1. Trang Chủ
  2. Điện-Điện tử-Viễn thông
  3. Đồ án Tốt nghiệp: Giải pháp điều khiển nghẽn trong mạng OBS bằng phương pháp làm lệch hướng đi

Đồ án Tốt nghiệp: Giải pháp điều khiển nghẽn trong mạng OBS bằng phương pháp làm lệch hướng đi

Mục tiêu của đề tài là tìm hiểu về các đặc trưng và kiến trúc của chuyển mạch chùm quang để biết được ý nghĩa thực tế của nó; nghiên cứu giải pháp điều khiển nghẽn trong mạng OBS bằng phương pháp làm lệch hướng đi để giải quyết các sự cố nghẽn chùm trong mạng tốt hơn; trong phần mô phỏng thì mô phỏng xác suất chùm suy hao trên tuyến lựa chọn để lựa chọn tuyến tối ưu dựa trên sự kết hợp của một số thông số cơ bản. LỜI CẢM ƠN Sau hơn một tháng nghiên cứu em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình.

Thể loại Tài liệu miễn phí Điện-Điện tử-Viễn thông

Số trang 77

Ngày tạo 4/8/2023 11:29:48 AM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 1.69 M

Tên tệp

Tải Đồ án Tốt nghiệp: Giải pháp điều khiển nghẽn trong... (.pdf)

Xem mẫu

  1. LỜI CẢM ƠN Sau hơn một tháng nghiên cứu em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình. Tập đồ án này là kết quả ba năm học tập tại trường Cao Đẳng Công Nghệ Thông Tin Hữu Nghị Việt- Hàn – Khoa Tin Học Ứng Dụng – Chuyên Ngành Tin Học Viễn Thông và em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất của em đến tất cả các thầy cô giáo trong khoa, những người đã tận tâm, nhiệt tình giảng dạy tất cả các môn học để em có kiến thức để thực hiện tốt đề tài này. Qua đây, em cũng xin gửi lời cảm ơn đến thầy Dương Hữu Ái, người đã tận tình hướng dẫn em trong suốt thời gian qua. Bên cạnh đó, em xin gửi lời cảm ơn của mình đến gia đình, những người đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong việc học tập và động viên giúp đỡ em cố gắng làm tốt đề tài tốt nghiệp. Sau cùng, là lời cảm ơn đến tất cả các bạn bè, các anh chị trong suốt quá trình học tập tại trường. Đà Nẵng, ngày 02 tháng 06 năm 2013 Sinh viên Hoàng Thị Ái Trang i
  2. MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN............................................................................................... i MỤC LỤC ................................................................................................... ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU ................................................................... iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .......................................................... vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ................................................................. viii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ............................................................... x MỞ ĐẦU ...................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU MẠNG THÔNG TIN QUANG ................... 2 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG ....................................................................................... 2 1.2. MẠNG QUANG ĐỊNH TUYẾN BƯỚC SÓNG ............................................. 2 1.3. CHUYỂN MẠCH GÓI QUANG ...................................................................... 3 1.4. CHUYỂN MẠCH CHÙM QUANG ................................................................. 4 1.5. NGHẼN TRONG MẠNG CHUYỂN MẠCH CHÙM QUANG .................... 4 CHƯƠNG 2 MẠNG CHUYỂN MẠCH CHÙM QUANG .................... 6 2.1. KIẾN TRÚC MẠNG CHUYỂN MẠCH CHÙM QUANG ............................ 6 2.1.1. Kiến trúc mạng OBS dạng mắc lưới .......................................................... 7 2.1.2. Kiến trúc mạng OBS dạng Vòng và Node ................................................. 8 2.1.3. Hoạt động của bước sóng điều khiển ......................................................... 9 2.2. CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH TRONG MẠNG CHUYỂN MẠCH CHÙM QUANG .................................................................................................................... 10 2.2.1. Thiết bị đầu cuối ......................................................................................... 10 2.2.2. Bộ khuếch đại quang.................................................................................. 12 2.2.3. Bộ ghép kênh xen/rớt quang ..................................................................... 12 2.2.4. Bộ kết nối chéo quang ................................................................................ 13 2.3. QUÁ TRÌNH TẠO CHÙM ............................................................................. 17 2.3.1. Cấu trúc khung của chùm ......................................................................... 17 2.3.2. Giá trị offset của chùm .............................................................................. 17 2.3.3. Hoạt động lớp OBS MAC .......................................................................... 20 2.4. CÁC GIAO THỨC THIẾT LẬP KẾT NỐI .................................................. 22 2.4.1. Tell And Go ................................................................................................. 22 Trang ii
  3. 2.4.2. Just In Time ................................................................................................ 23 2.4.3. Just Enough Time ...................................................................................... 24 2.5 CÁC GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN NGHẼN ..................................................... 25 2.5.1. Bộ đệm quang ............................................................................................. 25 2.5.2. Biến đổi bước sóng ..................................................................................... 27 2.5.3. Làm lệch hướng đi ..................................................................................... 27 CHƯƠNG 3 GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN NGHẼN TRONG MẠNG OBS BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÀM LỆCH HƯỚNG ĐI .................... 30 3.1. THUẬT TOÁN ĐỊNH TUYẾN LÀM LỆCH HƯỚNG ĐI .......................... 30 3.1.1. Tính toán tuyến lựa chọn ........................................................................... 32 3.1.2. Phương pháp định tuyến làm lệch hướng đi ........................................... 36 3.2. MỘT SỐ CÔNG THỨC VÀ CÁC THÔNG SỐ LIÊN QUAN.................... 40 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG BẰNG MATLAB ................... 43 4.1. THÔNG SỐ TÍNH TOÁN ............................................................................... 43 4.2. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG .................................................................................. 43 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI................................ 50 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................. xi PHỤ LỤC................................................................................................... xii NHÂN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ....................................... xxvii Trang iii
  4. DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU  Tỉ số của độ dài chùm dữ liệu với độ dài gói điều khiển  Tốc độ tạo chùm trong khoảng ON (chùm/s)  Độ dài của chùm dữ liệu i Trạng thái hệ thống trong giới hạn lưu lượng nguồn trong khoảng ON.( 0  i  n ) n Lưu lượng nguồn (offered load_ tải trọng yêu cầu) Thời gian một gói điều khiển đến tại một node OBS trên t tuyến đến đích n Bước sóng n0 Số nguồn tại khoảng ON mà hệ thống tạm thời xem như quá tải Tốc độ chặn có thể chịu được từ đầu cuối – đầu cuối trên b một tuyến gb Lượng bị chặn (block) gb Lượng bị chặn (block) Thời gian mà tại tragj thái chùm trễ vượt quá kích thước i bộ đệm B (ms) pi Xác suất hệ thống ở trạng thái i Ns số lượng nguồn kết hợp lúc bão hòa PL Xác suất chùm suy hao Wij Số lượng bước sóng cho liên kết ij bij Tốc độ chùm bị chặn 1/  Khoảng ON (ms) SB Kích thước chùm tối đa RIP Tốc độ đến trung bình của lưu lượng IP Pn(r) Số lượng bộ nhận Pn(t) Số lượng bộ truyền Cb* Cấu trúc kiểm tra để thõa b  Ch (count hop) Cấu trúc kiêm tra trên cơ sở số lượng hop Trang iv
  5. OffsetODD Giá trị offset ứng với giao thức có trễ đích ODD OffsetJET Giá trị offset ứng với giao thức JET s dk k Lưu lượng chùm trung bình t b ,c Giới hạn độ trễ của bộ đệm cho dịch vụ loại c t o ,c Thể hiện giới hạn lớn nhất lượng offset cho dịch vụ loại c Td( s ) Thời gian thiết lập cấu hình chuyển mạch ở node đích Td (P) Trễ xử lí gói mào đầu chùm ở một node chuyển mạch đích Ti (P) Trễ xử lí gói mào đầu chùm ở một node chuyển mạch trung gian TOXC Lượng thời gian để OXC định hình cấu trúc chuyển mạch để thiết lập kết nối từ ngõ vào đến ngõ ra Toffset Giá trị offset của một chum TSetup Lượng thời gian mà một node OBS phải mất để xử lí gói điều khiển TBQ Thời gian trễ gặp phải trong khi kết hợp hàng đợi TBO Thời gian trễ gặp phải trong khi duy trì offset giữa gói điều khiển và chum TBA Thời gian trễ gặp phải trong khi kết hợp chum TMAC Tổng thời gian trễ của gói ở lớp OBS WDM Trang v
  6. DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ABT Adaptive Block Transform Biến đổi khối thích ứng ACK Acknowledge Character Ký tự xác nhận ADM Adaptive Delta Modulation Điều chế Delta thích ứng ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền dẫn không đồng bộ BA Basic Access (ISDN) Truy nhập cơ sở (ISDN) CPG Content Pearing Gateway Cổng phối hợp các mạng nội dung ngang cấp CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra độ dư vòng DR Delay Reservation Sự định trễ DRT Diagnostic Rhyme Test Đo kiểm hợp chuẩn đoán DWDM Dense Wavelength Division Ghép phân chia theo bước sóng Multiplexing dày đặc EDF Erbium Doped Fiber Sợi quang pha ion đất hiếm erbium FEC Forward Error Correction Sửa lỗi hướng tới IP Internet Protocol Giao thức Internet ITU-T International Ban tiêu chuẩn hóa viễn thông Telecommunication Union-- trong Liên minh viễn thông Telecommunication quốc tế Standardization Bureau JET Just Enough Time Giao thức chỉ cần đủ thời gian JIT Just In Time Giao thức tức thời MAC Medium Access Control Điều khiển hướng kết nối MAN Metropolitan Area Network Mạng vùng đô thị NACK Negative Acknowledgment Báo nhận từ chối NOP Number of Packet Số lượng gói O/E/O Optical/Electrical/Optical Biến đổi Quang – Điện – Quang OADM Optical Add/Drop Multiplexer Bộ ghép kênh xen/rớt quang OAM Operations, Administration, Hoạt động, quản lý, và bảo and Maintenance dưỡng Trang vi
  7. OBS Optical Burst Switching Chuyển mạch chùm quang ODD Only Destination Delay Giao thức có trễ đích FDL Fiber Delay Line Đường trễ sợi quang ODL Optical Delay Line Đường trễ quang OLT Optical Line Termination Kết cuối đường quang OPS Optical Packet Switching Chuyển mạch gói quang OSC Optical Supervision Channel Kênh giám sát quang OXC Optical Cross- Connect Bộ kết nối chéo quang PL Payload Length Độ dài tải trọng PT Payload Type Loại tải trọng QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ SCU Signalling System Control Tín hiệu điều khiển hệ thống Signal báo hiệu SDH Synchronous Digital Hierarchy Phân cấp số đồng bộ SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ TAG Tell And Go Giao thức gọi và truyền đi tức thời TDM Time Division Multiplex Ghép kênh phân chia theo thời gian WDM Wavelength-Division Ghép kênh phân chia theo bước Multiplexing sóng Trang vii
  8. DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Số hiệu hình Tên hình vẽ Trang vẽ 1.1 Mạng quang định tuyến bước sóng 2 2.1 Mô hình mạng OBS dạng mắt lưới 7 2.2 Mô hình mạng OBS dạng Ring 8 2.3 Kiến trúc node chuyển mạch quang 9 2.4 Cấu trúc của khung điều khiển 10 2.5 Thiết bị đầu cuối 11 2.6 Sơ đồ bộ khuếch đại quang 12 2.7 Vai trò của OADM trong một mạng 3 node 13 Một OXC cung cấp nhiều chức năng chính trong 2.8 14 một mạng rộng 2.9 Các cách triển khai OXC 15 2.10 Sự cần thiết trong việc chuyển đổi bước sóng 16 Node mạng kết nối các bộ kết nối chéo lõi quang 2.11 17 và bộ kết 2.12 Cấu trúc khung của chum 17 2.13 Giá trị Offset trong giao thức JET 18 2.14 Giao diện MAC giữa các lớp IP và OBS 20 2.15 Minh họa các gói điều khiển đi từ router A và B 21 2.16 Giao thức JIT 23 2.17 Giao thức JET 24 2.18 Thuật toán giải quyết nghẽn sử dụng FDL 26 2.19 Biến đổi bước song 27 2.20 Làm lệch hướng đi 28 3.1 Cấu trúc mạng OBS với kĩ thuật làm lệch hướng đi 30 3.2 Lưu đồ thuật toán 31 a) Trường ưu tiên trong gói điều khiển 3.3 32 b) Lớp ưu tiên chùm ở ngõ vào 3.4 Ảnh hưởng của định lệch hướng 36 Trang viii
  9. 3.5 Phương pháp định lệch hướng 38 3.6 Một ví dụ cấu trúc kiểm tra 40 3.7 Lưu lượng ngõ vào tại nút nguồn 41 4.1 Sơ đồ mạng ảo 41 4.2 Kết quả khi không sử dụng FDL 43 4.3 Kết quả nếu FDL=10ms 43 4.4 Kết quả nếu FDL=50 ms 44 4.5 Kết quả so sánh 44 4.6 Kết quả khi 1/ α = 320 ms và 1/ β= 680 ms 45 4.7 Kết quả khi 1/ α = 300 ms và 1/ β= 700 ms 45 4.8 Kết quả khi 1/ α = 280 ms và 1/ β= 720 ms 46 4.9 Kết quả so sánh 47 4.10 Kết quả khi 1/ α = 320 ms và 1/ β= 680 ms 47 4.11 Kết quả khi 1/ α = 300 ms và 1/ β= 700 ms 48 4.12 Kết quả khi 1/ α= 280 ms và 1/ β= 720 ms 48 4.13 Kết quả so sánh 49 Trang ix
  10. DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Số hiệu bảng Tên bảng Trang Tổng kết ưu nhược điểm của chuyển mạch kênh, 1.1 6 chuyển mạch gói và chuyển mạch chùm quang Trang x
  11. Giải pháp điều khiển nghẽn trong mạng OBS bằng phương pháp làm lệch hướng đi MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Chuyển mạch chùm quang là công nghệ trung gian giữa chuyển mạch kênh quang và chuyển mạch gói quang, nó đáp ứng được yêu cầu vận chuyển một lượng lớn dữ liệu qua mạng với tốc độ cao và cung cấp các tính năng mới nhất cho người dùng. Chính vì vậy, việc nghiên cứu GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN NGHẼN TRONG MẠNG OBS BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÀM LỆCH HƯỚNG ĐI là cần thiết và có ý nghĩa thực tế, nhằm giải quyết được các sự cố nghẽn chùm trong hệ thống mạng thông tin hiện nay. 2. Mục đích nghiên cứu Tìm hiểu về các đặc trưng và kiến trúc của chuyển mạch chùm quang để biết được ý nghĩa thực tế của nó. Nghiên cứu Giải pháp điều khiển nghẽn trong mạng OBS bằng phương pháp làm lệch hướng đi để giải quyết các sự cố nghẽn chùm trong mạng tốt hơn. Trong phần mô phỏng thì mô phỏng xác suất chùm suy hao trên tuyến lựa chọn để lựa chọn tuyến tối ưu dựa trên sự kết hợp của một số thông số cơ bản. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Giải pháp điều khiển nghẽn trong mạng OBS bằng phương pháp làm lệch hướng đi và chương trình mô phỏng thực tế. 4. Phương pháp nghiên cứu Đưa ra các thuật toán làm lệch hướng đi, các giải pháp điều khiển nghẽn trong mạng OBS và mô phỏng xác suất chùm suy hao khi sử dụng phương pháp làm lệch hướng đi trong mạng OBS. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Chuyển mạch chùm quang là một giải pháp cho phép truyền tải lưu lượng một cách trực tiếp qua mạng WDM mà không cần bộ đệm quang. OBS được thiết kế để đạt được sự cân bằng giữa chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. Giải pháp điều khiển nghẽn trong mạng OBS bằng phương pháp làm lệch hướng đi là phương pháp tối ưu nhất để giải quyết vấn đề nghẽn chùm trong mạng OBS hiện nay. Hoàng Thị Ái_CCVT03B Trang 1
  12. Giải pháp điều khiển nghẽn trong mạng OBS bằng phương pháp làm lệch hướng đi CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU MẠNG THÔNG TIN QUANG 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG Lượng thông tin trao đổi trong các hệ thống thông tin ngày nay tăng lên rất nhanh. Bên cạnh sự gia tăng về số lượng, dạng lưu lượng truyền thông trên mạng cũng thay đổi. Dạng dữ liệu chủ yếu là lưu lượng Internet. Và nhu cầu cần sử dụng băng thông lớn, đường truyền tốc độ cao và chi phí thấp. Mạng thông tin quang ra đời đáp ứng những nhu cầu trên. Thông tin quang cung cấp một băng thông lớn, tỉ lệ lỗi rất thấp. Bên cạnh dung lượng cao, môi trường quang còn cung cấp khả năng trong suốt. Tính trong suốt cho phép các dạng dữ liệu khác nhau chia sẻ cùng một môi trường truyền và điều này phù hợp cho việc mang các tín hiệu có đặc điểm khác nhau. Vì vậy truyền thông quang được xem như là một kĩ thuật cho hệ thống thông tin băng rộng trong tương lai. 1.2. MẠNG QUANG ĐỊNH TUYẾN BƯỚC SÓNG Kiến trúc mạng mô tả trên hình 1.1. Mạng cung cấp những tuyến quang cho người sử dụng, như các thiết bị đầu cuối SONET hoặc các bộ định tuyến IP. Tuyến quang là các kết nối quang được mang từ đầu cuối đến đầu cuối bằng một bước sóng trên mỗi tuyến trung gian. Ở các node trung gian trong mạng, các tuyến được định tuyến và chuyển mạch từ tuyến này sang tuyến khác. Trong một số trường hợp các tuyến cũng có thể được chuyển từ một bước sóng này thành một bước sóng khác dọc theo đường đi. Các tuyến trong mạng định tuyến bước sóng có thể sử dụng cùng bước sóng khi nó không dùng chung một tuyến truyền dẫn nào. Hình 1.1 Mạng quang định tuyến bước sóng Hoàng Thị Ái_CCVT03B Trang 2
  13. Giải pháp điều khiển nghẽn trong mạng OBS bằng phương pháp làm lệch hướng đi Tuyến quang giữa B và C, tuyến quang giữa D và E và một trong những tuyến quang giữa E và F không dùng chung tuyến liên kết nào trong mạng và vì thế có thể được thiết lập sử dụng một bước sóng 1 . Đồng thời tuyến quang A và E dùng chung một kết nối với tuyến giữa B và C nên phải sử dụng bước sóng khác 2 . Tương tự hai tuyến giữa E và F phải được gán một bước sóng khác. Giả sử ta chỉ có hai bước sóng có sẵn trong mạng và muốn thiết lập tuyến giữa node E và F. Không có chuyển đổi bước sóng ta sẽ không thể thiết lập tuyến này. Nói cách khác, nếu node trung gian X có thể chuyển đổi bước sóng thì ta có thể thiết lập tuyến này sử dụng bước sóng 2 trên tuyến EX và 1 trên tuyến XF. Sự hạn chế trong mạng quang định tuyến bước sóng là giới hạn số lượng bước sóng trên sợi. Rất khó để thiết lập mạng lưới tuyến giữa các user trong mạng rộng.. 1.3. CHUYỂN MẠCH GÓI QUANG 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 node. Tuy nhiên, băng thông được cấp trên kết nối có thể nhỏ hơn toàn bộ băng thông có sẵn trên một tuyến liên kết. Ví dụ như, những kết nối riêng lẽ trong một mạng tốc độ cao trong tương lai có thể hoạt động ở 10Gbps, trong khi tốc độ bit truyền dẫn trên một bước 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 node chuyển mạch gói quang được mô tả, mục đích nhằm tạo ra node chuyển mạch gói với dung lượng cao hơn nhiều so với chuyển mạch gói điện. Một node lấy một gói điện đi vào, đọc header của nó và chuyển mạch đến ngõ ra thích hợp. Node cũng có thể áp đặt một header 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 được đệm hoặc gửi ra trên một cổng khác. Nhiệm vụ của chuyển mạch gói quang là cho phép khả năng chuyển mạch gói ở các tốc độ mà không thể đạt được ở chuyển mạch gói điện. Một yếu tố quan trọng là thiếu các bộ truy xuất ngẫu nhiên quang để đệm. Thay vào đó, các bộ đệm quang được thực hiện bằng cách sử dụng một chiều dài sợi quang và những đường 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 ngõ vào. Hoàng Thị Ái_CCVT03B Trang 3
  14. Giải pháp điều khiển nghẽn trong mạng OBS bằng phương pháp làm lệch hướng đi 1.4. CHUYỂN MẠCH CHÙM QUANG Chuyển mạch chùm quang (OBS – Optical Burst Switching) là chuyển mạch truyền đi chùm lưu lượng, cho phép chuyển mạch toàn bộ các kênh dữ liệu trong miền quang dưới dạng các chùm (burst). Người sử dụng kết nối vào mạng tại node biên (Edge Node). Dữ liệu của người sử dụng được thu thập (IP), lưu giữ và tổ chức thành các chùm dữ liệu chuyển tiếp vào mạng lõi chuyển mạch chùm quang. Chuyển mạch chùm quang cho phép chuyển mạch toàn bộ các kênh dữ liệu trong miền quang nhờ việc cấp phát tài nguyên trong miền điện. Trong chuyển mạch chùm quang thì gói điều khiển đi trước chùm dữ liệu. Gói điều khiển và chùm dữ liệu tương ứng được tạo ra tại nguồn cùng một lúc và được tách biệt bằng offset. Gói điều khiển chứa thông tin cần thiết để định tuyến chùm dữ liệu qua lõi mạng truyền dẫn quang, gói điều khiển được gởi trên kênh điều khiển. Gói điều khiển được xử lí điện tại từng node trung gian (các kết nối chéo quang) để đưa ra quyết định định tuyến (giao diện và bước sóng ra), tiếp đó các kết nối chéo quang được lấy cấu hình để chuyển mạch chùm dữ liệu mong muốn sẽ đến đích sau khoảng thời gian đưa ra ở trường offset trong gói điều khiển. Chùm dữ liệu sau đó được chuyển hoàn toàn trong miền quang, do vậy “node cổ chai” điện trong đường dẫn dữ liệu đầu cuối-đầu cuối sẽ được hủy bỏ. Điều này dẫn đến việc cấp phát bước sóng phụ, tức là tai giao diện ra bước sóng chỉ được cấp phát chỉ trong khoảng thời gian có chùm dữ liệu. 1.5. NGHẼN TRONG MẠNG CHUYỂN MẠCH CHÙM QUANG Mạng được gọi là nghẽn khi những dịch vụ đòi hỏi trong mạng nhiều tài nguyên hơn mạng phải cung cấp. Nghẽn trong mạng liên quan tới độ trễ của chùm đến, mức độ suy hao chùm…Có thể khắc phục nghẽn bằng việc sử dụng phương pháp ngăn chặn hoặc phương pháp tác động lại. Trong điều khiển ngăn chặn nghẽn, băng thông được phân phối tạo kết nối trong thời gian thiết lập vì vậy đạt được QoS. Trong điều khiển tác động lại thì tốc độ lưu lượng tại đầu cuối trong mạng có thể được điều chỉnh hoặc định tuyến lưu lượng có thể được biến đổi để giảm tranh chấp gói tại những node trung gian. Những phương pháp điều khiển nghẽn đã được đưa ra cho mạng OBS là:  Biến đổi bước sóng: nếu hai chùm đi đến cùng ngõ ra trong cùng một lúc, chúng vẫn có thể được truyền trên hai bước sóng khác nhau. Bộ biến đối bước Hoàng Thị Ái_CCVT03B Trang 4
  15. Giải pháp điều khiển nghẽn trong mạng OBS bằng phương pháp làm lệch hướng đi sóng được sử dụng để biến đổi chùm ngõ vào với một bước sóng khác.  Bộ đệm quang: bộ đệm quang có thể được áp dụng bằng việc sử dụng FDL. Một FDL có thể làm trễ chùm trong một khoảng thời gian xác định và có quan hệ với độ dài đường truyền.  Làm lệch hướng đi: trong phương pháp này, khi có hai xung đột chùm , một sẽ được định tuyến đến một ngõ ra chính xác và một sẽ được định tuyến đến ngõ ra khác. Tuy nhiên, làm lệch hướng đi có thể làm tuyến đi của chùm đến đích sẽ dài hơn. Và có thể độ trễ đầu cuối- đầu cuối của một chùm có thể không chấp nhận.  Phân đoạn chùm: Khi xảy ra tranh chấp, thay vì loại bỏ toàn bộ chùm, một node phân chia chùm thành những đoạn và chỉ những đoạn bị chồng lấp sẽ bị loại bỏ. Hoàng Thị Ái_CCVT03B Trang 5
  16. Giải pháp điều khiển nghẽn trong mạng OBS bằng phương pháp làm lệch hướng đi CHƯƠNG 2 MẠNG CHUYỂN MẠCH CHÙM QUANG 2.1. KIẾN TRÚC MẠNG CHUYỂN MẠCH CHÙM QUANG Chuyển mạch chùm quang là một giải pháp cho phép truyền tải lưu lượng một cách trực tiếp qua mạng WDM mà không cần bộ đệm quang. OBS được thiết kế để đạt được sự cân bằng giữa chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. OBS sử dụng các sơ đồ định trước một hướng với quá trình truyền tức thời, chùm dữ liệu truyền đi sau gói điều khiển tương ứng không đợi phản hồi từ node đích. Thực chất, OBS xem xét lớp quang học đơn thuần như một phương tiện truyền thông trong suốt cho các ứng dụng. Tuy nhiên, chưa có định nghĩa chung cho chuyển mạch chùm quang. Một số đặc trưng chung của OBS như sau:  Tách biệt giữa kênh điều khiển và kênh dữ liệu: thông tin điều khiển được truyền trên một bước sóng (kênh) riêng biệt.  Sự dành riêng một chiều: những tài nguyên được cấp phát sử dụng dành riêng một chiều. Nghĩa là node nguồn không cần đợi thông tin phản hồi từ node đích trước khi nó bắt đầu truyền chùm.  Độ dài chùm thay đổi được: kích thước của chùm có thể thay đổi được theo yêu cầu.  Không cần bộ đệm quang: node trung gian trong mạng quang không yêu cầu phải có bộ đệm quang. Các chùm đi xuyên qua các node trung gian mà không có bất kì sự trễ nào. Bảng 1.1 Tổng kết ưu nhược điểm của chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói và chuyển mạch chùm quang Khả năng tận Xử lí/đồng Khả năng thích Chuyển Mức dụng băng Đệm quang bộ hóa mào ứng (với lưu mạch trễ thông đầu lượng và lỗi) Kênh Thấp Cao Không yêu cầu Thấp Thấp Gói Cao Thấp Yêu cầu Cao Cao OBS Cao Thấp Không yêu cầu Thấp Cao Những đặc trưng của OBS là xử lí điện các thông tin mào đầu trong khi dữ liệu vẫn ở dạng quang trong toàn bộ thời gian truyền, sự dành riêng một chiều, độ dài chùm Hoàng Thị Ái_CCVT03B Trang 6
  17. Giải pháp điều khiển nghẽn trong mạng OBS bằng phương pháp làm lệch hướng đi có thể thay đổi được và không bắt buộc phải có bộ đệm. Sau đây xem xét một số kiến trúc mạng chuyển mạch chùm quang. 2.1.1. Kiến trúc mạng OBS dạng mắc lưới Trong mạng chuyển mạch chùm quang, các chùm dữ liệu bao gồm tổ hợp nhiều gói được chuyển qua mỗi node mạng ở dạng toàn quang. Hình 2.1 thể hiện một mạng OBS dạng mắc lưới bao gồm các node rìa và các node lõi. Mạng OBS bao gồm các chuyển mạch chùm quang được nối với các tuyến WDM. OBS phát một chùm từ cổng đầu vào tới cổng đầu ra, dựa trên thiết kế chuyển mạch nó có thể có hoặc không được trang bị bộ đệm quang. Các tuyến WDM mang tổ hợp nhiều bước sóng và mỗi bước sóng coi như một kênh truyền. Gói điều khiển kết hợp với một chùm cũng có thể truyền trên băng tần qua cùng một kênh như là dữ liệu, hoặc trên một kênh điều khiển riêng biệt. Chùm có thể được cố định để mang một hoặc nhiều gói IP. Hình 2.1 Mô hình mạng OBS dạng mắt lưới Một node chuyển mạch đặc trưng bao gồm những thành phần sau:  Giao diện đầu vào: Tiếp nhận gói mào đầu và chùm dữ liệu, chuyển đổi gói mào đầu thành tín hiệu điện.  Đơn vị điều khiển chuyển mạch: Phiên dịch gói mào đầu, đặt lịch trình và giải quyết xung đột, định tuyến, điều khiển ma trận chuyển mạch, tạo gói mào đầu và điều khiển biến đổi bước sóng.  Các bộ biến đổi bước sóng và các đường trễ quang (ODL): đường trễ quang sử dụng như bộ đệm để chứa chùm trong một khoảng thời gian trễ nhất định.  Đơn vị chuyển mạch quang: Các chuyển mạch không gian làm nhiệm vụ chuyển chùm dữ liệu. Hoàng Thị Ái_CCVT03B Trang 7
  18. Giải pháp điều khiển nghẽn trong mạng OBS bằng phương pháp làm lệch hướng đi Các node rìa có thêm chức năng tạo chùm bởi sự kết hợp và giải kết hợp. Với các cách thực hiện khác nhau có thể sử dụng một ngưỡng hoặc khoảng thời gian quy định để kết hợp các gói dữ liệu tạo ra một chùm quang và gửi chùm vào mạng. Các node lõi có các bộ thu WDM, các bộ phát WDM, các bộ ghép kênh, các bộ giải ghép kênh và các bộ khuếch đại node, các đơn vị điều khiển chuyển mạch, các bộ biến đổi bước sóng, các đường tạo trễ, các bộ chuyển mạch phân chia không gian. 2.1.2. Kiến trúc mạng OBS dạng Vòng và Node Chúng ta xem xét mạng gồm N node OBS được tổ chức trong một Ring đơn hướng như hình vẽ 2.2. Hình 2.2 Mô hình mạng OBS dạng Ring Ring có thể là một mạng vùng đô thị (MAN) phục vụ như mạng Backbone kết nối một số mạng truy nhập và truyền dẫn nhiều kiểu lưu lượng từ nhiều người dùng như giao thức IP, giao thức ATM, Frame Relay, … Mỗi sợi kết nối giữa hai node OBS liên tiếp trong Ring có thể hỗ trợ N+1 bước sóng. Trong đó N bước sóng được sử dụng để truyền chùm, bước sóng thứ N+1 được sử dụng như một kênh điều khiển. Mỗi node OBS được gắn với một hoặc nhiều mạng truy cập. Theo chiều hướng mạng truy cập đến Ring, các node OBS hoạt động như một bộ tập trung. Dữ liệu từ người sử dụng cần chuyển qua mạng Ring được tập hợp, lưu trữ (đệm) ở dạng điện rồi sau đó được nhóm lại cùng nhau và được truyền trong chùm tới node OBS đích. Mỗi chùm có thể có kích thước bất kì giữa giá trị cực đại và cực tiểu. Các chùm được truyền đi ở dạng tín hiệu quang dọc theo Ring mà không phải qua bất kì sự chuyển đổi quang điện nào ở những node trung gian. Theo hướng từ Ring đến các mạng truy nhập, node OBS ngắt các chùm quang đã được định sẵn tới chính nó, chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu điện, xử lí dữ liệu điện chứa đựng trong chùm và chuyển giao chúng tới những người dùng trong các mạng truy nhập gắn liền với nó. Hoàng Thị Ái_CCVT03B Trang 8
  19. Giải pháp điều khiển nghẽn trong mạng OBS bằng phương pháp làm lệch hướng đi Kiến trúc của một node OBS được cho thấy trong hình 2.3, mỗi node được trang bị một bộ tách ghép kênh quang (OADM), và hai cặp thu phát quang. Cặp đầu tiên gồm có một máy thu và máy phát cố định được điều khiển bởi bước sóng điều khiển, và là bộ phận của module điều khiển. Hình 2.3 Kiến trúc node chuyển mạch quang Bước sóng điều khiển được tách bởi OADM ở mỗi node, và được ghép trở lại sau khi module điều khiển đã đọc thông tin điều khiển và có thể chèn thông tin mới vào. Cặp thứ hai của bộ phận thu và phát được cố định để điều chỉnh tới bước sóng chủ và một máy thu nhanh để có thể nhận các chùm từ tất cả N bước sóng truyền tới. Mỗi node OBS có một bước sóng chủ chuyên dụng để truyền các chùm của chính nó. Bộ OADM ở mỗi node loại bỏ tín hiêu quang từ bước sóng chủ của node bằng cách tách bước sóng tương ứng. Trong trường hợp khi có nhiều chùm đến, mỗi chùm trên một bước sóng khác nhau, ở một node OBS, module thu trong hình 2.3 sử dụng một chiến lược giải quyết xung đột để xác định chùm nào sẽ được chấp nhận. Dữ liệu đợi truyền đi được tổ chức thành những hàng đợi truyền (logic) dựa theo đích của chúng. Bộ đệm dữ liệu ở mỗi node OBS được chia sẻ thành N-1 hàng đợi, mỗi hàng đợi tương ứng với một trong số N-1 node đích. 2.1.3. Hoạt động của bước sóng điều khiển Bước sóng điều khiển được sử dụng để truyền các khe điều khiển (slot control). Trong một Ring có N node, có N khe điều khiển, mỗi khe cho một node, được nhóm Hoàng Thị Ái_CCVT03B Trang 9
  20. Giải pháp điều khiển nghẽn trong mạng OBS bằng phương pháp làm lệch hướng đi lại trong một khung điều khiển liên tục lưu thông quanh Ring. Phụ thuộc vào độ lớn của Ring, có thể có vài khung điều khiển lưu thông đồng thời. Mỗi node là chủ của một khe điều khiển trong mỗi khung điều khiển. Mỗi khe điều khiển chứa một số trường như trong hình 2.4. Hình 2.4 Cấu trúc của khung điều khiển Khuôn dạng và kiểu của các trường phụ thuộc vào giao thức OBS được sử dụng. Thông thường, mỗi khe điều khiển bao gồm các trường như: địa chỉ đích, giá trị offset và kích thước của chùm. Các trường khác như trường thẻ bài (token) trong một số giao thức nếu cần. Chúng ta chú ý rằng mỗi node trong Ring hoạt động như một node nguồn (chèn các chùm trong bước sóng chủ), như một node trung gian (cho các chùm đi qua tới các node trong Ring), hoặc như một node đích (nhận những chùm gởi cho nó). Vì vậy mỗi node phải đọc toàn bộ khung điều khiển chuyển đến nó trước khi quyết định hoạt động như thế nào (ví dụ, ghi vào khe điều khiển để chỉ báo dự định muốn truyền một chùm, hoặc thừa nhận yêu cầu cho sự truyền chùm). Bởi vậy, trong một mạng Ring thời gian để xử lí một khung điều khiển là như nhau cho cả node đích và node trung gian (nghĩa là Ti ( P )  Td( P ) ). Khung điều khiển bị trễ một lượng thời gian như nhau khi nó đi qua mỗi node. Giá trị trễ này là tổng thời gian truyền khung điều khiển cộng với thời gian để xử lí khung điều khiển, và giá trị trễ này có thể được tối thiểu hóa bởi việc dùng một giao thức đơn giản thực hiện trong phần cứng. 2.2. CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH TRONG MẠNG CHUYỂN MẠCH CHÙM QUANG 2.2.1. Thiết bị đầu cuối Thiết bị đầu cuối là các thiết bị mạng tương đối đơn giản về mặt cấu trúc. Chúng được dùng ở đầu cuối của một liên kết điểm nối điểm để ghép và phân kênh các bước sóng. Hình 2.5 chỉ ra ba phần tử chức năng bên trong một OLT: bộ tiếp sóng Hoàng Thị Ái_CCVT03B Trang 10
nguon tai.lieu . vn
Thạc sĩ - Tiến sĩ - Cao học Công nghệ thông tin Kinh tế - Thương mại Tài chính - Ngân hàng Kiến trúc - Xây dựng Điện-Điện tử-Viễn thông Cơ khí - Chế tạo máy Công nghệ - Môi trường Báo cáo khoa học Quản trị kinh doanh Khoa học xã hội Khoa học tự nhiên Nông - Lâm - Ngư Y khoa - Dược