Chương 1 với tiêu đề “Tổng quan về vấn đề nghiên cứu ” trình bày về mô hình kiến trúc mạng và nút OPS, các giải pháp xử lý mào đầu gói trong mạng chuyển 4 mạch quang, các công nghệ chuyển mạch quang. Các tham số đánh giá hiệu năng mạng OPS cũng được giới thiệu trong chương này. Nội dung chính của chương tập trung khảo sát các các nghiên cứu liên quan đến hiệu năng hệ thống OPS, từ đó phát hiện ra một số vấn đề tồn tại của các nghiên cứu trước đây và xác định hướng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu cũng như phương thức tiếp cận, giải quyết của luận án. Một phần nội dung của chương liên quan tới vấn đề khảo sát các chuyển mạch quang trong OPS và vấn đề xử lý mào đầu gói quang đã được nghiên cứu sinh công bố trong 3 bài báo đăng trên Tạp chí Công nghệ thông tin và truyền thông [J6],[J7],[J8].
Chương 2 với tiêu đề “Phát triển chuyển mạch SMZ với coupler đầu ra không đối xứng và xung điều khiển công suất khác nhau ở hai nhánh” trình bày về mô hình giải tích, các tham số về chuyển mạch quang cực nhanh Mach-Zehnder đối xứng SMZ (Symmetric Mach-Zehnder) và các ứng dụng SMZ trong xử lý toàn quang. Đóng góp mới của luận án trong chương này là kết quả nghiên cứu của nghiên cứu sinh liên quan đến việc hoàn thiện kết quả của các tác giả trước đề xuất nhằm cải thiện hiệu năng của chuyển mạch SMZ. Một phần nội dung của chương 2 liên quan đến chuyển mạch SMZ với coupler đầu ra không đối xứng và xung điều khiển công suất khác nhau ở hai nhánh đã được công bố trong 01 bài báo đăng trên Tạp chí nghiên cứu khoa học và công nghệ quân sự - Viện khoa học Công nghệ và Quân sự [J4]. Chương 3 với tiêu đề “Phát triển giải pháp xử lý mào đầu gói toàn quang dựa trên kỹ thuật điều chế vị trí xung sửa đổi” trình bày về phương pháp xây dựng các mô hình giải tích nhằm khảo sát hiệu năng các giải pháp xử lý mào đầu gói toàn quang.
Đặc biệt, đóng góp của luận án trong chương này là đề xuất giải pháp xử lý mào đầu gói toàn quang dựa trên kỹ thuật điều chế vị trí xung sửa đổi (MPPM- Modified Pulse Position Modulation) nhằm cải thiện hiệu năng quá trình xử lý mào đầu gói. Các đóng góp của luận án được trình bày trong chương này đã được công bố trong 01 bài báo báo đăng trên Tạp chí nghiên cứu khoa học và công nghệ quân sự - Viện khoa học Công nghệ và Quân sự [J1]. Chương 4 với tiêu đề “Xây dựng khối xử lý mào đầu toàn quang dựa trên kỹ thuật MPPM sử dụng cho nút chuyển mạch gói toàn quang” tập trung trình bày 5 về mô hình kiến trúc nút chuyển mạch gói toàn quang mới MPPM-HP (MPPM- Header Processing). Giải pháp cải thiện hiệu năng cho nút mạng và mạng OPS được đề xuất trong chương này là khối xử lý mào đầu toàn quang dựa trên kỹ thuật MPPM.
Tính đúng đắn của đề xuất được xác minh thông qua phân tích lý thuyết và kiểm chứng qua mô phỏng thông qua các tham số hiệu năng. Các đóng góp của luận án trong chương này đã được công bố trong 02 bài báo khoa học: 01 bài báo đăng trên Tạp chí nghiên cứu khoa học và công nghệ quân sự - Viện khoa học Công nghệ và Quân sự [J2], 01 bài báo đăng trên Tạp chí quốc tế (International Journal of Electronics and Data Communications, Vol. Trong phần Kết luận, nghiên cứu sinh tóm tắt các nội dung đề xuất chính trình bày trong luận án cùng với những bàn luận xung quanh đóng góp mới cả về ưu điểm và nhược điểm từ đó đưa ra những gợi mở cần tiếp tục nghiên cứu. 6 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Tóm tắt (1): Nội dung của chương trình bày về các đặc tính kỹ thuật của mạng chuyển mạch gói quang OPS (Optical Packet Switching), các giải pháp xử lý mào đầu gói trong mạng chuyển mạch quang, giới thiệu một số công nghệ chuyển mạch quang, các tham số đánh giá hiệu năng mạng OPS [J6],[J7],[J8].
Nội dung chính của chương sẽ tập trung khảo sát các nghiên cứu liên quan đến hiệu năng mạng OPS để từ đó tìm ra các hạn chế của các nghiên cứu trước đây và đề xuất hướng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu và hướng tiếp cận, giải quyết của luận án.1 GIỚI THIỆU MẠNG CHUYỂN MẠCH GÓI QUANG Trong những năm gần đây lưu lượng Internet đã tăng rất nhanh là do số lượng người sử dụng WWW (World Wide Web) tăng đột biến, ngày càng có nhiều máy chủ thông tin trực tuyến, các loại hình dịch vụ mạng đã được phát triển rộng rãi, công nghệ truyền thông đa phương tiện tích hợp dữ liệu âm thanh và hình ảnh đóng vai trò hết sức quan trọng. Vì vậy việc mở rộng băng tần mạng là một nhu cầu cấp bách. Với sự tăng trưởng bùng nổ của Internet và sự phát triển nhanh của kỹ thuật ghép kênh phân chia theo bước sóng mật độ cao (DWDM- Dense Wavelength Division Multiplexing), sợi quang đã trở thành môi trường truyền tải hoàn hảo cho các mạng tốc độ cao hiện tại và trong tương lai. Trong hệ thống DWDM, mỗi sợi quang truyền đồng thời được rất nhiều kênh, mỗi kênh hoạt động ở một bước sóng khác nhau.
Một hệ thống truyền dẫn quang như thế có thể cung cấp dung lượng hơn 50 Tb/s trên một sợi quang [76]. 1 Một phần nội dung của Chương 1 đã được công bố trên tạp chí Tạp chí Công nghệ thông tin và truyền thông [J6,J7,J8]. 7 Các mạng điển hình hiện nay thường có mô hình nhiều lớp và mỗi lớp có một kỹ thuật khác nhau, thí dụ mô hình IP/ATM/SDH/DWDM gồm bốn lớp: Lớp IP (Internet Protocol) để truyền các dịch vụ và các ứng dụng, lớp ATM (Asynchronous Transfer Mode) dành cho kỹ thuật lưu lượng, lớp SONET/SDH (Synchronous Optical Network/ Synchronous Digital Hierachy) dành cho truyền tải và lớp DWDM dành cho băng thông. Khi một luồng dữ liệu đến một điểm chuyển mạch, tín hiệu dữ liệu quang được biến đổi thành dạng điện, việc xử lý và chuyển mạch được thực hiện trong miền điện.
Quá trình này được gọi là biến đổi quang/ điện (O/E). Khi tín hiệu dữ liệu dạng điện chuyển tới cổng đầu ra, nó sẽ được biến đổi ngược lại thành tín hiệu quang (E/O). Những điểm chuyển mạch như thế đã thực hiện chuyển đổi O/E/O. Trong các mạng này, chất lượng truyền tín hiệu sẽ bị hạn chế bởi khả năng xử lý trong miền điện.
Mặc dù hiện nay các bộ định tuyến IP điện tử tốc độ cao có dung lượng lên tới vài trăm Gb/s nhưng vẫn không tương xứng với dung lượng truyền dẫn của hệ thống quang DWDM [69]. Nếu lưu lượng IP đóng vai trò chính thì kiến trúc mạng phân lớp truyền thống không còn thích hợp với sự phát triển của Internet nữa. Trong kiến trúc nhiều lớp, mỗi lớp có thể làm hạn chế đến qui mô và tăng thêm chi phí cho toàn bộ mạng. Do dung lượng của cả các bộ định tuyến và các bộ nối chéo quang (OXC- Optical Cross- Connect) tăng nhanh, nên luồng dữ liệu quang tốc độ cao được đề xuất bỏ qua các lớp ATM và SONET/SDH và chuyển các chức năng cần thiết của chúng đến lớp khác [69].
Kết quả là mạng có chi phí hiệu quả hơn mà vẫn truyền tải được lưu lượng rất lớn, đồng thời kiến trúc lại rất đơn giản. IP/quang được xem là một giải pháp hứa hẹn cho mạng thế hệ sau vì nó không còn có các lớp trung gian, do đó có thể bỏ qua các chức năng không cần thiết của các lớp trung gian này. Còn có một số khó khăn trong việc hiện thực hóa mạng toàn quang, như các RAM quang bây giờ đang được nghiên cứu và một số công nghệ và một số tiêu chuẩn đang được hoàn thiện. Do đó việc xử lý các gói IP trong miền quang vẫn chưa được thực hiện và hệ thống điều khiển bộ định tuyến chỉ được thực hiện bằng điện tử.
Trong những năm qua, hầu như chỉ nghiên cứu các mạng truyền tải quang bán trong 8 suốt, trong đó bản tin điều khiển được xử lý trong miền điện và dữ liệu được truyền trong các kênh quang tốc độ cao. Để hiện thực hóa kiến trúc IP/DWDM, các nhà nghiên cứu mạng đã đề xuất một số phương pháp như chuyển mạch kênh quang (OCS- Optical Channel Switching) còn được gọi là mạng định tuyến bước sóng (WR- Wavelength Routing), chuyển mạch burst quang (OBS- Optical Burst Switching) và chuyển mạch gói quang (OPS). Các kỹ thuật chuyển mạch này khác nhau chủ yếu dựa vào các tài nguyên mạng được phân bổ như thế nào và mức độ chi tiết hoá băng tần đối với phân bổ tài nguyên mạng [12]. Trong mạng OCS, một kết nối toàn quang gọi là một đường quang được thiết lập để tạo một kênh nối giữa hai nút biên thông qua các nút lõi.
Các đường này có thể thiết lập động theo các yêu cầu kết nối trong mạng hoặc được cung cấp tĩnh dựa trên các yêu cầu lưu lượng. Dù OCS phù hợp với lưu lượng có tốc độ cố định như lưu lượng thoại, nhưng nó có thể không phù hợp với lưu lượng thay đổi [12]. Hơn nữa, do các đường quang được thiết lập khi sử dụng sơ đồ hai hướng nên phải chịu trễ quay vòng. Mào đầu thiết lập kết nối lớn nên không phù hợp đối với các lưu lượng nhỏ.
Hơn nữa, khi lưu lượng bùng nổ thì phải có khả năng giám sát băng tần để cung cấp tải lưu lượng cao nhất, dẫn đến sử dụng mạng không hiệu quả khi tải nhỏ hoặc rỗi [92]. Trong mạng OBS, dữ liệu vào được ghép thành các đơn vị cơ bản gọi là burst dữ liệu, sau đó được truyền qua mạng lõi quang. Báo hiệu điều khiển (được thực hiện ngoài băng nhờ các gói điều khiển) mang thông tin về chiều dài, địa chỉ đích và yêu cầu QoS (Quality of Service) của burst quang. Gói điều khiển tách rời burst một khoảng thời gian bù, cho phép gói điều khiển được xử lý tại mỗi nút trung gian trước khi dữ liệu burst đến.
OBS cung cấp phân bổ băng tần động và ghép kênh dữ liệu thống kê [35], [94]. Trong mạng OPS, dữ liệu được phát dưới dạng các gói quang và được chuyển qua các nút trung gian mà không phải chuyển thành dạng điện. Mạng OPS có thể cung cấp phân bổ băng tần động trên cơ sở gói xen gói. Phân bổ động này dẫn tới 9 mức độ ghép kênh thống kê cao làm cho mạng đạt được khả năng sử dụng tối ưu khi lưu lượng thay đổi và có tính bùng nổ [35].
