phần Mở đầu và Kết luận, nội dung của luận văn gồm 4 chƣơng: Chƣơng 1. Giới thiệu chuyển mạch quang. Tổng quan về chuyển mạch chùm quang. Phƣơng pháp luận đánh giá hiệu năng.
Xây dựng mô hình và đánh giá hiệu năng hệ chuyển mạch chùm quang biên. 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUYỂN MẠCH QUANG Chƣơng này giới thiệu các vấn đề chung nhất về chuyển mạch quang. Các hệ chuyển mạch đƣợc trình bày gồm: Chuyển mạch kênh quang Chuyển mạch gói quang Chuyển mạch chùm quang. Sau đây chúng ta sẽ đi vào các nội dung cụ thể.
14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chuyển mạch quang là hệ thống chuyển mạch cho phép các tín hiệu bên trong các sợi quang hay các mạch quang tích hợp đƣợc chuyển mạch có lựa chọn từ một mạch này tới một mạch khác. Minh hoạ về hệ thống chuyển mạch quang Tuỳ thuộc vào kỹ thuật chuyển mạch mà có các thông tin đƣợc trao đổi dƣới dạng thời gian thực. Chƣơng này giới thiệu 3 loại chuyển mạch quang đó là: chuyển mạch kênh quang (Optical Circuit Switching), chuyển mạch chùm quang (Optical Burst Switching) và chuyển mạch gói quang (Optical Packet Switching). Chuyển mạch kênh quang (Optical Circuit Switching) Chuyển mạch kênh quang đƣợc sử dụng trong các mạng quang định tuyến bƣớc sóng, trong đó tất cả đƣờng kết nối bƣớc sóng quang (đƣờng kết nối quang) đƣợc thiết lập giữa các cặp nút mạng.
Việc thiết lập đƣờng kết nối nhƣ vậy bao cần bao gồm các nhiệm vụ là: xác định tài nguyên và cấu hình mạng, định tuyến, chuyển hƣớng bƣớc sóng, báo hiệu và chuẩn bị tài nguyên. Mặc dù các mạng quang định tuyến bƣớc sóng đã đƣợc triển khai nhƣng có lẽ nó không phải kỹ thuật thích hợp nhất cho Internet quang. Thí dụ, để thiết lập một đƣờng dẫn ánh sáng sẽ chỉ cần một thời gian rất nhỏ của trễ toàn trình. Điều này dẫn đến việc sử dụng bƣớc sóng không hiệu quả nếu nhƣ thời gian chiếm giữ kết nối rất ngắn.
Bản chất “bùng nổ” của lƣu lƣợng dữ liệu cũng là nguyên nhân dẫn đến việc sử dụng bƣớc sóng không hiệu quả. Do vậy, nhằm sử dụng 15 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com hoàn toàn bƣớc sóng, cơ chế grooming của lƣu lƣợng phức tạp là cần thiết để hỗ trợ việc ghép kênh thống kê dữ liệu từ các khách hàng khác nhau. Với định tuyến bƣớc sóng, các đƣờng dẫn ánh sáng đƣợc thiết lập giữa nguồn (các nút vào) và đích (các nút ra) thông qua các nút đƣợc trang bị các kết nối chéo WDM quang (hay các router bƣớc sóng). Tại từng router bƣớc sóng, bƣớc sóng ra (ở cổng ra) tại đó tín hiệu vào đƣợc định tuyến tới vào thời điểm đã xác định trƣớc sẽ đƣợc xác định duy nhất dựa trên bƣớc sóng vào đƣợc định tuyến tới vào thời điểm đã xác định trƣớc sẽ đƣợc xác định duy nhất dựa trên bƣớc sóng vào (và cổng vào) mang tín hiệu này.
Do đó định tuyến bƣớc sóng là một dạng chuyển mạch kênh. Trong báo hiệu phân tán, phƣơng thức đặt trƣớc hai chiều là cần thiết để thiết lập các đƣờng dẫn ánh sáng nhờ đó nút nguồn gửi đi gói điều khiển để đặt trƣớc, sau đó chờ xác nhận trƣớc khi phát đi dữ liệu. Một trong các thuận lợi của định tuyến bƣớc sóng là không cần có đệm quang (hay chuyển đổi O/E/O của dữ liệu) tại các nút trung gian. Hơn nữa, đó là một lựa chọn đầy hứa hẹn vì các hệ thống chuyển mạch quang dựa trên các công nghệ cơ-quang, âm-quang hay nhiệt-quang quá chậm để chuyển mạch gói một cách hiệu quả.
Tuy nhiên, một trong các hạn chế của định tuyến bƣớc sóng là đƣờng dẫn phải thiết lập toàn bộ bƣớc sóng trên từng kênh dọc theo đƣờng dẫn, dẫn đến hiệu quả sử dụng băng tần thấp khi mang các dòng lƣu lƣợng có tính “bùng nổ” (ví dụ các gói IP) vì lƣu lƣợng từ các gói vào khác nhau không thể chia sẻ theo thông kê băng tần của đƣờng dẫn ánh sáng. Hơn nữa, do không có đủ bƣớc sóng trong cáp quang để cho phép kết nối dạng lƣới một cách hoàn toàn nên phân bố tải trong mạng có thể không đồng đều dẫn đến mật độ lƣu lƣợng trên các đƣờng dẫn ánh sáng thay đổi theo thời gian. Chú ý là ở trên chỉ giả thiết rằng các nút quang chỉ hỗ trợ chức năng kết nối chéo và không có khả năng chuyển mạch/định tuyến nhanh. Do việc thiết lập và huỷ bỏ đƣờng dẫn ánh sáng mất tối thiểu vài chục ms, tƣơng ứng với (hoặc thậm chí vƣợt quá) thời gian truyền vài Megabyte dữ liệu ở tốc độ truyền dẫn cao (ví dụ 2.5 Gb/s hay OC-48) nên việc thiết lập và giải phóng linh hoạt các đƣờng dẫn ánh sáng theo các giai đoạn của chùm không phải là một mô hình hiệu quả.
Chuyển mạch gói quang (Optical Packet Switching) Trong chuyển mạch gói quang, các gói đƣợc chuyển mạch và định tuyến độc lập thông qua mạng hoàn toàn trong miền quang mà không cần các bộ chuyển đổi quan-điện, điện-quang. 16 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Mạng quang cung cấp các tuyến quang, các mạng này về bản chất là các mạng chuyển mạch. Với một kết nối ảo, mạng cung cấp một kết nối chuyển mạch giữa hai nút. Tuy nhiên băng thông đƣợc cấp cho kết nối có thể nhỏ hơn toàn bộ băng thông có sẵn trên một tuyến liên kết.
Ví dụ những kết nối riêng lẻ trong một mạng tốc độ cao trong tƣơng lai có thể hoạt động ở 10Gbps, trong khi tốc độ bit truyền dẫn trên một bƣớc sóng có thể là 100Gbps. Vì vậy mạng phải hợp nhất một số dạng ghép kênh phân chia thời gian để kết hợp nhiều kết nối thành một tốc độ bit. Ở những tốc độ này có thể thực hiện ghép kênh trong miền quang dễ dàng hơn trong miền điện. Một nút chuyển mạch gói quang có dung lƣợng cao hơn nhiều so với chuyển mạch gói điện.
Một nút nhận luồng dữ liệu vào, đọc tiêu đề (header) và chuyển mạch đến lối ra thích hợp. Nút cũng có thể áp đặt một tiêu đề mới trên gói. Nó cũng phải xử lí tranh chấp cho các cổng ra. Nếu hai gói đi vào trên các cổng khác nhau muốn đi ra trên cùng một cổng, một trong hai phải đƣợc đệm hoặc gửi ra trên một cổng khác.
Một cách lí tƣởng, tất cả các chức năng bên trong nút đều đƣợc thực hiện trong miền quang, nhƣng thực tế một số chức năng nào đó nhƣ là xử lí tiêu đề và điều khiển chuyển mạch phải thực hiện bằng điện. Điều này do khả năng xử lí bị giới hạn trong miền quang. Bản thân tiêu đề có thể đƣợc gửi ở một tốc độ bít thấp hơn so với dữ liệu cho nên nó có thể xử lí điện. Nhiệm vụ của chuyển mạch gói quang là cho phép khả năng chuyển mạch gói ở các tốc độ mà không thể đạt đƣợc ở chuyển mạch gói điện.
Tuy nhiên các nhà thiết kế bị cản trở nhiều về mặt xử lí tín hiệu trong miền quang. Một yếu tố quan trọng là thiếu các bộ truy xuất ngẫu nhiên quang để đệm. Thay vì đó các bộ đệm quang đƣợc thực hiện bằng cách sử dụng một chiều dài sợi quang và những đƣờng dây trễ thời gian mà không phải là các bộ nhớ. Vì vậy làm trễ gói trong thời gian dài và vấn đề nữa là trễ trong cấu trúc chuyển mạch mỗi gói lối vào.
Chuyển mạch chùm quang (OBS - Optical Burst Switching) Chuyển mạch chùm quang là công nghệ lai giữa chuyển mạch kênh quang với chuyển mạch gói quang. Dữ liệu vẫn giữ trong miền quang trong khi các tín hiệu điều khiển đƣợc thực hiện trong miền điện. Gói điều khiển và chùm dữ liệu tƣơng ứng đƣợc tạo ra tại nguồn cùng một lúc và đƣợc tách biệt bằng khoảng thời gian xác định gọi là thời gian offset. 17 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chuyển mạch chùm quang là chuyển mạch truyền đi chùm lƣu lƣợng.
Các công nghệ chuyển mạch chùm quang khác nhau dựa trên việc làm thế nào và khi nào các nguồn tài nguyên mạng nhƣ độ rộng băng thông bị chiếm dụng và đƣợc giải phóng. OBS dựa trên chuẩn ITU-T cho chuyển mạch chùm cho các mạng có chế độ truyền bất đồng bộ (ATM), nhƣ truyền khối ATM (ABT). Có hai phiên bản ABT: ABT với trễ truyền và ABT truyền tức thời. Trong phiên bản đầu tiên, khi một nút nguồn muốn truyền một chùm, nó gởi một gói tới các chuyển mạch ATM trên đƣờng kết nối thông tin để báo cho chúng biết nó muốn truyền một chùm.
Nếu tất cả các chuyển mạch trên đƣờng truyền sẵn sàng, yêu cầu đƣợc chấp nhận và nút nguồn đƣợc phép truyền. Ngƣợc lại yêu cầu bị từ chối và nút nguồn phải gửi yêu cầu khác sau đó. Trong ABT với chế độ truyền tức thời, nguồn gửi gói tin yêu cầu và sau đó truyền ngay mà không nhận thông tin xác nhận. Nếu một chuyển mạch dọc theo đƣờng truyền không thể chuyển chùm do tắc nghẽn, chùm sẽ bị loại bỏ.
Hai công nghệ đó đã đƣợc lựa chọn cho các mạng quang. Chuyển mạch chùm quang cho phép chuyển mạch toàn bộ các kênh dữ liệu trong miền quang. Trong chuyển mạch chùm quang thì gói điều khiển đi trƣớc chùm dữ liệu. Gói điều khiển và chùm dữ liệu tƣơng ứng đƣợc tạo ra tại nguồn cùng một lúc và đƣợc tách biệt bằng offset.
Gói điều khiển chứa thông tin cần thiết để định tuyến chùm dữ liệu qua lõi mạng truyền dẫn quang, và nó đƣợc gởi trên kênh điều khiển. Gói điều khiển đƣợc xử lí điện tại từng nút trung gian (các kết nối chéo quang) để đƣa ra quyết định định tuyến (giao diện và bƣớc sóng ra). Tiếp đó các kết nối chéo quang đƣợc lấy cấu hình để chuyển mạch chùm dữ liệu mong muốn sẽ đến đích sau khoảng thời gian đƣa ra ở trƣờng offset trong gói điều khiển. Chùm dữ liệu sau đó đƣợc chuyển hoàn toàn trong miền quang, do vậy “nút cổ chai” điện trong đƣờng dẫn dữ liệu đầu cuối-đầu cuối sẽ đƣợc hủy bỏ.
Điều này dẫn đến việc cấp phát bƣớc sóng phụ, tức là tại giao diện ra bƣớc sóng chỉ đƣợc cấp phát chỉ trong khoảng thời gian có chùm dữ liệu. 18 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN MẠCH CHÙM QUANG Chƣơng này trình bày các vấn đề tổng quan về mạng chuyển mạch chùm quang, nhƣ kiến trúc, chức năng và các thành phần của mạng. Nội dung của chƣơng gồm: - Mạng chuyển mạch chùm quang: giới thiệu kiến trúc và sơ đồ chức năng của mạng chuyển mạch chùm quang. - Các hệ chuyển mạch: mô tả hai hệ chuyển mạch là thành phần chính trong mạng chuyển mạch chùm quang, đó là hệ chuyển mạch biên và hệ chuyển mạch lõi.