Mô phỏng mạng chuyển mạch quang chùm (optical burst switching)

Trong chuyển mạch gói quang, trong khi header gói đang xử lý trên miền quang hay trên miền điện sau một bộ chuyển đổi quang điện O/E tại mỗi node trung gian, tải trọng dữ liệu phải chờ t

CAO NHỰT BÌNH

MÔ PHỎNG MẠNG CHUYỂN MẠCH QUANG CHÙM (OPTICAL BURST

SWITCHING)

Chuyên Ngành: Vật lý vô tuyến điện tử

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ VÔ TUYẾN ĐIỆN TỬ

Người hướng dẫn Khoa học

TSKH LÊ QUỐC CƯỜNG

TP.HỒ CHÍ MINH, NĂM 2009

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành chương trình cao học và viết luận văn này, tôi đã nhận được

sự hướng dẫn, giúp đỡ và nhiệt tình góp ý của quý thầy cô Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Thành Phố Hồ Chí Minh

Trước hết, tôi xin gởi lời biết ơn sâu sắc đến Tiến sĩ Lê Quốc Cường đã dành nhiều thời gian, tâm huyết và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này

Tôi xin chân thành cám ơn Phó Giáo Sư – Tiến Sĩ Nguyễn Hữu Phương cùng những thầy cô trong khoa Điện Tử Viễn Thông đã tận tình chỉ bảo tôi trong thời gian học tập tại Trường

Nhân đây tôi xin gởi lời cám ơn Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Khoa Học

Tự Nhiên Thành Phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi học tập và hoàn thành tốt khóa học

Cuối cùng tôi xin gởi lời cám ơn đến gia đình cùng bạn bè đã giúp đỡ tôi về mặt vật chất và tinh thần trong suốt thời gian học tập và hoàn thành luận văn này

Mặc dù tôi đã có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn bằng tất cả nhiệt huyết

và năng lực của mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được những đóng góp quý báu của quý thầy cô và các bạn

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2009

Học viên CAO NHỰT BÌNH

Sự phát triển của công nghệ quang như DWDM, OADM và OXC đã cung cấp nhứng sự truyền dẫn tốc độ cao, dung lượng lớn, để các mạng quang hiện tại phát triển thành mạng quang thế hệ tiếp theo Sự tăng tốc độ đường truyền và băng thông, các switching node được đòi hỏi phải đáp ứng được những dung lượng đó Việc xây dựng một chuyển mạch gói chỉ sử dụng công nghệ quang có thể dẫn đến những hệ thống cổ chai Chuyển mạch toàn quang là chìa khoá của thành công của mạng quang thế hệ tiếp theo bởi vì sự truyền dẫn tốc độ cao dung lượng lớn của nó

Ba công nghệ chuyển mạch quang được biết đến là: chuyển mạch quang kênh, chuyển mạch quang gói và chuyển mạch quang chùm OBS Chuyển mạch quang kênh hạn chế về băng thông và có độ trễ lớn Chuyển mạch quang gói 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 Trong bối cảnh đó chuyển mạch quang chùm OBS được đánh giá cao bởi nó được xem như một công nghệ cân bằng giữa chuyển mạch quang kênh và chuyển mạch quang gói Thêm vào đó chuyển mạch quang chùm OBS ít phức tạp hơn so với chuyển mạch quang kênh nên khả năng ứng dụng vào thực tế rất cao

Các vấn đề về chất lượng dịch vụ là mối quan tâm hàng đầu của những nhà nghiên cứu trước khi đưa vào ứng dụng trong thực tế Do đó mục tiêu chính của đề tài là tìm hiểu và mô phỏng những vấn đề QoS trên hệ thống OBS network Chương trình mô phỏng được thực hiện trên phần mềm ns-2 kết hợp với phần mềm mô phỏng mạng quang OBS4NS chạy trên nền Linux Phần mềm này được chọn vì nó

có khả năng mô phỏng được những hệ thống mạng lớn, đồng thời cũng hỗ trợ tốt cho việc mô phỏng các mạng quang

Đề tài được trình bày trong 5 chương Chương 1 giới thiệu tổng quan về những công nghệ chuyển mạch quang Chương 2 đề cập đến những vấn đề chính của một hệ thống chuyển mạch quang chùm Chương 3 tập trung vào những vấn đề chất lượng dịch vụ trong hệ thống mạng OBS Chương 4 là phần mô phỏng các vấn

đề QoS trên OBS network Cuối cùng, chương 5 là phần kết luận và hướng phát triển của đề tài

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1

1.1 Giới thiệu 1

1.2 Các loại chuyển mạch quang 2

CHƯƠNG 2: CHUYỂN MẠCH QUANG CHÙM OBS (Optical Burst Switching) 8

2.1 Nguyên lý OBS 8

2.2 Kiến trúc chuyển mạch quang chùm 9

2.2.1 Kiến trúc dạng mắc lưới 14

2.2.2 Kiến trúc dạng vòng 15

2.3 Đóng khối (Burst assembly) 16

2.4 Định tuyến và sắp xếp bước sóng 18

2.4.1 Định tuyến 18

2.4.2 Sắp xếp bước sóng 19

2.5 Báo hiệu 20

2.5.1 Tell and Go (TAG) 20

2.5.2 Just-In-Time (JIT) 20

2.5.3 Just-Enough-Time (JET) 22

2.5.4 Tell-And-Wait (TAW) 23

2.6 Lập lịch kênh truyền 26

2.6.1 Giải thuật FFUC 28

2.6.2 Giải thuật LAUC (horizon) 28

2.6.3 Giải thuật FFUC-VF 28

2.6.4 Giải thuật LAUC-VF 29

2.7 Giải quyết xung đột 29

2.7.1 Bộ đệm quang 31

2.7.2 Chuyển đổi bước sóng 31

2.7.3 Định tuyến chuyển hướng 33

2.7.4 Phân đoạn burst 34

2.7.5 Phân đoạn kết hợp chuyển hướng 38

2.8 Công nghệ OBS over MPLS 39

2.8.1 Công nghệ MPLS 39

2.8.2 Công nghệ OBS over MPLS 41

CHƯƠNG 3: CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ 44

3.1 Định nghĩa chất lượng dịch vụ 44

3.2 Các cơ chế QoS 45

3.3 Giá trị của thời gian bù 48

3.4 Tín hiệu ưu tiên 50

3.5 QoS dựa trên thời gian bù 53

3.6 Giải quyết tranh chấp ưu tiên 54

3.7 Hàng đợi ưu tiên 57

3.8 QoS dựa trên việc đóng khối burst 58

3.9 Một số trường hợp QoS khác 61

3.9.1 QoS ưu tiên theo xác suất 62

3.9.2 Rớt gói sớm và gom nhóm bước sóng 62

3.9.3 Các cơ chế tích hợp 63

CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG 64

4.1 Mục đích của việc mô phỏng 64

4.2 Mô hình mạng và các thông số mô phỏng 64

4.3 Phần mềm mô phỏng mạng ns-2 65

4.3.1 Giới thiệu 65

4.3.2 Kiến trúc của ns-2 66

4.3.3 Các đặc tính của ns-2 72

4.4 Phần mềm mô phỏng mạng quang OBS4NS 73

4.4.1 Giới thiệu 73

4.4.2 Các module trong OBS4NS 73

4.5 Các trường hợp thực hiện mô phỏng 82

4.6 Xây dựng kịch bản mô phỏng 83

4.6.1 Lưu đồ xây dựng kịch bản mô phỏng 83

4.6.2 Các bước thực hiện mô phỏng 84

4.7 Kết quả mô phỏng 89

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 100

5.1 Kết luận 100

5.2 Hướng phát triển 100

PHỤ LỤC A: HƯỚNG DẪN CÀI ĐẶT PHẦN MỀM NS-2 101

PHỤ LỤC B: HƯỚNG DẪN CÀI ĐẶT PHẦN MỀM MÔ PHỎNG OBS4NS 106

PHỤ LỤC C: HƯỚNG DẪN CÀI ĐẶT LƯU LƯỢNG POISSON 109

TÀI LIỆU THAM KHẢO 113

MỤC LỤC HÌNH

Hình 1.1: Chuyển mạch quang kênh OCS 3

Hình 1.2: OCS network với node có O/E/O 4

Hình 1.3: Chuyển mạch quang gói OPS 5

Hình 1.4: Chuyển mạch quang chùm OBS 6

Hình 2.1: Nguyên lý đóng khối/ tách khối tại node biên của mạng OBS 8

Hình 2.2: Sự truyền riêng biệt của các tín hiệu data và tín hiệu điều khiển 9

Hình 2.3: Cấu trúc OBS network 10

Hình 2 4: Chức năng của OBS 11

Hình 2.5: Cấu trúc node lõi 12

Hình 2.6: Cấu trúc node biên 13

Hình 2.7 Mô hình mạng OBS dạng mắt lưới 14

Hình 2.8 Mô hình mạng OBS dạng Ring 15

Hình 2.9: Kỹ thuật đóng khối (a) dựa theo mức ngưỡng threshold-based (b) dựa trên bộ định thời timer-based 17

Hình 2.10 Giao thức JIT 21

Hình 2.11 Giao thức JET 23

Hình 2.12: Kỹ thuật báo hiệu TAW 24

Hình 2.13: Sự sắp xếp kênh truyền sau khi sử dụng (a) giải thuật không lấp đầy chỗ trống (FFUC và LAUC) và (b) giải thuật lấp đầy chỗ trống (FFUC-VF và LAUC-VF) 28

Hình 2.14: Bộ đệm quang 31

Hình 2.15: Chuyển đổi bước sóng 32

Hình 2.16: Định tuyến chuyển hướng 33

Hình 2.17: Chi tiết header đoạn 35

Hình 2.18 : Mô tả giải quyết xung đột bằng phân đoạn burst 36

Hình 2.19: Rớt đoạn giữa hai burst xung đột 37

Hình 2.20: Sử dụng trailer 37

Hình 2.21: Chính sách phân đoạn và chệch hướng cho 2 burst xung đột 38

Hình 2.22: Nguyên tắc hoạt động của MPLS 40

Hình 2.23: Mạng trục truyền dẫn IP over OBS WDM sử dụng MPLS 41

Hình 2.24: Sơ đồ chức năng kết nối quang chéo hỗ trợ OBS và MPLS 43

Hình 3.1: Mô hình các phương pháp QoS trong OBS network 45

Hình 3.2 Giá trị Offset-time trong giao thức JET 49

Hình 3.3: Chức năng của giao thức báo hiệu JIT 52

Hình 3.4: Chức năng của giao thức báo hiệu JET 52

Hình 3.5: (a) Xung đột giữa một burst có độ ưu tiên thấp với một burst có độ ưu tiên cao (b) Xung đột giữa một burst có độ ưu tiên cao với một burst có độ ưu tiên thấp (c) Xung đột giữa hai burst cùng độ ưu tiên với burst xung đột dài hơn (d) Xung đột giữa hai burst có cùng độ ưu tiên với burst xung đột ngắn hơn 56

Hình 3.6: (a) Xung đột giữa burst có độ ưu tiên cao với burst có độ ưu tiên thấp (b) Xung đột giữa hai burst có cùng độ ưu tiên (c) Xung đột giữa burst có độ ưu tiên thấp với burst có độ ưu tiên cao 59

Hình 4.1 Mô hình mạng NSFNET 65

Hình 4.2 Tổng quan về NS dưới góc độ người dùng 66

Hình 4.3 Luồng các sự kiện cho file Tcl chạy trong NS 68

Hình 4.4 Kiến trúc của NS-2 69

Hình 4.5 C++ và OTcl: Sự đối ngẫu 70

Hình 4.6 TclCL hoạt động như liên kết giữa A và B 70

Hình 4.7 Giao diện lớp MAC 74

Hình 4.8 Giao diện lớp MAC 75

Hình 4.9 Thời gian offset 77

Hình 4.10 Node lõi trong OBS4NS 78

Hình 4.11 Node kết hợp 79

Hình 4.12 Lưu đồ mô phỏng 84

Hình 4.13 Kết quả mô phỏng dựa trên các thông số đóng khối 100, 150, 300 và giải quyết xung đột dựa trên tiêu chuẩn DP 90

Hình 4.14 Kết quả mô phỏng dựa trên các thông số đóng khối 100, 150, 300 và giải quyết xung đột dựa trên tiêu chuẩn SDP 91 Hình 4.15 Kết quả mô phỏng dựa trên các thông số xếp lịch kênh FFUC, LAUC, LAUCVF và giải quyết xung đột dựa trên tiêu chuẩn DP 92 Hình 4.16 Kết quả mô phỏng dựa trên các thông số xếp lịch kênh FFUC, LAUC, LAUCVF và giải quyết xung đột dựa trên tiêu chuẩn SDP 93 Hình 4.17 Kết quả mô phỏng dựa trên các tiêu chuẩn giải quyết xung đột 94 Hình 4.18 Kết quả mô phỏng dựa trên thông số báo hiệu với tiêu chuẩn giải quyết xung đột DP 95 Hình 4.19 Kết quả mô phỏng dựa trên các thông số báo hiệu với tiêu chuẩn giải quyết xung đột SDP 96 Hình 4.20 : Delay trên mạng OBS với hai lớp dịch vụ, lập lịch kênh tryền LAUCVF, giải quyết xung đột DP, ngưỡng 100 97 Hình 4.21: Delay trên mạng OBS với hai lớp dịch vụ, lập lịch kênh tryền LAUCVF, giải quyết xung đột DP, ngưỡng 100 98 Hình 4.22: Delay trên mạng OBS với hai lớp dịch vụ, lập lịch kênh tryền LAUCVF, ngưỡng 100, giao thức báo hiệu JET 99 Hình A.1 Kiến trúc thư mục cài đặt của NS-2 và NAM trong môi trường Linux105

MỤC LỤC BẢNG

Bảng 1.1: Bảng so sánh các loại chuyển mạch quang - 7

Bảng 3.1: Các chính sách QoS cho nhiều trường hợp xung đột khác nhau - 57

BLD Burst Length Differentiation

C

CR-LDP Constraint-based Routing LDP

D

DFDP Deflect First and Drop Policy

DFSDP Deflect First Segment and Drop Policy

FEC Forward Error Correction

FFUC First Fit Unscheduled Channel

FFUC-VF Latest Available Unscheduled Channel with Void Filling

I

ITU International Telecommunication Union

IS-IS Intermediate system to Intermedia System

J

L

LAUT Latest Available Unscheduled Time

LAUC Latest Available Unscheduled Channel

LAUC-VF Latest Available Unscheduled Channel with Void Filling LDP Label Distribution Protocol

M

MPLS Multi-Protocol Label Switching

N

NSFNET National Science Foundation Network

O

OADM Optical Add Drop Multiplexer

OBS Optical burst switching

OCS Optical circuit switch

ODL Optical Delay Line

OLT Optical line terminal

OPS Optical packet switching

OSC Optical supervisory channel

OSPF Open Shortest Path First

Q

R

RSVP Resource Reservation Protocol

S

SCU Switching Control Unit

SONET Synchronous Optical Network

SDH Synchronous Digital Hierarchy

SFDP Segment First and Deflect Policy

SDP Segment and Drop Policy

T

W

WDM Wavelength Division Multiplexing

WTP Waiting Time Priority

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

Sự phát triển của công nghệ quang như DWDM, OADM và OXC đã cung cấp nhứng sự truyền dẫn tốc độ cao, dung lượng lớn, để các mạng quang hiện tại phát triển thành mạng quang thế hệ tiếp theo Sự tăng tốc độ đường truyền và băng thông, các node chuyển mạch được đòi hỏi phải đáp ứng được những dung lượng

đó Việc xây dựng một chuyển mạch gói chỉ sử dụng công nghệ quang có thể dẫn đến những hệ thống cổ chai Chuyển mạch toàn quang là chìa khoá của thành công của mạng quang thế hệ tiếp theo bởi vì sự truyền dẫn tốc độ cao dung lượng lớn của nó.[3]

Nhiều phương thức truyền tải quang đã được đề xuất để tận dụng những thuận lợi của thông tin quang và đặc biệt là chuyển mạch quang Một phương pháp như thế là chuyển mạch kênh (OCS) dựa trên định tuyến bước sóng, trong đó một đường quang được thiết lập sử dụng một bước sóng dành riêng trên mỗi liên kết từ nguồn đến đích Một khi kết nối được thiết lập, dữ liệu được truyền trong miền quang trong suốt đường quang.[2]

Một phương pháp khác với chuyển mạch quang kênh là chuyển mạch gói quang (OPS) Trong chuyển mạch gói quang, trong khi header gói đang xử lý trên miền quang hay trên miền điện sau một bộ chuyển đổi quang điện O/E tại mỗi node trung gian, tải trọng dữ liệu phải chờ trong dây trễ (FDL) và sau đó chuyển tiếp đến node kế tiếp

Để cung cấp một phương pháp chuyển mạch quang cho lưu lượng Internet thế hệ kế tiếp một cách linh hoạt nhưng khả thi, một phương pháp chuyển mạch mới

được nghiên cứu là chuyển mạch khối quang (OBS) Trong chuyển mạch khối quang, các gói dữ liệu được kết hợp thành các đơn vị truyền tải được gọi là khối (burst) Các khối dữ liệu sau đó được chuyển mạch toàn quang qua mạng lõi quang OBS có được những ưu điểm của cả chuyển mạch OCS và OPS, nó được xem là bước chuyển tiếp từ chuyển mạch OCS sang OPS trong tương lai

2.2 Các loại chuyển mạch quang

Một chuyển mạch kênh quang (OCS) được biểu diễn như hình 1.1 một đường quang được thiết lập, tất cả dữ liệu được truyền đi trên bước sóng lamda ở ngõ vào sẽ đi ra với một bước sóng lamda xác định Bởi vì không cần bộ chuyển đổi

dữ liệu O/E/O giữa các node trung gian nên sự trong suốt dữ liệu (về tốc độ, protocol, coding format) có thể đạt được qua nhiều hop Trung bình thời gian kết nối mất khoảng vài phút hoặc lâu hơn bởi vì thời gian kết nối và huỷ kết nối mất vài trăm giây Khoảng thời gian kết nối ngắn hơn cần để sắp xếp những dữ liệu truyền rời rạc đòi hỏi một overhead điều khiển ở mức độ cao hơn Một điểm khác biệt chính của OCS với 3 công nghệ khác được đề cập phía sau là OCS không cần bộ ghép kênh thống kê cho các dữ liệu tại các node trung gian Hơn thế nữa trong lõi băng thông được xác định bởi một bước sóng lamda ở một khoảng thời gian mà điều này làm hạn chế tính chất hạt Tuy nhiên trong thực tế hầu hết những ứng dụng ngày nay đều cần những kết nối với nhiều bước sóng con Thêm vào đó tốc độ truyền thông của máy tính đòi hỏi truyền nhiều burst với thời gian là vài giây hoặc ít hơn [2]

Tín hiệu thiết lập kết nối

Sợi quang ra

Sợi quang ra

Bộ kết nối quang chéo OXC

Hình 1.1: Chuy ển mạch quang kênh OCS

Để khắc phục những thiếu sót của OCS bộ chuyển đổi O/E/O trên cơ sở OCS network trong IP và các lớp SONET có thể được thực hiện Một node sử dụng switch điện quang được chỉ ra như ở hình 1.2 Ở đây các bộ ghép kênh thống kế của các bước sóng con được thực hiện với bộ chuyển đổi điện và các bộ đệm Do đó mỗi đơn vị dữ liệu đều phải đi qua bộ chuyển đổi điện quang những tiếp cận này không đủ để cung cấp cho hàng trăm bước sóng làm việc với tốc độ 40Gb/s hoặc hơn (điều này cần thiết trong tương lai) Thêm vào đó các bộ chuyển đổi điện quang

bị giới hạn bởi dung lượng và chiếm không gian tiêu hao nhiên liệu lớn và giải nhiệt làm cho tăng giá thành

Sợi quang ra

Sợi quang ra

Switch/Router điện

Hình 1.2: OCS network v ới node có O/E/O

Nếu tất cả các quá trình header đều toàn quang thì không có lợi ích về kinh tế trong tương lai gần bởi vì tốc độ của các thiết bị quang chưa cao Công nghệ chuyển mạch quang gói đòi hỏi phải có các header đều phải đi qua bộ chuyển đổi quang điện như hình 1.3 Một điều khác biệt quan trọng ở đây là các header nhiều khả năng là chuyển đổi chậm hơn tốc độ dữ liệu của các sóng mang con tức thời bởi vì không dễ để tăng tốc độ của các thiết bị trong khi vẫn giữ tốc độ truyền dữ liệu Hơn thế nữa OPS rất khó thực hiện bởi vì cần một số lượng lớn các bộ chuyển đổi điện quang và các header cần phải được tách và chèn vào tốt như các bộ FDLs và đồng bộ hoá

Hình 1.3: Chuy ển mạch quang gói OPS

Trong sơ đồ của OBS hình 1.4 chỉ một vài kênh điều khiển đi qua bộ chuyển đổi điện quang Điều này dẫn đến các dữ liệu có thể switch toàn quang, dữ liệu truyền và điều chế thống kê có thể đạt được đồng thời Bởi vì OBS có thể cả hai thuận lợi về dung lượng đường truyền lớn cho quá trình chuyển mạch và truy tải và đạt được những quá trình phức tạp của quá trình điện, nó cũng làm giảm giá thành

và thúc đẩy công nghệ phát triển cả về quang và điện, làm cơ sở cho truyền dẫn Internet thế hệ tiếp theo

Hình 1.4: Chuy ển mạch quang chùm OBS

Một số đặc trưng chung của OBS như sau: [1]

- Tách biệt giữa kênh diều 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 sử dụng dành riêng một chiều Nghĩa là nút nguồn không cần đợi thông tin phản hồi từ nút đích trước khi nó bắt đầu truyền chùm

- Độ dài chùm thay đổi được: kích thước của chùm có thể thay đổi được theo yêu cầu

- Không cần bộ đệm quang: nút trung gian trong mạng quang không yêu cầu phải có bộ đệm quang Các chùm đi xuyên qua các nút trung gian mà không có bất

kì sự trễ nào

Bảng dưới đây tổng kết những ưu nhược điểm của các sơ đồ chuyển mạch [1]

Chuyển

mạch

Khả năng tận dụng băng thông

Mức trễ Bộ đệm Xử lý/đồng

bộ hoá mào đầu

Khả năng thích ứng (lưu lượng

và lỗi)

cầu

cầu

Bảng 1-1: Bảng so sánh các loại chuyển mạch quang Mặc dù chuyển mạch khối quang có được nhiều thuận lợi, tuy nhiên để triển khai công nghệ chuyển mạch khối OBS cần phải xem xét nhiều vấn đề: Đóng khối, phương pháp báo hiệu, giải quyết xung đột, lập lịch kênh truyền và vấn đề chất lượng dịch vụ

CHƯƠNG 2: CHUYỂN MẠCH QUANG CHÙM OBS

(Optical Burst Switching)

2.1 Nguyên lý OBS

Trong một OBS network, nhiều dữ liệu được kết hợp tại ingress node (một node biên nơi dữ liệu đi vào) và được truyền đi như một burst dữ liệu mà sau đó được tách ra tại egress node (một node biên nơi dữ liệu đi ra) Trong suốt thời gian đóng khối/tách khối (burst assembly/disassembly), dữ liệu được giữ tại các bộ đệm

ở các biên mà ở đó bộ nhớ RAM điện là rẻ và chứa được nhiều [2]

Hình 2.1: Nguyên lý đóng khối/ tách khối tại node biên của mạng OBS

Data Channel

OEO OEO

Hình 2.2: S ự truyền riêng biệt của các tín hiệu data và tín hiệu điều khiển

Hình 2.2 chỉ ra rằng việc tách rời của các dữ liệu và điều khiển các tín hiệu trong lõi của một OBS network Với mỗi burst dữ liệu, một chứa một gói điều khiển (header) chứa các thông tin của gói bao gồm chiều dài của burst thông tin được truyền đi và chỉ định các kênh được điều khiển Do đó một gói điều khiển và nhỏ hơn một burst, một kênh điều khiển mang nhiều gói điều khiển tương ứng với nhiều (hàng trăm) kênh dữ liệu Một gói điều khiển đi qua bộ chuyển đổi quang điện tại mỗi node OBS và nó là một quá trình điện để cấu hình chuyển mạch quang Có một khoảng thời gian offset (offset time) giữa một gói điều khiển và burst dữ liệu tương ứng để bù đắp cho khoảng thời gian trễ Nếu khoảng thời gian offset đủ lớn chùm

dữ liệu có thể được switch toàn quang và không có khoảng thời gian trễ ở những node trung gian Với cách này thì không cần RAM quang hoặc khoảng thời gian trễ

ở các node Mặc dù như vậy tính chất hạt của các mức burst dẫn đến việc cần các ghép kênh thống kê mà không có trong chuyển mạch kênh Hơn thế nữa nó cho phép các gói điều khiển ít hơn so với chuyển mạch gói

2.2 Kiến trúc chuyển mạch quang chùm

Trong mạng chuyển mạch khối quang, burst dữ liệu bao gồm nhiều gói tin được chuyển mạch qua mạng toàn quang trong miền quang Một gói điều khiển BHP được truyền trước burst dữ liệu để cấu hình các chuyển mạch quang trên đường đi đến đích của burst Gói điều khiển mang thông tin về chiều dài burst, thời điểm burst bắt đầu phát Burst dữ liệu theo sau gói điều khiển không cần chờ báo xác nhận rằng tài nguyên đã được chiếm và các chuyển mạch đã được cấu hình dọc theo đường đến đích của nó Giữa gói điều khiển và burst dữ liệu tương ứng có một

khoảng thời gian lệch gọi là thời gian offset để bù lại khoảng thời gian trễ do xử lý

và cấu hình chuyển mạch tại node trung gian [1,7]

Một OBS network bao gồm các switch chuyển mạch burst quang kết nối với các đường link quang Mỗi đường link quang có khả năng cung cấp nhiều kênh bước sóng khác nhau dựa trên công nghệ WDM Các node trong OBS network có thể là các node lõi hoặc các node biên như trên hình 2.3 Các node biên có nhiệm vụ tích hợp các packets vào trong các burst và sắp xếp các burst để truyền đi qua các kênh truyền Các node lõi có nhiệm vụ là chuyển mạch các burst từ các ngõ vào đến các ngõ ra dựa trên các gói điều khiển và giải quyết các xung đột

Hình 2.3: C ấu trúc OBS network [7]

Các ingress node tích hợp các gói từ các user gởi đến Các burst được tích hợp này có thể truyền toàn quang qua node lõi mà không cần một sự lưu trữ tức thời nào Tại các engress nodes, sau khi nhận được các burst được đóng khối chúng thực hiện quá trình giải đóng khối (disassembles) các burst và đưa đến người sử dụng đích Hình 2.4 mô tả tổng quát quá trình thực hiện của một OBS network

Hình 2 4: Ch ức năng của OBS [1]

Trong cấu trúc network, giả sử rằng mỗi node biên có thể cung cấp cả hai lưu lượng cả điện và quang Do đó các node biên có thể tồn tại cả hai node lõi và node biên, gọi là node kết hợp

- Node lõi: Cấu trúc cơ bản của một node lõi như hình 2.5 [1,5] cơ bản bao gồm một bộ kết nối quang chéo OXC và một đơn vị điều khiển chuyển mạch quang SCU SCU tạo và duy trì một bảng chuyển tiếp và chịu trách nhiệm cấu hình cho OXC Khi SCU nhận một gói BHP, nó đọc thông tin trong bảng chuyển tiếp để tìm ngõ ra cho burst Nếu như ngõ ra có thể sử dụng được khi burst dữ liệu đến, SCU sẽ cấu hình cho OXC cho phép burst dữ liệu đi qua Nếu ngõ ra mong muốn không thể sử dụng, việc cấu hình cho OXC phụ thuộc vào nguyên tắc giải quyết xung đột trong mạng Nói chung, SCU chịu trách nhiệm phân tích các gói điều khiển, lập lịch, nhận biết xung đột và giải quyết, tra cứu bảng chuyển tiếp, điều khiển ma trận chuyển mạch, tạo lại gói điều khiển để phát tiếp nếu node này chưa phải là đích của

nó và điều khiển việc chuyển đổi bước sóng Trong trường hợp này một burst dữ liệu vào OXC trước gói điều khiển của nó thì burst này chỉ đơn giản là bị rớt

Hình 2.5: C ấu trúc node lõi [5]

- Node biên: Cấu trúc cơ bản của node biên như hình 2.6 [1,5] thực hiện chức năng sắp xếp gói, đệm gói, tập hợp gói này thành một burst và phân chia các gói từ trong một burst Kiến trúc của một router biên bao gồm một bộ định tuyến, một bộ đóng khối và một bộ lập lịch kênh Bộ định tuyến chọn lựa các ngõ ra thích hợp bằng các giải thuật tìm đường ngắn nhất (về mặt thời gian hay số lượng hop) cho mỗi gói và gửi nó đến bộ đóng khối thích hợp Mỗi bộ đóng khối chứa các gói dữ liệu có cùng một đích tới Bộ lập lịch tạo một burst dựa trên kỹ thuật đóng khối burst và truyền burst thông qua ngõ ra định trước Tại router biên ngõ ra, một module giải đóng khối tách các burst thành các gói và gửi các gói đến các lớp mạng cao hơn

Hình 2.6: C ấu trúc node biên [5]

2.2.1 Kiến trúc dạng mắc lưới

Trong mạng chuyển mạch chùm quang các chùm dữ liệu bao gồm tổ hợp nhiều gói được chuyển qua mỗi nút mạng ở dạng toàn quang Một thông báo điều khiển được truyền trước chùm dữ liệu với mục đích thiết lập các chuyển mạch dọc theo đường đi của chùm Chùm dữ liệu được truyền theo sau gói mào đầu mà không đợi báo nhận để thiết lập kết nối [6]

Hình 2.7 thể hiện một mạng OBS dạng mắc lưới bao gồm các nút rìa và các nút lõi Mạng OBS bao gồm các chuyển mạch chùm quang được nối với các tuyến WDM OBS phát một chùm từ cổng đầu vào tới cổng đầu ra, dựa trên thiết kế chuyển mạch nó có thể có hoặc không được trang bị bộ đệm quang Các tuyến WDM mang tổ hợp nhiều bước sóng và mỗi bước sóng coi như một kênh truyền Gói điều khiển kết hợp với một chùm cũng có thể truyền trên băng tần qua cùng một kênh như là dữ liệu, hoặc trên một kênh điều khiển riêng biệt Chùm có thể được cố định để mang một hoặc nhiều gói IP

Hình 2.7 Mô hình m ạng OBS dạng mắt lưới

Một nút chuyển mạch đặc trưng bao gồm những thành phần sau: Giao diện đầu vào: Tiếp nhận gói mào đầu và chùm dữ liệu, chuyển đổi gói mào đầu thành tín hiệu điện

Đơn vị điều khiển chuyển mạch: Phiên dịch gói mào đầu, đặt lịch trình và giải quyết xung đột, định tuyến, điều khiển ma trận chuyển mạch, tạo gói mào đầu

và điều khiển biến đổi bước sóng

Các bộ biến đổi bước sóng và các đường trễ quang (ODL): đường trễ quang

sử dụng như bộ đệm để chứa chùm trong một khoảng thời gian trễ nhất định

Đơn vị chuyển mạch quang: Các chuyển mạch không gian làm nhiệm vụ chuyển chùm dữ liệu

Các nút rìa có thêm chức năng tạo chùm bởi sự đóng khối và giải đóng khối Với các cách thực hiện khác nhau như có thể sử dụng một ngưỡng hoặc khoảng thời gian quy định để kết hợp các gói dữ liệu tạo ra một chùm quang và gửi chùm vào mạng

Các nút lõi sẽ có các bộ thu WDM, các bộ phát WDM, các bộ ghép kênh, các

bộ giải ghép kênh và các bộ khuếch đại nút, các đơn vị điều khiển chuyển mạch, các

bộ biến đổi bước sóng, các đường tạo trễ, các bộ chuyển mạch phân chia không gian

2.2.2 Kiến trúc dạng vòng

Hình 2.8 Mô hình m ạng OBS dạng Ring

Ring có thể là một mạng vùng đô thị (MAN) phục vụ như mạng Backbone kết nối một số mạng truy nhập, và truyền dẫn nhiều kiểu lưu lượng từ nhiều người dùng như giao thức IP, giao thức ATM, Frame Relay, …[6]

Mỗi sợi kết nối giữa hai nút OBS liên tiếp trong Ring có thể hỗ trợ N+1 bước sóng Trong đó N bước sóng được sử dụng để truyền chùm, bước sóng thứ N+1 được sử dụng như một kênh điều khiển

Mỗi nút OBS được gắn với một hoặc nhiều mạng truy cập Theo chiều hướng mạng truy cập đến Ring, các nút OBS hoạt động như một bộ tập trung Dữ liệu từ người sử dụng cần chuyển qua mạng Ring được tập hợp, lưu trữ (đệm) ở dạng điện rồi sau đó được nhóm lại cùng nhau và được truyền trong chùm tới nút OBS đích Mỗi chùm có thể có kích thước bất kì giữa giá trị cực đại và cực tiểu Các chùm được truyền đi ở dạng tín hiệu quang dọc theo Ring mà không phải qua bất kì sự chuyển đổi quang điện nào ở những nút trung gian

Theo hướng từ Ring đến các mạng truy nhập, nút OBS ngắt các chùm quang

đã được định sẵn tới chính nó, chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu điện, xử lí dữ liệu điện chứa đựng trong chùm và chuyển giao chúng tới những người dùng trong các mạng truy nhập gắn liền với nó

2.3 Đóng khối (Burst assembly)

Đóng khối là quá trình tập hợp và đóng các gói ở ngõ vào từ lớp cao hơn thành burst tại biên ngõ vào của mạng OBS Khi các gói đến từ lớp cao hơn, chúng được lưu trữ trong các bộ đệm điện theo đích và loại của chúng Sau đó cơ chế đóng khối burst phải kết hợp những gói này thành các burst dựa trên cùng một chính sách đóng khối [1,2,7]

Người ta đưa ra nhiều kỹ thuật đóng khối trong mạng OBS Hai kỹ thuật được quan tâm nhiều nhất là đóng khối dựa vào bộ định thời (timer-based) và dựa trên mức ngưỡng (threshold-based) Hai kỹ thuật này được minh hoạ như hình 2.9

Hình 2.9: K ỹ thuật đóng khối (a) dựa theo mức ngưỡng threshold-based (b)

d ựa trên bộ định thời timer-based

Trong phương pháp đóng khối dựa trên bộ định thời, một burst được tạo ra trong mạng theo chu kỳ thời gian, tức là đúng thời gian đã định sẳn trong bộ định thời sẽ tạo ra một burst, không quan tâm đến kích thước dài hay ngắn Do đó, chiều dài của burst biến đổi khi tải vào mạng biến đổi

Trong phương pháp dựa trên mức ngưỡng, số lượng gói trong mỗi burst bị giới hạn bởi số gói tối đa trong một burst Vì vậy các burst có kích thước cố định sẽ được tạo ra tại các node biên mạng Phương pháp dựa trên mức ngưỡng sẽ không tạo ra các burst theo một chu kỳ thời gian nào cả

Phương pháp đóng khối dựa trên bộ định thời và dựa trên mức ngưỡng thì tương tự như nhau, bởi lẽ tại tốc độ cố định cho trước thì giá trị ngưỡng về kích thước hay giá trị về thời gian timeout có thể chuyển đổi qua lại, dẫn đến các burst

có chiều dài tương tự trong mỗi trường hợp

Các tham số đóng gói burst chính được xem xét là giá trị định thời, T, chiều dài burst tối thiểu, Bmin và chiều dài burst tối đa Bmax Bmin có thể được tính toán dựa trên thời gian xử lý gói điều khiển burst tại mỗi node và tỉ số các kênh điều khiển và kênh dữ liệu trong sợi quang

Một vấn đề trong đóng khối burst là lựa chọn các giá trị định thời và ngưỡng thích hợp cho việc tạo ra một burst để tối thiểu hoá xác suất mất gói trong mạng chuyển mạch quang chùm OBS Việc chọn giá trị ngưỡng hay định thời tối ưu là một vấn đề mở và mang tính tương đối Nếu ngưỡng quá thấp các burst ngắn sẽ làm tăng số lượng burst trong mạng Số lượng burst càng nhiều dẫn đến số lượng xung đột càng lớn, nhưng số lượng gói trung bình mất trên xung đột sẽ thấp hơn Ngoài ra việc điều khiển để xử lý các gói điều khiển sẽ rất phức tạp Nếu thời gian cấu hình lại chuyển mạch là đáng kể thì các burst ngắn sẽ dẫn đến khả năng tận dụng mạng thấp hơn do thời gian chuyển mạch cao

Mặt khác nếu ngưỡng quá cao thì các burst sẽ dài làm giảm số lượng các burst vào mạng Vì vậy số lượng xung đột trong mạng sẽ giảm so với trường hợp có

burst ngắn hơn, nhưng số lượng gói trung bình mất trên mỗi xung đột sẽ tăng Vì vậy, cần có một sự cân bằng giữa số lượng xung đột và số lượng các gói mất trên mỗi xung đột Chất lượng hoạt động của một mạng OBS có thể được cải tiến nếu các gói đến được đóng thành các burst có chiều dài tối ưu Tương tự, kỹ thuật đóng gói dựa trên bộ định thời cũng cần có các giá trị định thời tối ưu

Trong trường hợp các gói có những giới hạn về chất lượng dịch vụ QoS, ví

dụ như các giới hạn về độ trễ thì cần triển khai cơ chế đóng khối dựa trên định thời Các giá trị định thời được chọn dựa trên các yêu cầu về độ trễ end-to-end của các gói Mặt khác nếu không có ràng buộc về độ trễ, cơ chế đóng khối dựa trên ngưỡng

có thể thích hợp hơn, vì các burst có chiều dài cố định làm giảm sự mất gói do xung đột burst trong mạng

Việc sử dụng cả hai phương pháp dựa trên bộ định thời và dựa trên mức ngưỡng sẽ là lựa chọn tốt nhất và việc đóng khối sẽ linh hoạt hơn là chỉ dùng một trong hai phương pháp trên Bằng cách tính toán giá trị ngưỡng tối ưu, tính toán chiều dài burst tối thiểu, và sử dụng giá trị bộ định thời dựa trên độ trễ gói cho phép, chúng ta có thể chắc chắn rằng số lượng gói mất là nhỏ nhất trong khi vẫn đảm bảo

2.4 Định tuyến và sắp xếp bước sóng

2.4.1 Định tuyến

Định tuyến là một trong những vấn đề cơ bản cho bất kỳ phương thức truyền tải nào Trong các nghiên cứu, hầu hết các nhà nghiên cứu về mạng chuyển mạch quang chùm OBS đều sử giả sử là định tuyến cố định được tính toán bởi nguồn

Trong định tuyến nguồn, đường đi được tính toán tại node biên và tận dụng việc biết trước chiều dài đường đi, do đó có thể tính toán được giá trị tối ưu của thời gian offset

Định tuyến từng chặng trong mạng IP thì không thích hợp lắm vì khoảng thời gian tính toán đường đi trên mỗi hop khá lâu Bên cạnh đó, trong định tuyến hop-by-hop, liên kết ngõ ra được chọn tại mỗi node trung gian nên có thể là có số lượng hop tối thiểu khi có yêu cầu về mặt mất dữ liệu

2.4.2 Sắp xếp bước sóng

Việc sắp xếp bước sóng (wavelength assignment) cụ thể cho mỗi burst đến

có thể được thực hiện theo một trong hai cách

Cách 1: Burst được gán cùng một bước sóng trên toàn bộ đường đi từ nguồn đến đích của nó, tạo nên ràng buộc liên tiếp bước sóng dọc theo toàn bộ đường đi Một trong những bất lợi chính của phương pháp này là độ mất burst tăng do sự không sẵn sàng của bước sóng được chọn trên toàn bộ đường đi Phương pháp trên đặc biệt có ích nếu mạng OBS không hỗ trợ các bộ chuyển đổi bước sóng toàn quang tại các node lõi hoặc trong trường hợp mạng OBS định tuyến bước sóng WR-OBS, nơi mà bộ lặp lịch yêu cầu tập trung thực hiện cả định tuyến và gán bước sóng

Cách 2: Trong cách thứ hai, sự ràng buộc về liên tiếp bước sóng không bắt buộc, với giả sử rằng mỗi node OBS có khả năng chuyển đổi bước sóng (bộ chuyển đổi bước sóng toàn quang) Trong phương pháp này, mỗi node có thể gán một bước sóng ra khác nhau cho mỗi burst đến dựa trên tập hợp các bước sóng có thể sử dụng Hầu hết các nghiên cứu hiện tại đều giả sử rằng có bộ chuyển đổi bước sóng toàn quang tại mỗi node OBS

Một vấn đề cần quan tâm trong quá trình định tuyến và sắp xếp bước sóng trong các mạng OBS là sự công bằng về độ tổn thất giữa việc truyền dữ liệu trên những tuyến đường dài so với các tuyến đường ngắn hơn Do thời gian offset của một burst giảm khi burst truyền qua mạng, làm cho khả năng nghẽn (blocking) tại cuối đường đi tăng lên Cho nên cần có một giải thuật phân cấp burst dựa trên tính

toán những burst này đã sử dụng bao nhiêu tài nguyên mạng và nó gần đích hay không và dựa vào cấp bậc này mà thêm một chế độ ưu tiên cho burst

2.5 Báo hiệu

Khi một burst được truyền qua mạng lõi quang, một cơ chế báo hiệu (signaling) phải được thực hiện để cấp phát tài nguyên và cấu hình lại các chuyển mạch quang cho burst tại mỗi node OBS sử dụng báo hiệu ngoài băng tần tức là truyền báo hiệu trên một kênh khác với kênh truyền burst, trong đó gói điều khiển được truyền đi trước burst dữ liệu một khoảng thời gian gọi là thời gian lệch (offset time) Hai kỹ thuật báo hiệu thường dùng trong mạng OBS là Tell-and-Wait (TAW)

và Just-Enough-Time (JET)

2.5.1 Tell and Go (TAG)

Đây là chiến lược dành trước lập tức (trực tiếp) Trong TAG, gói điều khiển được truyền đi trên một kênh điều khiển và theo sau là chùm dữ liệu, chùm dữ liệu được truyền trên kênh dữ liệu có thời gian offset là không hay không đáng kể Gói điều khiển dành trước bước sóng và đệm tại mỗi nút trung gian trên dọc tuyến cho chùm dữ liệu Khi chùm dữ liệu đến một nút trung gian, nó được đệm bằng cách sử dụng FDL trong khi xử lí gói điều khiển đã hoàn tất Sau đó chùm dữ liệu được truyền trên kênh đã dành trước Nếu không có bước sóng nào hiệu lực để dành trước, chùm sẽ bị loại bỏ và một bản tin NACK được gửi về nguồn Nút nguồn sẽ gửi gói điều khiển khác để phóng thích dành trước bước sóng trên tuyến Bộ đệm quang là một hạn chế của phương pháp này Hơn thế nữa, nếu gói điều khiển

“phóng thích” được gửi để phóng thích dành trước băng thông trên tuyến bị mất, thì những bước sóng này sẽ không được phóng thích và điều này gây lãng phí băng thông [1,9]

2.5.2 Just-In-Time (JIT)

Hình 2.10 Giao th ức JIT

Đây cũng là phương pháp dành trước bước sóng lập tức Ở đây, một bước sóng ngõ ra được dành trước cho chùm khi xử lí gói điều khiển đã hoàn tất Nếu bước sóng không hiệu lực, chùm bị loại bỏ Sự khác nhau JIT và TAG là việc đệm chùm dữ liệu tại mỗi nút được loại bỏ bằng việc thêm vào một khoảng thời gian (offset) giữa gói điều khiển và chùm dữ liệu Khi đó băng thông được dành trước ngay lập tức sau khi xử lí gói điều khiển, bước sóng sẽ không dùng đến từ lúc dành trước được thiết lập cho đến khi bit đầu tiên của chùm dữ liệu đến nút, đây là nguyên nhân có thời gian offset giữa gói điều khiển và chùm dữ liệu Khi giá trị thời gian offset giảm thì gói điều khiển gần như đến đích, khoảng thời gian trống không dùng đến cũng giảm Một thiết bị báo hết băng được đặt tại mỗi nút khi mỗi chùm kết thúc được sử dụng để phóng thích bước sóng dành trước sau khi truyền đi chùm

dữ liệu Sự dành trước bước sóng trong giao thức JIT tại một nút trung gian được thể hiện trong hình 2.10 [1,9]

t: là thời gian một gói điều khiển đến tại một nút OBS trên tuyến đến đích

Tsetup: là lượng thời gian mà một nút OBS phải mất để xử lí gói điều khiển

Toffset: là giá trị thời gian offset của một chùm, được tính là khoảng thời gian giữa gói điều khiển và chùm dữ liệu Giá trị thời gian offset phụ thuộc vào:

Phương pháp dành trước bước sóng

Số lượng nút mà chùm phải qua

TOXC: là lượng thời gian để OXC định hình cấu trúc chuyển mạch để thiết lập kết nối từ ngõ vào đến ngõ ra

Đầu tiên, việc xử lí gói điều khiển được hoàn tất trong thời gian t+TSetup, một bước sóng được dành trước ngay lập tức cho chùm vào và hoạt động định vị cấu trúc OXC để chuyển mạch chùm được bắt đầu Khi hoạt động này hoàn thành lúc t+Tsetup+TOXC, OXC sẵn sàng chuyển mạch chùm

Chú ý rằng chùm sẽ không đến nút OBS cho đến khi thời gian là t+Toffset Vì vậy kết quả bước sóng còn lại không dùng là khoảng thời gian Toffset-

Tsetup-TOXC Dẫn đến giá trị thời gian offset giảm trên dọc tuyến đến đích

2.5.3 Just-Enough-Time (JET)

Đây không là phương pháp dành trước lập tức, ở đây kích thước chùm được quyết định trước khi gói điều khiển được truyền đi từ nguồn Thời gian offset giữa gói điều khiển và chùm dữ liệu cũng được tính toán trên cơ sở lượng bước sóng truyền giữa nguồn và đích Tại mỗi nút, nếu băng thông có hiệu lực, gói điều khiển dành trước bước sóng cho chùm đưa vào trong khoảng thời gian xác định Sự dành trước được tạo từ lúc khi bit đầu tiên của chùm dữ liệu đến nút cho đến khi bit cuối cùng của chùm dữ liệu được truyền đến ngõ ra Sự khác nhau thời gian không sử dụng bước sóng giữa JET và JIT, khi bước sóng được dành trước có khoảng thời gian xác định, không cần có tín hiệu để phóng thích dành trước bước sóng dọc tuyến Khi đó không có lãng phí băng thông trong phương pháp này [1,9]

Hoạt động dành trước từ từ của JET được thể hiện trong hình 2.11

Hình 2.11 Giao th ức JET

Gói điều khiển đến tại một nút OBS trong thời gian t, thời gian offset là Toffset và độ dài của chùm dữ liệu là ∆ Bít đầu tiên của chùm đòi hỏi đến trong thời gian t1= t + Toffset - TOXC và kết thúc tại t1+∆ Tại thời gian t0, nút OBS chỉ thị cấu trúc OXC để định vị nó chuyển mạch để mang chùm dữ liệu, và hoạt động này hoàn thành trước khi bit đầu tiên của chùm đến Vì vậy, trong khi giao thức dành trước lập tức chỉ thừa nhận chú ý dành trước cho mỗi bước sóng ngõ ra Phương phápdành trước từ từ cho phép nhiều bản tin setup để thiết lập dành trước tiếp theo trên một bước sóng Một khoảng trống được tạo trên bước sóng ngõ ra trong khoảng thời gian t+Tsetup, khi hoạt động dành trước cho chùm ngõ vào được hoàn tất và thờigian t1 = t + Toffset - TOXC Khi đó bước sóng ngõ ra mới thật sự được dành trước

2.5.4 Tell-And-Wait (TAW)

Hình 2.12: K ỹ thuật báo hiệu TAW

Kỹ thuật báo hiệu TAW được thể hiện trong hình 2.12 Trong TAW, một gói BHP để thiết lập kênh truyền được gởi dọc theo đường đi đến đích của burst để thu thập thông tin về các kênh có thể sử dụng được tại tất cả các node trên đường đi Tại đích, một thuật giải sắp xếp kênh truyền được thực thi và thời gian chiếm tài nguyên trên mỗi liên kết được xác định dựa trên thời gian có thể sử dụng của kênh sớm nhất Một gói BHP xác nhận được gởi ngược lại (từ đích đến nguồn) Tại bất cứ node nào trên đường đi, nếu kênh truyền yêu cầu đã được sử dụng, một gói BHP giải phóng được gởi đến đích để giải toả tài nguyên đã được chiếm dụng trước đó Nếu gói xác nhận tới nguồn thành công, burst lập tức được gởi vào mạng

Tất cả các giao thức được thảo luận ở trên là các kỹ thuật báo hiệu một chiều ngoại trừ TAW, là kỹ thuật báo hiệu hai chiều Nếu chúng ta so sánh TAW và JET,

bất lợi của TAW là thời gian thiết lập toàn trình dài, có nghĩa là thời gian cần để thiết lập kênh; tuy nhiên trong TAW độ mất mát dữ liệu rất thấp Do đó, TAW tốt cho lưu lượng nhạy cảm về độ mất dữ liệu Ngược lại, trong JET, mất dữ liệu cao, nhưng độ trễ xuyên suốt (end-to-end) thấp hơn TAW Trong TAW, mất hai lần độ trễ truyền một chiều từ nguồn đến đích để burst đến đích, trong khi đó trong trường hợp JET, độ trễ chỉ là tổng của một đỗ trễ truyền một chiều và thời gian offset Không có kỹ thuật báo hiệu nào cung cấp sự linh động trong các giá trị chịu đựng

độ trễ và độ mất dữ liệu

2.6 Lập lịch kênh truyền

Khi một burst đến một node, nó phải được sắp xếp một bước sóng trên liên kết ngõ ra thích hợp Trong vấn đề này, các bộ chuyển đổi bước sóng toàn quang được giả sử là có ở tất cả các node và việc lập lịch diễn ra ở node lõi trung gian và những node ngõ vào Mục đích cơ bản trong việc lập lịch kênh truyền (channel scheduling) này là tối thiểu khoảng cách gẫy của mỗi lập lịch trên mỗi kênh, trong

đó khoảng cách gẫy là khoảng cách rỗi giữa hai burst được truyền trên cũng một bước sóng ngõ ra [1,2,5,10]

Khi các node lõi trong một mạng chuyển mạch quang chùm OBS nhận một gói điều khiển, nó phải quyết định kênh nào nhận để chuyển các gói burst dữ liệu đến Việc chọn các bước sóng để sử dụng được làm bởi các thuật toán sắp xếp Nếu việc đặt trước thành công, gói điều khiển và burst dữ liệu được gởi tới các node kế tiếp, trong trường hợp khác burst bị block và thậm chí bị rớt nếu không có Fiber Delay Lines (FDLs) Thuật toán sắp xếp là một vấn đề đáng quan tâm trong rất nhiều trường hợp Nó được hiểu rộng hơn là việc sắp xếp tốt sẽ được áp dụng để làm giảm khả năng blocking

Khoảng gẫy giữa các bursts được sắp xếp trong một kênh được gọi là khoảng trống Một trong những mục đích cơ bản của những thuật toán này là hiệu quả của việc chiếm băng thông : vấn đề là sự bùng nổ của các khoảng trống void đến thường được gọi là lấp đầy khoảng trống Hơn thế nữa, nhiệm vụ này sẽ càng khó khăn hơn trong trường hợp có nhiều giá trị thời gian bù khác nhau ví dụ như thời gian bù

thêm khác nhau giữa burst dữ liệu và gói điều khiển Các thuật toán sắp xếp có thể được phân loại thành 2 nhóm : không có và có lấp đầy chỗ trống

Lập lịch kênh trong mạng chuyển mạch quang chùm OBS khác so với lập lịch trong mạng IP truyền thống Trong mạng IP truyền thống, mỗi node lõi lưu trữ các gói thông tin trong các bộ đệm và lập lịch chúng ở một ngõ ra mong muốn Trong mạng OBS, khi một burst đến node lõi, nó phải được chuyển tiếp đến node

kế tiếp mà không cần lưu trữ trong các bộ đệm trong miền điện

Khi một gói BHP đến node lõi, một giải thuật lập lịch kênh được đưa ra để sắp xếp một burst chưa được lập lịch trên một kênh dữ liệu ngõ ra Bộ lập lịch kênh lấy thông tin thời điểm burst đến và chiều dài burst từ BHP Giải thuật lập lịch kênh

có thể cần duy trì thời điểm kênh truyền rỗi gần nhất LAUT hay horizon, khoảng cách và chỗ trống (void) ở tất cả các kênh dữ liệu ở ngõ ra

Theo lý thuyết, LAUT của một kênh dữ liệu là thời điểm gần nhất tại đó kênh dữ liệu có thể được sử dụng bởi một burst chưa được lập lịch Khoảng cách

“gap” là thời gian giữa một burst chưa được sắp xếp với điểm cuối của một burst đã được lập lịch trước đó Chỗ trống “void” là thời gian rỗi giữa hai burst đã được lập lịch trên kênh dữ liệu Đối với giải thuật lấp chỗ trống (void filling), thời điểm bắt đầu và kết thúc của mỗi burst trên tất cả kênh dữ liệu phải được duy trì

Những thông tin sau được sử dụng bởi bộ lập lịch cho hầu hết các giải thuật lập lịch bước sóng:

2.6.1 Giải thuật FFUC

Giải thuật lập lịch FFUC (First Fit Unscheduled Channel) lưu trữ giá trị của một LAUT (còn gọi là horizon) trên tất cả các kênh dữ liệu Khi có burst dữ liệu đang đến, giải thuật FFUC sẽ tìm kiếm trên tất cả kênh truyền theo một thứ tự cố định và sắp xếp một kênh thích hợp tìm thấy đầu tiên cho burst đang đến này Một kênh truyền được xem là thích hợp đối với giải thuật FFUC khi giá trị LAUT của nó nằm trước thời điểm burst đến Ưu điểm cơ bản của FFUC là tính đơn giản của giải thuật và giải thuật chỉ cần duy trì giá trị của LAUTi trên mỗi kênh Giải thuật FFUC

có thể được giải thích như hình 2.13a Dựa trên LAUTi các kênh dữ liệu D1 và D2

có thể sử dụng để lập lịch cho burst đang đến Nếu những kênh này được sắp xếp theo thứ tự dựa trên chỉ số của kênh (D0, D1, …., Dw) thì burst đến được lập lịch trên kênh ngõ ra D1 FFUC là một giải thuật đơn giản nhưng nó lại cho xác suất mất

dữ liệu cao và hiệu quả sử dụng băng thông kém

(a)