Nghiên cứu ảnh hưởng của độ dài BURST đến hiệu năng của mạng chuyển mạch BURST quang OBS

i


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TẬP ĐOÀN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG VIỆT NAM
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG





TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ DÀI BURST ĐẾN
HIỆU NĂNG CỦA MẠNG CHUYỂN MẠCH BURST QUANG OBS

NGÀNH : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
MÃ SỐ : 60.52.70 8


HỌ VÀ TÊN HỌC VIÊN : LÊ THANH THUỶ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS. BÙI TRUNG HIẾU


HÀ NỘI -2010


ii

MỤC LỤC
MỤC LỤC……………………………………………i
MỞ ĐẦU…………………………………………… 1 -
1.1 TỔNG QUAN MẠNG CHUYỂN MẠCH BURTS QUANG - 2 -
1.2 ĐỐI TƯỢNG VÀ MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI - 4 -
1.2.1 Cơ sở khoa học và thực tiễn - 4 -
1.2.2 Đối tượng của đề tài - 4 -
1.2.3 Mục đích của đề tài - 5 -
CHƯƠNG II: MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG THẾ HỆ
SAU………………………………………………… 6 -
2.1 MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG THẾ HỆ SAU 6 -
2.2 MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG - 6 -
2.3 CÁC KIẾN TRÚC MẠNG QUANG TƯƠNG LAI - 8 -
CHƯƠNG III : KIẾN TRÚC CHUYỂN MẠCH BURST QUANG
OBS……………………………………… 9 -
3.5 CHUYỂN MẠCH TRONG NÚT LÕI - 13 -
CHƯƠNG IV: ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ DÀI BURTS ĐẾN HIỆU
NĂNG MẠNG CHUYỂN MẠCH BURTS QUANG
OBS……………………………………… 14 -
4.1 CÁC THAM SỐ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG OBS - 14 -
4.1.1 Độ tin cậy - 14 -
4.2 XÉT ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ DÀI BURST ĐẾN HIỆU NĂNG
MẠNG OBS - 15 -
4.2.1 Đặt vấn đề : - 15 -
4.2.2 Phương pháp giải quyết vấn đề : - 16 -
4.3 Kết luận và đánh giá - 22 -
4.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG IV - 23 -
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ………………………- 23 -

- 1 -


MỞ ĐẦU
Trong giai đoạn hiện nay, kỹ thuật ghép kênh phân chia
theo bước sóng WDM là một giải pháp được lựa chọn để cung
cấp cơ sở hạ tầng mạng nhằm đáp ứng sự phát triển bùng nổ về
lưu lượng của Internet. Vấn đề dữ liệu truyền qua mạng quang
bị chậm lại do trễ xử lý điện tử tại các nút khiến việc tìm kiếm
một phương pháp truyền tải các gói IP trực tiếp trên miền
quang mà không cần qua chuyển đổi O/E/O cho mạng thông
tin thế hệ sau (NGN) là một tất yếu.
Việc loại bỏ các lớp mạng trung gian trong kiến trúc mạng
truyền tải IP gắn liền với sự phát triển của công nghệ chuyển
mạch quang. Sự mở rộng chức năng của chuyển mạch quang
tới lớp cao hơn sẽ tạo ra một kiến trúc mạng vô cùng đơn
giản, và đó cũng là mục tiêu hướng đến trong tương lai:
kiến trúc mạng chỉ gồm hai lớp: lớp IP và lớp quang. Kỹ
thuật chuyển mạch burst quang (OBS) được coi là giải pháp khả
thi trong tương lai gần bởi nó có những đặc điểm tương tự
chuyển mạch gói nhưng không yêu cầu đệm quang. Đơn vị
truyền tải của OBS là burst quang, được cấu thành từ nhiều gói
IP. Khi đó, độ dài của một burst quang rõ ràng là một yếu tố có
ảnh hưởng lớn đến hiệu năng của mạng. Luận văn này tập trung
nghiên cứu các ảnh hưởng của độ dài burts đến hiệu năng mạng
OBS để nhằm tìm ra các tham số tối ưu cho một mạng OBS cụ
thể.
Được sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS Bùi Trung Hiếu

trong suốt thời gian thực hiện luận văn, sự nỗ lực của bản thân
học viên đã hoàn thành bản luận văn này. Tuy nhiên do đây là
lĩnh vực mới đối với bản thân nên trong quá trình thực hiện,
luận văn chắc không tránh khỏi những thiếu sót, học viên rất
mong nhận được sự đóng góp, hướng dẫn của các thầy cô, để
có thể nắm vấn đề sâu sắc hơn và định hướng tốt trong quá
trình nghiên cứu thời gian tới.
Xin trân trọng cảm ơn !
Hà Nội, ngày 10/03/2010


- 2 -


CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU

Giới thiệu
Chương 1 trình bày những vấn đề tổng quát nhất của
mạng chuyển mạch burst quang, trong đó tập trung vào cấu
trúc và phân bố burst quang trong mạng chuyển mạch burts
quang OBS. Bên cạnh đó chương này cũng nêu rõ đối tượng
và mục đích của luận văn, cấu trúc trình bày của luận văn.
1.1 TỔNG QUAN MẠNG CHUYỂN MẠCH BURTS
QUANG
Để tận dụng hiệu quả băng tần trong các mạng WDM, cần
thực hiện phương pháp truyền tải toàn quang không sử dụng
bộ đệm quang khi điều khiển lưu lượng bùng nổ. Phương pháp
này cũng hỗ trợ giám sát nguồn tài nguyên rất có hiệu quả.
Trong mạng OBS, một burst dữ liệu gồm nhiều gói IP
được chuyển mạch thông qua mạng toàn quang. BURST chính

là đơn vị dữ liệu có độ dài biến đổi. Mào đầu điều khiển được
phát đi trước burst để thực hiện cấu hình chuyển mạch dọc
tuyến truyền burst. Trong cơ chế báo hiệu dành trước trễ DR,
burst đặt sau mào đầu điều khiển ngoài băng một khoảng thời
gian bù mà không cần phải đợi để nhận biết thiết lập kết nối.
Thời gian bù cho phép mào đầu được xử lý tại mỗi nút trung
gian trong khi burst được đệm điện tại nút nguồn. Vì vậy
không cần dây trễ quang tại các nút trung gian để làm trễ burst
trong khi mào đầu đã được xử lý. Bản tin điều khiển có thể chỉ
rõ khoảng thời gian burst nhận biết nút và có thể cấu hình lại
chuyển mạch của nút cho burst tiếp theo.
Một vấn đề quan trọng trong mạng OBS đó là vấn đề giải
quyết tranh chấp. Các cơ chế giải quyết tranh chấp hiện có bao
gồm cơ chế định tuyến chệnh hướng, chuyển đổi bước sóng và
sử dụng đệm. Một giải pháp để giảm tổn thất mất gói do tranh
chấp đó là phân mảnh burst. Phân mảnh burst chỉ xử lý những


- 3 -


phần của burst này chồng lấn lên burts khác, tránh mất burst
hoặc những phần chồng lấn của burts.
Một vấn đề quan trọng khác của OBS chính là hợp
burt. Hợp burts là tiến trình tổng hợp và hợp các gói đầu vào
thành một burst. Một số kỹ thuật hợp burts thông thường đó là
cơ chế hợp burst dựa trên bộ định thời và cơ chế hợp burst dựa
trên ngưỡng. Trong giải pháp hợp burst dựa trên bộ định thời,
burst được tạo ra và gửi vào trong mạng quang tại các khoảng
thời gian theo chu kỳ vì vậy mạng có thể có các burst đầu vào

có độ dài biến đổi. Phương pháp dựa trên giá trị ngưỡng là giới
hạn số gói bao gồm trong mỗi burst trước khi burst được gửi
vào trong mạng. Khi đó mạng có các burst đầu vào kích thước
cố định.
Hỗ trợ QoS là vấn đề quan trọng trong mạng OBS. Các yêu
cầu QoS khác nhau như thoại qua IP, video theo yêu cầu, hội
nghị video, đề xuất Internet để đảm bảo QoS. IETF có đề xuất
2 khung làm việc để hỗ trợ QoS trong các mạng IP đó là :
IntServ và DiffSev.
Có nhiều giải pháp đã được đề xuất để hỗ trợ QoS trong
mạng lõi OBS. Trong cơ chế dành trước dựa trên bù, burst ưu
tiên cao hơn có thời gian bù lớn hơn và so sánh với burst ưu
tiên thấp hơn. Bằng cách đưa ra thời gian bù lớn hơn, xác suất
dự trữ nguồn tài nguyên của các burst ưu tiên cao tăng và vì
vậy tổn thất các burts ưu tiên cao giảm. Một giải pháp kế tiếp
với điều kiện ưu tiên thời gian bù thay đổi là phải ưu tiên bên
trong gói điều khiển burst (BHP) và đưa ra giải pháp tranh
chấp khác nhau dựa trên burts ưu tiên.
Tuy nhiên luận văn chỉ tập trung vào một số cơ chế xét ảnh
hưởng của độ dài burst đến các lớp hoàn toàn cách ly trong
mạng OBS để cải thiện hiệu năng mạng OBS. Ý tưởng ở đây là
để phân biệt QoS giữa các burst lớp ưu tiên cao và các burts
lớp ưu tiên thấp, JET sử dụng extra offset time (EOT) khác
nhau đối với các lớp burts khác nhau. Tạo ra EOT lớn đối với
burts lớp cao tối ưu hơn các burts lớp thấp và nó đưa ra cơ hội


- 4 -

thành công tốt hơn. Offset Time lớn cho phép burts lớp cao
dành chiếm thành công. Burst lớp thấp sẽ chặn burts lớp cao
khi có sự khác biệt OT giữa các lớp bằng một vài lần độ dài
burts dữ liệu trung bình của lớp thấp.
Luận văn cũng trình bày kỹ thuật Phân biện độ dài
Burst (BLD- Burst Length Differentiation) nhằm cải thiện hiệu
năng mạng OBS.
1.2 ĐỐI TƯỢNG VÀ MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
1.2.1 Cơ sở khoa học và thực tiễn
Chuyển mạch burst quang là một giải pháp có tính chất
cách mạng then chốt nhằm nâng cao hiệu năng truyền tải của
các mạng WDM toàn quang. Tuy nhiên, tồn tại một số thách
thức khi triển khai ở môi trường đa phương tiện, đa dịch vụ.
Sự chồng lấn các dịch vụ cũng như đa phương tiện cần phải
kiểm soát các ứng dụng và chất lượng dịch vụ một cách độc
lập, đây chính là điểm yếu khi muốn điều khiển lưu lượng
xuyên suốt để đảm bảo chất lượng dịch vụ.
Tại các lớp thấp trong mô hình OSI, kỹ thuật lưu lượng
được coi là yếu tố then chốt nhất nhằm nâng cao hiệu năng
mạng đặc biệt trong bài toán kiểm soát tắc nghẽn. Để nâng cao
hiệu năng mạng OBS tồn tại nhiều giải pháp được đề xuất dưới
dạng: cấu trúc mạng, giải thuật khả thi. Do tính đa dạng về mô
hình ứng dụng cũng như mức độ phức tạp về lưu lượng thực tế
của mạng, các burts quang có độ dài thay đổi nên ảnh hưởng
nhiều đến hiệu năng mạng. Vì vậy, bài toán ảnh hưởng của độ
dài burst nhằm nâng cao hiệu năng của chuyển mạch burst
quang đã và đang được các viện , trường, các nhà công nghiệp
Viễn thông quan tâm, nghiên cứu triển khai.
1.2.2 Đối tượng của đề tài
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là mạng chuyển mạch

burts quang OBS, phân bố độ dài burts ảnh hưởng đến hiệu
năng của mạng chuyển mạch burts quang.


- 5 -


1.2.3 Mục đích của đề tài
 Nghiên cứu tổng quan mạng NGN và tập trung vào
mạng chuyển mạch burts quang

 Nghiên cứu, phân tích các phương pháp, giải pháp ảnh
hưởng của burts quang đến hiệu năng của mạng chuyển
mạch burts quang.
1.3 CẤU TRÚC LUẬN VĂN
Luận văn tập trung nghiên cứu mạng chuyển mạch
burst quang, các giải pháp, kỹ thuật nâng cao hiệu năng chuyển
mạch burts quang trong đó đi sâu giải quyết vấn đề ảnh hưởng
độ dài burts đến hiệu năng mạng chuyển mạch burts quang
Luận văn được trình bày thành 4 chương như sau:
Chương 1 : Giới thiệu: Trình bày khái quát về mạng chuyển
mạch OBS, đối tượng và mục đích của đề tài.
Chương 2: Giới thiệu chung về mạng truyền tải quang, chuyển
mạch quang. Phân tích những nguyên lý, ưu điểm
của các mạng NGN và phân loại chuyển mạch
quang.
Chương 3: Tìm hiểu hoạt động và một số vấn đề liên quan đế
kỹ thuật chuyển mạch OBS, cùng với một số giao
thức điều khiển đăng ký tài nguyên của OBS.
Ngoài ra trong chương này còn đi vào tìm hiểu

một số vấn đề liên quan đến OBS, làm cơ sở cho
các nội dung trong chương tiếp theo.
Chương 4: Trình bày những nghiên cứu về ảnh hưởng độ dài
burst đến chuyển mạch burst quang.
Phần kết luận nêu rõ các kết quả đạt được của đề tài,
khả năng ứng dụng và hướng nghiên cứu tiếp theo.


- 6 -



CHƯƠNG II: MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG THẾ HỆ
SAU
Giới thiệu:
Trong chương này chủ yếu giới thiệu các khái niệm mạng
truyền tải và các kiến trúc đang sử dụng trong mạng thế hệ sau
NGN.

2.1 MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG THẾ HỆ SAU NGN.
Đặc trưng tập trung của NGN là dịch vụ và truyền tải sẽ
được tách ra để trình bày riêng rẽ và phát triển độc lập.Vấn đề
này liên quan tới mô hình tham khảo cơ bản [19] và được thể
hiện như hình vẽ 2.1 dưới đây. Tuy nhiên luận văn chỉ tập
trung vào mạng truyền tải.
Hình 2.1 trình bày mô hình tham khảo cơ bản của
mạng thế hệ sau NGN, mô hình được phân chia thành tầng
dịch vụ ở phía trên và tầng truyền tải phía dưới.

Hình 2.1 Mô hình tham khảo cơ bản đối với mạng thế hệ sau

2.2 MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
Sau phần giới thiệu chung về các đặc tính kỹ thuật và các
đặc trưng khác của mạng truyền tải thì phần này trình bày các
kiến trúc mạng truyền tải hiện tại và mạng truyền tải đang
được phát triển trong tương lai.


- 7 -


Nguyên tắc căn bản của mạng quang chính là việc truyền
tải dữ liệu bằng ánh sáng trong môi trường sợi thủy tinh (chí
phí thấp). Ưu điểm của truyền dẫn sợi quang so với truyền dẫn
điện là suy hao thấp và tốc độ bít cao,không có nhiễu điện từ
và không bức xạ điện từ. Do đó, thông tin quang có thể đạt
được khoảng cách truyền dẫn dài, không xuyên kênh và khó có
thể nghe trộm.


Hình 2.2 Mạng chuyển mạch bước sóng và các đoạn của mạng
truyền tải quang
Mạng chuyển mạch bước sóng WSN truyền tải dữ liệu
trong kết nối quang, được gọi là tuyến quang và chúng có dạng
lưới bước sóng. Tuyến quang bắt đầu vào máy phát quang, tạo
kênh bước sóng trên các sợi quang và kết cuối trong bộ thu
quang. Tuyến quang tại nút trung gian được chuyển mạch như
chuyển mạch kênh cho cả kết nối tĩnh sử dụng panel nối
quang và kết nối động sử dụng các bộ xen rẽ quang (OADM)
hoặc kết nối chéo quang.
Ngoài ra luận văn còn trình bày mạng IP over WDM, mạng

truyền tải đa lớp,điều khiển mạng truyền tải quang.


- 8 -


2.3 CÁC KIẾN TRÚC MẠNG QUANG TƯƠNG LAI
Trong các phần trước thảo luận về kiến trúc mạng quang
hiện nay thì phần này xem xét mạng quang tương lai và trình
bày sâu hơn về mạng chuyển mạch chùm quang OBS trong
chương sau.
Chuyển mạch burst quang đã được đề xuất vào cuối những
năm 1990 như là một kiến trúc mạng quang mới trực tiếp theo
hướng truyền tải hiệu quả lưu lượng IP.

Hình 2.3 Mạng chuyển mạch burst quang (OBS)
 Các nút biên tập hợp lưu lượng lớp khách hàng , hợp các
burst quang độ dài biến đổi. Các burts này được truyền tải
thông qua mạng tới nút biên đích OBS thì tách burst và
hướng về lưu lượng lớp khách hàng.
 Các burst dữ liệu dị bộ được chuyển mạch trong suốt trong
nút lõi đặt trong miền quang tới khi đạt được tới nút đích
của chúng.


- 9 -


 Thông tin điều khiển để định tuyến và dành chiếm bước
sóng được báo hiệu trong các gói mào đầu điều khiển ngoài

băng và được xử lý điện tại nút lõi. Mào đầu điều khiển
burst được truyền trên các kênh riêng rẽ như được mô tả
trong hình 2.3 hoặc được ghép vào trong bước sóng dữ liệu
sử dụng cơ chế điều chế trực giao.
Tách rời điều khiển và dữ liệu cho phép các nút lõi chỉ kết
cuối thông tin điều khiển điểm nối điểm và chuyển mạch trong
suốt các burst dữ liệu. Thực tế rằng các mào đầu điều khiển
được xử lý điện trong khi các burst dữ liệu được chuyển mạch
trong miền quang được tham khảo thường xuyên như là ứng
dụng lai ghép.
2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG II
Xu hướng phát triển mạng toàn quang là tất yếu. Mạng
quang thế hệ sau NGN chỉ sử dụng lưu lượng gói. Và ưu điểm
hơn chính là mạng chuyển mạch burts quang. Chương tiếp
theo sẽ đi sâu vào các kỹ thuật trong mạng chuyển mạch burts
quang.

CHƯƠNG III : KIẾN TRÚC CHUYỂN MẠCH BURST
QUANG OBS
Giới thiệu :
Trong chương này giới thiệu chi tiết các khái niệm cơ bản
và các khối xây dựng nên chuyển mạch burst quang
OBS.Chương này tổng quát lại các bài báo đã được công bố để
tính toán cho kiến trúc mạng chuyển mạch burts quang.
3.1 TẬP HỢP VÀ HỢP BURST TRONG NÚT BIÊN OBS


- 10 -

Hình 3.1 Các khối chức năng của mạng OBS dọc tuyến từ
đầu cuối tới đầu cuối



Tập hợp lưu lượng và hợp burst là các khái niệm xác định
OBS. Tập hợp lưu lượng và hợp burts được thực hiện ở nút
biên OBS tại giao diện giữa miền điện và miền quang.
Nút biên lối vào được trình bày trong hình 3.2, lưu lượng
đầu vào trước tiên được phân lớp, chẳng hạn như dựa trên đích
truyền, QoS và MPLS lớp tương đương có hướng (FEC -
forward equivalence class). Sau đó chúng được tập hợp lại
trong mô hình xếp hàng riêng rẽ tới khi thuật toán hợp burts
quyết định thành dạng burst mới. Tại thời điểm đó, gói mào
đầu điều khiển burst có địa chỉ đích hoặc nhận dạng tuyến
cũng như việc tạo ra lớp dịch vụ và độ dài burst.Chúng được
đặt vào trong bộ đệm truyền dẫn và trạng thái lập lịch được gửi
vào mạng.


- 11 -



Hình 3.2 Các thành phần và các giai đoạn hợp burst trong nút biên OBS
3.2 DÀNH CHIẾM TÀI NGUYÊN TRONG OBS
Dành chiếm tài nguyên OBS trên burst bằng thông tin điều
khiển báo hiệu ngoài băng và vì vậy được gọi là gói điều khiển

burst chẳng hạn như bước sóng điều khiển riêng biệt.

Nguồn tài nguyên được dành chiếm trên burst, báo hiệu và
dành chiếm chức năng đã được cung cấp cho cả thông tin
hướng kết nối và không kết nối. Đối với mạng tốc độ cao, hai
kỹ thuật dành chiếm tài nguyên nhanh đã được đề xuất có tên
là TAW và TAG.


Hình 3.3 Thời gian truyền burt theo cơ chế TAW(a) và TAG(b)



- 12 -


3.3 LỊCH TRÌNH BURST
Trong quá trình xử lý dành chiếm nguồn tài nguyên, các
burts đã được lập lịch trong nút lõi OBS để truyền dẫn trên các
liên kết mạng hoặc để kết cuối đệm.



Hình 3.4 Sơ đồ phân loại và thực hiện đối với lịch trình
burts
Các giai đoạn để có thể được phân lớp dựa vào khoảng thời
gian mà trong khi các nguồn tài nguyên được lập lịch đối với
burts và dựa vào thuật toán lựa chọn nguồn tài nguyên. Quá
trình này được chỉ ra ở hình 3.4
3.4 GIẢI QUYẾT TRANH CHẤP

Trong phần này trước tiên giới thiệu nguyên tắc cơ chế giải
quyết tranh chấp trong các mạng quang. Từ đó, trình bày chi
tiết và trạng thái kiểu mẫu trong bộ chuyển đổi bước sóng, các
bộ đệm đường dây trễ quang và định tuyến chệch hướng luân
phiên. Cuối cùng thảo luận các cơ chế giải quyết tranh chấp
kết hợp và không kết hợp .


- 13 -



Hình 3.5 Sơ đồ và hoạt động giải quyết tranh chấp cơ bản

Giải quyết tranh chấp bao gồm tất cả các kỹ thuật để phân
phối xung đột nguồn tài nguyên giữa 2 burst hoặc nhiều hơn 2
burts. Hình 3.5 chỉ ra phân lớp chủ yếu của các cơ chế giải
quyết tranh chấp và các đặc tính .
3.5 CHUYỂN MẠCH TRONG NÚT LÕI.
Các nút lõi OBS chịu trách nhiệm để chuyển mạch các
burst riêng biệt và để đọc, xử lý và viết các mào đầu điều khiển
burst. Thông tin mào đầu điều khiển burst được sử dụng để tạo
hướng quyết định thiết lập chuyển mạch.
Các nút OBS có thể được cấu trúc vào trong các trạng thái
đầu vào và đầu ra như lõi chuyển mạch được chỉ ra trong hình
3.6.


Hình 3.6 Cấu trúc của một nút lõi OBS

- 14 -


Mỗi kênh bước sóng có thể bổ sung hoặc loại bỏ chuyển
mạch lõi như một cổng chuyển mạch gồm các cổng tách ghép
và các cổng đệm FDL.
3.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG III
Các kỹ thuật cơ bản trong mạng OBS đã được trình bày cụ
thể trong chương 3, làm cơ sở tiền đề cho chương 4 đánh giá
hiệu năng mạng OBS khi xét độ dài burts thay đổi. Từ đó đưa
ra nhận xét đánh giá ảnh hưởng của độ dài burts lên hiệu năng
mạng sẽ được trình bày trong chương tiếp theo.

CHƯƠNG IV: ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ DÀI BURTS ĐẾN
HIỆU NĂNG MẠNG CHUYỂN MẠCH BURTS QUANG
OBS
Giới thiệu
Chương này tập trung vào bài toán phân bố độ dài burts,
xét ảnh hưởng của độ dài burts đến hiệu năng của mạng OBS.
Phần đầu tiên cần xác định các tham số ảnh hưởng đến hiệu
năng của mạng. Tiếp theo phân tích bài toán ảnh hưởng của độ
dài burst đến hiệu năng mạng. Cuối chương đưa ra nhận xét
đánh giá một số kết quả.
4.1 CÁC THAM SỐ HIỆU NĂNG CỦA MẠNG OBS
Hiệu năng của mạng OBS phải được biểu thị theo các tham
số QoS đo được. Các tham số thông thường nhất thường được
biết đến là các tham số: Băng thông, độ thông qua, độ tin cậy
,độ trễ, và xác suất mất gói. Trong khung làm việc chung của
QoS , ba dạng tham số đo tổng quát gồm:Các tham số tính

cộng (ví dụ như trễ, trượt, giá và số bước nhảy).Các tham số
tính nhân (ví dụ như độ tin cậy).Các tham số tính lõm (ví dụ
như băng thông).
4.1.1 Độ tin cậy
Để xác định độ ổn định của hệ thống, người ta thường xác
định độ khả dụng của hệ thống, đồng nghĩa với độ khả dụng


- 15 -


của hệ thống và được nhìn nhận từ khía cạnh mạng là độ tin
cậy của hệ thống. Độ khả dụng của mạng càng cao nghĩa là độ
tin cậy của mạng càng lớn và độ ổn định của hệ thống càng
lớn.
4.1.2 Băng thông
Băng thông biểu thị tốc độ truyền dữ liệu cực đại có thể đạt
được giữa hai điểm kết cuối
4.1.3 Độ trễ
Là khoảng thời gian chênh lệch giữa các thiết bị phát và
thiết bị thu. Các thành phần gây trễ chủ yếu gồm: trễ hàng
đợi,trễ truyền lan,trễ chuyển tiếp,trễ truyền dẫn
4.1.3 Tổn thất gói
Tổn thất gói có thể xảy ra theo từng cụm hoặc theo chu kỳ
do mạng bị tắc nghẽn liên tục, hoặc xảy ra trên chính các
trường chuyển mạch gói. Mất gói theo chu kì ở khoảng 5-10%
số gói phát ra có thể làm giảm chất lượng mạng xuống cấp
đáng kể.
4.1.4 Độ thông qua (Throughput)
Độ thông qua là tỷ số giữa toàn bộ tải lưu lượng được phục

vụ tại đầu ra trên tổng số tải lưu lượng.

4.2 XÉT ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ DÀI BURST ĐẾN
HIỆU NĂNG MẠNG OBS
4.2.1 Đặt vấn đề :
Trong mạng chuyển mạch gói nói chung và mạng OBS nói
riêng, kỹ thuật lưu lượng còn được gọi là chất lượng dịch vụ
(QoS) liên quan đến các cơ chế điều khiển tài nguyên hơn là
chất lượng dịch vụ thực hiện được. Do vậy, QoS là khả năng
để cung cấp các mức ưu tiên khác nhau cho người sử dụng hay
các ứng dụng thuộc các luồng dữ liệu khác nau để đảm bảo
một mức hiệu năng xác định cho mạng. Trong phần này vấn đề
thiết lập chất lượng dịch vụ QoS trong mạng OBS khi tập
trung vào khả năng hỗ trợ hiệu quả của hai lớp dịch vụ khác


- 16 -


nhau đó là lớp dịch vụ mức ưu tiên cao (HP) để truyền tải các
lưu lượng có độ nhạy cảm về trễ hoặc tổn thất gói như dịch vụ
thoại thời gian thực và dựa trên lớp dịch vụ nỗ lực tối đa BE
(Best Effort) - cho lưu lượng dữ liệu thông thường, sẽ được
xác định.
4.2.2 Phương pháp giải quyết vấn đề :
Bài toán chỉ tập trung vào vấn đề QoS ,phân tích một số
kỹ thuật và tập trung vào kỹ thuật sự khác biệt độ dài burts
(BLD) nhằm cải thiện hiệu năng khi được áp dụng với các kỹ
thuật QoS khác nhau.
4.2.2.1.Xét ưu điểm của vấn đề QoS trong mạng OBS.

QoS cung cấp trong mạng OBS thường dựa trên giải pháp
Diffserv mà giải pháp này chủ yếu được áp dụng theo 3 trường
hợp khác nhau :
 Tận dụng offset extra time (OT) và được gọi là cơ chế sự
khác biệt thời gian Offset (OTD – Offset Time
Differentiation).
 Sắp xếp ưu tiên lớp lưu lượng cao hơn.
 Một vài tham số hợp burts.
Trường hợp 1, mỗi Extra Offset Time (OT) được sắp xếp
vào các burts ưu tiên cao mà các burts ưu tiên này giúp chúng
trong suốt tiến trình dành chiếm tài nguyên trong mạng.
Trường hợp thứ hai, QoS với điều kiện trong chuyển mạch lõi
chiếm trước các burts ưu tiên thấp (cùng với phân đoạn hoặc
không phân đoạn) hoặc lập lịch các gói điều khiển ưu tiên
thấp. Trường hợp cuối cùng, một vài tham số hợp burts có thể
tối thiểu hóa trễ đầu cuối đến đầu cuối của các gói ưu tiên cao
hơn. Việc dành chiếm trước dẫn tới mào đầu báo hiệu và tính
phức hợp cao, trong khi đó đối với OTD thích hợp với lớp
burts ưu tiên cao,các đặc tính độ dài burts và mở rộng trễ tái
truyền dẫn có thể không ảnh hưởng tới các ứng dụng thời gian
thực. Do đó kỹ thuật phân bố độ dài burts (BLD) kết hợp sự


- 17 -


khác biệt thời gian offset OTD và chiếm trước burst BP được
trình bày trong phần sau:
4.2.2.2.Phân bố độ dài burst
Kiến trúc OBS có sử dụng đệm đường dây trễ quang FDL

dễ ảnh hưởng với việc quá tải lưu lượng. Trong thực tế các
burst dài làm ảnh hưởng tăng xác suất tranh chấp burts và có
tổn thất burts cao hơn trong khi các burst ngắn có nhiều cơ hội
hơn để truy nhập một bước sóng và để lấp đầy các khoảng
trống giữa các burst luôn được lưu giữ khi áp dụng thuật toán
lập lịch sử dụng void -filling . Vì thế bài toán giải quyết tranh
chấp cũng như QoS, áp dụng phương pháp BLD cho các lớp
lưu lượng khác nhau sắp xếp kích thước burts khác nhau. Cả
hai lớp HP và BE sử dụng kết hợp thuật toán hợp độ dài burst /
thời gian tại nút biên để tạo thành các burst. Tuy nhiên, trong
trường hợp của BLD, các burts HP được hợp nhất với các bộ
định thời thấp hơn và ngưỡng độ dài burts lớn hơn các burts
BE.
4.2.2.3 Đánh giá hiệu năng
Như vậy quá trình tập hợp burts với kích thước burts thay
đổi cho phép cải thiện hiệu năng mạng OBS, tuy nhiên sự tác
động của BLD lên hiệu năng QoS khi kết hợp với các kỹ thuật
QoS khác vẫn chưa được rõ ràng. Do vậy trong phần này hiệu
năng của cơ chế BLD khi kết hợp với 2 kỹ thuật QoS tương
ứng là : Sự khác biệt thời gian offset OTD và chặn đón chiếm
trước burts (BP) sẽ được đánh giá.



- 18 -



Hình 4.1 Kỹ thuật BLD
Như đã đề cập ở trên, OTD là sắp xếp bổ sung OT cho các

burst ưu tiên cao dẫn tới dành chiếm sớm hơn. Extra OT có
trong một vài khoảng thời gian burst của các burts ưu tiên thấp
hơn và OT cao hơn thì độ phân cách giữa các lớp lưu lượng
cao hơn. Nếu mỗi extra OT bằng 3 khoảng thời gian burts
trung bình đảm bảo 95% độ phân cách. Mặt khác OT sẽ giữ
giới hạn hợp lý khi OT ảnh hưởng tới trễ từ đầu cuối tới đầu
cuối.
Trường hợp đối với BP, các burts xung đột tài nguyên
được dành chiếm đối với các burts ưu tiên thấp chồng lấn lên
nhau do quá trình dành chiếm ưu tiên cao.Tiến trình dành
chiếm liên quan tới hoặc toàn bộ các đơn vị burts hoặc chỉ tới
một đoạn của burst khi áp dụng phân mảnh burts. Dành chiếm
trước kết hợp với phân đoạn cho phép giảm xác suất mất burst,
tuy nhiên vấn đề cần quan tâm đó là vấn đề hợp burts. Bài toán
này đánh giá dành chiếm trước không kết hợp phân đoạn và
mỗi burts HP cho phép chiếm trước hầu hết burst BE trong các
trường hợp không định vị được tài nguyên bước sóng rỗi.
Một vấn đề quan trọng khác tác động đến hiệu năng QoS
chính là thuật toán lập lịch. Thuật toán được thực hiện trong
suốt tiến trình dành chiếm tài nguyên và đóng vai trò sắp xếp
bước sóng cho mỗi burts. Một vài thuật toán lập lịch cũng
được đề xuất cho mạng OBS. Đơn giản nhất là thuật toán


- 19 -


Horizon, thuật toán này dựa trên việc nhận biết thời gian muộn
nhất mà các kênh (bước sóng) đã được lập lịch hiện tại. Thuật
toán các kênh không được sẵn sàng muộn nhất có void filling

(LAUC-VF- Latest Available Unused Channel with Void
Filling) có một số thay đổi mở rộng và cải thiện thuật toán
Horizon.
4.2.2.4. Trường hợp xem xét và đánh giá các kết quả






Hình 4.2 Phân bố IAT và độ dài burst đối với các cơ chế có
BLD hoặc không có BLD

Xét một kiến trúc nút OBS nói chung với đầy đủ các kết
nối và bộ chuyển đổi bước sóng hoạt động như một bộ chuyển


- 20 -


mạch xếp hàng đầu ra. Chuyển mạch 4x4 có 4 cổng đầu vào và
4 cổng đầu ra và 4 bước sóng trên mỗi cổng, mỗi bước sóng
hoạt động tại tốc độ 10Gbit/s.
Lưu lượng được phân bố như nhau giữa tất cả các cổng vào
và các cổng ra. Tải trung bình trên mỗi kênh bước sóng đầu
vào là 0,8 Erlang. Xét độ dài burts (hình 4.1) và các phân bố
thời gian đến bên trong (IAT). Độ dài burts được phân bố
Gaussian có độ dài burts trung bình là 40Kbyte. Khi áp dụng
BLD, kích thước trung bình của các burts HP (MBL
HP

) dao
động từ 5 đến 10Kbyte trong khi nó duy trì 40Kbyte đối với
các burts BE (MBL
BE
). Tỷ lệ phần trăm các burts HP qua toàn
bộ lưu lượng và gọi là α.
Thời gian đến bên trong burst IAT sau khi xử lý hợp burts
được phân bố theo dạng Gaussian (hình 4.2). Tuy nhiên các
khối burts phải được xếp hàng theo trật tự để cho phép truy
nhập liên kết nếu các burts khác đã được truyền tải. Vì thế, các
IAT trong mỗi liên kết cho phép phân bố Gamma (hình 4.3).
IAT trung bình khi không kết hợp BLD đạt giá trị bằng
51,79µs. Khi kết hợp BLD thì IAT dựa vào tham số α thực tế.
IAT và phân bố độ dài burst BLD được trình bày trong hình
4.2. Trường hợp OTD đối với các burst HP thì giá trị extra
offset time bằng 4 MBL
BE
để đảm bảo độ phân cách giữa các
lớp dịch vụ BE và HP. Chuyển mạch OBS sử dụng cấu hình
FDL với 4 đường dây trễ. Các đường dây trễ tăng tuyến tính
cân bằng với MBL
BE
.Hình 4.3 và 4.4 phân tích độ thông qua
(throughput) cũng như xác suất mất burts (BLP) bao gồm cho
cả lưu lượng HP(BLP
HP
) và lưu lượng BE (BLP
BE
) là hàm của
hệ số α đó là tỷ số tải HP trên toàn bộ tải mạng.

Độ thông qua được tính toán để tận dụng kênh đầu ra
tiêu chuẩn hóa tới 0,8 tải lưu lượng đầu vào ( hoặc độ thông
qua là tỷ số giữa toàn bộ tải lưu lượng được phục vụ trên đầu
ra trên tổng số tải lưu lượng).



- 21 -





Hình 4.3 Độ thông qua phụ thuộc vào hệ số α đối với hai
trường hợp phân biệt A) OTD ; B) BP
Hình 4.3, biểu diễn cho cả hai trường hợp OTD và BP
không kết hợp các đường dây trễ FDL thì độ thông qua thấp
và vượt hơn 80%. Trong cơ chế OTD, độ thông qua biến thiên
cao hơn. Nhìn vào đồ thị có thể nhận thấy rằng đối với cả hai
trường hợp không kết hợp FDL và BLD trong OTD có độ
thông qua thấp và nó đạt giá trị thấp nhất khi tham số α có giá
trị từ khoảng 0.5 đến 0.6 (hình 4.3A). Mặt khác cơ chế dành
chiếm trước có kết hợp FDL và không kết hợp với BLD thì độ
thông qua có giá trị là hằng số đối với tải lưu lượng HP (hình
4.3B). Cả 2 cơ chế chiếm trước kết hợp với BLD đạt được một
vài giá trị tối thiểu nhưng nó vẫn ở mức cao trên 95%. Một vài
nhận xét khác cho rằng BLD với các burts ngắn hơn đạt được
độ thông qua tốt hơn đối với cơ chế BLD có các burts dài hơn.
Tóm lại BLD không ảnh hưởng lớn tới độ thông qua của
BP trong khi BLD có thể giảm đáng kể độ thông qua trong

trường hợp OTD cụ thể khi lưu lượng HP và BE chia sẻ băng
tần như nhau.
Hình 4.4 Xác suất mất burst cho các trường hợp với
QoS khác nhau kết hợp các đường dây trễ FDL. Từ hình vẽ ta
thấy BLD cải thiện hiệu năng HP trong cả hai trường hợp OTD


- 22 -


và BP khi so sánh với trường hợp không có BLD. Khi giảm tỷ
số tải lưu lượng HP thì BLP của nó cũng giảm.



Hình 4.4 Xác suất mất burts của lưu lượng HP và BE phụ
thuộc vào hệ số α đối với hai trường hợp phân biệt A) OTD ;
B) BP
So sánh các kết quả gồm cả OTD và BP trong trường hợp
có BLP và không có BLP, nhận thấy rằng BP ưu điểm hơn
BLD và OTD. Ngoài ra BLD cải tiến cơ chế BP đảm bảo QoS
và độ thông qua không bị ảnh hưởng nhiều.
4.3 Kết luận và đánh giá
 Kỹ thuật phân bố độ dài burts BLD cho mỗi lớp lưu
lượng kết hợp với các ngưỡng kích thước bộ đệm khác
nhau. Phân bố độ dài BLD có thể được áp dụng kết hợp
các cơ chế QoS khác như OTD hoặc BP và cải thiện
toàn bộ hiệu năng QoS của mạng OBS. Hơn nữa, việc
kết hợp với cơ chế BP thì độ phức tạp thấp hơn so với
trường hợp BP kết hợp phân đoạn.

 Đối với kích thước burts lớp ưu tiên thấp khi đạt được
cách ly hoàn toàn thì khi giảm xác suất nghẽn lớp ưu
tiên thấp chính là giảm kích thước burts lớp ưu tiên thấp



- 23 -


4.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG IV
Chương này đã tập trung phân tích 2 ảnh hưởng của độ dài
burts đến hiệu năng của mạng OBS :
Thứ nhất là ảnh hưởng của kỹ thuật Phân biệt độ dài burts
BLD đến hiệu năng mạng OBS khi dựa vào 2 lớp dịch vụ HP
và BE.
Thứ hai là đánh giá kích thước burts của các burts lớp thấp
trong trường hợp cách ly hoàn toàn.
Cả hai tham số ảnh hưởng này đều cải thiện được hiệu năng
mạng OBS làm giảm xác suất nghẽn lớp thấp, độ thông qua
cao hơn,trễ truyền dẫn nhỏ.Từ đó nhận thấy rằng độ dài burts
là một tham số quan trọng ảnh hưởng tới hiệu năng mạng.


KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Luận văn đã đề cập tới các mạng quang thế hệ sau NGN,
phân tích được các mạng quang tương lai và tập trung chủ yếu
vào chuyển mạch burst quang OBS. Luận văn đã đánh giá các
đặc điểm chính của mạng OBS như :
+ Tập hợp các gói IP đầu vào tới cùng một router lối ra thành
một burst.

+ Mào đầu điều khiển được phát đi trước burst trên một kênh
bước sóng riêng biệt. Sau một khoảng thời gian offset thì
burts mới được truyền đi.
+ Đặc điểm nổi bật của OBS chính là không cần sử dụng bộ
đệm tại các nút trung gian.
Do đó để thực thi mạng chuyển mạch burts quang có rất
nhiều vấn đề cần được giả quyết như : Bộ định tuyến nút biên,
quản lý thời gian offset, các cơ chế hợp burst, kỹ thuật bảo vệ
và hồi phục, giải quyết cơ chế tranh chấp … Tuy nhiên luận
văn đã đề cập chủ yếu vào yếu tố ảnh hưởng của độ dài burts
đến hiệu năng mạng OBS và chỉ tập trung phân tích tham số
phân bố độ dài burst BLD kết hợp với phân bố thời gian offset