Kỹ thuật lưu lượng IP-WDM

Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục
MỤC LỤC
MỤC LỤC ...................................................................................................................... I
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ............................................................................................ IV
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................... 1
CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ IP/WDM ....................................................................... 3
1.1 Khái niệm mạng IP/WDM .................................................................................... 3
1.2 Lí do chọn IP/WDM ............................................................................................. 7
CHƯƠNG II KĨ THUẬT LƯU LƯỢNG IP/WDM ...................................................... 10
2.1 Mô hình hoá lưu lượng viễn thông ...................................................................... 10
2.1.1 Mô hình lưu lượng dữ liệu và thoại cổ điển ................................................. 10
2.1.2 Các mô hình lưu lượng dữ liệu lí thuyết ...................................................... 11
2.1.3 Một mô hình tham chiếu băng thông ........................................................... 12
2.2 Bảo vệ và tái cấu hình ........................................................................................ 18
2.3 Các mô hình bảo vệ và tái cấu hình trong mạng IP/WDM .................................. 19
2.4 Khái niệm kĩ thuật lưu lượng IP/WDM .............................................................. 20
2.5 Mô hình hoá kĩ thuật lưu lượng IP/WDM ........................................................... 21
2.5.1 Kĩ thuật lưu lượng chồng lấn ....................................................................... 21
2.5.2 Kĩ thuật lưu lượng tích hợp ......................................................................... 23
2.5.3 Nhận xét ...................................................................................................... 23
2.6 Mô hình chức năng của kĩ thuật lưu lượng IP/WDM .......................................... 25
2.6.1 Cơ sở dữ liệu thông tin trạng thái mạng IP/WDM ....................................... 27
2.6.2 Quản lí giao diện IP với WDM .................................................................... 29
2.6.3 Khởi tạo tái cấu hình ................................................................................... 30
2.6.4 Đo kiểm và giám sát lưu lượng ................................................................... 31
2.6.5 Giám sát hiệu năng tín hiệu quang .............................................................. 38
2.7 Kĩ thuật lưu lượng MPLS ................................................................................... 39
2.7.1 Cân bằng tải ................................................................................................ 39
2.7.2 Giám sát mạng ............................................................................................ 43
CHƯƠNG III TÁI CẤU HÌNH TRONG KĨ THUẬT LƯU LƯỢNG IP/WDM ........... 45
3.1 Tái cấu hình mô hình ảo đường đi ngắn nhất ...................................................... 45

3.1.1 Mô hình ảo có quy tắc và bất quy tắc .......................................................... 47
3.1.2 Thiết kế mô hình ......................................................................................... 48
3.1.3 Một số thuật toán dựa trên kinh nghiệm ...................................................... 48
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
i
Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục
3.1.4 Dịch chuyển mô hình ảo .............................................................................. 54
3.2 Tái cấu hình cho các mạng WDM chuyển mạch gói ........................................... 58
3.2.1 Tổng quan về tái cấu hình WDM chuyển mạch gói ..................................... 58
3.2.2 Các điều kiện tái cấu hình ........................................................................... 60
3.2.3 Một trường hợp thực tế ............................................................................... 61
3.2.4 Mô tả thuật toán dựa trên kinh nghiệm ........................................................ 63
3.2.5 Thảo luận về thuật toán ............................................................................... 70
3.2.6 Dịch chuyển tái cấu hình đường đi ngắn nhất. ............................................. 70
CHƯƠNG IV PHẦN MỀM XỬ LÍ LƯU LƯỢNG IP/WDM ....................................... 73
4.1 Phần mềm kĩ thuật lưu lượng IP/WDM .............................................................. 73
4.2 Kiến trúc phần mềm cho kĩ thuật lưu lượng chồng lấn ........................................ 73
4.3 Kiến trúc phần mềm cho kĩ thuật lưu lượng tích hợp .......................................... 76
4.4 Kĩ thuật lưu lượng IP - giao thức điều khiển mạng (IP TECP) ............................ 78
4.5 Giao diện người sử dụng - mạng IP/WDM (UNI) ............................................... 83
4.6 Kĩ thuật lưu lượng WDM - giao thức điều khiển mạng (WDM TECP) ............... 90
4.7 Kĩ thuật lưu lượng phản hồi vòng kín. ................................................................ 98
4.7.1 Quá trình triển khai mô hình mạng .............................................................. 98
4.7.2 Hội tụ mạng .............................................................................................. 100
KẾT LUẬN ................................................................................................................ 101
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 104
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
ii
Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục
Nguyễn Thế Cương, D2001VT

iii
Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ viết tắt
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt
ANSI American National Standard
Institute
Viện tiêu chuẩn quốc gia Hoa Kì
ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ
ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dẫn không đồng bộ
BGP Border Gateway Protocol Giao thức cổng biên
CSPF Constraint-based Shortest Path
First Routing
Định tuyến đường đi ngắn nhất
trước tiên dựa trên ràng buộc
DCN Data Communication Network Mạng truyền thông dữ liệu
DHCP Dynamic Host Configuration
Protocol
Giao thức cấu hình host động
DHP Demand Hop-count Product
heuristic algorithm
Thuật toán dựa trên kinh nghiệm
tích đếm hop nhu cầu
ECMP Equal Cost Multiple Path Đa đường đồng chi phí
FBM Fractional Brownian Motion Chuyển động phân mảnh Brownian
FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền file
GMPLS Generalized Multiprotocol
Label Switching
Chuyển mạch nhãn đa giao thức
tổng quát
GUI Graphical User Interface Giao diện người sử dụng đồ hoạ

HTDA Heuristic Topology Design
Algorithm
Thuật toán thiết kế mô hình dựa
trên kinh nghiệm
HTTP Hypertext Transfer Protocol Giao thức truyền siêu văn bản
ICMP Internet Control Message
Protocol
Giao thức bản tin điều khiển
Internet
ID Identifier Bộ nhận dạng
IETF Internet Engineering Task
Force
Nhóm kĩ sư Internet
Ifmanager Interface manager Khối quản lí giao diện
IP Internet Protocol Giao thức Internet
LAN Local Area Network Mạng cục bộ
LEMS Link Elimination via Matching
Scheme
Loại bỏ tuyến nối thông qua lược
đồ ghép
LMP Link Management Protocol Giao thức quản lí tuyến nối
LSA Link State Advertisement Quảng bá trạng thái tuyến nối
LSP Label Switched Path Đường chuyển mạch nhãn
MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường
MIB Management Information Base Cơ sở thông tin quản lí
MLDA Minimum-delay Logical
Topology Design Algorithm
Thuật toán thiết kế mô hình logic
tối thiểu hoá trễ
MPLS Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức

MSN Manhattan Street Network Mạng phố Manhattan
MTU Maximum Transmission Unit Đơn vị truyền dẫn tối đa
NC&M Network Control and
Management
Quản lí và điều khiển mạng
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
iv
Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ viết tắt
NE Network Element Phần tử mạng
NGI Next Generation Internet Internet thế hệ kế tiếp
NMS Network Management System Hệ thống quản lí mạng
NSFNET
OADM Optical Add/Drop Multiplexer Khối xen/tách quang
OAM Operation and Maintenance Hoạt động và bảo trì
OAM&P Operation, Administration,
Maintenance and Provisioning
Hoạt động, quản trị, bảo trì và giám
sát
OC-12 Optical Carrier Level 12
(622,08 Mb/s)
Mức mang quang 12 (622,08
Mb/s)
OC-3 Optical Carrier Level 3
(155,52Mb/s)
Mức mang quang 3
(155,52Mb/s)
OC-48 Optical Carrier Level 48
(2448,32 Mb/s)
Mức mang quang 48
(2448,32 Mb/s)

OC-192 Optical Carrier Level 192
(9953,28 Mb/s)
Mức mang quang 192
(9953,28 Mb/s)
OHTMS LP-based One-Hop Traffic
Maximisation Scheme
Lược đồ tối ưu hoá lưu lượng đơn
hop dựa trên LP
OIF Optical Internetworking Forum Diễn đàng liên mạng Internet
quang
OLS Optical Label Switching Chuyển mạch nhãn quang
OMP Optimized Multi Path Đa đường tối ưu
OSCP Optical Switch Control
Protocol
Giao thức điều khiển chuyển mạch
quang
OSPF Open Shortest Path First
Protocol
Giao thức đường đi ngắn nhất
trước tiên mở
OXC Optical Cross Connect Đấu chéo quang
PC Personal Computer Máy tính cá nhân
QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
RAM Random Access Memory Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên
RARP Reverse Address Resolution
Protocol
Giao thức phân giải địa chỉ ngược
RD Residual Demand heuristic
algolrithm
Thuật toán dựa trên kinh nghiệm

nhu cầu dư thừa
RDHP Residual Demand Hop-count
Product heuristic algolrithm
Thuật toán dựa trên kinh nghiệm
tích đếm hop nhu cầu dư thừa
RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức đặt trước tài nguyên
SCSI Small Computer Systems
Interface
Giao diện các hệ thống máy tính
nhỏ
SDH Synchronous Digital Hierarchy Phân cấp số đồng bộ
SNMP Simple Network Management
Protocol
Giao thức quản lí mạng đơn giản
SNR Signal-to-Noise Ratio Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu
SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ
SPF Shortest Path First Đường đi ngắn nhất trước tiên
SRLG Shared Risk Link Group Nhóm tuyến nối nguy hiểm chia sẻ
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
v
Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ viết tắt
TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn
TE Terminal Equipment, Traffic
Engineering
Thiết bị đầu cuối, kĩ thuật lưu
lượng
TECP Traffic Engineering to Control
Protocol
Kĩ thuật lưu lượng cho giao thức
điều khiển

TELNET Remote Telminal protocol Giao thức đầu cuối ở xa
TILDA Traffic Independent Logical
Topology Design Algorithm
Thuật toán thiết kế mô hình logic
độc lập lưu lượng
TMN Telecommunications
Management Network
Mạng quản lí viễn thông
TTL Time To Live Thời gian sống
UDP User Datagram Protocol Giao thức Datagram người sử dụng
UNI User to Network Interface Giao diện người sử dụng-mạng
VPC Virtual Path Connection Kết nối đường ảo
VPN Virtual Private Network Mạng cá nhân ảo
WADM Wavelength Add/Drop
Multiplexer
Bộ ghép kênh xen/tách bước sóng
WAN Wide Area Network Mạng diện rộng
WDM Wavelength Amplifier Bộ khuếch đại bước sóng
WSXC Wavelength Selective Cross
Connect
Khối đấu chéo lựa chọn bước sóng
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
vi
Đồ án tốt nghiệp đại học Lời nói đầu
LỜI NÓI ĐẦU
Xu hướng giao thức IP trở thành tầng hội tụ cho các dịch vụ viễn thông ngày càng
trở nên rõ ràng. Phía trên tầng IP, vẫn đang xuất hiện ngày càng nhiều các ứng dụng và
dịch vụ dựa trên nền IP. Những ưu thế nổi trội của lưu lượng IP đang đặt ra vấn đề là
các hoạt động thực tiễn kĩ thuật của hạ tầng mạng nên được tối ưu hoá cho IP. Mặt
khác, quang sợi, như một công nghệ phân tán, đang cách mạng hoá ngành công nghiệp

viễn thông và công nghiệp mạng nhờ dung lượng mạng cực lớn mà nó cho phép, qua đó
cho phép sự phát triển của mạng Internet thế hệ sau. Sử dụng công nghệ ghép kênh theo
bước sóng WDM dựa trên nền mạng hiện tại sẽ có thể cho phép nâng cao đáng kể băng
thông mà vẫn duy trì được hiện trạng hoạt động của mạng. Nó cũng đã được chứng
minh là một giải pháp hiệu quả về mặt chi phí cho các mạng đường dài.
Khi sự phát triển trên toàn thế giới của sợi quang và các công nghệ WDM, ví dụ
như các hệ thống điều khiển và linh kiện WDM trở nên chín muồi, thì các mạng quang
dựa trên WDM sẽ không chỉ được triển khai tại các đường trục mà còn trong các mạng
nội thị, mạng vùng và mạng truy nhập. Các mạng quang WDM sẽ không chỉ còn là các
các đường dẫn điểm-điểm, cung cấp các dịch vụ truyền dẫn vật lí nữa mà sẽ biến đổi lên
một mức độ mềm dẻo mới. Tích hợp IP và WDM để truyền tải lưu lượng IP qua các
mạng quang WDM sao cho hiệu quả đang trở thành một nhiệm vụ cấp thiết.
Khoá luận tốt nghiệp của em sẽ xem xét về IP trên nền các mạng quang WDM đặc
biệt sẽ tập trung vào kĩ thuật lưu lượng IP/WDM. Khoá luận sẽ tập trung trình bày về
các cơ chế cơ bản và kiến trúc phần cứng cũng như phần mềm để triển khai các mạng
quang WDM cho phép truyền dẫn lưu lượng IP và sẽ gồm có bốn chương:
• Chương I: Tổng quan về IP/WDM. Chương này sẽ trình bày khái niệm
mạng IP/WDM, đưa ra ba xu hướng chồng giao thức cho mạng này, các ưu
nhược điểm của từng xu hướng. Lí do vì sao IP/WDM lại được chọn là giải
pháp cho tương lai cũng sẽ được chỉ ra trong chương I
• Chương II: Kĩ thuật lưu lượng IP/WDM. Chương II sẽ trình bày một số
vấn đề chung trong kĩ thuật lưu lượng, khái niệm kĩ thuật lưu lượng
IP/WDM, hai phương pháp triển khai, mô hình chức năng của kĩ thuật lưu
lượng IP/WDM và kĩ thuật lưu lượng MPLS áp dụng cho IP/WDM.
• Chương III: Tái cấu hình trong kĩ thuật lưu lượng IP/WDM. Chương
này sẽ tập trung đi sâu vào các vấn đề: tái cấu hình mô hình ảo đường đi
ngắn nhất, tái cấu hình cho mạng WDM chuyển mạch gói, mô tả và thảo
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
1
Đồ án tốt nghiệp đại học Lời nói đầu

luận về một thuật toán cụ thể và cuối cùng là dịch chuyển tái cấu hình
đường đi ngắn nhất.
• Chương IV: Phần mềm xử lí lưu lượng IP/WDM. Trong chương IV,
các kiến trúc phần mềm cho các xu hướng kĩ thuật lưu lượng, chi tiết về
giao diện giữa điều khiển mạng và kĩ thuật lưu lượng, và giữa kĩ thuật lưu
lượng IP và kĩ thuật lưu lượng WDM trong trường hợp kĩ thuật lưu lượng
chồng lấn sẽ được trình bày.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng song do thời gian và trình độ có hạn nên khoá luận
này chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được những ý kiến
đóng góp của các thầy cô và các bạn.
Nhân đây, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo T.S Lê Ngọc Giao đã
tạo mọi điều kiện và tận tình hướng dẫn em trong quá trình thực hiện đồ án.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trong khoa Viễn Thông I đã giúp đỡ
em trong thời gian qua.
Xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và người thân - những người đã luôn
giúp đỡ, cổ vũ và kịp thời động viên tôi trong suốt thời gian qua.
Hà Nội, ngày tháng năm 2005
Sinh viên
Nguyễn Thế Cương
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
2
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan về IP/WDM
CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ IP/WDM
1.1 Khái niệm mạng IP/WDM
Mạng IP/WDM được thiết kế để truyền dẫn lưu lượng IP trong một mạng quang
cho phép WDM để tận dụng sự phổ biến của kết nối IP và dung lượng băng thông cực
lớn của WDM. Hình 1.1 dưới đây chỉ ra việc truyền dẫn các gói tin IP hoặc các tín hiệu
SONET/SDH thông qua mạng WDM. Một khối điều khiển bằng phần mềm sẽ điều
khiển ma trận chuyển mạch. Ở đây, IP, với vai trò là công nghệ ở lớp mạng, sẽ dựa trên
tầng dữ liệu để cung cấp:

• Đóng khung (ví dụ như SONET hay Ethernet)
• Phát hiện lỗi (ví dụ như kiểm tra CRC)
• Sửa lỗi (ví dụ như yêu cầu phát lại tự động ARQ)
Một vài các chức năng tầng liên kết được thể hiện trong giao diện ví dụ như các
giao diện khách xen/tách hay các giao diện truyền dẫn nhờ vật lí.
MUX
MUX
IP
IP
SONET/SDH
IP IP
SONET/SDH
Gigabit, Ethernet
SONET
Các cổng đầu ra tín hiệu
(Giao diện khách)
Ma trận
chuyển mạch
Các cổng đầu vào tín hiệu
(Giao diện khách)
Lưu lượng vào ra
Sợi quang
Bộ phát đáp
Các kênh bước
sóng
KHỐI ĐIỀU KHIỂN
Hình 1.1 Truyền tải gói tin IP trên các kênh bước sóng
Một mục tiêu của mạng quang là cung cấp truyền dẫn trong suốt quang từ đầu cuối
tới đầu cuối để tối thiểu hoá trễ mạng. Điều này đòi hỏi các giao diện toàn quang và các
ma trận chuyển mạch toàn quang cho các thành phần mạng trung gian và biên giới

mạng. Bộ phát đáp được sử dụng để khuyếch đại tín hiệu quang. Tồn tại các bộ phát đáp
toàn quang (các laser biến đổi được) và các bộ phát đáp quang-điện-quang (O-E-O).
Hình cũng chỉ ra hai loại lưu lượng là IP (ví dụ như Gigabit Ethernet) và SONET/SDH
và do đó đòi hỏi các giao diện giữa Gigabit Ethernet và SONET/SDH. Trong trường
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
3
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan về IP/WDM
hợp các kết nối đa truy nhập, một tầng con của tầng liên kết dữ liệu là giao thức truy
nhập môi trường (MAC) sẽ làm trung gian truy nhập để chia sẻ kết nối sao cho tất cả
các node đều có cơ hội truyền dữ liệu.
Hiện đang tồn tại ba xu hướng chính để truyền dẫn IP trên nền WDM (Hình 1.2).
Xu hướng thứ nhất là truyền dẫn IP trên ATM, sau đó qua SONET/SDH và cuối cùng là
sợi quang WDM. Ở đây WDM được dùng như là công nghệ truyền dẫn song song với
tầng vật lý. Ưu điểm chính của phương pháp này là nhờ việc sử dụng ATM, các loại lưu
lượng khác nhau với các đòi hỏi QoS khác nhau có thể được mang trên cùng một sợi
quang.
Hình 1.2 Ba xu hướng cho IP/WDM (tầng dữ liệu)
Một ưu điểm khác khi dùng ATM là khả năng sử dụng kĩ thuật lưu lượng và độ
mềm dẻo trong việc giám sát mạng của ATM. Nó bổ sung cho định tuyến lưu lượng nỗ
lực tối đa (best effort) của IP truyền thống. Tuy nhiên, xu hướng này bị cho là phức tạp,
tăng chi phí mạng và có xu hướng tạo ra các nghẽn cổ chai tính toán ở các mạng tốc độ
cao. Nó được giải quyết bởi sự xuất hiện của kĩ thuật MPLS trong tầng IP. Các đặc tính
chính của MPLS như sau:
• Sử dụng một nhãn đơn giản và có độ dài cố định để xác định dòng/tuyến.
• Tách riêng dữ liệu chuyển tiếp và thông tin điều khiển. Thông tin điều
khiển được dùng để thiết lập đường đi ban đầu nhưng các gói tin được vận
chuyển tới node kế tiếp dựa theo nhãn trong bảng chuyển tiếp.
• Với một mô hình chuyển tiếp đồng nhất và được đơn giản hoá, các mào đầu
IP chỉ được xử lý và kiểm tra tại các biên giới của các mạng MPLS và sau
Nguyễn Thế Cương, D2001VT

IP
ATM
SONET/SDH
WDM
IP/MPLS
SONET/SDH
WDM
IP/MPLS
WDM
4
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan về IP/WDM
đó các gói tin MPLS được chuyển tiếp dựa theo các “nhãn” (thay vì phải
phân tích các mào đầu gói tin IP đã được đóng gói).
• MPLS cung cấp đa dịch vụ. Ví dụ một mạng riêng ảo VPN thiết lập bởi
MPLS có một mức độ ưu tiên cụ thể được xác định bởi trường tương
đương chuyển tiếp FEC (Forwarding Equivalence Class).
• Cho phép phân loại các gói tin dựa theo chính sách. Các gói tin được kết
hợp trong FEC nhờ việc sử dụng một nhãn. Việc sắp xếp gói tin vào FEC
được thực hiện tại biên giới mạng dựa theo trường dịch vụ hoặc địa chỉ
đích trong phần mào đầu của gói tin.
• Cung cấp các cơ chế cho phép kĩ thuật lưu lượng. Các cơ chế này được
triển khai để cân bằng tải tuyến nhờ giám sát lưu lượng và thực hiện chỉnh
các dòng một cách tích cực hoặc dự đoán trước. Trong mạng IP hiện tại, kĩ
thuật lưu lượng là rất khó nếu không nói là không thể vì chuyển đổi hướng
lưu lượng dùng các chỉnh sửa định tuyến không trực tiếp là không hiệu quả
và nó có thể gây ra tắc nghẽn nghiêm trọng hơn ở đâu đó trong mạng.
MPLS cho phép định tuyến hiện bởi nó cung cấp và tập trung chủ yếu vào
chuyển tiếp dựa trên trường. Ngoài ra MPLS cũng cung cấp các công cụ
cho điều khiển lưu lượng như kĩ thuật đường ngầm, kĩ thuật tránh và phòng
vòng lặp, kĩ thuật ghép dòng.

Xu hướng thứ hai là IP/MPLS trên nền SONET/SDH và WDM. SONET/SDH
cung cấp một số đặc tính hấp dẫn sau cho xu hướng này:
• SONET cung cấp một phân cấp ghép kênh tín hiệu quang tiêu chuẩn qua đó
các tín hiệu tốc độ thấp được ghép thành các tín hiệu tốc độ cao.
• SONET cung cấp một tiêu chuẩn khung truyền dẫn.
• Mạng SONET có khả năng bảo vệ/hồi phục hoàn toàn trong suốt đối với
các tầng cao hơn, ở đây là tầng IP.
Các mạng SONET thường sử dụng mô hình ring. Sơ đồ bảo vệ SONET có thể là:
• 1+1, nghĩa là dữ liệu được truyền dẫn trên hai hướng ngược nhau và ở đích
thì tín hiệu có chất lượng tốt hơn sẽ được lựa chọn.
• 1:1, chỉ ra rằng có một đường bảo vệ dành riêng cho đường chính
• n:1, thể hiện một số đường chính (n) chia sẻ chung một đường bảo vệ.
Thiết kế của SONET cũng tăng cường OAM&P để truyền các thông tin cảnh báo,
điều khiển và hiệu năng giữa các hệ thống và giữa các mức mạng. Tuy nhiên, SONET
mang quá nhiều thông tin mào đầu và chúng lại được mã hoá ở nhiều mức khác nhau.
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
5
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan về IP/WDM
Mào đầu đường (POH) được mang từ đầu cuối tới đầu cuối. Mào đầu tuyến (LOH)
được sử dụng cho tín hiệu giữa thiết bị kết cuối tuyến ví dụ như các bộ ghép kênh OC-n.
Mào đầu đoạn (SOH) được sử dụng để thông tin giữa các thành phần mạng liền kề ví dụ
như các bộ tái tạo. Với một OC-1 với tốc độ là 51,84 Mbps, phần tải của nó chỉ có khả
năng truyền dẫn một DS-3 với tốc độ bit là 44,736 Mbps.
Xu hướng thứ ba ứng dụng IP/MPLS trực tiếp trên WDM và là giải pháp hiệu quả
nhất. Tuy nhiên, nó lại yêu cầu tầng IP có trách nhiệm bảo vệ và phục hồi tuyến. Nó
cũng yêu cầu một khuôn dạng khung được đơn giản hoá để điều khiển lỗi truyền dẫn.
Có một vài lựa chọn khuôn dạng khung cho IP trên nền WDM. Một vài công ty đã phát
triển một chuẩn mới là Slim SONET/SDH. Nó cung cấp các chức năng tương tự như
SONET/SDH nhưng với các kĩ thuật hiện đại để thay thế mào đầu và ghép kích thước
khung vào kích thước gói tin.

Một ví dụ khác là ứng dụng khuôn dạng khung Gigabit Ethernet. Chuẩn 10-
Gigabit Ethernet mới được thiết kế là để dành riêng cho các hệ thống WDM ghép chặt.
Sử dụng khuôn dạng Ethernet, các máy chủ ở bất kì hướng nào của kết nối cũng không
cần sắp xếp lên một khuôn dạng giao thức khác (ví dụ như ATM) để truyền dẫn.
Các mạng IP truyền thống sử dụng báo hiệu trong băng nên lưu lượng báo hiệu và
điều khiển được truyền dẫn trên cùng một đường và tuyến. Một mạng quang WDM có
một mạng truyền thông riêng rẽ dành cho các bản tin điều khiển. Như vậy nó sử dụng
báo hiệu ngoài băng như trong hình 1.3
Lưu lượng dữ liệu
Báo hiệu ngoài băng
Báo hiệu trong băng
Lưu lượng dữ liệu
và điều khiển
(a) Mạng WDM
(b) Mạng IP truyền thống
Hình 1.3 Lưu lượng dữ liệu và điều khiển trong mạng IP và WDM
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
6
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan về IP/WDM
Trong mặt phẳng điều khiển, IP trên nền WDM có thể hỗ trợ nhiều kiến trúc mạng
khác nhau và sự lựa chọn kiến trúc chỉ phụ thuộc vào môi trường mạng hiện có, nhà
quản trị và chủ sở hữu mạng.
1.2 Lí do chọn IP/WDM
IP là giao thức được thiết kế để xác định địa chỉ mạng lớp ba và từ đó định tuyến
qua các mạng con với các công nghệ lớp hai khác nhau. Phía trên tầng IP tồn tại rất
nhiều các dịch vụ và ứng dụng dựa trên nền tảng IP khác nhau. Trong khi đó phía dưới
lớp IP thì sợi quang sử dụng công nghệ WDM là công nghệ truyền dẫn hứa hẹn nhất,
cho phép dung lượng mạng vô cùng lớn để đáp ứng được sự phát triển của Internet.
Công nghệ này sẽ trở nên hấp dẫn hơn nhiều khi giá thành của các hệ thống WDM giảm
đi.

Mặt phẳng điều khiển có nhiệm vụ truyền dẫn các bản tin điều khiển để chuyển
đổi các thông tin sẵn có và có thể tiếp cận được, tính toán cũng như thiết lập đường
truyền dẫn dữ liệu. Mặt phẳng dữ liệu có nhiệm vụ truyền dẫn lưu lượng ứng dụng và
lưu lượng người sử dụng. Một chức năng điển hình của mặt phẳng dữ liệu là đệm và
chuyển tiếp gói tin. IP không phân tách mặt phẳng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển và
do đó nó đòi hỏi các cơ chế QoS tại các bộ định tuyến để phân biệt các bản tin điều
khiển và các gói tin dữ liệu.
Một hệ thống điều khiển mạng WDM truyền thống sử dụng một kênh điều khiển
riêng biệt, còn được gọi là mạng truyền thông dữ liệu, để truyền dẫn các bản tin điều
khiển. Một hệ thống quản lý và điều khiển mạng WDM, theo TMN, được triển khai
theo cấu trúc tập trung. Để cho phép mở rộng địa chỉ, các hệ thống này dùng một phân
cấp quản lý. Kết hợp IP và WDM có nghĩa là, ở trong mặt phẳng dữ liệu ta có thể yêu
cầu các tài nguyên mạng WDM chuyển tiếp lưu lượng IP một cách hiệu quả còn trong
mặt phẳng điều khiển ta có thể xây dựng một mặt phẳng điều khiển đồng bộ. IP/WDM
cũng đánh địa chỉ tất cả các mức trung gian của các mạng quang intra- và inter-WDM
và các mạng IP.
Các động cơ thúc đẩy IP/WDM bao gồm:
• Các mạng quang WDM có thể đánh địa chỉ lưu lượng Internet đang phát
triển bằng cách khai thác cơ sở hạ tầng sợi quang sẵn có. Sử dụng công
nghệ WDM có thể tăng một cách đáng kể việc tận dụng băng thông sợi
quang.
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
7
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan về IP/WDM
• Hầu hết lưu lượng dữ liệu qua các mạng là IP. Gần như tất cả các ứng dụng
dữ liệu đầu cuối người sử dụng đều sử dụng IP. Lưu lượng thoại truyền
thống cũng có thể đóng gói nhờ các kĩ thuật VoIP.
• IP/WDM thừa hưởng sự mềm dẻo và khả năng thích ứng mà các giao thức
điều khiển IP cho phép.
• IP/WDM có thể đạt được hoặc nhắm vào sự phân bố băng thông động theo

nhu cầu (hay giám sát thời gian thực) trong các mạng quang. Bằng cách
phát triển từ các mạng quang điều khiển tập trung truyền thống sang mạng
tự điều khiển phân bố, mạng IP/WDM tích hợp không những giảm thiểu chi
phí quản lý mạng mà còn cung cấp phân bố tài nguyên động và giám sát
dịch vụ theo nhu cầu.
• Với sự giúp đỡ của các giao thức IP, IP/WDM có thể hy vọng đánh địa chỉ
được WDM hay các nhà khai thác hoạt động trung gian NE.
 Các mạng quang WDM đòi hỏi mặt phẳng điều khiển thống nhất và có
khả năng phân cấp giữa các mạng con được cung cấp bởi các nhà khai
thác WDM khác nhau. Các giao thức điều khiển IP đã được triển khai
rất rộng rãi và được chứng minh là có khả năng phân cấp. Sự xuất hiện
của MPLS không chỉ bổ sung cho IP truyền thống kĩ thuật lưu lượng và
khả năng QoS biến đổi mà còn đưa ra một mặt phẳng điều khiển trung
tâm IP thống nhất giữa các mạng.
 Sự khác biệt giữa các thiết bị mạng WDM đòi hỏi sự liên kết giữa các
nhà khai thác trung gian. Ví dụ như các WADM không trong suốt đòi
hỏi các khuôn dạng tín hiệu nhất định ví dụ như tín hiệu SONET/SDH
ở các giao diện khách xen/tách của chúng. Sự liên kết hoạt động giữa
WDM đòi hỏi sự xuất hiện của tầng mạng mà ở đây là IP.
• IP/WDM có thể đạt được sự phục hồi động bằng cách phân mức các cơ chế
điều khiển phân tán được dùng trong mạng.
• Từ quan điểm dịch vụ, các mạng IP/WDM có thể lợi dụng các cơ chế,
chính sách, mô hình, cơ cấu QoS được đề nghị và phát triển trong mạng IP.
• Rút kinh nghiệm từ tích hợp IP và ATM, IP và WDM cần một sự tích hợp
mạnh hơn nữa để tăng tính hiệu quả và khả năng mềm dẻo. Ví dụ như, IP
trên nền ATM cổ điển là tĩnh và phức tạp và chuyển đổi địa chỉ IP sang
ATM là bắt buộc phải chuyển đổi giữa các địa chỉ IP và các địa chỉ ATM.
Tích hợp IP/WDM sẽ cho phép truyền dẫn mạng quang một cách hiệu quả, làm
giảm chi phí cho lưu lượng IP và tăng cường sự tận dụng mạng quang.
Nguyễn Thế Cương, D2001VT

8
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan về IP/WDM
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
9
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương II. Kĩ thuật lưu lượng
IP/WDM
CHƯƠNG II KĨ THUẬT LƯU LƯỢNG IP/WDM
2.1 Mô hình hoá lưu lượng viễn thông
Kĩ thuật lưu lượng phải được thực hiện trên một mô hình cụ thể mà ở đây là mô
hình mạng viễn thông hoặc mạng máy tính. Do đó, không thể không xem xét các
phương pháp mô hình hoá mạng. Để mô hình hoá mạng viễn thông hay mạng máy tính
cần hai bước là mô hình hoá lưu lượng và mô hình hoá hệ thống. Mô hình hoá lưu lượng
được sử dụng để mô tả luồng lưu lượng đến hệ thống ví dụ như tốc độ đến, phân bố lưu
lượng và tận dụng tuyến nối trong khi mô hình hệ thống được sử dụng để mô tả chính
bản thân hệ thống kết mạng của nó ví dụ như cấu hình và mô hình hàng đợi. Kiểu hệ
thống hoàn toàn tổn thất có thể được sử dụng để làm mô hình cho các mạng chuyển
mạch kênh vì trong đó không có vị trí đợi. Vì thế, khi hệ thống đã đầy thì nếu như khi
đó có một khách hàng mới, anh/chị ta sẽ không được phục vụ. Hệ thống có tổn thất dựa
trên việc giám sát để chỉ ra nhu cầu của khách hàng. Còn hệ thống đợi hoàn toàn được
sử dụng để mô hình hoá các mạng chuyển mạch gói với giả thiết rằng hàng đợi là vô
hạn. Khi đó nếu tất cả các máy chủ đều đang bận thì một khách hàng đến vào thời điểm
đó sẽ chiếm một vị trí trong hàng đợi. Ở đây không có tổn thất nhưng khách hàng phải
đợi một khoảng thời gian nhất định trước khi được phục vụ. Lúc này mối quan tâm sẽ
chuyển sang kích thước của bộ đệm và chính sách được sử dụng trong hàng đợi.
Ở đây, đồ án sẽ chỉ xem xét vấn đề mô hình hoá lưu lượng còn mô hình hoá hệ
thống phải dựa trên các hệ thống cụ thể. Báo cáo sẽ tìm hiểu các nguyên lí dự đoán lưu
lượng được sử dụng trong mô hình hoá lưu lượng cũng như các thông số để thực hiện
mô hình hoá.
2.1.1 Mô hình lưu lượng dữ liệu và thoại cổ điển
a) Mô hình lưu lượng thoại

Lưu lượng thoại có thể được mô hình hoá nhờ sử dụng mô hình Erlang. Đây là mô
hình tổn thất hoàn toàn. Giả thiết rằng tổng lưu lượng là α thì:
xh
λα
=
trong đó λ biểu thị tốc độ cuộc gọi đến và h biểu thị thời gian chiếm (gọi) trung
bình (thời gian dịch vụ). Đơn vị của cường độ lưu lượng là Erlang (erl). Lưu lượng một
erlang có nghĩa rằng trung bình thì kênh luôn bị chiếm. Nghẽn trong mô hình Erlang xảy
ra khi cuộc gọi bị tổn thất. Có hai đại lượng nghẽn là nghẽn cuộc gọi và nghẽn thời gian.
Nghẽn cuộc gọi là xác suất một cuộc gọi (một khách hàng) thực hiện cuộc gọi khi tất cả
các kênh đều đã bị chiếm. Nghẽn thời gian là xác suất mà tất cả các kênh bị chiếm trong
một khoảng thời gian bất kì. Rõ ràng là nghẽn cuộc gọi, B
c
, thể hiện QoS tốt hơn từ
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
10
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương II. Kĩ thuật lưu lượng
IP/WDM
quan điểm của khách hàng. Giả sử có một hệ thống tổn thất M/G/n/n, trong đó n là số
kênh trên một tuyến nối, cuộc gọi đến tuân theo quá trình Poisson với tốc độ λ và các
thời gian chiếm cuộc gọi là phân bố độc lập và bằng nhau theo phân bố h thì mối quan
hệ giữa nghẽn cuộc gọi, mức độ tập trung lưu lượng và thời gian chiếm trung bình được
cho bởi biểu thức nghẽn Erlang như sau:
B
c
= Erlang (n,α) =
∑
=
n
i

i
n
i
n
0
!
!
α
α
b) Mô hình lưu lượng dữ liệu
Lưu lượng dữ liệu có thể được mô tả nhờ sử dụng các mô hình hàng đợi. Lưu
lượng dữ liệu được biểu diễn bởi tốc độ đến của gói tin λ, chiều dài gói tin trung bình L,
và thời gian truyền dẫn gói tin 1/μ. Giả sử rằng R hệ thống biểu diễn tốc độ tuyến nối
hay nói cách khác là số đơn vị dữ liệu trong một đơn vị thời gian thì thời gian truyền
dẫn gói tin sẽ là L/R. Khi đó tổng số lưu lượng sẽ được thể hiện bởi tải lưu lượng ρ:
R
L.

λ
µ
λ
ρ
==
Từ quan điểm của người sử dụng thì đặc tính quan trọng là QoS. QoS được biểu
diễn bởi P
z
, là xác suất một gói tin phải đợi lâu hơn một giá trị tham chiếu z. Giả thiết
một hệ thống hàng đợi M/M/1, có các gói tin đến tuân theo quá trình Poisson với tốc độ
λ và chiều dài gói tin phân bố độc lập và bằng nhau theo phân bố luỹ thừa L thì mối
quan hệ giữa khả năng tải lưu lượng hệ thống, QoS được cho bởi công thức sau:






<<












−
≥≥
==
)1(,
L
R
-exp
R
L
1)( RL 1,
z)L,,Wait(R,
ρλλ

λ
ρλ
λ
RLz
P
z
2.1.2 Các mô hình lưu lượng dữ liệu lí thuyết
Lưu lượng LAN Ethernet đã được nghiên cứu một cách chính xác dựa trên hàng
trăm triệu gói tin Ethernet bao gồm cả thời gian đến và chiều dài của chúng. Các nghiên
cứu đó đã chỉ ra rằng lưu lượng Ethernet dường như biến đổi rất nhiều do sự xuất hiện
của tính bùng nổ trong các dải thời gian từ micro giây tới miligiây, giây, phút, giờ và
ngày. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng lưu lượng Ethernet có tính tự tương quan thống kê.
Điều này có nghĩa là lưu lượng sẽ trông giống nhau trong tất cả các dải thời gian và có
thể sử dụng một tham số duy nhất là tham số Hurst để miêu tả đặc tính phân mảnh. Các
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
11
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương II. Kĩ thuật lưu lượng
IP/WDM
đặc tính lưu lượng Ethernet này không thể diễn tả nếu sử dụng các mô hình lưu lượng
cổ điển như là mô hình Poisson.
Lưu lượng WAN Internet cũng đã được nghiên cứu ở cả hai mức đo là mức gói tin
và mức kết nối. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng tại mức gói tin, phân bố thời gian đến giữa
các gói tin TELNET là không tăng nhanh theo hàm luỹ thừa như các mô hình cổ điển.
Còn tại mức kết nối đối với các phiên TELNET tích cực thì tốc độ đến kết nối tuân theo
quá trình Poisson (với tốc độ cố định theo từng tiếng đồng hồ). Tuy nhiên, nghiên cứu
cũng chỉ ra rằng tại mức kết nối, đối với các kết nối trong phiên khởi tạo người sử dụng
(FTP, HTTP) và máy khởi tạo thì tốc độ đến kết nối có tính bùng nổ, đôi khi là tương
quan và không tuân theo quá trình Poisson.
Để thể hiện được tính bùng nổ của lưu lượng dữ liệu Internet thì có thể cần phải sử
dụng các phân bố số mũ con như là các phân bố Log-normal, Weibull, Pareto. Đối với

các quá trình có phụ thuộc dải dài thì các quá trình tự tương quan như là chuyển động
Brownian phân mảnh có thể được sử dụng.
2.1.3 Một mô hình tham chiếu băng thông
Kĩ thuật lưu lượng vòng kín có thể được thực hiện dựa trên phản hồi và tham
chiếu băng thông. Kĩ thuật lưu lượng vòng kín dựa trên phản hồi sẽ được trình bày trong
phần 4.2. Tham chiếu băng thông là một công cụ hữu ích cho kĩ thuật lưu lượng. Các dự
đoán băng thông trong tương lai có thể được sử dụng để khởi tạo tái cấu hình mức
mạng. Nhờ việc dự đoán băng thông của dòng lưu lượng, có thể xác định được các đòi
hỏi về dung lượng của tuyến nối IP/WDM và do vậy sẽ quyết định có thực hiện tái cấu
hình hay không.
Dòng lưu lượng IP là một dòng các gói tin IP đơn hướng (của cùng một lớp lưu
lượng) giữa hai đầu cuối. Các đầu cuối có thể là các bộ định tuyến liền kề trong trường
hợp các dòng lưu lượng IP là lưu lượng chạy trên tuyến nối nằm giữa hai bộ định tuyến.
Tương ứng như thế, các đầu cuối cũng có thể không phải là các bộ định tuyến liền kề.
Một dòng lưu lượng IP là đơn hướng và điều này sẽ dẫn tới tính không đối xứng của lưu
lượng giữa các đầu cuối. Cho trước một dòng lưu lượng thì điều ta mong muốn là xác
định các tính chất và ước lượng được băng thông của nó. Mặc dù phương pháp dưới đây
có thể áp dụng cho nhiều kiểu lưu lượng nhưng nó được hi vọng là sẽ có khả năng ước
lượng được tải mong muốn của kết nối IP và sau đó các ước lượng này sẽ được sử dụng
để thực hiện các quyết định tái cấu hình.
Khoảng thời gian dự đoán xác định độ lớn thời gian dự đoán trong tương lai.
Khoảng thời gian cho tái cấu hình mức mạng được xác định bởi nhiều yếu tố. Người ta
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
12
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương II. Kĩ thuật lưu lượng
IP/WDM
mong muốn tái cấu hình mức mạng có khả năng phản ứng trước các thay đổi trong xu
hướng lưu lượng (chẳng hạn như các thay đổi tải trong một ngày). Mặt khác khoảng
thời gian tái cấu hình ít nhất cũng phải bằng thời gian của một thủ tục tái cấu hình.
Khoảng thời gian tái cấu hình bao gồm các thành phần sau:

• Thời gian để thực hiện một dự đoán
• Thời gian để tính toán một mô hình mới
• Thời gian để dịch chuyển từ mô hình hiện tại tới mô hình mới
Thời gian để thực hiện dự đoán băng thông phụ thuộc vào độ phức tạp tính toán
của mô hình dự đoán. Thời gian để tính toán mô hình mới phụ thuộc vào độ phức tạp
của các thuật toán hay giải pháp dựa trên kinh nghiệm để thực hiện việc thiết kế mô
hình đó. Còn thời gian để dịch chuyển từ cấu hình hiện tại sang cấu hình mới lại phụ
thuộc vào chu trình dịch chuyển được sử dụng. Giả thiết rằng chu trình dịch chuyển bao
gồm một chuỗi các thiết lập và loại bỏ từng tuyến nối IP/WDM riêng rẽ. Khi đó thời
gian dịch chuyển sẽ bằng tổng thời gian để thiết lập và loại bỏ các tuyến nối IP/WDM
với thời gian để các giao thức định tuyến ổn định sau mỗi thay đổi mô hình.
Dựa trên các nhận xét trên, người ta thừa nhận một khoảng thời gian tái cấu hình
nhất định. Đây là khoảng thời gian xác định tính thường xuyên thực hiện tái cấu hình
mức mạng. Thời gian này được gọi là khoảng thời gian thô (khác với khoảng thời gian
mịn - thời gian cho các phép đo lưu lượng). Khoảng thời gian thô là một thông số có thể
thay đổi được tuỳ theo thiết kế. Ảnh hưởng của các giá trị khác nhau của thông số thời
gian thô đã được đánh giá.
Dự đoán băng thông cho dòng lưu lượng trong khoảng thời gian kế tiếp phụ thuộc
vào một số yếu tố sau:
• Giờ trong ngày và ngày trong tuần: tồn tại mối tương quan giữa ngày trong
tuần và giờ trong ngày với độ lớn lưu lượng Internet.
• Các mối tương quan từ các mẫu thời gian trước đó: độ lớn lưu lượng trong
quá khứ gần sẽ ảnh hưởng tới độ lớn lưu lượng trong tương lai.
• Quá trình đến của lưu lượng: không thể chỉ dự đoán các quá trình này là các
quá trình Poisson. Cần phải tính đến các đặc tính tự tương quan của dòng
lưu lượng trong đó.
Mục đích là tìm kiếm một mô hình thông số dựa trên kinh nghiệm để có thể dự
đoán được băng thông lưu lượng trong khoảng thời gian kế tiếp. Mô hình sẽ tận dụng
các thông tin đo đạc lưu lượng và giả thiết rằng quá trình đến của lưu lượng là quá trình
tự tương quan. Mô hình dưới đây đã được đề xuất bởi A. Neidhardt và J. Hodge tại

Nguyễn Thế Cương, D2001VT
13
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương II. Kĩ thuật lưu lượng
IP/WDM
Bellcore và được dùng để dự đoán dung lượng của một ATM VPC mang lưu lượng IP
và được mở rộng trong dự án NGI Supernet NC&M tại Bellcore/Telcordia.
Quá trình chuyển động phân mảnh Brownian
Quá trình chuyển động phân mảnh Brownian (FBM) là một quá trình tự tương
quan được mô tả bởi ba thông số là: tốc độ đến trung bình m, tham số dao động a và
thông số Hurst, H. Một mạng IP/WDM có thể mô hình hoá tốc độ đến như FBM để xem
xét đến sự dao động của tổng lưu lượng mịn hoá trong khoảng thời gian thô. FBM được
định nghĩa như sau:
A(t) = mt +
am
Z(t) trong đó
∞<<∞− t
Trong đó Z(t) là quá trình chuyển động phân mảnh Brownian bình thường hoá với
các tính chất sau:
• Z(t) đồng biến
• Z(0) = 0 và E[Z(t)] = 0 với mọi t
• E[Z(t)]
2
=
H
t
2
với mọi t
• Z(t) có tính liên tục
• Z(t) có tính Gauss
Sự biến thiên của Z(t) được thể hiện bởi:

V[A(t)] = am
H
t
2
Hãy xem xét một hàng đợi với quá trình đến FBM như trên và với tốc độ dịch vụ
C. Hệ thống này có bốn thông số: m là tốc độ đến trung bình, a là tham số biến thiên của
quá trình đến, H là thông số tự tương quan và C là tốc độ dịch vụ. Xác xuất tràn dòng
của hàng đợi trên hay chính là P(Q>B) trong đó B là kích thước bộ đệm được cho bởi
công thức gần đúng sau:
))1()()(
2
1
exp()(
)1(2)1(2221 HHHH
BHHmCamBQP
−−−−−
−−−≥>
Giả thiết rằng người ta cần xác xuất tràn dòng ở trên bị chặn nghĩa là:
P(Q > B)
≤
exp (-
2
2
z
)
thì biểu thức cho tốc độ dịch vụ của hàng đợi C sẽ có dạng như sau:









−+≥
−−
−
HHHHH
HHBazmmC
1
1
1
1
2
1
2
1
2
1
)1(
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
14
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương II. Kĩ thuật lưu lượng
IP/WDM
Các nguyên lí tham chiếu lưu lượng
Nguyên lí đầu tiên là băng thông lưu lượng trong khoảng thời gian kế tiếp phụ
thuộc nhiều vào lưu lượng đã thấy trong dòng lưu lượng của cùng khoảng thời gian đó
của tuần trước đó.
Nguyên lí này phản ánh mô hình độ lớn lưu lượng phụ thuộc lớn vào giờ trong
ngày và ngày trong tuần được quan sát thấy trong các tuyến nối. Do vậy, độ lớn lưu

lượng trung bình trong khoảng thời gian kế tiếp sẽ gần như giống hệt như độ lớn đã xuất
hiện trong cùng thời điểm của ngày, của cùng thứ hôm đó của tuần trước đó. Và điều
này có thể được biểu diễn bởi biểu thức:
[ ]
dhFF ,
0
≅
Trong đó F[h,d] là lưu lượng quan sát thấy tại giờ h của ngày d trong tuần trước
đó. Giả sử rằng tốc độ phát triển của lưu lượng từ tuần này sang tuần khác được mô
hình bởi một hàm có thông số γ. Cũng giả thiết rằng hàm tăng trưởng này là hàm mũ:
0
F
01
γ
eFF =
Trong đó γ là thông số mô hình được ước lượng từ các phép đo lưu lượng. Giả
thiết rằng W
0
và W
1
là tổng lưu lượng đo được trong hai tuần liền trước trong dòng lưu
lượng thì có thể xác định γ từ phương trình sau:
0
01
W
w
eW
γ
=
Nguyên lí thứ hai là dự đoán băng thông lưu lượng trong khoảng thời gian kế tiếp

sẽ khác với lưu lượng đã được quan sát thực tế trong cùng một cách mà phép dự đoán
trong khoảng thời gian liền trước đó đã thực hiện.
Cho A(h-1) là độ lớn lưu lượng thực tế đo được trong khoảng thời gian (h-1). Giả
thiết F(h-1) là độ lớn lưu lượng dự đoán cho khoảng thời gian (h-1) thì:








−+
−
−
)1(
)1(
)1(
ρρ
hF
hA
là tỉ lệ để xem xét sự khác nhau giữa giá trị dự đoán và giá
trị thực tế trong khoảng thời gian liền trước. Do đó:









−+
−
−
= )1(
)1(
)1(
12
ρρ
hF
hA
FF
trong đó ρ có thể được chọn bằng cách làm phù hợp với dữ liệu đã đo được trước
đó. Ví dụ như người ta có thể chọn giá trị ρ sao cho sai số do tỉ lệ được cho bởi:
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
15
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương II. Kĩ thuật lưu lượng
IP/WDM






−
−
−
)1(
)1(
)(

)(
hF
hA
hF
hA
ρ
là nhỏ nhất cho dữ liệu trong quá khứ. Nói cách khác, có thể chọn ρ sao cho tối
thiểu hoá giá trị:
2
)1(
)1(
)(
)(






−
−
−
hF
hA
hF
hA
E
ρ
trong đó E là toán tử dự đoán. Nó sẽ cho kết quả là:
2

)1(
)1(
)1(
)1(
)(
)(






−
−






−
−
=
hF
hA
E
hF
hA
hF
hA

E
ρ
Giả thiết rằng một quá trình đến FBM với tốc độ trung bình F
2
, kích thước bộ định
tuyến là B và xác xuất tổn thất gói tin sẽ bị chặn trên bởi
ε
thì điều kiện cho dung
lượng sẽ được biểu diễn bởi:
),,,(F
2
1
223
zBHaFF
H
α
+=
trong đó








−=
−−
−
HHHH

HHBazzBHa
1
1
1
1
2
1
2
1
)1(),,,(
α
Dưới đây, đồ án sẽ trình bày hai phương pháp dùng để ước lượng các thông số a
và H từ lưu lượng đo được. Phương pháp đầu tiên giả định rằng đã có các kết quả đo độ
lớn lưu lượng cho mỗi một trong N khoảng thời gian mịn liên tiếp t. Biểu thị độ lớn lưu
lượng cho mỗi khoảng i là T(i). Khi đó giá trị ước lượng độ lớn lưu lượng trung bình sẽ
là:
N
iT
m
N
i
∑
=
=
1
)(
và giá trị ước lượng của phương sai sẽ là:
1
))((
1

2
−
−
=
∑
N
miT
V
N
i
t
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
16
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương II. Kĩ thuật lưu lượng
IP/WDM
Các giá trị đo có thể được tổng hợp thành k khối không chồng lấn với kích thước
mỗi khối là kt và có phương sai là V
kt
. Khi cho trước hai giá trị ước lượng phương sai V
t
và V
kt
thì các giá trị a và H là hoàn toàn có thể xác định được.
Trong phương pháp thứ hai, thông số H có thể ước lượng từ các điểm sai khác thời
gian như sau. Cho một vệt thời gian X
k
, k = 1, 2,…., chúng ta sẽ có một vệt thời gian
tổng hợp X
k
(m)

, k = 1, 2,… bằng cách lấy trung bình từ các chuỗi X
k
ban đầu nhờ các
khối không chồng lấn có độ lớn m. Nghĩa là:
( )
kmmkm
m
k
XX
m
X ++=
+−
...
1
1
)(
Sau đó đối với các quá trình phụ thuộc dải dài thì ta sẽ có:
[ ]
)1(2)( Hm
mXV
−−
≈
Do đó, nếu chúng ta vẽ
[ ]
(m)
XlogV
theo log(m) thì độ dốc của đồ thị sẽ chính là
)1(2 H
′
−−

, trong đó H
’
là giá trị ước lượng cho H.
Các thông số mô hình
Các thông số sau được định nghĩa cho mô hình dự đoán băng thông:
• Kích thước của thời gian thô: Lược đồ giám sát lưu lượng cho kết quả là dữ
liệu dưới dạng ma trận lưu lượng. Nó chứa độ lớn lưu lượng trung bình
trong một khoảng thời gian tinh. Độ lớn của thời gian thô chính là thời gian
sử dụng để tính trung bình lưu lượng trong một khoảng thời gian thô bằng
cách kết hợp các dữ liệu lưu lượng trong khoảng thời gian tinh lại với nhau.
• Kích thước bộ đệm bộ định tuyến: kích thước bộ đệm bộ định tuyến được
dùng trong mô hình để dự đoán độ lớn của một dòng lưu lượng.
• Giới hạn xác suất mất gói: thông số này được dùng để dự đoán băng thông
của một dòng lưu lượng.
• Thuật toán định tuyến, mô hình mạng: mô hình mạng và thuật toán định
tuyến giúp xác định dòng lưu lượng nào được yêu cầu đối với một kết nối
dựa trên kết quả của các phép đo dòng lưu lượng từ các bộ định tuyến biên.
Thông số lưu lượng đo được chính là ma trận lưu lượng tinh từ bộ định tuyến biên
này tới bộ định tuyến biên khác. Từ thông số đo được này có thể rút ra được tất cả các
thông số khác. Các thông số sau được tính toán cho mục đích tái cấu hình tại thời điểm
bắt đầu của một khoảng thời gian thô:
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
17
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương II. Kĩ thuật lưu lượng
IP/WDM
• Trung bình thô cho các dòng lưu lượng của mỗi cặp bộ định tuyến biên vào
ra: được tính toán dựa trên dữ liệu lưu lượng tinh đã đo được.
• Độ phức tạp của tính toán trung bình thô là O(N
2
) trong đó N là số lượng bộ

định tuyến biên trong mạng.
• Các trung bình thô và trung bình tinh của độ lớn lưu lượng yêu cầu cho mỗi
kết nối đơn hướng: độ lớn lưu lượng yêu cầu cho mỗi tuyến nối có thể tính
được cho cả khoảng thời gian thô và tinh dựa trên ma trận lưu lượng từ bộ
định tuyến biên này tới bộ định tuyến biên khác, mô hình mạng và thuật
toán định tuyến.
• Độ phức tạp tính toán là O(E
2
) trong đó E là số lượng kết nối trong mạng.
• Các thông số dự đoán lưu lượng F
1
, F
2
, F
3
: đối với mỗi dòng lưu lượng, các
thông số dự đoán băng thông F
1
, F
2
, F
3
có thể tính toán từ các phương trình
ở trên. Việc tính toán này được thực hiện ở đầu mỗi khoảng thời gian thô.
Độ phức tạp của phép tính là O(N
2
) trong đó N là số lượng bộ định tuyến biên
trong mạng.
Vì sự tái cấu hình làm thay đổi cấu hình của mạng IP nên một vài thông số sẽ cần
phải được tính toán lại sau khi cấu hình. Đặc biệt là trung bình thô và tinh cho các dòng

lưu lượng đối với mỗi tuyến nối sẽ cần tính toán lại sau khi xảy ra tái cấu hình. Các
thông số điều chỉnh a, H, ρ và α được sử dụng trong mô hình dự đoán lưu lượng và
được điều chỉnh phù hợp dựa trên dữ liệu lưu lượng đo được và dữ liệu lưu lượng tính
toán. Sự phù hợp cho mỗi một trong số các thông số trên cần phải được tính toán lại mỗi
khi có tái cấu hình hoặc theo chu kì (chẳng hạn như một lần một tuần).
2.2 Bảo vệ và tái cấu hình
Để đảm bảo tính mềm dẻo của dịch vụ mạng trước các lỗi thì hai xu hướng được
xem xét để tìm ra một tuyến mới cho đường đi là: một đường đi bảo vệ thiết lập trước
và một đường đi tái cấu hình tính toán động. Các kĩ thuật bảo vệ phụ thuộc vào dung
lượng dư thừa trong mạng. Vì một tuyến bảo vệ cho mỗi tuyến đang làm việc được thiết
lập trước nên tái định tuyến sử dụng kĩ thuật này thì nhanh hơn (nhỏ hơn 50 ms trong
mạng SONET/SDH) và đơn giản hơn tái cấu hình.
Các kĩ thuật bảo vệ cũng được phân loại thành bảo vệ tuyến và bảo vệ đường. Sự
khác nhau của chúng được chỉ ra trong hình 2.1. Trong hình 2.1(a) thì dòng lưu lượng từ
A tới E sử dụng một đường đi A-B-E. Nếu như có lỗi trên kết nối từ A tới B thì một bảo
vệ tuyến sẽ tránh tuyến A-B bằng cách sử dụng một đường được thiết kế trước là A-D-
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
18
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương II. Kĩ thuật lưu lượng
IP/WDM
C-B và phần còn lại của đường vẫn được sử dụng bình thường như được chỉ ra trong
hình 2.1(b).
A B
CD
E
A B
CD
E
A B
CD

E
(a) Chế độ bình thường
(b) Bảo vệ tuyến
(c) Bảo vệ đường
Hình 2.1 Bảo vệ đường và bảo vệ tuyến
Ngược lại, một bảo vệ đường sẽ hoàn toàn không sử dụng đường đã có lỗi nữa. Nó
sẽ dùng một đường khác hoàn toàn không liên quan tới đường ban đầu. Trong ví dụ ở
hình 2.1(c), nó sử dụng đường A-D-C-E thay vì đường A-B-E.
Trong khi đó tái cấu hình có thể được sử dụng để hoặc là cung cấp các tuyến nối
hiệu quả hơn sau khi bảo vệ hoàn thành hoặc là tăng cường tính mềm dẻo để chống lại
các lỗi nặng hơn trước khi lỗi đầu tiên được sửa. Thông thường thì cơ chế tái cấu hình là
khá chậm.
2.3 Các mô hình bảo vệ và tái cấu hình trong mạng IP/WDM
Tuỳ thuộc vào mục tiêu của các chức năng điều khiển và báo hiệu trong tầng
WDM mà bảo vệ và tái cấu hình trong mạng IP/WDM có thể được phân loại thành ba
mô hình.
Mô hình đầu tiên sử dụng một khối quản lí kết nối quang thông minh và tự quản
trị. Chính xác hơn thì một tầng quang có hầu hết các chức năng báo hiệu và điều khiển,
ví dụ như quản lí dung lượng và cấu hình, định tuyến, phát hiện mô hình, tái cấu hình và
điều khiển ngoại lệ nhờ sử dụng các chức năng báo hiệu và điều khiển hoàn toàn là của
nó. Bất lợi lớn nhất của mô hình này là sự dư thừa các chức năng báo hiệu và điều khiển
vì các chức năng quản lí mạng như vậy đã có trong tầng IP.
Trong mô hình thứ hai, mỗi bộ định tuyến IP được kết nối nhờ sử dụng sợi quang
và WDM. Do đó không có khái niệm đường đi ngắn nhất trong mô hình này. Tất cả các
báo hiệu và điều khiển đều phụ thuộc vào tầng IP.
Mô hình thứ ba có thể gọi là “định tuyến thông minh – quang đơn giản” và là
phiên bản trung gian giữa hai mô hình trên. Hiện nay IETF và OIF đang nghiên cứu mô
hình này sử dụng chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát (GMPLS). Với mô hình thứ
ba thì vấn đề cấy mô hình IP trên nền mô hình WDM sẽ đóng vai trò quan trọng trong
Nguyễn Thế Cương, D2001VT

19