệt của phương thức này là thực hiện thiết lập toàn bộ tuyến quangtrước khi truyền dẫn Burst Các Burst mất có thể được khôi phục lại bằng việc sử dụnggiao thức lớp cao hay giao thức lớp kênh quang

Phương thức điều khiển theo kiểu IBT (In-Band-Terminater)

Trong phương thức điều khiển theo kiểu IBT (Kết cuối trong băng), mỗiBurstđều có tiêu đề riêng của mình (giống như chuyển mạch gói), vì vậy một bộ phân địnhđặc biệt hay bộ kết cuối sẽ chỉ ra điểm kết thúc của Burst IBT không sử dụng lưu đệm

và chuyển tiếp mà nó sử dụng một đường tắt ảo (virtual cut through) Đặc biệt mộtnode nguồn hay node trung gian có thể gửi phần trước của Burst trước khi node đó thuphần cuối Burst Khi đó độ trễ Burst sẽ ít hơn và kích thước bộ đệm tại một node cầnthiết cũng nhỏ hơn, trừ trường hợp toàn bộ Burst phải đợi tại một node khi không cóbước sóng khả dụng

Phương thức điều khiển theo kiểu RFD (Reserve-a-Fixed-Duration)

Trong phương thức này, một gói điều khiển sẽ được gửi đi trước để đăng ký độrộng băng và thiết lập cấu hình chuyển mạch, Burst dữ liệu được gửi đi sau đó mộtkhoảng thời gian bằng thời gian trễ T Độ rộng băng được đăng ký cho một khoảngthời gian cụ thể được xác định bởi gói điều khiển Gói điều khiển có vai trò như tiêu

đề của gói có độ dài khác nhau, trong đó nó cho biết độ dài Burst, địa chỉ node đích,thời gian trễ Burst Tuy nhiên kích thước Burst trong RFD chỉ có thể biến thiên trongkhoảng từ giá trị kích thước Burst nhỏ nhất đến giá trị kích thước Burst lớn nhất

Với phương thức điều khiển này thì độ rộng băng tần chỉ được cung cấp để phục

vụ cho kết nối khi bit đầu tiên của Burst đến, còn kể cả trong khoảng thời gian trễ(khoảng thời gian từ khi gói điều khiển đăng ký bước sóng tới khi bit đầu tiên củaBurst đến) độ rộng băng vẫn có thể phục vụ kết nối khác Chính điều này làm tăngđáng kể hiệu quả sử dụng băng tần Tuy nhiên, việc đó phải trả giá cho sự phức tạptrong quản lý băng thông, và điều khiển chuyển mạch để đảm bảo không gây ra chồnglấn hay tranh chấp tài nguyên

KẾT LUẬN CHƯƠNG I

Sự bùng nổ nhanh chóng của mạng Internet và nhu cầu ngày càng tăng đối vớithông tin đa phương tiện đòi hỏi một hệ thống mạng dung lượng lớn và hiệu quả để hỗtrợ cho các yêu cầu băng thông đang phát triển Các mạng quang là một sự lựa chọnhợp lý để đáp ứng các yêu cầu truyền thông trong tương lai với các liên kết sợi quangcung cấp băng thông lớn lên đến 50Tbps

Sự phát triển của công nghệ quang như DWDM, OADM và OXC đã cung cấpkhả năng truyền dẫn tốc độ cao, dung lượng lớn, tạo nền móng và cơ sở cho các mạngquang hiện tại phát triển thành mạng quang thế hệ sau (mạng quang NGN) Sự tăngtốc độ đường truyền và băng thông trong giai đoạn bùng nổ lưu lượng người dùng đòihỏi các node chuyển mạch phải có các biện pháp đệm, thời gian chuyển mạch nhanhđáp ứng được những dung lượng đó Việc xây dựng một chuyển mạch gói chỉ sử dụngcông nghệ quang có thể dẫn đến những hệ thống bị thắt nút cổ chai trong khi truyềnlưu lượng.Do vậy chuyển mạch toàn quang chính là chìa khoá của thành công khi ứngdụng mạng quang thế hệ sauvới ưu điểm tốc độ truyền dẫn cao và khả năng tận dụngbăng thông của nó

Ba công nghệ chuyển mạch quang được sử dụng hiện nay là: chuyển mạch quangkênh, chuyển mạch quang gói và chuyển mạch Burst quang OBS chuyển mạch quangkênh hạn chế về băng thông và có độ trễ lớn Chuyển mạch gói quang với hệ thốngtruyền dẫn toàn quang, tốc độ xử lý tốt đã đáp ứng được những vấn đề về băng thông

và độ trễ nhưng phức tạp và hầu như chỉ được xem xét trong các phòng thí nghiệm, vàtrên thực tế khó xây dựng được mạng toàn quang Trong bối cảnh đó chuyển mạchquang BurstOBS được đánh giá cao bởi nó được xem như một công nghệ cân bằnggiữa chuyển mạch quang kênh và chuyển mạch quang gói Với việc sử dụng thời gianchờ (offset time để xử lý gói tin điều khiển tại mỗi node chuyển mạch và node biêngiúp sắp xếp tài nguyên cho Burst dữ liệu dựa trên các gói tin điều khiển - Header).Thêm vào đó chuyển mạch quang BurstOBS ít phức tạp hơn so với chuyển mạchquang kênh nên khả năng ứng dụng vào thực tế rất cao

Trong chương I đã đưa ra những khái niệm cơ bản về mạng chuyển mạch quang với các hệ thống mạng chuyển mạch khác nhau với những ưu nhược điểm riêng :

Thời gian chuyển mạch yêu cầu

Xử lý Header

Đệm quang

Khả năng thích ứng lưu lượng

Burst quang Cao Trung bình Thấp Không y/c Cao

Bảng 1.1 So sánh các công nghệ chuyển mạch quang

Phương pháp chuyển mạch Burst quang đã giải quyết được rất nhiều vấn đề của

hệ thống chuyển mạch trước đây như cải thiện băng thông, linh hoạt hơn trong quátrình truyền tải thông tin qua bước biến đổi quang-điện mà hệ thống chuyển mạchtrước đó đem lại Tuy nhiên phương pháp này vẫn không tránh khỏi khó khăn trongbài toán tranh chấp Burst trong khi truyền tải thông tin Và chương 2 sẽ cung cấp một

số hướng giải quyết cho bài toán ấy

CHƯƠNG II CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT TRANH CHẤP TRONG MẠNG

CHUYỂN MẠCH BURST QUANG 2.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Các gói IP khi đến nút biên của mạng OBS sẽ được kết hợp lại thành Burst dữliệu (DB) Sau một khoảng thời gian hoặc khi đạt đến độ dài nhất định, Burst sẽ đượctạo ra tại nút biên cùng với gói điều khiển Burst (BCP).BCP sẽ được gởi đi trước DB

và được xử lý điện tử tại các nút trung gian để đặt trước tài nguyên cho DB.Sau khiBCP đã đặt trước bước sóng trên toàn tuyến từ nguồn đến đích thì DB sẽ được phát đi.Mạng chuyển mạch Burst quang cung cấp sự truyền dẫn phi kết nối nên có khả năngBurst sẽ tranh chấp với một Burst khác tại các node trung gian

Có 4 phương pháp cơ bản giải quyết tranh chấp đó là:

 Sử dụng bộ đệm bằng đường dây trễ quang Bằng việc sử dụng mô hình bộđệm SLOB với các đường dây trễ quang được kết nối với nhau một cách phùhợp để cung cấp khoảng thời gian trễ theo yêu cầu cho Burst quang, giảm tảinghẽn khi truyền dữ liệu

 Chuyển đổi bước sóng Đệm kết hợp với chuyển đổi bước sóng để giải quyếtvấn đề tranh chấp các Burst trong miền thời gian bằng việc cung cấp cho mỗiBurst quang một giá trị bước sóng khác nhau để tránh chồng lấn gói khitruyền

 Định tuyến chuyển hướng Đối với phương pháp này các Burst bị tranh chấp

sẽ được gởi tới liên kết ra khác của nút và sau đó được định tuyến qua mộttuyến khác để đến đích

 Phân mảnh Burst quang Phân mảnh các Burst quang thảnh các Segment đểđưa ra trạng thái ưu tiên cho việc hủy bỏ những phần dữ liệu bị chồng lấn khixảy ra tranh chấp giứa 2 Burst quang thay vì phải hủy bỏ toàn bộ Burstquang đó

2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT TRANH CHẤP TRONG MẠNG

CHUYỂN MẠCH BURST QUANG

Trong mạng OBS khi sử dụng các giao thức báo hiệu một chiều như JET, nodengõ vào gửi đi các Burst quang mà không có sự báo xác nhận sự chiếm tài nguyên.Cóthể sự chiếm tài nguyên sẽ khoogn thành công tại các node nào đó trên đường truyền,dẫn đến tranh chấp xuất hiện tại các node chuyển mạch khi hai hay nhiều Burst quangđều đến và muốn ra ở cùng một ngõ đầu ra tại cùng một thời điểm Trong các chuyểnmạch gói điện, tranh chấp được giải quyết với kỹ thuật lưu trữ tại các bộ nhớ đệm vàsau đó được gửi đi khi đầu ra đã sẵn sàng Điều này được thực hiện nhờ khả năng nhớđệm của các RAM điện.Tuy nhiên trong công nghệ chuyển mạch quang với phươngpháp đệm lưu RAM vẫn gặp phải một số hạn chế Do đó trong các chuyển mạch OBS

ta sử dụng một số phương pháp khác để tránh khỏi tình trạng tranh chấp như vậy.Giải quyết tranh chấp trong mạng OBS có thể được thực hiện trên 3 miền: miềnbước sóng, miền thời gian và miền không gian

Miền bước sóng: thực hiện bằng việc chuyển đổi bước sóng Một chum Burst

quang cso thể được gửi đi trên những kênh bước sóng đầu ra khác nhau

Miền thời gian: bằng việc sử dụng bộ đệm FDL Khi xuất hiện sự tranh chấp tại

một node quang trong quá trình truyền, một phần của 1 trong 2 Burst quang đang tranhchấp sẽ được làm trễ cho đến khi nghẽn được giải quyết.Trái với việc đệm trong bộchuyển mạch điện, PDL chỉ cung cấp một độ trể xác định và dữ liệu đưa vào FDL phảicùng một kiểu đăng ký

Miền không gian: sử dụng định tuyến chuyển hướng tuy nhiên với tình phức tạp

của phương pháp này nên việc giải quyết tranh chấp này không được sử dụng chomạng toàn quang(mạng toàn quang là mạng chỉ sử dụng các thiết bị chuyển mạchquang mà không sử dụng bất kỳ kỹ thuật điện nào vào quá trình chuyển mạch cũngnhư biến đổi tín hiệu tại phái phát và phía thu)

Các phương pháp giải quyết tranh chấp trên vẫn không thành công trong quátrình giải quyết tranh chấp thì Burst sẽ bị hủy bỏ Một phương pháp góp phần giảiquyết tranh chấp và giảm lượng dữ liệu mất trong một tranh chấp là phương pháp phânmảnh Burst Trong phương pháp này, chỉ một phần các Burst bị chồng lấn với Burstkhác gây ra hiện tượng tắc nghẽn mới bị hủy bỏ Và phương pháp này cũng vớiphương pháp định tuyến chuyển hướng có thể được kết hợp với nhau để tang chấtlượng hoạt động cho mạng Chúng được sử dụng rộng rãi trong mạng bán quang

Dưới đây là sơ đồ giải quyết tranh chấp cơ bản trong mạng OBS xét theo khíacạch dành chiếm tài nguyên của các Burst quang

Hình 2.1 Các phương pháp giải quyết tranh chấp trong mạng OBS

2.2.1 Phương pháp sử dụng bộ đệm bằng đường dây trễ quang

Đệm

Chuyển đổi bước sóng Định tuyến luân phiên

Sợi quangsong song Lệch hướng

Phân mảnh Burst

Cần sử dụng bộ đệm khi có nhiều hơn một gói vào muốn chuyển tới cùng mộtđầu ra Một trong những đặc trưng cơ bản của chuyển mạch OBS là không cần bộ đệmquang, 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.Việc giảiquyết xung đột ở mạng chuyển mạch gói miền điện truyền thống sử dụng các bộ nhớRAM lưu giữ tạm thời các gói tin khi tranh chấp xảy ra; tuy nhiên một bộ đệm giốngnhư RAM trong miền quang hiện nay vẫn chưa được hữu hiệu Trong mạng quang,người ta đề xuất dùng dây trễ FDL (Fiber Delay Line) để lưu giữ các gói tin trongmiền quang một khoảng thời gian cố định Yêu cầu trễ thay đổi trong trường hợp nhiềugói cần làm trễ và cần xử lý tại cùng một thời điểm Ghép theo bước sóng và theo thờigian đều được sử dụng để tránh tranh chấp Đệm quang được thực hiện khi sử dụngđường dây trễ sợi quang (FDL).Chiều dài của FDL có thể tính toán được Chẳng hạn

để đệm một gói IP có 512 byte truyền với tốc độ 10 Gbit/s cần sử dụng 82m sợi quangFDL không thể đưa tín hiệu ra tại thời điểm bất kỳ, nhưng nó là một hệ thống vàotrước ra trước (FIFO) nên các gói đi qua toàn bộ chiều dài của FDL là đã được đệmbằng cách kết nối các dây trễ FDL theo tầng hay kết nối song song, bộ đệm được đềxuất này có thể giữ các gói tin trong miền quang hay Burst dữ liệu trong các thời giankhác nhau

Hình 2.2 Mô tả giải quyết tranh chấp bằng bộ đệm

Cách này có thể giảm mất dữ liệu nhưng lại không đảm bảo gói đến đúng thứ tự.Trongmột số Cấu trúc của bộ đệm quang, kích thước của những bộ đệm thì bị giới hạnkhông chỉ xét đến yếu tố về mặt tín hiệu mà cả yếu tố về kích thước vật lý Để làm trễmột Burst khoảng 1ms thì cần phải có một đoạn cáp dài hơn 200 km Bởi vì những hạnchế của bộ đệm quang nên một node mạng có thể không thể đáp ứng được lưu lượngtải lớn và trong điều kiện tải đột biến Những bộ đệm quang dựa trên định tuyến bướcsóng và điều khiển bước sóng trong một vòng khép kín cũng là một giải pháp cho bộđệm quang

Node mang

Hình 2.3Dây trễ FDL cùng với bộ khuếch đại và chuyển mạch tạo thành một vòng lặp trễ

Các bộ đệm quang cũng có thể được phân loại cụ thể thành các cấu trúc: chuyểntiếp (feed-forward), quay vòng (feedback) và hỗn hợp (hybrid) Trong cấu trúcchuyểntiếp mỗi đường dây trễ sẽ kết nới tới một đầu ra của một phần tử chuyển mạch tại mộttầng với ngõ vào của một phần tử chuyển mạch khác trong tầng kế tiếp.Trong cấutrúcquay vòng, mỗi đường dây trể kết nối với một đầu ra của phần tử chuyển mạch tạimột tầng đến một đầu ra của phần tử chuyển mạch trong cùng một tầng hoặc tầngtrước đó.Trong cấu trúc hỗn hợp, các bộ đệm thường chuyển tiếp và quay vòng đượckết hợp

Tùy theo vị trí của các bộ đệm, các chuyển mạch gói chủ yếu được phân thành 3thành phần cấu hình chính: đệm ngõ vào (input bufering), đệm đầu ra (outputbuffering) và đệm chia sẻ (shared bufering) Bộ đệm vào: một tập các đường trể đượcdành cho mỗi cổng vào, hiệu quả kém Bộ đệm ra: một tập các bộ đệm được dành chomỗi cổng ra, yêu cầu lượng FDL đáng kể, kích thướcchuyển mạch lớn Bộ đệm chiasẻ: một tập các bộ đệm có thể được chia sẻ bởi tất cả các cổng chuyển mạch, tất cảcáccổng ra có thể truy cập trên cùng các bộ đệm

2.2.3.2 Thực hiện đệm bằng mô hình bộ đệm SLOB

Dưới đây đưa ra một mô hình bộ đệm quang cơ sở

Hình 2.4 Cấu trúc bộ đệm sử dụng đường dây trễ (FDL)

Ở đây nếu thời gian trễ gây ra bởi một vòng là ∆, thì thời gian trễ tối đa của bộtrễ là D = (20+21+ +2N) x ∆

Có thể sử dụng các bộ đệm quang công nghiệp cỡ lớn (SLOB) nó bao gồm m đầuvào và m đầu ra, Burst có thể ra ở một đầu ra bất kỳ nào với mỗi đầu vào xác định Bộđệm SLOB được cấu trúc gồm m bộ đếm, với mỗi bộ được liên kết tới một đầu ra làmnhiệm vụ như bộ đệm ảo thực hiện đệm Burst xác định độ trễ, nó hoạt động theonguyên tắc FIFO để lưu giữ các Burst Giá trị bộ đếm giảm đi 1 đơn vị khi có mộtBurst rời khỏi đầu ra và tăng lên 1 khi có một Burst tới cổng đầu vào Nếu Burst tới tạithời điểm bộ đếm có giá trị là 0 (bộ đệm rỗng) thì Burst sẽ được truyền thẳng, Khi bộđếm có giá trị max (bộ đệm đầy) thì Burst tới bị loại bỏ

Nếu có nhiều Burst đến cùng cổng đầu ra trên cùng một khe thời gian thì chúng

sẽ lần lượt đăng ký trễ, tổng thời gian trễ mà Burst phải chịu là giá trị bộ đếm khiBurst đến

Sau đây là cấu trúc bộ đệm SLOB

Hình 2.5 Mô hình bộ đệm SLOB

Từ hình vẽ trên cho thấy thời gian trễ tối đa là Dmax=mk - 1 khe thời gian với k là sốtầng chuyển mạch không tắc nghẽn cơ sở được sử dụng trong bộ đệm

2.2.2 Phương pháp chuyển đổi bước sóng

Chuyển đổi bước sóng là tiến trình chuyển đổi bước sóng của một kênh ngõ vào thành một bước sóng khác ở kênh đầu ra Chuyển đổi bước sóng làm tang khả năng sử dụng lại bước sóng, nghĩa là cùng một bước sóng có thể sừ dụng lại để những kết nối khác nhau tren các liên kết sợi quang khác nhau trên mạng Việc giải quyết tranh chấp bằng các chuyển đổi bước sóng được minh họa trong hình 2.5