Môn CÔNG NGHỆ VỆ TINH NGHIÊN CỨU CHUYỂN MẠCH CHÙM QUANG

Trong ba công nghệ này, chuyển mạch burst quang ra đời nhằm đáp ứng sự bùng nổ dữ liệu, giải quyết được nhược điểm của chuyển mạch kênh quang và là bước trung gian trước khi tiến tới chu

Trường Đại Học Công Nghệ Thông Tin

˜ & ™

Môn CÔNG NGHỆ VỆ TINH

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CHUYỂN MẠCH

CHÙM QUANG

LỜI MỞ ĐẦU

Những năm gần đây đã diễn ra sự bùng nổ lưu lượng thông tin trên toàn cầu Yêu cầu về

băng thông đối với các dịch vụ viễn thông ngày càng gia tăng Một trong những xu hướng phát

triển của mạng viễn thông hiện nay là quang hóa từ mạng lõi cho đến tận mạng truy nhập của

khách hàng Công nghệ ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM đã và đang được triển khai

trong các hệ thống thông tin quang hiện tại cho phép tốc độ truyền dẫn cực lớn và khả năng hỗ

trợ các lưu lượng khác nhau như IP, Ethernet, SONET/SDH Một vấn đề đặt ra cho mạng quang

WDM là lựa chọn được công nghệ chuyển mạch thích hợp để có thể sử dụng một cách tối ưu

băng thông của sợi quang và giảm thiểu trễ xử lý tại các thiết bị chuyển mạch Ba công nghệ

chuyển mạch quang được nghiên cứu để sử dụng trong mạng WDM là: chuyển mạch kênh

quang, chuyển mạch gói quang và chuyển mạch burst quang Trong ba công nghệ này, chuyển

mạch burst quang ra đời nhằm đáp ứng sự bùng nổ dữ liệu, giải quyết được nhược điểm của

chuyển mạch kênh quang và là bước trung gian trước khi tiến tới chuyển mạch gói quang trong

khi công nghệ chưa cho phép có mạng truyền tải toàn quang Xuất phát từ thực tế trên nhóm

chúng em đã chọn hướng nghiên cứu về chuyển mạch chùm quang Chuyên đề trình bày những

vấn đề cơ bản nhất về chuyển mạch chùm quang Nội dung chuyên đề bao gồm:

Chương 1: Giới thiệu tổng quan và khả năng ứng dụng của công nghệ chuyển mạch

chùm quang ở Việt Nam.

Chương 2: Giới thiệu về chuyển mạch chùm quang Chương này sẽ giới thiệu về các

công nghệ chuyển mạch quang chính là chuyển mạch kênh quang, chuyển mạch burst quang và

chuyển mạch gói quang

Chương 3: Các khía cạnh cơ bản của chuyển mạch burst quang Nội dung chương 3 gồm

có:

 Kiến trúc mạng OBS

 Tổ hợp burst: theo ngưỡng và dựa trên bộ định thời.

 Các cơ chế báo hiệu: JET,JIT,TAG,TAW

 Các thuật toán sắp xếp kênh: với thuật toán hàng ngang (Hoziron) và lấp

khoảng trống (Void Filling)

 Các giải pháp giải quyết tranh chấp: bộ đệm quang, chuyển đổi bước sóng , định

tuyến chuyển hướng, phân đoạn burst

Do giới hạn về mặt thời gian và kiến thức nên chuyên đề không tránh khỏi thiếu sót Rất

mong nhận được những đóng góp từ thầy cô và các bạn để chuyên đề của nhóm được hoàn thiện

hơn

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN

MỤC LỤC

DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT

Asynchronous Transfer ModeBurst Header Packet

Fiber Delay LineFirst Fit Unscheduled ChannelFirst Fit Unscheduled Channel-Void Filling

First In First OutInternet ProtocolJust – Enough – TimeJust – In – TimeLatest Available UnscheduledChannel

Latest Available Unscheduled Channel – Void Filling

Microelectromechanical SystemMinimum End Void

Negative Acknowledgment

Gói tin báo nhận

Bộ tổ hợp burstChế độ truyền tải không đồng bộGói tiêu đề burst

Đường dây trễ quangKênh rỗi phù hợp đầu tiênKênh rỗi phù hợp đầu tiên-thực hiện lấp khoảng trống

Bộ đệm vào trước ra trướcGiao thức Internet

(Tên giao thức)(Tên giao thức)Kênh rỗi với LAUT gần nhất

Kênh rỗi với LAUT gần nhất-thực hiện lấp khoảng trống

Hệ thống vi cơ điệnKhoảng trống kết thúc tối thiểuBản tin báo nhận phủ định

Routing ModuleRouting and Wavelength AssignmentSwitching Control Unit

Synchronous Optical NetworkTell – And – Go

Tell – And – WaitWavelength Division Multiplexing

Chuyển mạch burst quangChuyển mạch kênh quang

Chuyển mạch gói quangThiết bị nối chéo quangGói tin giải phóng kênh

Bộ định tuyếnĐịnh tuyến và gán bước sóngĐơn vị điều khiển chuyển mạchMạng quang đồng bộ

(Tên giao thức)(Tên giao thức)Ghép kênh phân chia bước sóng

Chương 1: Giới thiệu tổng quan và khả năng ứng dụng của công nghệ

chuyển mạch chùm quang ở Việt Nam

1.1 Xu thế phát triển

Xu thế phát triển mạng hiện nay trên thế giới và ở Việt Nam là xây dựng mạng truyền tải quang OTN ( Optical Network Transport ) thay cho mạng NGN ( Next

Generation Network ) dựa trên công nghệ WDM Những nỗ lực phi thường về công nghệ

truyền dẫn quang trong đó tập trung vào việc nghiên cứu các vấn đề công nghệ mạng

WDM trên thế giới hiện nay đang dần đáp ứng được nhu cầu phát triển tất yếu của mạng

Có nhiều vấn đề cần phải giải quyết trong mạng OTN được OTN nhằm ngày càng hoàn

thiện đặc tính mạng Trong các vấn đề đó, chuyển mạch quang trong mạng coi là những

hướng đi hấp dẫn nhất và rất có ý nghĩa

Hình 1.1: Mạng truyền dẫn quang

Một mặt, kỹ thuật này cho phép xây dựng được mạng truyền dẫn quang linh hoạt

và bảo đảm thông suốt các lưu lượng tín hiện lớn Mặt khác nó cho phép nâng cao tính

thông minh cho lớp quang trong khi vẫn đơn giản hoá được rất nhiều cấu trúc mạng Điều

đó có tác động lớn tới việc xây dựng, khai thác và bảo dưỡng mạng rất có hiệu quả sau

này

1.2 Khả năng ứng dụng cho mạng viễn thông Việt nam

Mạng viễn thông Việt Nam hiện đang trong giai đoạn chuyển đối, hướng tới mạng NGN Với tốc độ cơ sở hạ tầng phát triển như hiện nay, khả năng ứng dụng chuyển mạch

quang trong mạng viễn thông Việt Nam là rất lớn Tại thời điểm hiện nay, chuyển mạch

rất lớn nâng mạng quang WDM điểm-điểm thành thế hệ mạng quang trong định tuyến

theo bước sóng DWDM Nằm trong xu hướng phát triển mạng truyền tải tiến tới mạng

toàn quang, chuyển mạch quang sẽ tiến tới chuyển mạch gói quang; chuyển mạch chùm

quang sẽ là bước đệm cho chuyển đổi từ chuyển mạch kênh quang sang chuyển mạch gói

quang hoàn toàn

Việc ứng dụng chuyển mạch quang cho mạng viễn thông Việt Nam trong tương lai cần phải xây dựng với mục tiêu đáp ứng lưu lượng chuyển mạch cũng như khả năng

bảo vệ phục hồi, cụ thể là:

 Xây dựng một mạng chuyển mạch quang cho mạng trục và 3 mạng vùng trung

tâm: Hà Nội, Đà Nẵng và TP Hồ Chí Minh

 Thiết lập các chuyển mạch quang với mục tiêu theo cấu trúc lưới (topo mesh)

nhằm phục vụ cho truyền tải lưu lượng IP/MPLS trong mạng trục, đồng thời sử dụng phương án đảm bảo việc bảo vệ phục hồi dựa trên các tuyến cáp quang quốc

lộ 1A, tuyến cáp quang đường Hồ Chí Minh, tuyến cáp quang biển (xây dựng trong tương lai)

Hình 1.2: Mạng chuyển mạch quang mạng trục mục tiêu

Chương 2: Giới thiệu về chuyển mạch chùm quang

2.1 Khái niệm chuyển mạch quang

Về nguyên lý, một chuyển mạch thực hiện chuyển lưu lượng từ một cổng lối vào hoặc kết nối lưu lượng trên một khối chuyển mạch tới một cổng lối ra Hệ thống chuyển

mạch quang là một hệ thống chuyển mạch cho phép các tín hiệu bên trong các sợi cáp

quang hay các mạch quang tích hợp được chuyển mạch có lựa chọn từ một mạch này tới

một mạch khác.Tuỳ thuộc vào kỹ thuật chuyển mạch mà các thông tin được trao đổi dưới

dạng thời gian thực (chuyển mạch kênh) hoặc dưới dạng ghép kênh thông kê (chuyển

mạch gói) Chuyển mạch kênh là một phương pháp thông tin sử dụng để thiết lập cho

thông tin giữa 2 điểm Số liệu được truyền trên cùng một tuyến và thông tin truyền đi

trong thời gian thực Khác với chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói thực hiện truyền các

gói số liệu độc lập Mỗi gói đi từ một cổng tới một cổng khác theo một đường nào đó

Các gói không thể gửi tới nút kế tiếp khi chưa thực hiện thành công tại nút trước đó Mỗi

nút cần có các bộ đệm để tạm thời lưu các gói Mỗi nút trong chuyển mạch gói yêu cầu

một hệ thống quản lý để thông báo điều kiện truyền thông tin tới nút lân cận trong trường

hợp số liệu truyền bị lỗi

2.2 Chuyển mạch kênh quang

Chuyển mạch kênh quang được thực hiện trong mạng quang định tuyến bước sóng thực hiện thiết lập các bước sóng toàn quang giữa hai nút mạng Sự thiết lập các

luồng quang bao gồm một số bước thực hiện Những bước này bao gồm tìm ra cấu hình

và tài nguyên, định tuyến, gán bước sóng báo hiệu và đặt trước tài nguyên

Tìm ra cấu hình và tài nguyên bao gồm phân bổ và duy trì thông tin trạng thái mạng Thông tin sẽ bao gồm cấu hình mạng vật lý và trạng thái liên kết của mạng Trong

mạng định tuyến bước sóng WDM, những thông tin mày bao gồm các bước sóng có thể

sử dụng trên một tuyến đưa ra trong mạng Một giao thức phổ biến dành cho duy trì

thông tin trạng thái tuyến trong mạng internet là giao thức đường ngắn nhất theo thứ tự

mở (OSPF - Open Shortest Path First)

Vấn đề tìm các tuyến và gán bước sóng cho luồng quang được gọi là bài toán định tuyến và gán bước sóng (RWA- Routing and Wavelength Assignment) Các yêu cầu kết

nối có hai dạng, dạng tĩnh và dạng động.Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo bước sóng

trong các mạng quang đã được phát triển nhanh, nó đã đáp ứng các yêu cầu về băng tần

của người sử dụng mạng Trong mạng định tuyến các nút truy nhập thông tin với nhau

qua các kênh toàn quang, các kênh này được xem như các luồng quang

Hình 2.1: Mạng chuyển mạch kênh quang với các kết nối luồng quang

Một luồng quang được sử dụng để hỗ trợ một kết nối trong mạng định tuyến bước sóng WDM và nó có thể liên kết các sợi quang Trong trường hợp không sử dụng bộ

chuyển đổi bước sóng, một luồng quang chiếm cùng bước sóng trên tất cả các liên kết sợi

mà nó đi qua Đặc tính này gọi là điều kiện ràng buộc bước sóng liên tục Hình 2.1 minh

hoạ một mạng định tuyến bước sóng nối các luồng quang đã được thiết lập giữa các cặp

của các nút truy nhập trên các bước sóng khác nhau Chúng ta giả sử rằng mỗi chuyển

mạch quang được nối tới một nút truy nhập như là một nút Khi đưa ra một tập kết nối,

bài toán thiết lập các luồng quang bằng định tuyến và gán bước sóng mỗi kết nối được

gọi là bài toán định tuyến và gán bước sóng (RWA- routing and Wavelength Assignment)

Đặc trưng của các yêu cầu kết nối có thể gồm 2 loại: tĩnh và động Với lưu lượng tĩnh

toàn bộ tập các kết nối được biết trước và bài toán khi đó thiết lập luồng quang cho các

kết nối này cấu thành toàn bộ trong khi các tài nguyên mạng tối thiểu hoá số bước sóng

hoặc số các sợi trong mạng Với lựa chọn như vậy, nó có thể thiết lập nhiều kết nối này

cho số các bước sóng cố định đưa ra Bài toán RWA cho lưu lượng tĩnh gọi là bài toán

thiết lập luồng quang tĩnh (SLE – Static Lightpath Establishment) Trong trường hợp lưu

lượng động, một luồng quang được thiết lập cho mỗi yêu cầu kết nối đến và luồng quang

được giải phóng sau khi một thời gian hạn định Đối tượng trong trường hợp lưu lượng

động là để thiết lập luồng quang và gán bước sóng theo cách tối thiểu tổng số kết nối tắc

nghẽn hoặc tối đa số các kết nối được thiết lập trong mạng tại bất cứ thời điểm nào Bài

toán này gọi là bài toán thiết lập luồng quang động (DLE Dynamic Lightpath

Establishment).Bài toán SLE có thể được giải như là qui hoạch tuyến tính nguyên, nó là

bài toán NP-đầy đủ Để giải bài toán dễ dàng hơn, bài toán SLE có thể chia thành 2 bài

toán nhỏ – (1) định tuyến, (2) gán bước sóng – mỗi bài toán này giải theo những cách

khác nhau Một số thuật toán trong đưa ra các thuật toán gần đúng để giải bài toán SLE

cho các mạng lớn và các thuật toán tô màu đồ thị được dùng để gán các bước sóng tới các

luồng quang một khi các luồng quang được định tuyến đúng Việc giải các bài toán thiết

lập luồng quang động là khó hơn, các phương pháp heuristic thường được dùng Phương

pháp heuristic thực hiện cho cả hai bài toán định tuyến và gán bước sóng

2.3 Chuyển mạch burst quang

Trong các mạng chuyển mạch chùm quang, các chùm dữ liệu bao gồm nhiều gói được chuyển mạch thông qua mạng toàn quang Một bản tin điều khiển (tiêu đề) được

truyền đi trước chùm để thiết lập cấu hình chuyển mạch trên tuyến truyền của chùm Các

chùm dữ liệu truyền sau tiêu đề mà không cần đợi bản tin xác nhận kết nối đã hoàn thành

Một mạng chuyển mạch chùm quang bao gồm các nút chuyển mạch chùm quang được liên kết với nhau qua các tuyến sợi quang Nút mạng OBS chỉ ra như hình 2, nó có

thể hoặc các nút biên hoặc là các nút lõi

Mỗi sợi quang có thể hỗ trợ các kênh đa bước sóng sử dụng ghép kênh WDM

Một chuyển mạch chùm quang truyền tải một chùm từ một cổng đầu vào tới cổng đầu ra

tại đích của nó Các sợi liên kết có thể mang nhiều bước sóng, mỗi bước sóng có thể được

xem như một kênh mang thông tin (truyền các chùm thông tin) Gói điều khiển có thể

được truyền trong băng trên cùng kênh dữ liệu hoặc trên một kênh điều khiển riêng Một

chùm có thể mang một hay nhiều gói IP

Hình 2.2: Cấu trúc mạng OBS

Tại lối vào nút biên các gói đến được kết hợp từ các đầu cuối client thành các chùm Các chùm được truyền toàn quang trên các bộ định tuyến lõi OBS Lối ra nút biên

trên chùm thu về sẽ tách thành các gói và chuyển tiếp các gói tới các client đích

Hình 2.3: Truyền các gói trên mạng OBS

Hình dưới đây minh hoạ các chức năng khác nhau trong mạng chuyển mạch chùm quang Đầu vào nút biên thực hiện kết hợp thành chùm, định tuyến, gán bước sóng và lập

lịch cho các chùm tại nút biên Nút lõi thực hiện báo hiệu, lập lịch các chùm trên các liên

kết lõi và giải quyết tranh chấp Đầu ra nút biên chủ yếu là tách các gói từ các chùm và

chuyển các gói tới lớp mạng cao hơn

Hình 2.4: Sơ đồ khối chức năng của các nút OBS

Bộ định tuyến lõi bao gồm một bộ nối chéo OXC và một khối điều khiển chuyển mạch (Switching Control Unit - SCU) Khối điều khiển chuyển mạch tạo và duy trì bảng

chuyển tiếp và thực hiện cấu hình OXC Khi SCU nhận được một gói tiêu đề chùm nó

xác định đích của chùm và chỉ thị cho bộ định tuyến xử lý báo hiệu để tìm ra cổng ra

mong muốn Nếu cổng ra khả dụng khi đó chùm số liệu đến, SCU cấu hình cho OXC cho

số liệu đi qua Nếu cổng ra không khả dụng thì OXC sẽ được cấu hình phụ thuộc trên

mức độ tranh chấp bổ sung trong mạng Tóm lại SCU thực hiện phiên dịch tiêu đề, lập

lịch, phát hiện tranh chấp, quyết định, tra cứu bảng định tuyến, điều khiển ma trận chuyển

mạch, ghi lại tiêu đề chùm và điều khiển chuyển đổi bước sóng Trong trường hợp một

chùm số liệu đến OXC trước gói điều khiển của nó, chùm khi đó sẽ bị mất

Bộ định tuyến biên thực hiện các chức năng sắp xếp các gói, đệm các gói, kết hợp các gói thành chùm, tách các gói nguyên thuỷ của nó Kiến trúc định tuyến biên bao gồm

một khối định tuyến (Routing Module - RM), một bộ kết hợp chùm một bộ lập lịch Khối

định tuyến lựa chọn cổng ra thích hợp cho mỗi gói và gửi mỗi gói đến khối kết hợp chùm

tương ứng Mỗi khối kết hợp chùm thực hiện kết hợp các gói với các tiêu đề cho bộ định

tuyến lối cụ thể Trong khối kết hợp chùm, có một hàng đợi gói riêng cho từng lớp lưu

lượng Bộ lập lịch tạo ra một chùm theo kỹ thuật kết hợp chùm và truyền chùm ra cổng ra

mong muốn Tại bộ định tuyến đầu ra, chùm được tách ra thanh các gói và chuyển lên lớp

mạng cao hơn

2.4 Chuyển mạch gói quang

Hình 2.5 là một ví dụ của nút chuyển mạch gói quang cơ bản Một nút bao gồm một chuyển mạch quang có khả năng cấu hình dựa trên gói Khối chuyển mạch tái cấu

hình dựa trên thông tin tiêu đề của một gói Tiêu đề gói được xử lý bằng điện nó hoặc có

thể mang trong băng cùng gói hoặc trên một kênh điều khiển riêng Phải mất một thời

gian để tiêu đề và chuyển mạch thiết lập, các gói có thể bị trễ bằng cách truyền qua

đường trễ sợi quang

Về nguyên tắc chuyển mạch gói toàn quang tổ chức dựa trên gói tiêu đề và điều khiển được thực hiện trong miền quang, tuy nhiên phải trong nhiều năm nữa mới thực

hiện được Trong thời điểm hiện nay chuyển mạch gói quang sử dụng điều khiển điện tử

để xử lý tiêu đề gói là thực tế hơn Trong chuyển mạch gói quang tiêu đề hoặc nhãn được

đọc và so sánh với một bảng định tuyến Tải số liệu sau đó sẽ được định tuyến tới cổng ra

tương ứng với một nhãn mới (trao đổi nhãn) Điều quan trọng là tải tin được truyền trong

suốt qua chuyển mạch

Hình 2.5: Kiến trúc một chuyển mạch gói quang

Mục tiêu xây dựng mạng quang ngày nay là bổ sung khả năng thiết lập động lớp truyền tải quang dựa trên các bộ nối chéo quang OXC (Optical Cross Connect) với một

kiến trúc và quản lý và điều khiển phù hợp Trong tương lai gần mạng OTN sẽ có khả

năng hỗ trợ số lượng lớn dung lượng lên tới 40 Gbit/s

Hình 2.6: Mạng truyền tải quang

Hình này biểu thị cấu trúc OTN bao gồm các OXC được nối với nhau dưới dạng mesh, mỗi sợi sử dụng hàng trăm bước sóng, các OXC có khả năng kết nối hàng nghìn

kênh bước sóng Như vậy OTN sẽ cung cấp luồng quang tới client như là các bộ định

tuyến IP, các phần tử mạng SONET/SDH và chuyển mạch ATM Trên hình vẽ này chỉ ra

liên kết giữa 2 bộ định tuyến IP Thêm vào đó một lớp điều khiển chuyển mạch cần để

thiết lập tuyến trên mạng và nó tương tác với bộ điều khiển OXC để khởi tạo chuyển

mạch trong OXC Một kênh báo hiệu giữa các nút đảm bảo rằng mỗi OXC biết được

trạng thái tài nguyên mạng, các tuyến khả dụng

Việc thiết lập mạng truyền tải quang động sẽ cho phép cung cấp nhanh các tuyến dung lương cao, do vậy trong tương lai bước phát triển công nghệ cho phép cung cấp số

lượng lớn các kênh quang Nếu được như vậy trong tương lai chỉ cần chuyển mạch kênh

quang là thoả mãn nhu cầu băng tần Tuy nhiên không phải là như vậy do lý do sau, ví dụ

trong mạng OTN chỉ cần đưa ra tính chất hạt tại mức bước sóng và nếu nguồn lưu lượng

là chùm, dung lượng kênh được sử dụng có thể sẽ xảy ra xung đột trên phạm vi mạng

Trong tương lai OXC được phát triển cho mạng OTN có thể hỗ trợ cho lớp chuyển mạch gói quang Hình sau mô tả mạng quang bao gồm OXC và chuyển mạch gói

quang OPS

Hình 2.7: Chuyển mạch gói quang tại nút lõi và nút biên

Chuyển mạch gói quang sử dụng trong nút lõi, các gói được chuyển qua mạng tại chuyển mạch ở nút lõi, ở đó tuyến được lựa chọn và tiêu đề được trao đổi Bằng cách này

OPS sẽ tối ưu được tài nguyên mạng và tối ưu được tổng dung lượng mạng như vậy sẽ

làm giảm kích cỡ của OXC Tạo các nút chuyển mạch biên có giao diện với cả mạng

truyền tải OTN và IP

Chương 3: Các khía cạnh cơ bản của chuyển mạch burst quang

3.1 Kiến trúc mạng OBS

Như đã đề cập ý tưởng của chuyển mạch burst quang là phân chia mặt bằng dữ liệu và mặt bằng điều khiển và thực hiện báo hiệu ngoài băng để cho phép truyền tải dữ

liệu trong miền quang một cách hiệu quả hơn Đơn vị dữ liệu truyền tải trong mạng OBS

là các burst gồm có gói tin điều khiển và burst dữ liệu Mạng OBS thực hiện việc báo

hiệu ngoài băng: gói tin điều khiển được truyền trên một kênh bước sóng khác với burst

dữ liệu để cấu hình các chuyển mạch từ nguồn tới đích Gói tin điều khiển mang thông tin

về chiều dài burst, thời điểm burst truyền cũng như các thông tin định tuyến khác Một

khi tài nguyên đã được dự trữ các burst sẽ được phát đi Để làm được điều đó người ta đề

xuất xây dựng một mạng OBS với kiến trúc như sau

Hình 3.1: Kiến trúc mạng OBS

Mạng OBS về bản chất là một mạng WDM trên đó nó thực hiện công nghệ chuyển mạch OBS Mạng OBS bao gồm các nút biên (edge node) và các nút lõi (core

node) được kết nối với nhau bằng các liên kết WDM

Nút biên mạng OBS thực hiện giao diện với mạng khác như mạng IP, SONET/SDH hay Ethernet Nút biên vì thế có khả năng giao tiếp cả trong miền điện và

miền quang và có khả năng biến đổi điện quang cũng như chuyển đổi bước sóng để tương

thích với tín hiệu truyền trên các liên kết quang WDM Nút biên trên cơ sở truyền tải

burst có thể phân thành nút biên đầu vào và nút biên đầu ra Nút đầu vào ở phía phát vào

thực hiện tổ hợp các gói tin từ các đầu cuối thành các burst và tạo các gói tin điều khiển,

định tuyến và sắp xếp bước sóng để truyền các burst dữ liệu vào mạng lõi OBS Nút đầu

ra ở phía thu thực hiện giải tổ hợp các burst thành các gói tin và gửi tới các mạng đích

Nếu một nút biên thực hiện thông tin hai chiều thì nó sẽ đóng vai trò vừa là nút đầu vào

vừa là nút đầu ra

Nút lõi có nhiệm vụ cơ bản là chuyển tiếp burst từ các cổng đầu vào tới các cổng đầu ra tương ứng, dự trữ các kênh bước sóng cho các burst dữ liệu dựa trên thông tin

trong các gói tin điều khiển và giải quyết tranh chấp Hình dưới đây mô tả các thành

phần của mạng OBS với các chức năng khác nhau

Hình3.2: Sơ đồ khối chức năng của mạng OBS

3.1.1 Cấu tạo nút biên

Các nút biên là các router biên có khả năng giao diện điện và quang, thực hiện chức năng phân loại gói tin, lưu đệm các gói tin, tổ hợp các gói tin thành các burst và giải

tổ hợp burst thành các gói tin cấu thành Các phương pháp tổ hợp burst khác nhau như

dựa trên thời gian của bộ định thời hoặc dựa trên kích thước các gói tin có thể được sử

dụng để tổ hợp các gói tin dữ liệu thành các burst và gửi vào trong mạng lõi OBS Cấu

tạo của một router biên bao gồm một bộ định tuyến RM (Routing Module), các bộ tổ hợp

burst BA (Burst Assembler) và các bộ lập lịch kênh S (Scheduler)

Hình 3.3: Cấu tạo nút biên

Bộ định tuyến kiểm tra thông tin định tuyến của từng gói tin, chọn lựa các cổng

ra thích hợp cho từng gói tin và gửi nó đến bộ tổ hợp burst thích hợp Mỗi bộ tổ hợp

burst tạo ra các burst chứa các gói dữ liệu đến cùng một đích tới (cùng một router biên

đầu ra) Trong mỗi bộ tổ hợp burst còn có hàng đợi khác nhau cho các loại gói tin ứng

với các dịch vụ khác nhau Bộ lập lịch kênh dự trữ kênh bước sóng cho các burst dữ liệu

và chuyển các burst dữ liệu tới các cổng đầu ra tương ứng Ở nút biên đầu ra, bộ giải tổ

hợp burst sẽ tiến hành tách các gói tin từ các burst này và chuyển tiếp lên các lớp trên

3.1.2 Cấu tạo nút lõi

Nút lõi gồm có OXC và một đơn vị điều khiển chuyển mạch SCU (Switching Control Unit), các bộ chuyển đổi quang – điện – quang, các bộ ghép kênh, phân kênh Ta

xét hai phẩn tử chính là OXC và SCU SCU tạo và duy trì một bảng chuyển tiếp và chịu

trách nhiệm cấu hình cho OXC Khi gói tin điều khiển tới nút lõi nó sẽ được biến đổi từ

miền quang vào miền điện và đi đến SCU SCU đọc thông tin trong gói xác định đích đến

của gói này và burst dữ liệu theo sau, kế đó tra cứu thông tin trong bảng chuyển tiếp để

đưa đến quyết định chuyển tiếp dữ liệu đến cổng ra nào của OXC Đồng thời SCU cũng

chịu trách nhiệm dự trữ kênh bước sóng cho burst dữ liệu ở đầu ra Gói tin điều khiển sau

đó sẽ được cập nhật thêm thông tin điều khiển nếu như nút hiện tại chưa phải là đích cuối

cùng của nó và được biến đổi điện quang và truyền ra kênh bước sóng đầu ra tương ứng

Trước khi burst dữ liệu đi đến router lõi, SCU sẽ điều khiển OXC thiết lập kết nối từ

cổng đầu vào đến đầu ra tương ứng cho burst dữ liệu đó Tại nút lõi có nhiều kịch bản có

thể xảy ra Nếu gói tin điều khiển không thành công trong việc dự trữ tài nguyên cho

burst dữ liệu thì cả gói tin điều khiển và burst dữ liệu sẽ bị hủy bỏ Hoặc khi các burst dữ

liệu tại các đầu vào cùng muốn đến một cổng đầu ra của OXC, khi đó tranh chấp sẽ xảy

ra và SCU sẽ có nhiệm vụ phát hiện và giải quyết tranh chấp này theo các chính sách giải

quyết tranh chấp mà mạng sử dụng Có hai phương pháp giải quyết tranh chấp mà phần

3.5 của chuyên đề đề cập đến là sử dụng các đường dây trễ quang và chuyển đổi bước

sóng Để thực hiện được các phương pháp này đòi hỏi nút lõi mạng OBS phải trang bị

Hình 3.4: Cấu tạo nút lõi

Ta có thể thấy các gói tin khi đi vào các node biên sẽ được định tuyến để chuyển rồi mới chuyển đến các bộ tổ hợp và sau đó được lập lịch và sắp xếp trên bước sóng đầu

ra tương ứng Tại các node lõi sẽ chỉ có trách nhiệm chuyển tiếp gói tin đi nhờ xử lý các

thông tin báo hiệu và lập lịch Tại node biên đầu ra sẽ burst sẽ được giải tổ hợp và phân

phối đến địa chỉ.Trong mạng OBS xử dụng các giao thức định tuyến OSPF và GMPLS

Có thể thấy tuyến đã được lựa chọn tại node biên, các node đích chỉ việc chuyển tiếp

Nếu đi thêm về các giao thức trên thì chuyên đề sẽ quá dài và không tập trung vào đặc

điểm riêng chính của OBS nên nhóm sẽ không trình bày cụ thể về các giao thức định

tuyến trên Mục tiếp theo sẽ đề cập đến quá trình tổ hợp burst là một trong những đặc

điểm nổi bật của OBS

3.2 Tổ hợp burst

Tổ hợp burst là tiến trình tập hợp và đóng các gói ở router nút biên đầu vào từ các lớp cao hơn thành các burst để truyền tải vào mạng OBS Khi các gói tin đi đến từ lớp

cao hơn, chúng được lưu đệm trong các bộ nhớ đệm điện và được phân loại theo địa chỉ

và loại dịch vụ Việc tổ hợp burst sẽ quyết định khi nào tạo ra một burst và gửi burst đó

vào mạng OBS Hai phương pháp tổ hợp burst phổ biến nhất là tổ hợp burst dựa trên bộ

định thời và tổ hợp burst dựa trên mức ngưỡng

3.2.1 Tổ hợp burst dựa trên bộ định thời

Như đã trình bày trong phần 3.1.1, các router biên có cấu tạo gồm có bộ định tuyến, các bộ tổ hợp burst và các bộ lập lịch kênh Khi các gói tin đến router biên, bộ

định tuyến sẽ căn cứ vào địa chỉ đích của các gói tin để chuyển các gói tin này đến bộ tổ

hợp burst thích hợp Các gói tin này sẽ được lưu đệm tạm thời trong các hàng đợi khác

nhau nằm trong bộ tổ hợp burst Trong phương pháp tổ hợp burst dựa trên bộ định thời,

mỗi bộ tổ hợp burt sẽ tham chiếu thời gian của một bộ định thời cục bộ nằm trên một

hàng đợi để quyết định việc tổ hợp các gói tin thành các burst Thời điểm bộ định thời

bắt đầu đếm thời gian có thể là ngay sau khi một burst trước đó được lập lịch để truyền

đi hoặc ngay sau khi gói tin đầu tiên đến hàng đợi sau khi hàng đợi trống Sau một

khoảng thời gian T được cấu hình từ trước, các gói tin trong hàng đợi đó sẽ được tổ hợp

thành một burst và lập lịch để truyền đi Phương pháp tổ hợp burst này sẽ tạo ra các burst

có chiều dài ngẫu nhiên Lưu lượng vào mạng thay đổi phần lớn sẽ quyết định chiều dài

của burst Lưu lượng vào mạng lớn, burst sẽ có kích thước lớn, lưu lượng vào mạng nhỏ,

burst sẽ có kích thước nhỏ Tuy nhiên, thời gian của bộ định thời cũng là một nhân tố

quyết định kích thước các burst

Hình 3.5: Tổ hợp burst dựa trên bộ định thời

3.2.2 Tổ hợp burst dựa trên mức ngưỡng

Một vấn đề đặt ra cho việc tổ hợp burst là làm sao tìm ra giá trị của bộ định thời

và kích thước ngưỡng để tối thiểu hóa xác suất mất gói trong mạng OBS Nếu như mức

ngưỡng quá thấp dẫn đến kích thước burst nhỏ, số lượng burst truyền trong mạng sẽ

nhiều dẫn đến xác suất xảy ra xung đột ở các router lõi cao, nhưng số lượng gói trung

bình bị mất do xung đột lại nhỏ Tuy nhiên, số lượng burst nhiều sẽ làm tăng áp lực lên

mặt bằng điều khiển do phải xử lý nhiều các gói tin điều khiển của mỗi burst dữ liệu Nếu

thời gian cấu hình cho mỗi nút chuyển mạch không được bỏ qua, các burst ngắn sẽ khiến

cho việc sử dụng tài nguyên một cách kém hiệu quả do phải mất nhiều thời gian chuyển

mạch Ngược lại, khi mức ngưỡng lớn dẫn đến kích thước burt lớn, số lượng burst vào

mạng sẽ nhỏ, do đó xác suất xảy ra xung đột sẽ nhỏ nhưng số lượng gói trung bình bị mất

do xung đột sẽ lớn

Vì thế, cần có một sự cân bằng giữa số lượng xung đột và số lượng gói mất trung bình tại mỗi lần xung đột Do đó, hoạt động của mạng OBS sẽ được cải thiện khi các gói

đến được tổ hợp thành burst với một kích thước tối ưu Tương tự, phương pháp tổ hợp

burst dựa trên bộ định thời cũng cần giá trị tối ưu về mặt thời gian

Việc lựa chọn phương pháp tổ hợp burst tùy thuộc vào loại lưu lượng được truyền

đi Phương pháp tổ hợp burst dựa trên bộ định thời thích hợp với các lưu lượng bị giới

hạn về mặt thời gian như các dịch vụ thời gian thực như thoại, truyền tải video vì thời

gian trễ tổ hợp burst bị giới hạn Nếu không có giới hạn về độ trễ, phương pháp tổ hợp