CHƯƠNG 5: GIẢI QUYẾT TRANH CHẤP
5.4 Sự phân đoạn burst
Trong các phương pháp chuyển mạch chùm quang hiện tại, khi tranh chấp giữa hai burst không thể giải quyết được, một trong hai burst sẽ bị rớt trong trạng thái nguyên vẹn của nó, thậm chí sự chồng lắp của hai chùm dữ liệu có thể là rất nhỏ. Cho những ứng dụng chắc chắn, trong đó có những yêu cầu rất khắt khe về trì hoãn nhưng những yêu cầu mất gói thì giảm bớt, việc mất một vài gói dẫu sao vẫn tốt hơn là mất toàn bộ gói burst dữ liệu.
Một kỹ thuật giải quyết tranh chấp được nghiên cứu đó là: sự phân đoạn burst (Burst Segmentation). Phương pháp này làm giảm suy hao gói bằng cách chia burst thành các đoạn và chỉ drop những đoạn nào có tranh chấp với burst khác. Một ưu điểm quan trọng của phân đoạn burst là nó cho phép các burst được phân đoạn có sự ưu tiên hơn so với những burst khác.
Trong phân đoạn burst dữ liệu, một burst sẽ gồm nhiều đơn vị vận chuyển cơ bản gọi là các segment. Mỗi segment gồm có tiêu đề segment và payload (tải). Tiêu đề segment bao gồm các trường đồng bộ bit, thông tin sửa lỗi, thông tin về nguồn, đích, và chiều dài của segment trong trường hợp các segment có chiều dài thay đổi.
Payload của segment có thể mang bất cứ loại dữ liệu nào ví dụ như các gói IP, các cell ATM hay cũng có thể là các khung Ethernet… như trong hình 5.1.
Hình 5.1-Tiêu đề segment.
Khi hai burst tranh chấp với nhau trong mạng chuyển mạch chùm quang, chỉ có một số segment của burst này chồng lắp với chùm kia sẽ bị rớt như trong hình 5.2. Nếu thời gian chuyển mạch là đáng kể thì sau đó các segment thêm vào sẽ bị mất trong khi bộ chuyển mạch đang được cấu hình lại. Burst đến đầu tiên sẽ được xem là burst ban đầu, burst đến tiếp sau đó sẽ được xem là burst dữ liệu tranh chấp.
Một burst là burst ban đầu hay là burst tranh chấp tùy thuộc vào việc nó đến trước hay đến sau chứ không tùy thuộc BHP của nó đến trước hay sau.
Hình 5.2-Lựa chọn segment bị rớt cho hai burst có tranh chấp.
Để duy trì sự trong suốt dữ liệu và định dạng, lớp quang không cần phải biết trước những ranh giới segment thực sự và định dạng dữ liệu payload của segment.
Trong trường hợp này, lớp quang chỉ cần biết trước các thông tin như: node nguồn và đích, thời gian offset, khoảng thời gian tồn tại và mức độ ưu tiên của burst.
Một vấn đề khác trong phân đoạn burst là chọn đoạn burst nào sẽ bị rớt khi có tranh chấp xảy ra giữa hai burst. Có hai cách để xác định segment nào bị rớt đó là: tail-dropping (rớt đuôi) và head-dropping (rớt đầu). Trong tail-dropping, những segment trùng lấp cuối cùng của burst ban đầu sẽ bị rớt. Trong head-dropping, những segment đầu trùng lấp của burst tranh chấp sẽ bị rớt. Ưu điểm của tail- dropping so với head-dropping là có sự chuyên chở nối tiếp của các gói tại đích, ví dụ như các gói bị drop có thể được truyền lại sau đó. Tuy nhiên trong head- dropping, burst sẽ đến được node mà không gặp phải bất kỳ sự tranh chấp nào.
Trong phương pháp modified tail-dropping chỉ có phần đuôi bị trùng lấp của burst ban đầu nếu số segment trong phần đuôi trùng lấp nhỏ hơn tổng số segment trong burst tranh chấp. Nếu số segment trong phần đuôi trùng lấp lớn hơn số segment trong burst tranh chấp thì toàn bộ burst tranh chấp sẽ bị drop. Cách này làm tối thiểu số lượng gói bị mất trong quá trình xảy ra tranh chấp. Một vấn đề khác nảy sinh khi phần đuôi của burst bị rớt là header cho burst, phần header này có thể được đưa đến trước khi sự phân đoạn xảy ra và nó văn còn chứa chiều dài ban đầu. Do đó những node ở luồng dưới có thể không biết rằng burst đã bị bỏ rớt một đoạn. Nếu những node ở luồng dưới không nhận biết được sự mất đoạn của burst thì những segment đuôi bị cắt trước đó sẽ xung đột với những burst khác, mặc dù những segment này đã bị rớt tại một node trước đó. Sự xung đột này có thể dẫn đến mất gói không cần thiết.
Nếu phương thức tail-dropping là được duy trì tuyệt đối trong mạng thì phần đuôi của burst bị cắt sẽ luôn luôn được chặn trước trong trường hợp xung đột, và sẽ
không bao giờ chặn trước những đoạn của bất kỳ burst xung đột khác. Tuy nhiên trong trường hợp phần đuôi bị drop không được duy trì tuyệt đối, thì cần phải có một sự can thiệp để tránh sự mất gói không cần thiết. Một giải pháp đơn giản là gửi đi một trailer hoặc một thông báo điều khiển kèm theo, để thông báo cho các node ở luồng dưới dọc theo tuyến khi nào burst bị cắt sẽ kết thúc.
Trailer được tạo ra dưới dạng điện tại bộ chuyển mạch lõi nơi mà sự tranh chấp sẽ được giải quyết và thời gian tạo ra trailer được tính trong thờia gian offset như là một phần thời gian xử lý header của burst tại mỗi node. Cần lưu ý rằng trailer là cần thiết chỉ khi phương pháp modified tail-dropping được triển khai. Nếu head- dropping được sử dụng thì header của burst bị cắt có thể cập nhật ngay lập tức tại node tranh chấp. Đồng thời nếu tail-dropping chính xác được dùng thì những đoạn đuôi bị rớt sẽ luôn luôn không có sự xung đột và sẽ không bao giờ chặn trước những đoạn khác, ngay cả tại những node sau đó trong tuyến cũng sẽ không có xung đột xảy ra.
Ngay cả khi nếu một trailer được tạo ra thì nó cũng không thể hoàn toàn xóa bỏ sự xung đột với những đoạn burst đã bị drop. Hình 5.3 mô tả trường hợp gói trailer tới node luồng dưới trước header của burst xung đột (burst b). Ngay khi gói trailer được nhận node sẽ cập nhật chiều dài mới của burst ban đầu (burst a). Do đó khi header điều khiển của burst tranh chấp (burst b) tới, sự xung đột ảo được hủy bỏ.
Hình 5.3-Hiệu ứng của gói trailer.
Trong trường hợp hình 5.4, header của burst tranh chấp (burst b) đến trước trailer của burst ban đầu (burst a) tại một node sau đó, do vậy mà bộ chuyển mạch sẽ dò tìm tranh chấp ngay cả khi các gói đuôi của burst ban đầu vừa được drop. Mặc dù gói trailer không thể loại trừ hoàn toàn sự xung đột ảo nhưng nó vẫn tối thiểu sự xung đột xảy ra. Chính vì vậy việc sớm tạo ra và truyền các trailer của các node ở trên là rất quan trọng.
Hình 5.4-Tính hiệu quả của gói trailer.
Một tham số hệ thống có ảnh hưởng rất lớn đến sự phân đoạn burst đó là thời gian chuyển mạch. Nếu node không thực thi bất kỳ sự đệm nào hoặc một cơ chế trì hoãn nào khác, thì thời gian chuyển mạch là một sự đo đạc trực tiếp số lượng gói bị mất trong quá trình tái cấu hình bộ chuyển mạch dẫn đến tranh chấp. Do vậy, thời gian chuyển mạch chậm sẽ cho kết quả mất gói cao hơn trong khi thời gian chuyển mạch nhanh sẽ cho kết quả mất gói thấp hơn. Các bộ chuyển mạch toàn quang hiện tại sử dụng hệ thống MEMS (microelectro-mechanical systems). Đây là công nghệ có khả năng chuyển mạch tính theo miligiây (ms). Trong khi đó chuyển mạch dùng SOA (semiconduton optical amplifier) có khả năng chuyển mạch tính theo nano giây (ns). Vì thời gian chuyển mạch cao nên chuyển mạch MEMS có thể không thích hợp cho mạng chuyển mạch chùm quang mà chỉ thích hợp cho những mạng quang chuyển mạch-mạch.