CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT BÁO HIỆU
4.1 Sự phân loại các giao thức báo hiệu
4.1.6 Báo hiệu tập trung hoặc phân tán
Trong kỹ thuật báo hiệu tập trung, một yêu cầu về tập trung riêng có nhiệm vụ thiết lập đường đi và gán bước sóng trên mỗi tuyến cho mỗi burst dữ liệu trên tất cả các cặp điểm nguồn-đích trong mạng lưới. Kỹ thuật báo hiệu tập trung có thể có hiệu quả cao hơn khi dùng cho mạng luới vừa và nhỏ, lưu lượng truy cập không có tính chùm. Còn đối với kỹ thuật báo hiệu phân tán, tại mỗi node đều có danh mục burst, danh mục burst này gán một kênh outgoing cho mỗi BHP đến. Kỹ thuật phân tán thì thích hợp để sử dụng trong những mạng quang có qui mô lớn và lưu lượng có tính chùm.
Mục đích chung của cơ cấu báo hiệu là chúng ta có thể phân loại các kỹ thuật báo hiệu dựa trên những sự chọn lựa các thông số, và hiệu quả hoạt động của kỹ thuật thì có thể được suy luận ra.
Hai kỹ thuật báo hiệu nổi bật nhất hiện nay dành cho mạng quang OBS đó là Tell-and-Wait (TAW) và Just-Enough-Time (JET). Trong cả hai kỹ thuật trên, thông điệp báo hiệu (BHP) được gửi ở tiêu đề của burst dữ liệu để xác lập những chuyển mạch dọc theo đường đi.
4.2 Kỹ thuật báo hiệu Just-Enough-Time (JET):
Kỹ thuật báo hiệu JET được minh họa trong hình 2.7. Trong kỹ thuật này, đầu tiên node nguồn gửi một tiêu đề chùm BHP trên kênh điều khiển về phía node đích. BHP được xử lý tại mỗi nút tiếp theo để thiết lập một đường truyền toàn quang cho burst dữ liệu tương ứng. Nếu sự chiếm giữ thành công, thì bộ chuyển mạch sẽ được cấu hình trước khi burst dữ liệu đến. Trong lúc đó, burst dữ liệu vẫn đợi tại nguồn dưới dạng điện. Sau thời gian offset định trước, burst dữ liệu được gửi đi trên bước sóng đã lựa chọn hoàn toàn trong miền quang.
Hình 4.3- Kỹ thuật báo hiệu JET
Thời gian offset được tính dựa trên số bước nhảy từ nguồn đến đích và thời gian chuyển mạch của nút lõi:
Trong đó:
h là số chặn giữa nguồn và đích.
δ là số bước nhảy trong khoảng thời gian xử lý tiêu đề chùm.
ST là thời gian cấu hình lại chuyển mạch.
Nếu tại bất kỳ một node trung gian nào đó mà sự chiếm giữ tài nguyên không thành công thì chùm sẽ bị rớt. Đặc trưng nổi bật của JET khi so sánh với các cơ chế báo hiệu 1 chiều khác đó là sự chiếm giữ có trì hoãn và giải phóng không tường minh. Thông tin cần thiết để duy trì cho mỗi kênh của cổng ngõ ra trong bộ chuyển mạch sử dụng JET bao gồm thời gian bắt đầu và kết thúc của tất cả các burst đã được sắp xếp, điều này làm cho hệ thống khá phức tạp. Mặt khác, JET có thể phát hiện các trạng thái không có sung đột xảy ra, mặc dù thời gian bắt đầu của một burst mới có thể sớm hơn thời gian kết thúc của một burst đã được chấp nhận, một burst có thể được truyền trong khoảng giữa hai burst đã lưu trước đó. Vì thế, các burst được chấp nhận với một khả năng cao hơn trong JET. Điều này được minh họa trong hình sau:
Hình 4.4-Sự chiếm kênh trong JET.
Trong báo hiệu JET, thời gian trễ được tính bởi tổng thời gian kết hợp chùm, thời gian offset, thời gian truyền burst dữ liệu và thời gian trì hoãn truyền giữa các node:
Trong đó:
tagg là thời gian kết hợp burst.
tot là thời gian offset.
tb là thời gian truyền chùm dữ liệu.
tpij là thời gian trì hoãn truyền giữa nút i và nút j.
4.3 Kỹ thuật báo hiệu Tell-And-Wait (TAW):
Kỹ thuật báo hiệu TAW được minh họa trong hình 4.5. Trong kỹ thuật này, sự thiết lập BHP được gửi dọc theo tuyến chùm để thu thập thông tin về các kênh có thể sử dụng được ở mỗi node trên tuyến đường. Tại đích, một thuật toán gán kênh được thực thi và giai đoạn chiếm giữ trên mỗi tuyến liên kết được xác định dựa vào thời gian kênh có sẵn sớm nhất trong tất cả các node trung gian. Sự xác nhận BHP được gửi theo hướng ngược lại từ đích đến nguồn để lưu trữ kênh cho yêu cầu tại mỗi node trung gian. Tại một node bất kỳ dọc theo đường truyền, nếu các kênh yêu cầu đã bận thì một yêu cầu giải tỏa BHP được gửi đến đích để giải tỏa các tài nguyên đã được lưu trữ trước đó trước. Nếu sự xác nhận gói đi đến tận node nguồn một cách thành công thì sau đó burst sẽ được gửi vào các node lõi của mạng.
Ngoài ra, vì TAW tương tự như mạng định tuyến bước sóng, kênh truyền có thể được chiếm theo hướng đến như trong cách khởi tạo sự lưu trữ từ nguồn SIR hoặc chiếm giữ từ đích trở về nguồn giống như cách khởi tạo sự lưu trữ tại đích DIR. Báo hiệu TAW trong OBS khác với định tuyến bước sóng trong mạng WDM ở chỗ, trong TAW tài nguyên được lưu trữ tại mỗi node chỉ trong khoảng thời gian của chùm. Ngoài ra, nếu thời gian của chùm được biết như là khoảng thời gian chiếm dụng thì sau đó một mô hình giải phóng không tường minh sẽ được triển khai để tận dụng tối đa băng thông.
Nếu so sánh giữa TAW và JET thì điểm bất lợi của TAW là thời gian thiết lập, tuy nhiên trong TAW thì việc mất dữ liệu là thấp. TAW tốn thời gian gấp 3 lần thời gian trì hoãn truyền 1 chiều từ nguồn đến đích để cho burst dữ liệu đến được đích.Thời gian trì hoãn end-to-end được tính bằng tổng thời gian tập hợp burst, thời gian thiết lập kết nối, thời gian truyền burst và thời gian trì hoãn truyền burst dữ liệu. Thời gian offset có thể được cộng theo vào nếu tổng thời gian xử lý BHP trên mỗi bước nhảy (trạm) tại tất cả các nút trung gian cộng với thời gian cấu hình một bộ chuyển mạch rất lớn hơn so với thời gian thiết lập kết nối.
Ngoài ra
Trong đó:
tagg là thời gian kết hợp chùm.
tot là thời gian offset.
tb là thời gian truyền chùm dữ liệu.
tpij là thời gian trì hoãn truyền giữa nút i và nút j.
Hình 4.5-Kỹ thuật báo hiệu TAW.
4.4 Kỹ thuật báo hiệu INI:
Vài kỹ thuật báo hiệu đã được đề xướng cho việc truyền dữ liệu trong mạng toàn quang. Để phù hợp bộ lưu trữ tài nguyên động yêu cầu truyền tài nguyên đến, kỹ thuật báo hiệu đầu tiên phải tìm tuyến đường từ nguồn tới đích, sơ đồ những chùm trên một bước sóng đặc biệt tại mỗi nút trung gian.
Hầu hết kỹ thuật báo hiệu phân tán thông thường dùng kỹ thuật TAW, quản lí và cấp dữ liệu vừa đủ thời gian (JET). TAW là hai đường, tin báo nhận là nền tảng kỹ thuật báo hiệu dùng thiết lập rõ ràng và thông báo kiểm soát giải phóng.
JET là một hướng kỹ thuật báo hiệu nền tảng. Để tránh chuyển đổi tín hiệu thành điện tử trong lõi quang tất cả các kỹ thuật báo hiệu đều có khoảng trống giữa BHP và dữ liệu tương ứng. BHP cũng có thể chỉ rõ khoảng thời gian chùm để cho phép một node biết có thể cấu hình lại nó chuyển đổi chùm tiếp, ngoài việc chứa đựng
khoảng trống thời gian. Khoảng trống thời gian cho phép BHP xử lý tại mỗi node trung gian trước khi chùm đến node trung gian.
Nếu chúng ta so sánh TAW với JET, sự bất lợi của TAW là thời gian thiết lập tuyến quay về, ví dụ thời gian được dùng để thiết lập kênh; Tuy nhiên trong TAW sự mất mát là thấp. Bởi thế, TAW sử dụng tốt cho việc truyền nhạy về mất mát. Ngược lại, JET thì việc mất mát dữ liệu lại cao, nhưng độ trì hoãn gần bằng không từ nguồn tới đích cho chùm đạt đến đích, đối với JET độ trì hoãn đúng bằng tổng của một hướng truyền trì hoãn và khoảng trống thời gian. Không có kỹ thuật báo hiệu đánh giá tính linh hoạt trong cả hai sự trì hoãn lẫn mất mát giá trị đúng sai.
IP qua mạng OBS, nó mong muốn cung cấp những hỗ trợ QoS, những ứng dụng với yêu cầu QoS đa dạng, như giọng nói qua IP, video theo yêu cầu và hội thảo trực tuyến. Vài giải pháp đã được đề xướng để hỗ trợ QoS trong mạng lõi OBS. Ở đó không có kỹ thuật đơn mà cung cấp tính linh hoạt cho sự hỗ trợ cả giảm độ nhạy và mất độ nhạy truyền trong cùng mạng OBS. Cũng tồn tại những sơ đồ QoS, như JET với thêm khoảng trống thời gian của những lớp khác nhau cho đường truyền, bị xác suất tắc nghẽn cao. Ngoài ra node nguồn phải ước lượng khoảng thời gian xê dịch để hỗ trợ gói dữ liệu khác nhau theo nhiều nhu cầu của lớp.
Trong mục này chúng ta thảo luận kỹ thuật báo hiệu ghép giữa một và hai hướng truyền gọi là nút trung gian đầu tiên và một mở rộng của kỹ thuật báo hiệu INI để cung cấp phân biệt tín hiệu theo yêu cầu ứng dụng qua kỹ thuật phân biệt (DINI). Kỹ thuật DINI cung cấp phép lấy vi phân không có giới thiệu bất kì bổ sung khoảng thời gian xê dịch nào.
4.4.1 Kỹ thuật báo hiệu INI:
Để khắc phục hạn chế của TAW và JET, những nhà phát minh đề xướng kỹ thuật báo hiệu node trung gian đầu tiên. Trong kỹ thuật báo hiệu INI, một node giữa nguồn và đích trên đường dẫn được lựa chọn như node bắt đầu. Một node bắt đầu là một node trung gian giữa nguồn và đích mà một giải thuật hạn chế được chạy để xác định thời gian của việc chùm đó có thể được lập trình đến máy nhận chùm. Tại node khởi đầu, lưu trữ thực tế của những kênh bắt đầu trong cả hai hướng ví dụ như từ node khởi đầu tới nguồn và từ node khởi đầu tới đích. Sự lựa chọn của node khởi đầu là quyết định trong kỹ thuật báo hiệu INI.
Hình 4.6-Kỹ thuật báo hiệu INI.
Hình 4.6 minh họa kỹ thuật báo hiệu INI. Khi chùm được tạo ra tại node rìa, một cài đặt của BHP được gửi tới đích. BHP tập hợp những chi tiết của những kênh tạo mỗi node dọc theo đường dẫn cho đến khi chùm tới node ban đầu. Tại node ban đầu, một giải thuật phân bố kênh được thực hiện để xác định khoảng thời gian, thời gian mà những kênh sẽ cần được lưu trữ tại mỗi bước nhảy trung gian giữa nguồn và node ban đầu. Một gói xác nhận được gửi từ node nguồn những kênh lưu trữ dọc đường dẫn từ node ban đầu tới nguồn. Nếu một kênh bận tại bất kì một node nào trên đường dẫn, thì một gói giải phóng dự phòng được gởi ngược lại node ban đầu để giải phóng tài nguyên lưu trữ trước đó. Nếu gói xác nhận tới nguồn thành công, thì chùm được gửi tại mạch lịch trình thời gian. Đồng thời, INI gửi một thông báo cài đặt BHP hướng về đích, những kênh lưu trữ dữ liệu giữa INI và đích. Nếu tại bất kì node nào ở giữa node khởi đầu và node đích, những lỗi BHP tới kênh dữ trữ, chùm được giảm tại node đó.
Hình 4.7-Những kỹ thuật báo hiệu OBS khác.
Trong TAW, có tin báo xác nhận từ đích trước đó chùm được gửi từ nguồn, và ở JET không có tin xác nhận. Trong INI, tin xác nhận từ node khởi đầu do đó giảm bớt tần suất tắc nghẽn so với JET. Bởi vì, chùm đợi tại nguồn cho một thời gian ngắn hơn thời gian hoãn truyền tới nguồn tới đích, INI rút ngắn thời gian hoãn đầu cuối so sánh với TAW. Trong kỹ thuật báo hiệu INI, nếu node ban đầu là đích, thì kỹ thuật báo hiệu đồng nhất đối với TAW. Kỹ thuật báo hiệu của INI, TAW và JET và hai cực, vì thế bằng việc chọn phù hợp node ban đầu, chúng ta có thể thực hiện TAW và JET bằng cách sử dụng INI. Trong INI, chúng ta có thể sử dụng cả hai lưu trữ bình thường và lưu trữ thời gian trễ. Với lưu trữ thời gian trễ thực hiện kỹ thuật báo hiệu cải tiến. Trong mô phỏng sau đây, tác giả chấp nhận kỹ thuật lưu trữ thời gian trễ.
Bảng 1 đưa cho tóm lược của ba kỹ thuật báo hiệu dưới dạng xác suất chùm thấp và hoãn trung bình đầu cuối xem như bằng không. Minh họa: xem xét đường dẫn 2-4-5-7 ở hình 4.7, với node 2 nguồn và node 7 như node đích. Ở đây có bốn khả năng những node bắt đầu bao gồm node nguồn và node đích. Nếu chúng ta chọn nguồn ví dụ node 2 như node khởi đầu thì kỹ thuật báo hiệu INI trở thành JET.
Nếu chúng ta chọn node đích đến ví dụ như node 7 là node khởi đầu thì kỹ thuật báo hiệu INI trở thành TAW. Những khả năng khác của những node bắt đầu là node 4 và node 5. Chúng ta xem xét node 5 là node khởi đầu và quan sát bằng kỹ thuật báo hiệu INI là việc như thế nào. node 2 gửi BHP tiếp theo, node 4 cùng với thông tin có thể sử dụng trong kênh của link 2-4. Node 4 thêm thông tin có thể sử dụng được trong kênh của link 4-5 và gửi BHP tới node riếp theo là node 5. Khi khởi động là node 5 có BHP, nó chạy một giải thuật hạn chế kênh để xác định thời gian sớm nhất mà chùm đòi hỏi có thể phục vụ bởi các node trung gian giữa nguồn và node khởi đầu, bao gồm cả nguồn và node khởi đầu. Một gói trả lời được lưu trữ trong những kênh tại những node trung gian tại những lần trước xác định được gửi từ node bắt đầu tới nguồn. Ngay khi gói trả lời tới nguồn 2, chùm được gửi. BHP gửi từ khởi đầu node 5 đến đích nút 7 và cấu hình nút 7 để nhận được đầu vào chùm trong thời gian tương ứng. Node 5 sẽ không gửi bất kì xác nhận về node khởi đầu.
BHP được gửi từ node chỉ dự trữ những kênh sẳn có và số thu nhập hướng trực tiếp từ node bắt đầu tới đích.
Trong TAW, có tin báo xác nhận từ đích trước đó chùm được gửi từ nguồn, và ở JET không có tin xác nhận. Trong INI, tin xác nhận từ node khởi đầu do đó giảm bớt tần suất tắc nghẽn so với JET. Bởi vì, chùm đợi tại nguồn cho một thời gian ngắn hơn thời gian hoãn truyền tới nguồn tới đích, INI rút ngắn thời gian hoãn đầu cuối so sánh với TAW. Trong kỹ thuật báo hiệu INI, nếu node ban đầu là đích,
thì kỹ thuật báo hiệu đồng nhất đối với TAW. Kỹ thuật báo hiệu của INI, TAW và JET và hai cực, vì thế bằng việc chọn phù hợp node ban đầu, chúng ta có thể thực hiện TAW và JET bằng cách sử dụng INI. Trong INI, chúng ta có thể sử dụng cả hai lưu trữ bình thường và lưu trữ thời gian trễ. Với lưu trữ thời gian trễ thực hiện kỹ thuật báo hiệu cải tiến. Trong mô phỏng sau đây, tác giả chấp nhận kỹ thuật lưu trữ thời gian trễ.
4.4.2 Kỹ thuật báo hiệu bắt đầu node trung gian khác (DINI):
Kỹ thuật báo hiệu INI có thể để cung cấp QoS tại lớp quang. INI có thể thực hiện nhiều kỹ thuật báo hiệu trong cùng một mạng để cung cấp những dịch vụ phân biệt, để hỗ trợ cả hai mất và giảm độ nhảy khi truyền, thí dụ chúng ta có thể sử dụng TAW cho mất độ nhảy liên lạc, và JET giảm độ nhảy liên lạc. Cách tiếp cận này có một lõi hỗn hợp với hai sơ đồ báo hiệu khác biệt khác biệt nhau chỉ có thể cung cấp một bảo đảm QoS tăng trưởng. Để cung cấp một mức tốt của phép lấy vi phân QoS, chúng tôi thay đổi sơ đồ INI.
Sử dụng INI, chúng tôi có thể thỏa mãn cả hai là mất mát dữ liệu lẫn những giới hạn trễ của mỗi ứng dụng bằng việc chọn cận thân node bắt đầu. Nói chung, những ứng dụng với những giới hạn trễ chúng ta chọn node bắt đầu để đóng nguồn, sao cho delay từ nối đầu cuối thấp nhất những liên kết ứng dụng riêng biệt. Những ứng dụng với việc giảm mất mát dữ liệu, chúng tôi chọn node bắt đầu đến node đích, sao cho hầu hết đường dẫn là hai đường được xác nhận đã nhận được thông tin.
Giả sử, chúng tôi phải hỗ trợ ba lớp liên lạc: P0, P1, P2, với P0 là độ nhảy trì hoãn, P1 là cả sự trì hoãn lẫn sự mất nhảy cảm, và P2 mất độ nhày. Chúng ta có thể sự dụng nút nguồn như nút bắt đầu của P0, nút trung tâm như nút bắt đầu P1, và nút nơi đến như nút bắt đầu P2, như vậy cung cấp những dịch vụ phân biệt trong cùng mạng OBS.