ĐỊNH TUYẾN TRONG CÁC MẠNG QUANG

Khả năng xử lý tốt trong mạng quang giải thích tại sao nhiều chiến lược chuyển mạch duy nhất được ra đời và phát triển trong phạm vi của mạng quang Mạng quang chia sẻ với mạng điện thôn

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

Chương 7: ĐỊNH TUYẾN TRONG CÁC MẠNG QUANG 2

7.1 Giới thiệu 2

7.2 Mạng quang: Khảo sát công nghệ 2

7.3 Các mạng quang: phân loại dựa trên định tuyến 4

7.4 Optical-Link Networks 5

7.5 Single-Hop Optical Networks 5

7.6 Các mạng quang đa chặng 13

7.7 Các mạng quang lai ghép ( Hybrid Optical Networks): 20

7.8 Mạng Photon: 23

7.9 Kết luận: 25

CHƯƠNG 10: ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG DI ĐỘNG TẾ BÀO 26

10.1 Giới thiệu 27

10.2 Cơ bản về hệ thống tế bào 28

10.2.1 Khái niệm về tế bào 28

10.2.2 Chú ý trong thuật ngữ 30

10.2.3 Cấp phát tần số cho dịch vụ tế bào 31

10.2.3.1 Phân bố mới cho PCS 33

10.3 Kiến trúc mạng 33

10.3.1 Các phần tử mạng tế bào 33

10.3.2 Giao diện bên trong 35

10.3.3 Các giao diện bên ngoài 35

10.4 Chức năng giao diện không gian 37

10.4.1 Truyền dẫn thoại 37

10.4.2 Các mã màu 37

10.4.3 Các kênh báo hiệu 38

10.4.2.1 Kênh bản tin mào đầu hệ thống .38

10 4.3.2 Kênh paging 38

10.4.3.3 Kênh truy cập 38

10.5 Các tiêu chuẩn hệ thống di động 39

10.5.1 Các tiêu chuẩn thoại tương tự 40

10.5.2 Các tiêu chuẩn di động số : TDMA 41

10.5.3 Các tiêu chuẩn di động số : CDMA 44

10.6 Quản lý tính di động trong các hệ thống tế bào 46

10.6.1 Nhắn tin, truy cập, và lựa chọn kênh tín hiệu 47

10.6.2 Truy nhập hệ thống ( System access) 48

10.6.3.Paging 49

10.6.4 Registration 49

10.6.5 Những vùng định vị 51

10.6.6 Chuyển giao 51

10.6.7 Roaming 55

10.7Dịch vụ số liệu phi kết nối cho các hệ thống tế bào 58

10.7.1 Đặc điểm kĩ thuật gói dữ liệu số tế bào ( CDPD ) 58

Chương 7: ĐỊNH TUYẾN TRONG CÁC MẠNG QUANG7.1 Giới thiệu

Mạng truyền dẫn quang mang các bản tin được mã hóa như các tín hiệu sóng ánh sáng - bức xạ điện từ trong quang phổ thấy được và quang phổ gần vùng thấy được Khả năng truyền dẫn tín hiệu sóng ánh sáng qua ống dẫn sóng quang bằng silica với tốc độ dữ liệu và độ tin cậy cao được tăng tốc để phát triển mạng quang Mạng quang bao gồm các hệ thống từ các mạng sợi biến đổi đơn giản, thay thế các đường truyền dẫn điện bằng liên kết sợi quang, đến các mạng toàn quang được đề xuất gần đây, trong đó quá trình xử lý và truyền dẫn bản tin nằm toàn bộ trong miền quang

Do các công nghệ tồn tại dưới mạng quang đang phát triển rất nhanh chóng, nên các mạng quang đang xuất hiện dưới rất nhiều dạng khác nhau Sự tiến bộ trong công nghệ gần như luôn luôn đi theo kiến trúc mạng mới làm thuận lợi cho nó Khả năng xử lý tốt trong mạng quang giải thích tại sao nhiều chiến lược chuyển mạch duy nhất được ra đời và phát triển trong phạm vi của mạng quang

Mạng quang chia sẻ với mạng điện thông thường về mục đích cơ bản của lưu lượng tích hợp phân phối hiệu suất cao (ví dụ: video, voice, và dữ liệu) dưới những điều kiện thay đổi không thể đoán trước được (như sai hỏng, tắc nghẽn, và các lỗi nguy hiểm) Vì vậy chúng ta cần chuyển mạch gói, các dịch vụ datagram, và chuyển mạch kênh – đây là những công nghệ không phù hợp trong các mạng quang, do không yêu cầu mạch điện - các dịch vụ định hướng kết nối Lưu lượng chuyển mạch gói có thể trễ, không liên tục, mất gói Các lớp lưu lượng không yêu cầu đảm bảo chuyển giao đầu cuối đến đầu cuối cũng như độ tin cậy trong giao thức lớp cao

để tạo ra độ đảm bảo chuyển từ đầu cuối tới đầu cuối Tuy nhiên, lớp lưu lượng thời gian thực đòi hỏi độ trễ xác định và chuyển giao theo thứ tự của thông tin; nó cũng yêu cầu tỉ lệ lỗi không được vượt quá giới hạn và kênh ảo cung cấp một thông lượng cho trước

Nhưng chúng ta có thể hoàn toàn phân biệt được quang với mạng điện thông thường Sợi quang đơn mode là môi trường chủ yếu cho truyền dẫn tín hiệu sóng ánh sáng có khả năng hướng sóng cao với bước sóng 0.8, 1.3 và 1.5µm, tương ứng với các vùng mà nguồn và bộ tách sóng sử dụng một cách dễ dàng Những cửa sổ này biểu diễn băng tần kết hợp khoảng 75Thz

7.2 Mạng quang: Khảo sát công nghệ

Trong phần này chúng ta xem xét của việc thiết lập mạng quang Các công nghệ sóng ánh sáng, photon, và hướng sóng quang đã tiến được những bước dài và

xu hướng sẽ còn tiếp tục Vì vậy, để hiểu việc định tuyến trong mạng quang, người đọc cần phải có hiểu biết về nền tảng công nghệ của họ mạng này Đầu tiên chúng

ta mô tả thiết bị mà trở thành 1 phần kiến thức về kiến trúc mạng quang

Loại thiết bị quang duy nhất được nghiên cứu sử dụng trong mạng truyền thông, và chúng ta xem xét đặc điểm và chức năng cơ bản của các thiết bị này Thành phần mới được phát triển ổn định Đây là các mẫu hiện đang khả dụng và sẽ khả dụng trong tương lai

• Sợi quang: ống dẫn sóng quang bao gồm một hình trụ trung tâm -

hoặc lõi của vật liệu suy hao thấp như thủy tinh silic được bao phủ bởi lớp vỏ bên ngoài chỉ số khúc xạ thấp Các sợi quang đơn mode, với đường kính lõi khoảng 10micromet, chỉ truyền dẫn 1 mode ánh sáng, bằng cách ấy loại trừ được dần dần sự phân bố năng lượng xung tốc độ hạn chế và khoảng cách truyền dẫn trong sợi đa mode Những sợi quang đơn mode như vậy làm suy giảm tổn thất khoảng 0.16dB/km Mặc dù không có sự tán sắc, sợi đơn mode là yếu tố tác động đến tán sắc màu, trong đó việc truyền các bước sóng khác nhau qua sợi quang với tốc độ khác nhau sao cho tín hiệu tạm thời trải rộng ra Một phần bù cho các tác động có thể đạt được bởi kĩ thuật sản xuất sợi tán sắc thay đổi và sợi dẹt, cho phép cải tiến hoạt động tại tần số 1.3 và 1.5micromet Bởi vì kích cỡ vật lý nhỏ (đường kính lớp

vỏ vào khoảng 100micromet) sợi quang lớn hơn có thể được gói bởi một cáp Các cáp bao gồm hàng trăm sợi quang

quang được sử dụng để tách nguồn từ một đầu vào tới nhiều đầu ra Hơn nữa nó có

thể kết hợp tín hiệu xung ánh sáng từ 2 sợi vào thành 1 sợi ra Đặc điểm bộ tách và kết hợp nối quang được định rõ tại thời điểm chế tạo và không thể thay đổi Các cặp sợi quang đơn mode được ghép bởi quá trìnhlàm thon thành hình nón bằng phương pháp nóng chảy như hình 7.1 Cấu trúc hình học của cáp nhọn có thể được điều chỉnh sản xuất tỉ lệ nối phù hợp Với 4 cổng của bộ ghép có thể kết nối tới bộ ghép hình sao n đầu vào và đầu ra, hoặc với bộ ghép hình sao 128 cổng có thể được kết cấu như các thiết bị tích hợp Là một thiết bị thụ động hoàn chỉnh không yêu cầu phải cấp nguồn, bộ ghép này không đắt và có độ tin cậy cao, tổn hao thấp

kiểu 2×2 của biểu đồ hình 7.2 trả lời tín hiệu điều khiển, hoán vị cổng đầu vào và cổng đầu ra Các thiết bị thường được xây dựng bởi khuyếch tán titan vào LiNbO3

nhưng chúng cũng có thể vào hợp chất bán dẫn Với khả năng chuyển mạch nhanh các thiết bị này được tìm thấy trong mạng quang Các chuyển mạch thông thường

có tổn thất lớn (4 tới 5 dB)

sự tổng quát hóa của chuyển mạch không gian quang có thể với cấu hình cung cấp nguồn tùy ý cho bộ ghép giữa các đầu vào và đầu ra LDC là thiết bị với n đầu vào

và ra cho qua tín hiệu xung ánh sáng tùy theo matran aij truyền dẫn nguồn quang của từng người sử dụng Cổng vào aij cho biết tỉ lệ công suất gửi từ đầu vào i tới đầu

ra j Hình 7.3 cho thấy sự tách và phối hợp của tín hiệu quang Hệ số δ miêu tả sự phân chia nguồn quang từ cổng đầu vào i phân phối tới cổng đầu ra j Hệ số ơij miêu

tả sự phân chia của nguồn quang từ cổng đầu vào i tới trực tiếp cổng đầu ra j Ta có aij =ơijδij Giống như bộ ghép tổng quát LDC có thể đồng thời tách và ghép tín hiệu quang phù hợp với thiết bị của chúng Lựa chọn bước sóng LDC là một trong những bước sóng đặc trưng của ma trận truyền dẫn đặc trưng Thiết bị này cho thấy sự khác nhau giữa hệ số tách và ghép được áp dụng cho đồng thời các bước sóng khác nhau Vì thế các bước sóng khác nhau đưa vào LDC qua đầu vào và phân phối nguồn khác nhau ở đầu ra

• Bộ ghép và tách sóng: Ghép và phân chia bước sóng được thực hiện

bởi sự nhiễu xạ có chia tách các bước sóng về không gian Ngược lại bộ ghép phối hợp các tín hiệu riêng lẻ từ các cổng vào và kết hợp chúng vào cổng đầu ra Hình 7.4 thể hiện chức năng của bộ ghép và bộ chia bước sóng với n cổng

ra đặc biệt trên cơ sở của bước sóng tín hiệu được gọi là chuyển mạch bước sóng Chuyển mạch bước sóng là dạng tổng quát của thiết bị tách sóng Trong thực tế, chuyển mạch bước sóng thường chỉ đơn thuần là chuyển bước sóng ở cổng đầu vào

tới cổng đầu ra Router biến đổi bước sóng không chỉ định tuyến bước sóng đi tới

mà còn chuyển nó sang một bước sóng mới, bằng cách ấy cải thiện được hiệu suất thiết lập của các bước sóng bằng phương pháp giảm xung đột bước sóng

quang giống như chuyển mạch không gian trừ tín hiệu xung ánh sáng được chuyển mạch cơ học Các thiết bị này tốc độ chậm nhưng đắt, với thiết kế cơ sở như gương, lăng trụ, selenit Hình 7.5 mô tả chuyển mạch ngang dọc cơ điện quang

từ toàn bộ tín hiệu gồm nhiều bước sóng Sóng âm lan truyền qua một vật liệu quang tương tác với sóng ánh sáng qua hiệu ứng photon đệm bao gồm nhiễu mà có thể thay đổi đặc tính vốn có của sóng ánh sáng Các thiết bị này có thể điều chỉnh được độ rộng nhưng thời gian điều chỉnh của chúng tương đối dài (có thể vài µs) AOTF với bộ chọn nhiều bước sóng được biểu diễn trong hình 7.6

không yêu cầu tất yếu với các công nghệ ứng dụng của mạng quang ,phát triển bộ khuyech đại quang dùng erbium được tăng tốc độ phát triển trong mạng quang Khả năng tín hiệu xung ánh sáng mở rộng tại bước sóng cửa sổ 1.5µm, EDFA tăng công suất của tín hiệu đầu vào mà không cần tái tạo tín hiệu Các bộ khuếch đại sợi quang được kích thích bởi các phần tử đất hiếm khác, như các bộ khuếch đại sợi florua kích thích bởi Neođim hay Prazeođim, có cấu tạo tương tự để khuếch đại các tín hiệu sóng ánh sáng tại bước sóng 1.3µm

7.3 Các mạng quang: phân loại dựa trên định tuyến

Mặt dù, nhiều kiểu phân loại khác của mạng quang đã được đưa ra, chúng ta trình bày một kiểu phân loại dựa trên cách mà mạng định tuyến các bản tin từ nguồn đến đích Phân loại tạo nên sự hợp nhất cho việc thảo luận về định tuyến

Phân loại mạng quang có thế chia làm 5 phần sau:

• Optical-Link Networks (các mạng liên kết quang)

• Single-Hop Optical Networks (các mạng quang đơn chặng)

• Multihop Optical Networks (các mạng quang đa chặng)

• Hybrid Optical Networks (các mạng quang lai)

• Photonic Networks (các mạng photon)

Mỗi kiểu mạng được xác định bởi cái cách mà bản tin được định tuyến thông

qua mạng Trong Optical-Link Networks, thì các tuyến điện được thay thế bởi các

sợi quang đạt được tốc độ truyền dữ liệu cao hơn và tỉ lệ lỗi thấp hơn Do vậy, định

tuyến được thực hiện tương tự như định tuyến trong các mạng liên kết điện thông

thường như là Internet, kiến trúc mạng hệ thống, và DECnet Single-Hop Networks

định tuyến bản tin từ nguồn đến đích chỉ trong một hop, không có xử lý trong băng của bản tin xảy ra tại node trung gian Tuy nhiên, một vài mạng dùng báo hiệu ngoài băng để thiết lập giải phóng các đường vật lý từ nguồn đến đích Do đó, thủ tục

định tuyến trong Single-Hop Networks phải chọn một đường định tuyến vật lý mà kết nối nguồn đến đích mà không có sự can thiệp chuyển mạch điện Multihop

optical networks cho phép bản tin được xử lý tại node trung gian, phát đi sau một số

thao tác chuyển đổi quang điện Định tuyến trong Multihop optical networks được

tập trung vấn đề xác định được một loạt các chuyển mạch điện mà chuyển tiếp được

gói tin từ nguồn cho đến đích được tốt nhất Hybrid Optical Networks kết hợp kĩ thuật single hop và multihop Hyprid optical Networks làm việc bao gồm cho các

phân hệ mạng single hop và multihop mà phải kết hợp các thủ tục định tuyến tương

ứng với từng loại mạng Photonic networks là bao hàm tất cả mạng quang mà có thể

xử lý thông tin ở dạng bản tin photon

Mỗi một phần sẽ được thảo luận chi tiết ở phần sau

7.4 Optical-Link Networks

Mạng Optical-Link Network dùng sợi quang thay vì sợi dây kim loại Các

mạng này bao gồm các chuyển mạch điện kết nối trong một topo mạng lưới bới các liên kết quang Phương pháp này đảm bảo tốc độ truyền dẫn tốc độ cao và cho độ trễ thấp hơn các hệ thống thông thường khác nhưng không phải là tối ưu trong công

nghệ mạng quang Optical-Link Network thì có nhiều ưu điểm hơn so với các

Electronic-Link Network : nó cho băng thông cao hơn, tỉ lệ lỗi thấp Mặt khác, các

tuyến quang thì có độ phức tạp hơn so với các tuyến điện, và thật khó khăn khi thực hiện chuyển mạch điện mà phù hợp với tốc độ quang

Các ví dụ về mạng Optical-Link Networks bao gồm mạng số dịch vụ tích hợp

băng thông rộng (B-ISDN) mà dùng chuyển mạch tế bào ATM, và mạng gigabit testbed do chính phủ Hoa Kỳ cải tiến được gọi siêu xa lộ thông tin (Information Superhightway)

Khó khăn chính trong việc thiết kế lược đồ định tuyến cho các mạng này là tốc độ, nó đòi hỏi xử lý phần mào đầu gói chậm nhất có thể Cách giải quyết điển hình bao gồm: định tuyến nguồn, định tuyến kênh ảo, và chuyển mạch liên tục để giảm thiểu việc đệm gói tin Các phương pháp này được mô tả chi tiết ở chương 2

và chương 8

Định tuyến trong Optical-Link Networks về cơ bản cũng giống như trong các

mạng điện truyền thống

7.5 Single-Hop Optical Networks

Trong Single-Hop Optical Network một bản tin di chuyển từ nguồn đến đích

chỉ trong một hop, mà không có sự chuyển đổi trong miền quang và không có xử lý

thông tin điều khiển trong băng Lược đồ định nghĩa cho mạng Single-Hop Optical

Networks chỉ ra ở hình 7.7 Chú ý rằng việc định tuyến và chuyển đổi bước sóng

phải được cho phép Bản tin truyền qua mạng trong một hop, và định tuyến thực chất là tìm một kênh từ nguồn đến đích Trong định tuyến trong mạng Single Hop thì giảm được vấn đề đa truy nhập.

Source Router Converter Wavelength Destination

Hình 7.7: Single-hop optical Network

Nhiều mạng Single-Hop Optical Netwoks bao gồm các trạm được gắn vào

“optical star coupler” (bộ ghép quang cấu trúc sao), quảng bá tín hiệu bất kỳ được gửi đến nó đến tất cả các trạm trong mạng, như chỉ ra ở hình 7.8 Ví dụ bao gồm: LAMBDANET và Rainbow Trong LAMBDANET được dự định cung cấp kết nối giữa các tổng đài, mỗi một trạm có truyền dẫn một bước sóng duy nhất và nó truyền theo kiểu ghép kênh phân chia theo thời gian Trạm này có bộ phân kênh mà đưa đến cho phía thu Phía thu chọn một bước sóng và một khe thời gian từ bản tin được tách ra Do vậy, không yêu cầu khả năng điều hướng (tunability), nhưng mỗi trạm phải xử lý thực thi ở phía nhận Các trạm cũng có một bộ phát bước sóng chung, mà được dùng cho quản lý kết nối và báo hiệu Truy cập đến bước sóng được kiểm soát bởi ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM) Một trạm trong mạng Rainbow truyền một bước sóng duy nhất Mỗi một có trạm có bộ lọc mà có thể phân biệt được bước sóng thích hợp cho phía thu Rainbow dùng chủ yếu trong chuyển mạch kênh, và nó hoạt động không hiệu quả trong các mạng chuyển mạch gói Mạng sao

cơ bản không hỗ trợ các trạm với số lượng lớn, bởi vì bộ ghép cấu trúc sao (star coupler) có số cổng hạn chế, và các trạm không dễ dàng đạt được tốc độ bước sóng

để truyền thông với các trạm khác

Rx Station 1

Optical Star Coupler

Hình 7.8: Mạng sao chọn lọc và quảng bá

Quadro là một kiểu mạng khác của Single-Hop Network dựa trên ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) trong topo mạng hình sao Nó giải quyết nhiều vấn đề về phối hợp phía thu-phía phát bởi cho phép phía thu thu được nhiều thông tin đồng thời Các trạm Quadro có một bộ phát bước sóng cố định và một bộ thu trang bị một loạt các giai đoạn mạch trễ quang mà được dùng giống như bộ đệm thu Nếu hai trạm truyền đồng thời tới một đích, thì đích này có thể đưa hai bước sóng đã được điều chế này thông qua các mạch trễ, ban đầu cho tín hiệu của bước sóng thứ hai đưa vào giai đoạn 1 của mạch trễ, sau đó lại cho tín hiệu của bước sóng thứ nhất đưa vào giai đoạn 2 của mạch trễ Thao tác này có thể được lặp đi lặp lại nếu cần thiết, nhưng các tín hiệu bị mất ở giai đoạn cuối cùng Giao thức giành trước được dùng để thông báo cho phía thu kế hoạch truyền dẫn

Mặt khác, TreeNet cũng là một single hop network trong đó dùng topo hình

cây cho phân phối tín hiệu Cây này được xây dựng bởi các sợi quang kết hợp với

“bộ ghép cáp hai nón- biconical taper couplers” tại các node phía trong Các trạm

được đặt tại lá của cây Ngược lại các mạng single-hop network sao đơn giản có

một bộ ghép hình sao “star coupler”được đặt tại trung tâm Về phương diện vật lý, TreeNet phân tán các thiết bị nối để đạt được khả năng duy trì khi gặp sự cố Cây này làm thành một phương tiện truyền broadcast trong đó sử dụng giao thức truy

cập đa kênh, cho các trạm với bộ thu phát Việc tạo khuyếch đại tại node gốc cho phép hàng trăm trạm có thể được hỗ trợ TreeNet được mô tả trong hình 7.9.

Reflective Star coupler

Hình 7.9 Mô hình TreeNet

Mạng Single-hop Network mà dùng các thiết bị định tuyến bước sóng cũng

đã được đưa ra Theo tài liệu tham khảo 15, các mạng dựa trên các “Periodic Latin Routers” (Các router Latin chu kì), là các router bước sóng tĩnh định tuyến các nhóm bước sóng từ nhiều đầu vào đến nhiều đầu ra được đề nghị bởi “familiar Latin square” (ma trận 2 mà không có lối vào nào được lặp lai ở bất kì hàng nào hay cột nào) Sự nhận thức vật lý của bộ định tuyến Latin tĩnh là một Mach_Zehnder interferometer, một thiết bị mà gửi một cách định kì các bước sóng ánh sáng luân phiên ở các cổng đầu ra Các mạng Single-hop Network có thể được làm từ các router Latin chu kì Các trạm phải điều chỉnh một dãy các bước sóng và giao thức cung cấp bước sóng được dùng thiết lập các kênh ảo từ nguồn đến đích Truyền Multicast có thể thực hiện ở lớp vật lý

Marsan et al nghiên cứu định tuyến trong mạng định tuyến bước sóng với

cấu trúc topo và không có chuyển đổi bước sóng Các router bước sóng được sắp xếp các topo de Bruijn, shuffle-based, toroidal song hướng, và các liên kết đa sợi quang được cung cấp giữa các router Các router được cấu hình để nhận biết thuật toán cố định mà đảm bảo đường ngắn nhất Việc cấp phát bước sóng làm sao là cho

ít bước sóng nhất nếu có thể

Mạng trong tài liệu tham khảo 57 dựa vào các router bước sóng, nhưng những router này có thể chuyển đổi tín hiệu từ một bước sóng này sang một bước

sóng khác trong khi đang định tuyến nó Không giống như phương pháp của router Latin, các router này được cấu hình trong suốt hoạt động của mạng, như là một kiểu

mạng điều khiển ngoài băng Mạng này dùng centralized dynamic routing (định

tuyến động trung tâm), mà yêu cầu cuộc gọi được xử lý bởi một router server mà nắm giữ các dấu vết sử dụng tài nguyên trong mạng và cung cấp cho phía nguồn định tuyến tốt nhất cho việc kết nối Thủ tục này hỗ trợ chỉ riêng cho chuyển mạch kênh Truyền multicast lớp vật lý là có thể được trong kiểu mạng này, nhưng định tuyến kết nối multicast thì rất phức tạp

Mạng sóng ánh sáng tuyến tính (LLN-Linear lightwave network) cũng là một

kiểu mạng Single-hop Network LLN dùng các LDC(linear divider-combiner) như là

các node trong topo hình lưới Các trạm người dùng được gắn đến các LDC, mà được lập trình để tạo quảng bá giữa các trạm, như chỉ ra ở hình 7.10 Kiến trúc LLN được nghiên cứu mở rộng trong tài liệu 67 bao gồm các LDC chọn lọc bước sóng Phần mở rộng này cho phép tạo ra tính mềm dẻo khi sử dụng các mạng con Mạng con được định nghĩa bởi việc thiết lập các LCD và băng tần của các bước sóng kề nhau Việc duy trì và thay đổi LLN có thể điều khiển bởi mạng bên ngoài và cho phép người điều khiển các LDC

Subnet A Subnet B

Hình 7.10 Cấu hình vật lý của mạng LLN

Các mạng Single-hop Network có thể thiết lập một đường quang dành riêng giữa nguồn và đích, vì vậy chúng hỗ trợ các kết nối chuyển mạch kênh rất tốt Về nguyên lý, thì truyền dẫn multicast cũng có thể đạt được, nhưng đối với các mạng quang mà dùng điều chỉnh bước sóng, thì thật là khó khăn sắp xếp trước tất cả các thành viên trong nhóm multicast để hiệu chỉnh ngay tức thì các bước sóng của các trạm multicast

Trong mạng Single-hop Networks mà hỗ trợ các phương tiện broadcast, như

cây và sao, định tuyến là hướng tiến Khi phương tiện broadcast hỗ trợ một lược đồ truy nhập đa kênh, phối hợp thu-phát là vấn đề chủ yếu nhất Tuy nhiên, không phải

tất cả mạng Single-hop Networks nào cũng có hỗ trợ đầy đủ các phương tiện broadcast Như các mạng Single-hop Networks có thể dùng các đường vật lý khác

nhau để chuyển các gói tin từ nguồn đến đích Vấn đề định tuyến trong các mạng này là xác định và quản lý đường vật lý được dùng như thế nào

Mạng quang thụ động (PON-Passive optical network) gửi các tín hiệu trên các đường vật lý duy trì cố định trong thời gian dài Các mạng này bao gồm các

mạng start, như là LAMBDANET và Rainbow, và các mạng tree, như là TreeNet Các mạng này thiết lập một định tuyến single-hop từ một nguồn đến một đích chỉ đơn thuần là gán bước sóng Ví dụ, một nguồn trong mạng Rainbow chuyển gói tin của nó đến đích bởi một bước sóng cố định trong một khe thời gian cụ thể Ở phía đích sẽ hiệu chỉnh nhận bước sóng của phía nguồn trong suốt khe thời gian đó Do đó, các mạng này bị hạn chế bởi chuyển mạch kênh, mà bước sóng (và có thể là khe thời gian) được dành riêng để cho kết nối Nói chung, định tuyến multicast là không thể thực hiện trong mạng PON.

broadcast-Các node bên trong của mạng PON bao gồm các switch, coupler, các sợi quang, và có thể là các bộ khuyếch đại quang Về mặt chức năng, thì mỗi một node, với một bước sóng đến có thể được cắt ra và phân phối với tỉ lệ công suất khác nhau đến các đầu ra khác nhau Không có phần xử lý mào đầu hay lưu trữ gói và chuyển tiếp được thực hiện Do vậy, định tuyến trong mạng PON về bản chất là chuyển mạch kênh và bao gồm thiết lập các đường (giữa nguồn và đích) hay các broadcast tree (giữa các các trạm phụ) trong một topo vật lý Topo này thông thường là mạng lưới, nhưng cũng có thể là hình cây

Sợi quang trong PON cũng có thể là các liên kết đa sợi Một liến kết được thực hiện với một băng sợi, hay một bó gồm khoảng cả tá, hay thậm chí cả trăm sợi quang Đặc điểm này giới thiệu rõ ràng một số lượng lớn tùy chọn các đường xen

kẽ nhau, mà có thể được chọn ghép kênh phân chia theo không gian Theo cách này

kĩ thuật đa sợi quang có thể thực hiện hiệu quả WDM, để bù sự khan hiếm bước sóng (khoảng vài tá) mà dùng cho các công nghệ mạng quang ngày nay

Hình 7.11 Định tuyến trong LLN

Trong topo mạng lưới PON, chúng ta có hai cách chọn định tuyến cơ bản: là

định tuyến đường ngắn nhất và định tuyến rooted (rooted routing)

LLN có thể thiết lập các phân hệ mạng, như trong mạng LLN cơ bản68, và LLN với dùng lại băng tần Trong LLN truyền thống, định tuyến các tín hiệu quang trong phân hệ được thực hiện định tuyến đường ngắn nhất, như mô tả trong hình 7.11 Nếu A phát, sau đó định tuyến theo hình 7.11(a) Nếu C phát thì định tuyến theo hình 7.11(b) Nói chung, một broadcast-tree riêng biệt được kết hợp với nguồn, cái cây này bao gồm tất cả các trạm và có thể “nghe thấy” nguồn Các LDC được cấu hình để hỗ trợ như các broadcast-tree Mặc dù vậy, phương pháp này cũng có hạn chế nếu tài nguyên phân hệ mạng được chia sẽ dùng lược đồ các đa truy nhập phân chia theo thời gian hay đa truy nhập phân chia theo thời gian và bước sóng

(TDMA và T/WDMA) Vấn đề này là khó khăn trong việc phối hợp và đồng bộ truyền dẫn Vấn đề đồng bộ là khó khăn bởi vì trong LLN không có điểm đơn nào đồng bộ(như cấu hình broadcast-star), bởi vậy truyền dẫn phải được đồng bộ không chỉ cho một node mà cho nhiều node Hơn nữa, các yêu cầu đồng bộ có thể xung đột, cho nên phải làm sao cho nó đạt được hiệu quả tối ưu chia sẻ các kênh 48

Trong tài liệu tham khảo 48, vấn đề đồng bộ được giải quyết với phương pháp định tuyến rooted (rooted routing), mà cậy được xây dựng cho mỗi nguồn như

là một broadcast tree cho tất cả các đích (hình 7.10) Nhưng ở đây, các cây chia sẻ cùng một gốc (thật ra, là chồng chéo lên nhau) Ưu điểm chính của phương pháp định tuyến routed này là gốc được hình dung như là một điểm đồng bộ cho tất cả truyền dẫn Dựa vào điều này, thì điều này trở nên dễ dàng hơn nhiều cho việt phối hợp truyền dẫn từ các nguồn, trong lược đồ TDMA hay T/WDMA, làm trong mạng hình sao Sự suy giảm do trễ lan truyền và suy giảm ,công suất đối với định tuyến shorteest path, nhưng nó chỉ ra rằng sự suy giảm này trở nên không đáng kể khi kích thước mạng phát triển Cuối cùng, một vấn đề để đánh được địa chỉ trong định tuyến rooted (rooted routing) là chọn lựa node gốc Rõ ràng, node gốc phải được chọn để mà đường ngắn nhất từ trạm đến gốc là nhỏ nhất Chọn node gốc thật sự,

có thể được đạt được với các thuật toán center-of-mass trong mạng lưới

Bala et al23 đề nghị phương pháp khác cho việc dùng LLN Thay vì thiết lập các mạng tĩnh (vd: dùng các định tuyến tĩnh), một đường quang được thiết lập động cho kết nối chuyển mạch kênh giữa một đôi trạm bởi cấu hình các LDC do mạng điều khiển ngoài băng Trong phần này, các LDC không chọn lọc bước sóng được dùng, các tín hiệu khác (bước sóng) được cho phép chia sẻ trên cùng một sợi quang Bởi vì các LDC là không chọn lọc bước sóng, các tín hiệu kết hợp trên một sợi quang không thể phân biệt với LLN Điều kiện này có thể dẫn đến tình huống cùng tín hiệu được tách ra thành nhiều đường trên mạng và sau đó kết hợp lại trên một tuyến Yêu cầu đặc biệt trên các kết nối thiết lập là giảm nhiễu giao thoa tín hiệu không mong muốn Thuật toán cho việc định tuyến động trong LLN đã được nói đến trong tài liệu tham khảo 23 Trong tài liệu tham khảo 19, các thuật toán định tuyến động cho các kết nối multicast cũng được đề cập đến

Mạng truyền dẫn chọn lọc bước sóng, nói đến trong tài liệu tham khảo 42 và

43, dùng định tuyến bước sóng tĩnh để phân phối tín hiệu giữa các trạm Trong mạng này, các router bước sóng được sắp xếp theo dạng hình sao, bus hay vòng sao cho tái sử dụng các bước sóng Các trạm nguồn gửi các bản tin đến nhiều đích trên cùng một bước sóng cụ thể cho trước

Single-hop Interconnection (SHI) là một mạng PON tĩnh mà cung cấp truyền

thông giữa một cặp trạm Tham khảo tài liệu 17 chỉ ra cáp nối giữa các trạm như thế nào và trao đổi bản tin của chúng với hiệu suất cao (mà bản chất vẫn là mạng PON) Mạng PON này dùng bộ ghép nối hình sao quang và nhiều bộ thu phát trên cùng một trạm Khi có một trạm nguồn muốn truyền bản tin của nó đến một trạm đích, nó chọn một bước sóng phát để đưa bản tin lên một đường riêng biệt và một khe thời gian trong suốt nó truyền bản tin Birk18 trình bày ba giai đoạn: hình sao, cáp và một lược đồ truyền dẫn cho phép SHI để cho phép log2N bản tin trao đổi đồng thời trong

một khe thời gian Bởi vì topo vật lý là tĩnh, mạng định tuyến các bản tin đơn thuần

là chọn truyền dẫn khi dùng Trong kiểu single-hop không thể truyền multicast

Định tuyến trong Single-hop Networks dùng các kĩ thuật khác nhau Các

mạng này thường dùng PON, mà yêu cầu không có thông tin điều khiển trong băng định cấu hình Mạng này thường luôn luôn tĩnh hay giả tĩnh, với việc định cấu hình lại hay tinh chỉnh ít xảy ra Nếu các đường single-hop là cố định, thì một trạm nguồn khởi tạo kết nối dựa trên một danh bạ của nó Nếu các đường này có thể thay đổi, thì một nguồn phải hỏi server cung cấp phương pháp định tuyến Do mạng

Single-hop Network thường xuyên sử dụng chuyển mạch kênh cho việc trao đổi bản

tin nên các kĩ thuật định tuyến đôi khi tương tự các phương pháp đa truy cập trong các mạng nội hạt đa kênh

7.6 Các mạng quang đa chặng

Mạng quang đa chặng mang một bản tin từ nguồn tới đích thông quang các chuyển mạch điện tử tức thời Các mạng quang đa chặng được phân biệt với các mạng liên kết quang bởi việc sử dụng nhiều bước sóng Một mạng quang đa chặng điển hình được gắn trong một PON, trong đó WDM có vai trò phân bổ các tín hiệu giữa các trạm Hệ thống này có thể khai thác một cách hiệu quả hơn các hệ thống sóng ánh sáng, như là có thể ghép nhiều kênh tốc độ cao trong một sợi quang đơn mode Mạng quang đa chặng hoàn chỉnh được minh hoạ trong hình 7.12

mạch điện

Hình 7.12 Mạng quang đa chặng

Mạng quang đa chặng được mô tả bởi một cấu hình vật lý, bao gồm các trạm

và các liên kết thực sự, và một cấu hình ảo, là kết nối logic giữa các trạm Các cấu hình vật lý và cấu hình ảo không phụ thuộc lẫn nhau

Tiền thân của mạng quang đa chặng là ShuffleNet (mạng con thoi) Đây là một mạng đa kênh với một cấu hình vật lý PON và một cấu hình ảo dịch quay vòng

Mỗi trạm có p máy phát và p máy thu (thường thì p = 2) được điều chỉnh để thu được đồ thị liên kết ShuffleNet Đồ thị ShuffleNet (p, k) cấu tạo bởi kp k trạm, tức là

k tầng, mỗi tầng có p k trạm, các trạm của mỗi tầng được kết nối tới các trạm của

tầng bên dưới do p lần xê dịch đầy đủ ShuffleNet có thể được gắn trong mạng PON

bất kỳ, bao gồm bus tuyến, cấu trúc sao ở trung tâm và cây Hình 7.13 biểu diễn một cấu hình ảo ShuffleNet (nhị phân) 8 trạm gắn trong một cấu hình vật lý hình sao Mỗi kênh WDM được phát tới một máy phát đơn và một máy thu đơn, tổng cộng là

pN kênh, trong đó N là mật độ trạm Các trạm giống như các node định tuyến, thực

hiện chuyển đổi quang điện, bộ đệm, và chuyển mạch gói

Hình 13

Có nhiều biến thể của mạng ShuffleNet Cấu hình ảo của một mạng quang đa chặng có thể bị thay đổi bởi sự điều hướng các bộ thu phát (tại thời điểm lắp đặt mạng, hoặc khi mạng đang sẵn sàng hoạt động, nếu các trạm có các bộ thu phát có thể điều hướng được) Mạng quang phân chia theo bước sóng (WON) là mạng mở rộng của ShuffleNet trong đó các trạm có các bộ thu phát có thể điều hướng chậm được sử dụng để xác định lại cấu hình ảo mỗi khi cần cải thiện hiệu suất hoặc thiết

lập lại kết nối Mạng quang đa chặng kênh chia sẻ cho phép nhiều trạm được phân

phối tới một kênh WDM đơn (và yêu cầu một thuật toán giải quyết xung đột đối với kênh chia sẻ), làm giảm bớt yêu cầu về mức độ cao của WDM được sử dụng trong

ShuffleNet kênh chuyên dụng Ghép kênh sóng mang con theo tần số vô tuyến cũng

được sử dụng để điều chế các bước sóng và tạo nên một mạng đa chặng đa kênh

Dấu hiệu phân biệt của các mạng quang đa chặng là việc sử dụng đồng thời cấu hình vật lý và cấu hình ảo, và cả 2 về bản chất không phụ thuộc lẫn nhau Cấu hình vật lý thường là 1 PON, như là cấu hình cây, bus hoặc sao quảng bá và lựa chọn; và cấu hình ảo có thể là dạng của đồ thị định hướng p-regular (nghĩa là đồ thị

trong đó tất cả các node có p đầu vào và p đầu ra tạo thành hình cung) Xê dịch theo

một vòng tròn khép kín, đồ thị deBruijn, siêu luỹ thừa bậc 3 (hypercube), và torus là các cấu hình ảo thường gặp với các đặc điểm toán học hữu ích đã được nghiên cứu rộng rãi Các topo này có các đặc điểm rất có lợi cho việc định tuyến

Các mạng đa chặng hỗ trợ khác tốt cho chuyển mạch gói, các dịch vụ datagram Tuy nhiên, khó có thể đảm bảo băng thông hay đạt được độ trễ định ra khi các gói phải đi qua nhiều chặng và cạnh tranh nguồn với các gói khác Truyền dẫn broadcast và multicast cũng khó thực hiện, trừ khi sử dụng chia sẻ kênh

Nhìn thoáng qua thì vấn đề định tuyến trong các mạng quang đa chặng dường như không khác gì so với định tuyến trong các mạng liên kết quang, vì các mạng này về bản chất là các node định tuyến lưu trữ-và-chuyển tiếp được liên kết bởi các kênh logic hay các liên kết vật lý Tuy nhiên, trong mạng quang đa chặng xuất hiện một vấn đề định tuyến khác Định tuyến trong các mạng này có bản chất

là chuyển mạch gói, nhưng cái khác ở đây là vấn đề định tuyến lại đi kèm với vấn

đề thiết kế cấu hình ảo Xét sâu hơn nữa thì sự khác nhau càng trở nên rõ ràng hơn: các kênh không được hoạt động song song với nhau, vì đồ thị định hướng bên dưới của cấu hình ảo kết hợp một hướng rõ ràng với mỗi kênh, và ảnh hưởng của lỗi trong một phần của cấu hình vật lý có thể khá rộng, ảnh hưởng tới một tấp các kênh

ảo, trái ngược hẳn với lỗi liên kết đơn giản trong các mạng liên kết quang

ShuffleNet cơ bản sử dụng định tuyến lưu trữ-và-chuyển tiếp đơn giản với các tuyến đường ngắn nhất Tuyến này kéo dài từ nguồn tới đích đã được fix sẵn Ý tưởng này đã được tiếp tục phát huy, thuật toán định hướng tuyến cố định hoàn toàn cân bằng tải lưu lượng trên tất cả các liên kết của ShuffleNet kênh chia sẻ với các trạm thu phát đơn khi lưu lương yêu cầu là giống nhau Tại mỗi chặng, thuật toán này kiểm tra một bit đơn của địa chỉ đích (ShuffleNet nhị phân), sử dụng giá trị của

nó để quyết định bản tin có được lặp lại hay không Do nguyên tắc định tuyến đối với việc lặp các gói tin là “đẳng hướng”, nghĩa là các đích của các gói tin được lặp coi như cùng không quan tâm tới trạm nào đang thực hiện việc định tuyến, trên tất

cả các liên kết thì số lượng các gói được lặp trên một đơn vị thời gian là giống nhau – nghĩa là tải liên kết hoàn toàn cân bằng Mặc dù có thể sử dụng cùng thuật toán trong ShuffleNet kênh chuyên dụng, nhưng không thể đảm bảo cân bằng tải liên kết Tuy nhiên, trên thực tế, có thể chấp nhận tải liên kết cân bằng khi các thuật toán được sử dụng trong ShuffleNet kênh chuyên dụng có lưu lượng đồng nhất

Các topo ảo đã được kết cấu như ShuffleNet có lợi thế về mật độ, nghĩa là số

lượng node N tương ứng với đường kính D đưa ra (chính là độ dài cực đại của tuyến đường ngắn nhất giữa tất cả các cặp node) trong đồ thị kép mức p (tức là, một

đồ thị song hướng trong đó mỗi node có p đầu vào và p đầu ra tạo thành hình cung) đạt tới cái gọi là biên giới Moore:

N =

1

11

độ của đồ thị Do đó, cấu hình ảo dày đặc có xu hướng có độ trễ chậm với lưu lượng đồng nhất ánh sáng, nếu định tuyến đường ngắn nhất được sử dụng Trong reference 66 đã so sánh đồ thị Bruijn và ShuffleNet Do mật độ dày hơn ShuffleNet,

đồ thị Bruijn đạt được độ trễ thấp hơn ShuffleNet về lưu lượng ánh sáng, nhưng ShuffleNet phân phối lưư lượng qua các kênh công bằng hơn, cung cấp thông lượng cao hơn so với đồ thị Bruijn Trong reference 16 - các cấu hình ảo GEMNET và MRNET, việc sử dụng mật độ cao của ShuffleNet và đồ thị Bruijn tạo ra độ trễ thấp hơn và thông lượng cực đại cao hơn, so với ShuffleNet và Bruijn, khi sử dụng thuật toán định tuyến đường ngắn nhất chuyên dụng

Trong reference 5 thuật toán định tuyến cân bằng được đưa ra trong reference 44 được sử dụng trong ShuffleNet kênh chuyên dụng và cung cấp thông lượng mạng cao hơn đáng kể so với việc định tuyến qua các tuyến đường ngắn nhất được lựa chọn tuỳ ý Có thể thấy sự so sánh này trên đồ thị hình 7.14 Mặc dù cả 2 thuật toán đều đạt được độ trễ không thể phân biệt được dưới lưu lượng đồng nhất ánh sáng có điều chỉnh nhưng thuật toán định tuyến cân bằng có thể đẩy được gấp đôi lưu lượng qua mạng, vì nó hiệu quả hơn trong việc tránh hiện tượng nút cổ chai trên các kênh

Hình 7.14 Ảnh hưởng của các giao thức định tuyến lên hiệu suất của ShuffleNet

64-trạm với lưu lượng đồng nhất

Mặc dù các cấu hình ảo như ShuffleNet và đồ thị Bruijn khá hấp dẫn nhưng thực tế khó mà tạo được cấu hình ảo tĩnh Chẳng hạn như, trong ShuffleNet 2048 trạm, nếu mỗi trạm có độ khả dụng 0.999, thì tất cả các trạm sẽ hoạt động đồng thời dưới 13% thời gian Việc tin cậy vào một cấu hình như vậy là không thực tế Hơn nữa, các topo ảo có cấu trúc có thể thiếu sự điều chỉnh để thích hợp với mật độ phát triển không ngừng của các trạm, vì “ngành số học” yêu cầu các cấu hình chuyên dụng của các trạm Do đó, người ta đã đưa ra các giải pháp khác cho việc định tuyến và thiết kế topo ảo

Trong các reference 5, 6, 7, và 12 đã nghiên cứu các vấn đề về định tuyến và thiết kế topo ảo trong WON đa chặng Thuật toán Simulated-annealing và các thuật toán phát sinh được sử dụng để cải thiện các topo ảo cả về độ trễ và thông lượng Thuật toán như vậy sẽ được thực hiện theo định kỳ trong một trung tâm quản lý mạng để đáp ứng những sự thay đổi lâu dài về lưu lượng Kết quả (mẫu) đạt được trong reference 5 bằng việc ứng dụng Simulated-annealing trong các mạng 64 trạm được biểu diễn trong hình 7.15 (đơi với lưu lượng đồng nhất) và hình 7.16 (đối với lưu lượng không đồng nhất) Ma trận lưu lượng không đồng nhất sử dụng trong ví

dụ được tạo ra bằng cách coi các đầu vào của mạng quang đa chặng trận là các biến ngẫu nhiên Bernoulli độc lập Các mạng này bao gồm các trạm được bố trí một cách ngẫu nhiên qua một vùng địa lý bán kính 50km Tất cả các tuyến đều là những tuyến đường ngắn nhất, và không có sự rẽ nhánh dọc theo nhiều tuyến Các thuật toán này được ứng dụng vào các mạng WON kênh chia sẻ và kênh chuyên dụng lên tới 196 trạm, và việc cải thiện đáng kể cả về độ trễ và thông lượng cực đại đã được chứng minh bằng việc so sánh các mạng này với ShuffleNet

Việc định tuyến đường ngắn nhất đa đường trong ShuffleNet và các topo ảo khác đã được nghiên cứu trong các reference Trong các nghiên cứu này thì định

ShuffleNet định tuyến không cân bằng ShuffleNet định tuyến cân bằng

2.5 3.0

tuyến được rẽ nhánh mặc dù không thích hợp Mục tiêu là để tối thiểu hoá liên kết được sử dụng tối đa (được gọi là tiêu chuẩn tối đa) và bằng cách đó ra độ trễ gói tin thấp hơn hay xác suất xảy ra tắc nghẽn Vấn đề định tuyến và thiết kế topo ảo thuộc

2 mảng, đó là vấn đề kết nối và vấn đề định tuyến Vấn đề kết nối là vấn đề lập trình tuyến tính nguyên nhằm tối thiểu hoá lưu lượng được mang qua các chặng đơn; những ràng buộc về tính nguyên không quá khắt khe, và thuật toán đơn công được áp dụng Do chứ năng thực hiện mục tiêu mini-max có thể được tuyến tính hoá, việc định tuyến cũng có thể được miêu tả như một chương trình tuyến tính Thuật toán đầy đủ trước tiên giải quyết các vấn đề về kết nối và định tuyến, sau đó nâng cấp phase trong đó cấu hình ảo bị tác động cho đến khi tìm thấy một giải pháp cải tiến

Hình 7.15 So sánh giữa trễ trong ShuffleNet và các mạng WON tối ưu hoá với

lưu lượng đồng nhất

cấu hình ảo tối ưu hoá cho thông lượng cấu hình ảo tối ưu hoá đối với trễ

2.0 3.0

Hình 7.16 So sánh giữa trễ trong ShuffleNet và các mạng WON tối ưu hoá với

lưu lượng không đồng nhất

Định tuyến nguồn (định tuyến sử dụng tiêu đề gói tin) là một cách đơn giản

để định tuyến các gói tin trong WON Không cần bảng định tuyến, và việc chuyển mạch được thực hiện đơn giản bởi chỉ yêu cầu xử lý trường liên quan tới tiêu đề địa chỉ WON phải sử dụng giao thức phát hiện để tìm ra tuyến đường ngắn nhất giữa nguồn và đích Các tuyến giữa tất cả các cặp trạm phải được duy trì bởi một máy chủ định tuyến (route server), và các trạm có thể yêu cầu các tuyến khi cần Các tuyến được sử dụng thường xuyên sẽ được lưu trữ cho việc sử dụng trong tương lai Trong reference 8 và 9 đã nghiên cứu việc kết hợp định tuyến nguồn và định tuyến đường vòng Định tuyến đường vòng gửi một bản tin qua một liên kết kế tiếp khi bản tin tới một bộ chuyển mạch nhận thấy liên kết đầu tiên bận; bản tin này sau đó

sẽ được đưa trở lại bộ chuyển mạch với số chặng ít nhất có thể Khi đã quay lại bộ chuyển mạch, nó lại nỗ lực thực hiện quá trình tới đích Việc định tuyến đường vòng dễ dàng kết hợp với định tuyến nguồn: khi một bản tin đi vòng bởi một bộ chuyển mạch, bộ chuyển mạch chỉ cần chèn vào một chuỗi các chặng để đưa bản tin quay trở lại bộ chuyển mạch Cơ chế này được thực hiện khá đơn giản trong phần cứng, không cần yêu cầu bảng đinh tuyến hay khả năng tra cứu nhanh Công việc đưa ra những thủ tục cấu trúc nên các topo ảo phù hợp với định tuyến đường vòng bằng cách cung cấp những tuyến hồi tiếp rất ngắn tại mỗi trạm Cấu trúc của các mạng tương tự, được gọi là “go-back”, được xét trong reference 20

Trong một mạng WON, các linh kiện (như laze và các bộ lọc) chỉ điều chỉnh một phần băng thông hệ thống Mở rộng công việc của mình sớm hơn, Labourdette

và Acampora đã xem xét đến các vấn đề về thiết kế topo ảo và định tuyến khi khả

cấu hình ảo tối ưu hoá cho thông lượng Cấu hình ảo tối ưu hoá đối với trễ

năng điều chỉnh bộ thu phát có giới hạn Thủ tục để giải quyết vấn đề này tương tự như thủ tục được sử dụng trong reference 54, nhưng kểt quả thu được khá khác nhau Khi các bộ thu phát có dải điều chỉnh trong mức giới hạn thì cấu hình và chính sách định tuyến đưa ra thường đạt hiệu năng kém hơn ShuffleNet với cùng chính sách định tuyến chuẩn Chỉ khi dải điều chỉnh được mở rộng thì nó mới hoạt động tốt hơn ShuffleNet.

Một sự mở rộng khác , đã được báo cáo trong reference 56, là tìm ra cách đánh giá lại topo ảo và các bản tin định tuyến lại mà không cần xem xét đến toàn bộ mạng Để đạt được mục đích này, người ta đã thử một vài thuật toán xem mỗi thuật toán yêu cầu bao nhiêu hồi tiếp phát sinh khi chuyển tiếp từ topo ảo ban đầu tới topo ảo mới Về cơ bản, các thuật toán đều đưa ra lích trình hồi tiếp mà độ dài của

nó tăng tuyến tính với số trạm Khi một mạng được cấu hình lại, thủ tục định tuyến phải đưa vào tính toán các tuyến đường mới tạo ra, do đó thiết lập các đầu vào bảng định tuyến mới tương ứng với cấu hình mới

Trong reference 52, Karol và Shaikh nghiên cứu một thuật toán định tuyến thích nghi có ưu điểm hơn so với topo trụ của ShuffleNet và nhiều tuyến đường ngắn nhất luân phiên của nó Thuật toán này luôn luôn định tuyến các bản tin với các tuyến ngắn nhất luân phiên qua liên kết ít tắc nghẽn nhất Khi một bản tin có duy nhất một liên kết được ưu tiên dẫn tới bộ chuyển mạch, nó được “bơm” tới liên kết được sử dụng ít nhất theo tiêu chuẩn “hàng đợi ngắn nhất + độ lệch” Các thuộc tính đặc biệt của cấu hình ShuffleNet giúp cho nó quyết định một cách dễ dàng hơn việc bản tin có các tuyến đường luân phiên từ bộ chuyển mạch tới đích của nó hay không Cơ chế định tuyến thích nghi này đã cải thiện hiệu suất đáng kể so với thuật toán ShuffleNet đinh tuyến cân bằng, đặc biết trong việc giảm những biến đổi về đọ dài hàng đợi bộ đệm đầu ra Trong reference 46 cũng đã nghiên cứu định tuyến thích nghi trong ShuffleNet, trong đó nhấn mạnh hiếu suất của nó đôi với tải lưu lượng không đồng nhất

Còn một số vấn đề tồn tại trong các mạng đa chặng Trong các mạng này, những thao tác trong chuyển mạch kênh không thực hiện được nhiều Reference 25 đưa ra giải pháp TDM tương tự chuyển tiếp tế bào ATM Vấn đề multicasting không được khảo sát rộng rãi Trong trường hợp này có thể sử dụng multicasting

đối với lớp mạng Định tuyến hội tụ, được đưa ra đầu tiên để hỗ trợ cho việc tích hợp lưu lượng và multicasting trong Metanet, cũng có thể ứng dụng cho các mạng

quang đa chặng Các giao thức Metanet dựa trên việc phân phối toàn bộ xung, sử dụng một cấu trúc khe thời gian trên mỗi link để tách luư lượng thời gian thực và không thực thành hai luồng riêng biệt Metanet đưa vào cấu hình vật lý của nó một

mạch Ơle, mạch này có thể đến mỗi trạm ít nhất một lần và được gọi là vòng ảo

Một mạch như vậy được bảo vệ để tồn tại trong một topo ảo cân đối Các kênh tham

gia vào vòng ảo được gọi là các liên kết vòng (ring link), và tất cả các kênh được gọi

là các liên kết chuỗi Lưu lượng thời gian thực được gửi đi dọc theo các tuyến cố

định trong mạng Tuyến mặc định của lưu lượng không theo thời gian thực là các đoạn ngắn nhất của vòng ảo, nhưng có thể xảy ra 2 trường hợp lối tắt nếu chúng không gây cản trở đối với lưu lượng thời gian thực (1) nếu có một liên kết chuỗi

giữa các trạm trong vòng làm rút ngắn tuyến đương, hoặc (2) nếu bản tin có thể loại

bỏ các chặng trong vòng bằng cách đi ra khỏi trạm thông qua một liên kết đầu ra khác với chặng kế tiếp trong vòng Để điều đa hướng một bản tin, các nguồn phát đi bản tin đó trong vòng ảo, do đó mỗi nơi nhận có thể copy và chuyển tiếp nó khi nó

đi qua, và nguồn này sẽ xoá bản tin khi nó đã đi hết một vòng

Các mạng quang đa chặng có nhiều điểm chung với các mạng chuyển mạch gói thông thường Do đó, các thuật toán định tuyến của chúng thường tương tự nhau Điểm phân biệt về nguyên lý là các mạng quang đa chặng có thể sắp xếp lại các topo ảo của chúng Nhiều hàm định tuyến do đó được gộp vào dưới sự quản lý topo, để tránh tắc nghẽn, phát hiện lỗi, và tối ưu hoá hiệu năng Cho đến nay các mạng quang đa chặng vẫn còn gặp nhiều khó khăn giống như các mạng chuyển mạch gói thông thường trong việc cung cấp các dịch vụ multicast và chuyển mạch kênh

7.7 Các mạng quang lai ghép ( Hybrid Optical Networks):

Các mạng đơn chặng (single-hop) hỗ trợ rất tốt các dịch vụ truyền dẫn thời gian thực, lưu lượng yêu cầu trễ nhỏ (như thoại và video), tuy nhiên chúng lại kém hiệu quả trong chuyển mạch gói, đặc biệt là sự bùng nổ lưu lượng của các dịch vụ không yêu cầu thời gian thực Mặt khác, các mạng chuyển mạch gói đa chặng (multihop) lại rất thích hợp để truyền dẫn lưu lượng bùng nổ nhưng không đảm bảo được giới hạn trễ và băng thông dành riêng được yêu cầu bởi lưu lượng thời gian thực Một giải pháp để giải quyết vấn đề trên là kết hợp mạng single-hop và multi-hop thành 1 mạng thống nhất gọi là mạng lai ghép (hybrid network)

Như vậy mạng quang hybrid là mạng bao gồm cả hai mạng single-hop và hop Khái niệm mạng hybrid là sự kết hợp một mạng con single-hop và một mạng con multi-hop,được minh họa ở hình 7.17 Dựa trên nguyên lý các mạng single-hop

multi-hỗ trợ chuyển mạch kênh rất tốt và các mạng multi-hop multi-hỗ trợ chuyển mạch gói rất tốt nên ưu điểm của mạng quang hybrid là nó điều khiển tích hợp lưu lượng rất tốt Tuy nhiên, dịch vụ chuyển mạch kênh của mạng con single-hop phụ thuộc vào báo hiệu ngoài băng và điều khiển để quản lý (như thiết lập và phá bỏ) các kênh của chính mạng con đó Điều này là cần thiết cho mạng báo hiệu ngoài băng và bởi vì các chức năng quản lý mạng có thể chấp nhận những sự thay đổi trễ, một mạng con chuyển mạch gói multi-hop có thể đáp ứng những yêu cầu cho cả mạng điều khiển ngoài băng và mạng truyền tải không yêu cầu thời gian thực

Các mạng quang hybrid kết hợp các kỹ thuật định tuyến của các mạng hop và multi-hop nhằm cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh và gói Mạng con multi-hop cung cấp các phương tiện cho việc chuyển đổi các bản tin mà không giới hạn thời gian Các dịch vụ loại này bao gồm lưu lưọng bùng nổ mà có thể chấp nhận dịch vụ vận chuyển nỗ lực tối đa (best-effort), lưu lượng quản lý mạng và báo hiệu ngoài băng để quản lý các kết nối trong mạng con single-hop Tuy nhiên, trong một vài mạng (đã được giới thiệu trong các tham khảo 21 và 26) có thể sử dụng truyền tải multi-hop để làm giảm vấn đề tắc nghẽn khi không có một đường dẫn

single-single-hop nào được tìm thấy từ nguồn đến đích, trong trường hợp này mạng cố gắng thiết lập một đường dẫn multi-hop.

Trong các tài liệu tham khảo 21 và 26, một mạng quang hybrid được đề xuất

sử dụng các đường dẫn quang (lightpaths) hoặc các đường dẫn single-hop hop paths) giữa hai trạm để truyền thông tin Lưu lượng chuyển mạch kênh yêu cầu một đường dẫn quang từ nguồn đến đích, nhưng lưu lượng chuyển mạch gói có thể

(single-sử dụng chuỗi bao gồm nhiều đường dẫn quang (với chuyển mạch ở các node trung gian) Mạng trong tài liệu 26 (gọi là Lightnet) dựa trên chuyển mạch không gian quang kết nối với các bộ ghép kênh và phân kênh theo bước sóng Trong khi đó mạng tham khảo 21 thì sử dụng các AOTF để thực hiện các kết nối chéo WDM ( WDM cross-connects) Do cấu hình các node chuyển mạch nên sự đa dạng của các cấu trúc ảo được đưa vào bên trong mạng vật lý Có 2 cách để dịnh tuyến trong các mạng thuộc kiểu Lightnet : cách thứ nhất là thiết lập các đường dẫn quang theo yêu cầu, cách thứ hai là thiết lập 1 cấu trúc ảo và sử dụng định tuyến đa bước nhảy (multi –hop routing) Trong thực tế, cả hai cách này có thể kết hợp để tạo ra một mạng hydrid thực sự với các mạng con dành cho chuyển mạch kênh và gói Cách tiếp cận này thiết lập 1 cấu trúc multi-hop mà sử dụng một phân đoạncủa các bước sóng khả dụng của mạng và dự trữ các bước sóng còn lại cho chuyển mạch kênh động ( dynamic circuit switching) Cách để đưa các cấu trúc ảo đã được chỉ ra trong tài liệu tham khảo 27, trong đó việc sử dụng các cấu trúc toroidal và hypercube được nhấn mạnh Cấu trúc vật lý đầu tiên được sắp xếp vào trong 1 phiên bản tuyến tính của mạng và sau đó các trạm sắp xếp theo trật tự tuyến tính được kết nối bởi các bước sóng khả dụng để tạo nên cấu trúc ảo mong muốn Thủ tục có thể đưa vào các cấu trúc chuyên dụng mà không sử dụng quá số lượng các bước sóng được quy định Cho một tập các bước sóng rỗi và một mạng tuyến tính, vấn đề là tìm các đường dẫn quang giữa các trạm để khởi xướng một cuộc gọi Các thuật toán heuristic (tìm kiếm) tập trung và phân tán dùng cho các đường dẫn quang đang thiết lập(là một vấn đề khó tính toán) đã được phân tích trong tham khảo 26 Thuật toán heuristic là thuật toán cần thiết, phù hợp nhất để tìm ra bước sóng khả dụng nhất cho một đường dẫn quang Hiệu năng của cả hai thuật toán tập trung và phân tán có khả năng so sánh được, hiệu năng của thuật toán tập trung tốt hơn thuật toán phân tán Việc mô phỏng 1 vài mạng đã xác nhận rằng các thuật toán thiết lập đường dẫn quang chỉ thực hiện tốt hơn rất ít bước sóng cho phép chuyển đổi

Kết hợp 2 phương pháp ghép kênh phân chia theo không gian và bước sóng, mạng cây đa sợi quang sẽ định tuyến các tín hiệu giữa các node trong một cuộc gọi

cơ sở Mạng con single-hop có thể được xem như 1 cây cáp bao gồm các cây sợi quang Mỗi một cây sợi quang( fiber plant) là một phương tiện quảng bá đầy đủ mà

có thể được chọn bởi một nhóm các trạm của mạng Việc hạn chế số lượng các trạm

để chọn một cây sợi quang là theo yêu cầu để tránh lãng phí quá nhiều công suất quang Hơn nữa, mỗi cây sợi quang điều khiển một vài kênh WDM theo yêu cầu Trong trường hợp này chúng ta có thể giả thiết rằng cấu trúc vật lý là một cây, mà cấu trúc này bao phủ B cây sợi đơn (single- fiber) ( B là số các sợi quang trong một

bó đa sợi quang) Khi cây lớn dần thì số các mức trong cây cũng tăng theo và vì thế

sẽ suy hao rất nhiều (giả thiết rằng tất cả đường dẫn được định tuyến qua gốc) Có một cách có thể làm giảm suy hao, và vì vậy tránh dùng bộ khuyếch đại quang đắt tiền Bằng cách chia nhỏ số lượng trạm thành các nhóm và liên kết chúng lại với nhau với các cây nhỏ hơn (vì vậy sẽ giảm suy hao) Rõ ràng, chúng ta vẫn muốn duy trì hoàn toàn tính kết nối, vì chúng ta muốn kết nối tất cả các trạm để truyền thông với cái khác Vì vậy các nhóm trạm cần xếp chồng lên nhau và cần có đủ các nhóm rỗi cho mỗi cặp trạm, ít nhất là một nhóm (Hình 7.18).

Cấu trúc cây con là do tham gia định tuyến và vấn đề phân chia, cấu trúc này cùng với vấn đề trước đó là thiết kế tổ hợp được gọi là vấn đề set-covering mà rất khó để giải quyết chính xác Giải pháp trực giác, mặc dù không tối ưu, đã được giới thiệu và phân tích tổng quát trong tham khảo 14 Các cây con được định tuyến bởi việc lắp đặt chính xác các chuyển mạch và việc sử dụng các bộ ghép nhị phân và các sao phản xạ trong các node của cây đa sợi Trong trường hợp nghiên cứu ở tham khảo 14, hơn 2000 trạm được kết nối mà không khuếch đại, 256-cây cáp quang Việc lắp đặt các kết nôí chuyển mạch kênh trong mạng cây đa sợi là được hỗ trợ bởi một trạm tập trung, giữ đường dẫn sử dụng của các kênh WDM trên các cây quang của mạng con single-hop Tuần tự, cho một cơ sở dữ liệu nhỏ của các trạm có thể truy nhập các cây quang, 1 trạm nguồn có thể tìm kiếm 1 kênh WDM rỗi trong 1 cây sợi quang, để nó truy nhập đến trạm đích và khai báo với trạm đích mà nó đã tìm ra bởi các phương tiện của mạng con multi-hop Mạng quang đa mức (multilevel optical network – MONET), mạng quang lai ghép (hybrid optical network – HONET) và mạng đa truy nhập phân chia theo thời gian và bước sóng (time and wavelength division multiaccess network – T/WDMA) sử dụng các giao thức quản lý kết nối tương tự như mạng cây đa sợi nhưng chúng sử dụng các loại mạng con single-hop khác nhau Ở đây, chúng ta chỉ thảo luận mạng single-hop T/WDMA sử dụng băng thông để mang một số kênh với số lượng không nhiều Các kênh WDM được chia thành các khung, các khung này được chia nhỏ hơn thành các khung con và các khung con này được chia nhỏ hơn thành các khe (slots) Các trạm

có một máy phát đơn với bước sóng cố định và hai hoặc nhiều hơn các máy thu thì

có thể điều chỉnh toàn bộ khoảng cách của các kênh WDM Các máy thu dựa trên các AOTF để điều chỉnh thời gian của một khung con và có thể được yêu cầu để chuyển qua một vài bước sóng ngay đó Hai hoặc nhiều máy thu được hoạt động theo nguyên tắc đường ống bởi việc điều chỉnh tuần tự một máy thu trong khi máy thu khác đang nhận thông tin Trong cách này, một trạm sẽ có ít nhất một máy thu được điều chỉnh đến 1 khung con ở tất cả mọi thời điểm Một trạm chủ gọi yêu cầu

1 kênh ảo bao gồm 1 hoặc nhiều khe trên 1 khung với băng thông yêu cầu Một người quản lý cuộc gọi có nhiệm vụ duy trì cho tất cả các cuộc gọi được tiến hành

và cung cấp các khe mới sao cho không xảy ra tranh chấp Tranh chấp trong 1 khung con xảy ra khi không có khe rỗi nào trong khung con hoặc khi máy thu của trạm bị gọi được điều chỉnh trong suốt khung con Cuộc gọi có thể bị tắt nghẽn được phân tích trong tham khảo 49, khi số lượng các kênh WDM tăng vượt quá 1 giới hạn thì hiệu suât sẽ bắt đầu giảm Điều đó xảy ra vì các máy thu phải điều chỉnh tần số nhiều hơn để truy nhập đến các máy phát trên các kênh phân tán rộng

lớn Ví dụ, cho 1 kênh WDM thì số cuộc gọi được giới hạn bởi số khe trong 1 khung nhưng cho 1 máy phát trên kênh WDM thì số cuộc gọi được giới hạn bởi vì 1 máy thu có thể điều chỉnh để chỉ 1 kênh của máy phát trong bất kì khung con nào Các mạng single-hop cung cấp tốt dịch vụ chuyển mạch kênh nhưng đối với các dịch vụ chuyển mạch gói thì bị hạn chế, nhưng ngược lại các mạng multi-hop thì cung cấp tốt các dịch vụ chuyển mạch gói còn chuyển mạch kênh thì hạn chế Một giải pháp là kết hợp 1 mạng single-hop và nhiều mạng con multi-hop với nhau Các mạng quang lai ghép cung cấp một mạng con phức tạp để điều khiển việc định tuyến các thiết bị và yêu cầu việc định tuyến thông tin là một cơ hội thực tiễn cho việc hợp nhất lưu lượng Có rất nhiều kiến trúc cho các mạng lai ghép (hybrid network) đã được đề xuất và phân tích

7.8 Mạng Photon:

Mạng photon là mạng tốc độ cao tiên tiến nhất trong số các mạng được đề cập đến đây Một bản tin trong mạng photon duy trì trong miền quang từ nguồn tới đích, nhưng đối lập với các mạng quang đơn chặng – thông tin điều khiển trong băng được thực hiện bởi các trung tâm chuyển mạch trung gian Có hai loại mạng

photon Loại thứ nhất, được biết đến như là mạng hầu như toàn quang, mặc dù bản

tin không bao giờ được chuyển đổi từ miền quang nhưng thông tin điều khiển trong băng (phần đầu gói tin) chuyển hết bản tin và chuyển tới miền điện tại mỗi node chuyển mạch Sau đó các node định tuyến sẽ sử dụng thông tin mào đầu này để điều khiển chuyển mạch gói, như được chỉ ra trong hình 7.19 Tuy nhiên, trong mạng quang hoàn toàn thì quá trình xử lý bản tin bất kỳ nàu cũng hoàn toàn là photon, và khối điều khiển điện (electronic control unit) trong hình 7.19 sẽ không có

Hình 7.20

Nếu mỗi trạm có số cổng đầu vào từ mạng bằng số cổng đầu ra mạng, và các

gói có chiều dài cố định đến trạm trong một khe thời gian, thì định tuyến lệch được

dùng Khi tất cả các gói đến tại điểm bắt đầu khe thời gian, trạm quyết định cổng đầu ra ưu tiên trong tất cả các trạm có thể định tuyến nhầm hoặc là lệch tuyến một

số gói để thay phiên các cổng đầu ra nếu có sự ưu tiên trong sự tranh chấp đối với một cổng đầu ra Do đó, tất cả các gói được chuyển tiếp trong suốt khe thời gian,và không yêu cầu đệm gói Do sự mở rộng của định tuyến lệch cơ bản, có thể sử dụng một số bộ đệm gói để cho hiện tượng lệch chỉ có thể xảy ra khi gói tin không được đệm

Định tuyến lệch trở nên thu hút trong mạng photon bởi vì node chuyển mạch định tuyến lệch không yêu cầu đệm gói Mặc dù việc lưu trữ quang nhanh trở nên khó đạt được, lợi ích của định tuyến lệch trong tất cả các mạng quang là rất dễ dàng Chi tiết của định tuyến lệch, người đọc có thể tham khảo ở chương 9 của cuốn sách này

Việc nghiên cứu các mạng toàn quang mới chỉ bắt đầu gần đây Các mạng hầu như toàn quang sử dụng định tuyến lệch được nghiên cứu thêm trong tài liệu 3

và 4 Các node chuyển mạch photon như biểu diễn trong hình 7.20, được kết nối với nhau trong mạng Manhattan song hướng và các gói được định tuyến lệch Người ta

đã chỉ ra rằng việc định tuyến lệch ngoài khe mà gói đến là không đồng bộ hóa với nhau sẽ gây ra một số vấn đề như tắc nghẽn và mất thông lượng, trừ khi có các tính toán chuyên dụng để chống lại những vấn đề này Trong hình 7.21, thông lượng của một mạng Manhattan song hướng 7x7 định tuyến lệch được biểu thị theo tải yêu cầu cho cả cách phương thức khe và không khe của quá trình hoạt động với một bộ lọc gói 50 chặng Chúng ta thấy rằng, trong khi mạng khe hoạt động tốt trong tất cả chế

độ lưu lượng thì mạng không khe lại chịu sự chia tách hiệu suất sau khi đạt được tải mong yêu cầu Hơn nữa, thông lượng lại rất nhạy với trễ đường truyền τ Tuy nhiên, chúng ta cũng thấy rằng sự lựa chọn một chính sách truy nhập chuyển mạch có thể cải thiện đáng kể hiệu năng

Trong tài liệu tham khảo số 4, ta thấy trừ phi phần mào đầu gói tin chứa trường thời gian sống, mà nó quyết định số chặng tối đa gói tin có thể đi qua trước khi ra khỏi mạng, thông lượng của mạng không khe có thể tiến dần về không Nhu cầu này đối với trường thời gian sống mà giảm theo mỗi bước nhảy cũng giảm khả năng thực hiện mạng photon Việc ghi trường của gói mà không cần chuyển đổi trường tới miền điện là rất khó, việc giải quyết vấn đề này vẫn còn đang được tìm kiếm Một khả năng nữa để biểu thị gói bằng dấu thời gian, có thể so sánh với giải pháp lỗi thời xung chung tại mỗi bước nhảy, nếu gói tìm thấy vượt quá phạm vi cho phép tối đa thì nó sẽ bị loại bỏ Bước này cải tiến được thông lượng của mạng Manhattan song hướng toàn quang

Việc sử dụng các bộ đệm gói tin quang trong mạng photon bị giới hạn do các

bộ nhớ quang truy nhập ngẫu nhiên không tồn tại Hơn nữa, các vòng lặp trễ sợi quang cần phải sử dụng một cách tiết kiệm, do mỗi tầng trễ có thể dẫn đến tổn thất năng lượng quang đáng kể Hình 7.20 chỉ ra rằng vòng trễ sợi quang có thể được sử dụng để hồi tiếp tạm thời các gói tin hơn là làm lệch chúng Cung cấp một số lượng giới hạn các vòng lặp trễ sợi quang có thể tăng thông lượng mạng một cách đáng kể, như đã chỉ ra trong hình 7.22, đồ thị biểu diễn thông lượng theo tải đồng nhất yêu

cầu đối với số lượng l khác nhau của vòng lặp trễ sợi quang trong mạng Manhattan

song hướng 7×7 định tuyến lệch Khi các kỹ thuật truy nhập chuyển mạch, thời gian sống, vòng trễ sợi quang được đưa vào, hiệu suất của định tuyến lệch không khe có thể vượt trội hơn định tuyến lệch có khe

Đa truy nhập phân chia tuyến (RDMA – Route Division Multiple Access) là cách mới để cung cấp các mức dịch vụ khác nhau tới người sử dụng trong lớp mạng

gọi là Isochronet (mạng đẳng thời) Trong RDMA trạm gốc được cấp phát một

băng thời gian trong quá trình mà tất cả các trạm khác có cơ hội để gửi bản tin tới trạm gốc Trong suốt dải thời gian của trạm gốc, trạm nguồn truyền tải chỉ sử dụng cây định tuyến cho đích (nghĩa là cây của đường ngắn nhất từ mỗi trạm nguồn tới trạm gốc) Việc sắp xếp này giảm mạnh sự tranh chấp giữa các trạm truyền dẫn Hơn nữa, một vài trạm có thể được cấp phát chồng lấn dải thời gian, nếu các định tuyến của các trạm không khớp các liên kết, bởi vì lưu lượng trong các cây định tuyến khác nhau có thể không cản trở lẫn nhau Trong mạng photon RDMA có thể

được sử dụng để gửi lưu lượng bằng cách cấp phát tới mỗi trạm một dải thời gian trong suốt quá trình đó tất cả các đường quang có thể được thiết lập cho thời gian của dải băng thông.

Có 3 kỹ thuật RDMA được dùng để giải quyết xung đột trong phạm vi cùng cây định tuyến RDMA- loại bỏ một gói khi hai gói tranh chấp nguồn, cho phép gói khác tới mà không cản trở RDMA+ đệm một gói khi hai gói tranh chấp nguồn và gửi một gói đã đệm khi một gói đã bị loại Khi hai gói tranh chấp nguồn, RDMA++ chứa một gói để truyền dẫn sau trong băng thời gian kế tiếp Giao thức cấp phát dải băng tần đặc biệt xác định băng được sử dụng bằng cây định tuyến riêng do đó nó không phân cắt với bất kỳ cây định tuyến nào mà sử dụng cùng băng thời gian Kế hoạch cấp phát băng thông đơn giản và giao thức đồng bộ hóa được đưa ra trong chuẩn 72 và hiệu suất của nó có thể so sánh với mạch thuần và chuyển mạch gói Các giao thức này làm việc tredn cơ sở cây định tuyến và tiến đến trong cách rộng đầu tiên để cấp phát bất kỳ và đồng bộ dải thông thời gian Một trong tất cả các băng thời gian được cấp phát, mỗi trạm giữ các gói cho nguồn đưa tới băng thời gian của nguồn Chỉ thị của dải thời gian có thể cũng được dự trữ do đó nguồn gốc

sử dụng cây định tuyến tới đa đường tới các phần con của trạm Việc mô phỏng một mạng con với lưu lượng giống nhau được chỉ ra rằng Isochronet cho trễ nhỏ hơn mạng chuyển mạch gói và mạch

Các mạng photon là kỹ thuật tiên tiến nhất của mạng quang Chúng có thể đạt được tốc độ rất cao do chúng tránh được chuyển đổi điện quang trung gian, chúng hướng tới nguyên nhân hiện tượng “nút cổ chai” trong đường dữ liệu Bởi vì công nghệ photon không có bản sao tới bộ nhớ truy nhập ngẫu nhiên điện, thường thường bộ đệm gói quang được thực hiện như đường trễ quang Tuy nhiên, phương pháp này chỉ cung cấp có giới hạn gói đệm Do đó, định tuyến lệch, tuy không yêu cầu nhưng có thể giúp ích cho các bộ đệm gói, là giải pháp cho hầu hết mạng này

cung cấp loại truyền tải tích hợp của rất nhiều lọai lưu lượng Cuối cùng, chúng ta lớp mạng chuyển mạch gói photon Nhiệm vụ chính ở đây là phát triển thuật toán định tuyến mà hoạt động đủ nhanh để cho phép chuyển tải dữ liệu trên mạng quang, đường multihop, mà không cần việc đệm điện trung gian Việc thiếu bộ nhớ quang truy nhập ngẫu nhiên để đệm gói ảnh hưởng một cách sâu sắc thuật toán định tuyến được sử dụng trong mạng photon.

Các giao thức và kiến trúc mạng quang đang trải qua các bước phát triển liên tiếp, cuộc đua về sự tiên tiến trong công nghệ được đánh giá bởi các áp dụng mới cho người sử dụng Việc định tuyến rõ ràng là trở nên quan trọng trong giải pháp này Có thể mong đợi việc đổi mới định tuyến hoàn toàn trong chuyển mạch gói photon

CHƯƠNG 10: ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG DI ĐỘNG TẾ BÀO

Điện thoại di động tế bào đã ngày càng tăng trong suốt 10 năm qua do các thuê bao truyền thông với nhau không phụ thuộc vào vị trí, và có thể di động Trong một mạng tế bào, một thuê bao di động kết nối trực tiếp tới một trung tâm chuyển mạch di động thông qua một trạm gốc vô tuyến Do đó, các hệ thống tế bào không những phải quản lý thuê bao di động (ví dụ: định vị các thuê bao và giám sát các

cuộc gọi trong khi di chuyển) mà còn phải giải quyết các vấn đề về việc liên kết với

vô tuyến (ví dụ: đạt được chất lượng cao, truyền dẫn nhiễu nhỏ nhất).Chương này trình bày các nội dung cơ bản của việc định tuyến trong mạng tế bào, tập trung vào việc đăng kí và cấp phát các thuê bao di động, thiết lập cuộc gọi và chuyển vùng cuộc gọi giữa các trạm gốc vô tuyến Chương này tóm tắt các chuẩn dành cho các

hệ thống tế bào, bao gồm chuẩn dữ liệu đóng gói số tế bào(Celluar Digital Packet Data) dành cho truyền tải dữ liêu phi kết nối trong các mạng tế bào

10.1 Giới thiệu.

Dịch vụ điện thoại tế bào trở thành một bộ phận quan trọng của nghành công nghiệp viễn thông như việc thuê bao di động đột ngột tăng lên qua 10 năm đầu của dịch vụ thương mại Sự phát triển và phổ biến của dịch vụ tế bào đã ảnh hưởng một cách sâu sắc hình ảnh của nghành công nghiệp viễn thông và vai trò chức năng của dịch vụ điện thoại Khi dịch vụ điện thoại tế bào được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1982, và trong hàng chục năm của thời kỳ thai nghén trước đó nó được xem như là một sự mở rộng đơn giản của mạng điện thoại để kết dính mọi người trong

sự di chuyển Dịch vụ điện thoại dự định truyền thông các cuộc gọi trung bình từ điểm tới điểm là phụ thuộc vào vị trí đặc điểm từng vùng hơn là đặc điểm từng người Nếu bên được gọi không xảy ra tại cuộc gọi nội hạt thì cuộc gọi cố gắng thử lại là không thành công

Đặc biệt gần đây cho phép các trạm thuê bao di động cầm tay, thì khái niệm

di động ngày càng trở nên rõ ràng hơn Hơn nữa, với sự gia tăng tinh vi của mạng điện thoại, việc đưa di động vào mạng đưa đến làm thay đổi từ điện thoại phụ thuộc vào vị trí tới một dịch vụ độc lập với vị trí, phân chia các cuộc gọi tới các thuê bao bất chấp vị trí của chúng

Một mô hình mới của dịch vụ điện thoại “bất cứ đâu, bất cứ khi nào” được

biết đến như là dịch vụ truyền thông cá nhân – một khái niệm công ngiệp mà được

mong đợi sẽ tạo ra khả năng của truyền thông di động Cơ sở cho những khả năng này là kết nối vô tuyến từ một người sử dụng với một thiết bị đầu cuối truyền thông không cố định hoặc kết nối có dây từ mạng điện thoại, nhưng việc thực hiện đã vượt xa so với ý tưởng đơn giản này, và nó còng cung cấp Và mặc dù phải cung cấp một kết nối vô tuyến mà cung cấp đó phải tin cậy, chất lượng dịch vụ cao là một thử thách công nghệ quan trọng chỉ nó đang bắt đầu Hơn nữa khả năng của kết

nối vô tuyến nằm trong mạng và khả năng phân chia các dịch vụ Các khía cạnh của dịch vụ điện thoại di động tế bào, các công nghệ liên quan và tất cả các dịch vụ giữa các dịch vụ truyền thông cá nhân là nội dung của chương này.

Tuy nhiên, trước khi cụ thể hóa các vấn đề, một vài nền tảng trong khía cạnh

vô tuyến của công nghệ tế bào về mạng cần được hiểu biết và yêu cầu định tuyến trong các hệ thống truyền thông tế bào Đây là lí do, chúng ta bắt đầu giới thiệu cơ bản về các hệ thống tế bào

10.2 Cơ bản về hệ thống tế bào.

10.2.1 Khái niệm về tế bào

Khái niệm tế bào là khả năng tái sử dụng một kênh vô tuyến - tái sử dụng

tần số tại một vài vị trí trong một vùng tương thích địa lý Khái niệm này được

minh họa trong hình 10.1, hình này mô tả một hệ thống với 7 cell – một vùng lục giác với một vị trí đặt anten, hoặc đặt tại vị trí trung tâm tế bào đó Vị trí cell đặt tại trung tâm của mỗi ô cung cấp một vùng phủ sóng vô tuyến cho mỗi cell Dịch vụ vô tuyến có thể cung cấp tới mỗi cell, mà không có nhiễu giữa các ô, nếu tần số vô tuyến là duy nhất và riêng biệt sử dụng cho mỗi tế bào Tuy nhiên, sự sao chép này nói chung trải phổ tần số vô tuyến rất không hiệu quả; hơn nữa số người sử dùng không phải trong lúc sẵn sàng tăng mà không tăng khả năng cả phổ tần số vô tuyến

Giới hạn này có thể được giảm xuống bằng cách áp dụng khái niệm tái sử

dụng tần số, tùy theo nó là một đại lượng cố định của trải phổ có thể được sử dụng

hiệu quả hơn bằng cách phân chia thành các đoạn nhỏ hơn và tái sử dụng nhiều lần các đoạn này thông qua một vùng bảo vệ Trong hình 10.1 trải phổ cho phép phân chia thành bốn nhóm tái sử dụng, được đánh nhãn là A,B,C và D; tần số thiết lập là B,C và D được sử dụng hai lần và nhóm tần số A được sử dụng một lần

RD

Hình 10.1 Tái sử dụng tần số trong một hệ thống tế bào

Nói chung, người sử dụng nhóm tần số trong mỗi một ô là nguyên nhân nhiễu giữa các người sủ dụng của nhóm tần số giống nhau trong ô khác Nếu các ô

sử dụng một nhóm tần số mà khoảng cách không gian đủ xa, thì có thể điều khiển được các mức nhiễu nhưng không làm giảm chất lượng dịch vụ Trong hình 10.1 khoảng cách giữa vị trí tế bào sử dụng tần số giống nhau được ký hiệu là D, và khoảng cách từ vị trí bất kỳ ô nào tới hầu hết các người sử dụng ở xa trong các ô đó được ký hiệu là R Tín hiệu nhận được phụ thuộc vào khoảng cách giữa các hệ thống tế bào thông thường tuân theo quy tắc công suất, đó là:

so với định luật bình phương ngược mô tả các đường dẫn không tắc nghẽn Phép đo

mở rộng trong môi trường vô tuyến di động thể hiện trong hầu hết các trường hợp, 3

< n < 4

Định luật dạng lũy thừa đang xét phụ thuộc vào khoảng công suất tín hiệu nhận được, chúng ta có thể rút ra một biểu thức đơn giản cho tỉ số của công suất nhận từ đòi hỏi của bộ truyền dẫn với công suất nhận được với một bộ truyền dẫn giao thoa sử dụng tần số giống nhau:

C/I = (D/R)n

B

Duy trì kết nối chất lượng cao trong bất kỳ mạng truyền thông, nó cần thiết giữ lại tỉ số của công suất yêu cầu trên công suất nhiễu hoặc tỉ số sóng mang trên nhiễu, C/I, trên một vài ngưỡng mà ngưỡng đó phụ thuộc vào hệ thống thiết kế Và

rõ ràng tỉ số sóng mang trên nhiễu phụ thuộc vào tỉ số tái sử dụng D/R

Độ chính xác của phần mô tả ở trên có phần bị giới hạn, chủ yếu bởi vì hầu hết các bộ vi xử lí xác định độ dài tín hiệu và các mức nhiễu là ngẫu nhiên sẵn có Suy hao lan truyền thực tế tuân theo định luật dạng lũy thừa mô tả suy hao lan truyền trung bình như là đặc trưng của khoảng cách Hơn nữa, cấp phát cho một trạm thuê bao nội hạt và xác suất của các cuộc gọi khác chuẩn bị được kích hoạt tại tần số giống nhau trong một ô khác cũng là một sự kiện ngẫu nhiên Kết quả là tỉ số sóng mang trên nhiễu là một biến số ngẫu nhiên Trong bất kỳ sự giải thích chặt chẽ của môi trường nhiễu trong một hệ thống tế bào, tất cả các hệ số này và hệ số khác phải được đưa vào để tính toán Tuy nhiên các chi tiết này đã đi quá xa chủ đề thảo luận

Hơn nữa, bởi vì nhiễu được phụ thuộc vào khoảng cách, tỉ lệ tái sử dụng tần

số là tỷ lệ bất biến, nếu đặc tính lan truyền của môi trường không thay đổi với tỷ lệ

đó, nếu n là tỷ lệ bất biến Do đó dung lượng cuộc gọi của hệ thống có thể được điều khiển bằng mật độ của vị trí đặt anten trong hệ thống Bằng việc giảm không gian vị trí đặt anten, và giữ lại tái sử dụng tần số hình học giống nhau, dung lượng tổng cộng của hệ thống có thể được tăng lên Nếu không gian chia thành một nửa cho vị trí bảo dưỡng anten cho đặc trưng từng vùng, ví dụ, số vị trí anten bảo dưỡng mỗi vùng sẽ tăng lên bằng một hệ số là 4 Độ giãn sẽ tăng lên dung lượng mang cuộc gọi trong vùng đó bằng hệ số 4 Sự tăng lên số vị trí đặt anten đến dung lượng

hệ thống tăng lên được tham chiếu bằng tách ô Mặc dù nguyên lý bị giới hạn bởi cả

công nghệ và kinh tế, ứng dụng của nó được thừa nhận cung cấp dịch vụ tế bào ở Bắc Mỹ và nơi khác trên thế giới giữ lại nhanh chóng và duy trì tăng yêu cầu của dịch vụ

10.2.2 Chú ý trong thuật ngữ

Hiện nay, nhiều nhóm công nghiệp ở Bắc Mỹ và Châu Âu đang phát triển những yêu cầu và những chuẩn cho công nghệ tế bào và có liên quan đến khu vực