ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYỂN MẠCH BURST QUANG

LỜI CẢM ƠN
Kính thưa thầy cô giáo và các bạn, trong thời gian học tập tại Học viện Công
nghệ Bưu chính Viễn thông, tôi đã học được nhiều kiến thức mới cũng như được tiếp
xúc với những phong cách làm việc chuyên nghiệp của các thầy cô. Vì thế, đầu tiên tôi
xin chân thành cảm ơn tới thầy cô đã giúp đỡ trong quá trình học tập. Trong luận văn
này, tôi xin đi vào mục tiêu, phạm vi và kết quả chính của một luận văn tốt nghiệp:
Mục tiêu nghiên cứu của luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu về chuyển mạch
burst quang và ứng dụng của nó trong mạng truyền dẫn thế hệ sau.
Phạm vi nghiên cứu của luận văn: Đi sâu nghiên cứu về trường chuyển mạch
và việc chống tranh chấp trong chuyển mạch burst quang.
Kết quả của luận văn: Phân tích rõ về chuyển mạch burst quang, giải quyết
xung đột trong chuyển mạch burst quang và khả năng ứng dụng trọng mạng thế
hệ sau.
Công cụ và phương pháp nghiên cứu: Để hoàn thanh được luận văn tôi đã tiến
hành thu thập và phân tích các tài liệu liên quan tới đề tài, kết hơp với các
nghiên cứu đã có về các vấn đề được đề cập trong đề tài của các tác giả trong và
ngoài nước cùng với sự hướng dẫn và góp ý của giáo viên hướng dẫn.
Phần cuối của luận văn là kết luận tổng kết lại kết quả của luận văn và hướng
nghiên cứu tiếp theo của luận văn.
Trong thời gian thực hiện luận văn, tôi đã nhận được sự giúp đỡ rất lớn từ thầy
giáo hướng dẫn:“ TS. Trần Thiện Chính – Viện khoa học Kỹ thuật Bưu điện - Học
viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông“, các thầy cô trong Học viện, các bạn cùng lớp
và các đồng nghiệp công tác trong VNPT. Vì thời gian và kiến thức còn hạn chế nên
nội dung luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự đóng góp
ý kiến của thầy cô và các bạn, để kết quả của luận văn được tốt hơn, có ý nghĩa lý
thuyết cũng như thực tiễn.
Tôi xin chân thành cảm ơn.
MỤC LỤC
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 4
DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ ĐỒ THỊ 6
LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG I 3
TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN MẠCH QUANG 3
1.1 Giới thiệu mạng truyền tải quang 3
Hình 1.1: Sự phát triển của các phương thức truyền tải quang khác nhau.4
1.2 Vai trò của chuyển mạch quang 5
1.3 Nguyên tắc chung của chuyển mạch quang 7
Hình 1.2: Mô hình chung của một node chuyển mạch quang 8
1.4. Phân loại chuyển mạch quang 9
Hình 1.3: Mô hình chuyển mạch kênh 9
Hình 1.4: Mô tả quá trình kết nối trong mạng chuyển mạch kênh quang 10
Hình 1.5-b: Mô hình mạng chuyển mạch gói 12
Hinh 1.6-a: Node chuyển mạch burst 13
CHƯƠNG II 16
KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH BURST QUANG 16
2.1 Cấu trúc và hoạt động của mạng chuyển mạch burst quang (OBS) 16
Hình 2.1: Cấu trúc mạng chuyển mạch burst quang 16
Hình 2.3 Cấu trúc node biên trong mạng chuyển mạch burst quang 21
2.2 Các phương thức điều khiển trong chuyển mạch burst quang 24
Hình 2.4: Mô tả quá trình đăng ký tài nguyên theo phương thức TAG 25
Hình 2.5: Mô tả quá trình đăng ký tài nguyên theo phương thức TAW 26
2.3 Các giao thức sử dụng để đăng ký tài nguyên trong OBS 27
Hình 2.7: Mô tả hoạt động của một bước sóng tại node OBS 28
Hình 2.8: Mô tả hoạt động của giao thức JET 31
Hình 2.9: Tác dụng của việc đăng ký trễ 33
2.4 Một số vấn đề liên quan đến chuyển mạch burst quang 35
Hình 2.10: Mô tả cơ chế thiết lập và giải phóng rõ ràng 36
2.4.2 Thời gian trễ 37
2.6 Tranh chấp và giải quyết tranh chấp trong mạng OBS 39
Hình 2.11: Cấu trúc bộ đệm sử dụng đường dây trễ (FDL) 40
Hình 2.12: Mô hình bộ đệm SLOB 41

Hình 2.13 : Cấu trúc của mạng OBS với kỹ thuật làm chệch hướng đi 44
Hinh 2.14: Thuật toán định tuyến kiểu chệch hướng 45
Hình 2.15: Cấu trúc tiêu đề segment 48
Hình 2.16: Sự lựa chọn segment bị loại bỏ trong 2 burst tranh chấp 48
Hình 2.17: Sử dụng gói trailer hiệu quả 50
Hình 2.18: Sử dụng gói trailer không hiệu quả 50
Hình 2.19: Phương pháp kêt hợp phân mảnh-chệch hướng với 2 burst tranh chấp
53
CHƯƠNG III 57
ỨNG DỤNG OBS TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG THẾ HỆ SAU 57
3.1 Giới thiệu về mạng thế hệ sau 57
Hình 3.1: Mô hình mô tả cấu trúc kết nối của NGN 58
Hình 3.2: Cấu trúc phân lớp của NGN 59
Hình 3.3: Cấu trúc các khối chức năng của NGN theo khuyến nghị của MSF61
3.2 Mạng truyền tải quang thế hệ sau 63
Hình 3.4: Cấu trúc mạng IP Over WDM sử dụng OBS 64
3.3 Chuyển mạch nhãn đa giao thức có sử dụng OBS 65
Hình 3.5: sơ đồ chức năng kết nỗi chéo quang hỗ trợ OBS 66
Hình 3.6: Sơ đồ khối chức năng lớp liên kết giữa lớp IP và lớp quang 67
3.4 Khả năng ứng dụng của OBS trong mạng truyền mạch kênh VTN 67
Hinh 3.7 : Cấu hình cơ bản của một trạm HUB 69
TÀI LIỆU THAM KHẢO 72
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
ACK Acknowlegment Thông tin xác nhận
API Application Program Interface Giao diện trình ứng dụng
AQM Active Queue Managtôient Quản lý hàng đợi tích cực
ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền tải không đồng bộ
BBM Buffered Burst Multiplexer Bộ ghép burst có đệm
BHP Burst Header Packet Gói tiêu đề burst
DFDP Deflecr First, Drop Policy Đổi hướng trước, và chính sách loại bỏ

DFSDP
Deflect First, Segment and Drop
Policy
Đổi hướng trước, chính sách phân
mảnh và loại bỏ
DR Delay Reservation Đăng ký trễ
DWDM Dense WDM WDM mật độ cao
DXC Digital Cross connect Kết nối chéo số
FCFS First Come, First Served Đến trước, phục vụ trước
FDL Fiber Delay Line Đường dây trễ quang
FDDI Fiber Distributed Data Interface Giao diện dữ liệu phân bố cáp
FIFO First In, First Out Vào trước, ra trước
FRP Fast Reservation Protocol Giao thức đăng ký trước
HDTV High Difinition Television Truyền hình độ phân giải cao
IBT In-Band-Terminal Tên giao thức
IM Input Module Module đầu vào
IN Intelligent Network Mạng thông minh
IP Internet Protocol Giao thức Internet
ISPs Internet Service Providers Nhà cung cấp dịch vụ Internet
JET Just Enought Time (tên giao thức)
JIT Just In Time (tên giao thức)
LAN Local Area Network Mạng nội hạt
LCFS Last Come, First Served Đến sau, phục vụ trước
LIB Label Information Base Cơ sở thông tin nhãn
MAN Metro Area Network Mạng đô thị
MPLS Multi Protocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức
MUX Multiplexer Bộ ghép kênh
NGN Next Generation Network Mạnh thế hệ tiếp theo
OADM Optical Add/Drop Multiplexer Bộ xen rẽ quang
OBS Optical Burst Switching Chuyển mạch Burst quang

ODL Optical Delay Line Đường dây trễ quang
ODD Only Destination Delay (tên giao thức)
OLS Optical Lable Switching Chuyển mạch nhãn quang
OM Output Module Module đầu ra
OPR Optical Packet Routing Định tuyến gói quang
OPS Optical Packet Switching Chuyển mạch gói quang
OSM Optical Switching matrix Ma trận chuyển mạch quang
OSN Optical Switching node Nút chuyển mạch quang
OXC Optical Cross-Connect Kết nối chéo quang
PSE Primitive Switching Eltôient Phần tử chuyển mạch sơ cấp
RFD Reserve-a-fixed-Delay Đăng ký trễ cố định
RR/ACK Round-Robin With Acknowlegment Giao thức quay vòng có xác nhận
RR/NP
Round-Robin With Non-
Persistent service
Giao thức quay vòng phục vụ
không kiên trì
RR/P Round-Robin With Persistent service Giao thức quay vòng phục vụ kiên trì
RR/R
Round-Robin With selection
Random
Giao thức quay vòng với lựa chọn
ngẫu nhiên
RR/Token Round-Robin With Token Giao thức quay vòng với thẻ bài
RS Random Selection Lựa chọn ngâu nhiên
SCU Switching Control Unit Khối điều khiển chuyển mạch
SDH Synchronous Digital Hierarchi Ghép kênh cận đồng bộ
SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ
TAG Tell Ang Go (tên giao thức)
TAW Tell And Wait (tên giao thức)

TCP Transfer Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn
TDM Time Dvision Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thời gian
WADM
Wavelength Add/drop Division
Multiplexing
Bộ xen rẽ theo bước sóng
WAN Wide Area Network Mạng điện rộng
WDM Wavelength Division Multiplexer Bộ ghép kênh phân chia theo bước sóng
WR-OBS Wavelength-Route OBS OBS định tuyến theo bước sóng
DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Sự phát triển của các phương thức truyền tải quang khác nhau 4
Hình 1.2: Mô hình chung của một node chuyển mạch quang 8
Hình 1.3: Mô hình chuyển mạch kênh 9
Hình 1.4: Mô tả quá trình kết nối trong mạng chuyển mạch kênh quang 10
Hình 1.5-b: Mô hình mạng chuyển mạch gói 12
Hinh 1.6-a: Node chuyển mạch burst 13
Hình 2.1: Cấu trúc mạng chuyển mạch burst quang 16
Hình 2.3 Cấu trúc node biên trong mạng chuyển mạch burst quang 21
Hình 2.4: Mô tả quá trình đăng ký tài nguyên theo phương thức TAG 25
Hình 2.5: Mô tả quá trình đăng ký tài nguyên theo phương thức TAW 26
Hình 2.7: Mô tả hoạt động của một bước sóng tại node OBS 28
Hình 2.8: Mô tả hoạt động của giao thức JET 31
Hình 2.9: Tác dụng của việc đăng ký trễ 33
Hình 2.10: Mô tả cơ chế thiết lập và giải phóng rõ ràng 36
Hình 2.11: Cấu trúc bộ đệm sử dụng đường dây trễ (FDL) 40
Hình 2.12: Mô hình bộ đệm SLOB 41
Hình 2.13 : Cấu trúc của mạng OBS với kỹ thuật làm chệch hướng đi 44
Hinh 2.14: Thuật toán định tuyến kiểu chệch hướng 45
Hình 2.15: Cấu trúc tiêu đề segment 48
Hình 2.16: Sự lựa chọn segment bị loại bỏ trong 2 burst tranh chấp 48

Hình 2.17: Sử dụng gói trailer hiệu quả 50
Hình 2.18: Sử dụng gói trailer không hiệu quả 50
Hình 2.19: Phương pháp kêt hợp phân mảnh-chệch hướng với 2 burst tranh chấp.53
Hình 3.1: Mô hình mô tả cấu trúc kết nối của NGN 58
Hình 3.2: Cấu trúc phân lớp của NGN 59
Hình 3.3: Cấu trúc các khối chức năng của NGN theo khuyến nghị của MSF 61
Hình 3.4: Cấu trúc mạng IP Over WDM sử dụng OBS 64
Hình 3.5: sơ đồ chức năng kết nỗi chéo quang hỗ trợ OBS 66
Hình 3.6: Sơ đồ khối chức năng lớp liên kết giữa lớp IP và lớp quang 67
Hinh 3.7 : Cấu hình cơ bản của một trạm HUB 69

LỜI NÓI ĐẦU
Trong thập kỷ trước, lĩnh vực mạng đã phát triển với tốc độ chóng mặt. Sự mở
rộng nhanh chóng của Internet và nhu cầu gia tăng liên tục về thông tin đa phương tiện
đã thực sự thách thức những giới hạn của máy tính và các mạng truyền thông hiện tại.
Sự phát triển của các mạng dung lượng lớn mới, đặt ra một nhu cầu trước mắt là sự
sẵn sàng hỗ trợ cho các yêu cầu băng thông đang ngày càng gia tăng.
Sự xuất hiện của truyền dẫn sợi quang và cùng với nó là ghép kênh phân chia theo
bước sóng WDM đã thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của Internet bởi khả năng
cung cấp băng thông vô cùng lớn của nó và những ưu điểm chưa từng có ở những
phương tiện truyền dẫn khác. Trong tương lai, Việt Nam cũng sẽ triển khai FTTH
(fiber to the home), hướng tới các hệ thống toàn quang. Một trong những vấn đề kỹ
thuật, đang ngày càng được cải tiến, của mạng toàn quang chính là chuyển mạch
quang. Ra đời sớm nhất là chuyển mạch kênh quang, chuyển mạch gói quang và burst
quang đang ở trong giai đoạn nghiên cứu phát triển. Trong đó, chuyển mạch burst
quang được thiết kế để đạt được một sự cân bằng giữa chuyển mạch gói quang và
chuyển mạch kênh quang. Các mạng chuyển mạch burst quang cung cấp sự truyền dẫn
phi kết nối, nên có khả năng sẽ xảy ra tranh chấp giữa các burst. Tài liệu này nghiên
cứu về chuyển mạch burst quang (OBS), phương pháp giải quyết tranh chấp trong
chuyển mạch burst quang cùng một vài đề xuất ứng dụng của OBS.

Nội dung của đồ án bao gồm 3 chương, được cấu trúc như sau:
• Chương 1: Tổng quan công nghệ chuyển mạch quang
Nghiên cứu tổng quan về sự phát triển của các công nghệ chuyển mạch quang
kênh quang, chuyển mạch gói quang và chuyển mạch Burst quang (OBS).
• Chương 2: Kỹ thuật chuyển mạch Burst quang (OBS)
Nghiên cứu một số vấn đề liên quan đến kỹ thuật chuyển mạch OBS, cùng với
một số giao thức điều khiển đăng ký tài nguyên của OBS. Giải quyết vấn đề
tranh chấp, thời gian trễ và đăng ký bước sóng.
1

• Chương 3: Khả năng ứng dụng chuyển mạch Burst quang trong mạng
truyền tải quang thế hệ sau.
Phạm vi, sở cứ và phương pháp nghiên cứu
Công nghệ OBS đang trong giai đoạn nghiên cứu thử nghiệm chính vì vậy thông
tin về những công nghệ này còn chưa nhiều. Nội dung của đồ án được thực hiện trên cơ
sở thu thập, nghiên cứu các bài báo đã được công bố trên các tạp chí khoa học như:
IEEE, Computer Network, Journal of Lighwave Technology và các tài liệu thu thập
được từ Internet.
Xuất phát từ những đặc điểm trên nên phạm vi của đề tài chỉ dừng lại ở mức
nghiên cứu lý thuyết nhằm đưa ra một bức tranh tổng thể về lĩnh vực công nghệ chuyển
mạch này. Những vấn đề nghiên cứu sâu như vấn đề đồng bộ, QoS, trong mạng chưa
được đề cập vì thời gian cũng như trình độ hiểu biết còn nhiều hạn chế. Nếu có điều
kiện Tôi sẽ xin được tìm hiểu và nghiên cứu sâu hơn.
2
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN MẠCH QUANG
1.1 Giới thiệu mạng truyền tải quang
Kiến trúc mạng quang thế hệ đầu tiên gồm các liên kết WDM điểm-điểm. Các
mạng này bao gồm một vài liên kết điểm-điểm, và trong đó tất cả các lưu lượng truyền
tới 1 node đều bị loại bỏ, tự động chuyển đổi từ quang sang điện và chuyển đổi từ điện

sang quang trước khi rời khỏi node. Việc loại bỏ và thêm lưu lượng tại mỗi node trong
mạng làm cho sự phức tạp của chuyển mạch và chi phí cho quá trình xử lý điện tăng
lên đáng kể, đặc biệt nếu phần lớn lưu lượng trong mạng đều là lưu lượng chuyển tiếp.
Để hạ chi phí mạng xuống thấp nhất, các thiết bị toàn quang có thể được sử dụng.
Kiến trúc mạng quang thế hệ thứ hai dựa trên các bộ ghép WADM, lưu lượng
có thể được thêm và loại bỏ tại các vị trí WDAM. WDAM có thể cho phép loại bỏ
những kênh bước sóng được chọn, trong khi những bước sóng khác có thể đi qua một
cách nguyên vẹn. Nói chung, tổng lưu lượng chuyển tiếp trong mạng cao hơn đáng kể
so với tổng lưu lượng cần bị loại bỏ tại mỗi node; do vậy, có thể làm giảm chi phí của
toàn bộ mạng. WDAM được sử dụng chủ yếu để xây dựng các mạng vòng quang
WDM, phục vụ trong các khu vực đô thị.
Để xây dựng một mạng lưới các đường liên kết sợi đa bước sóng, cần sử dụng
các thiết bị kết nối sợi thích hợp. Kiến trúc mạng quang thế hệ thứ ba được dựa trên
các thiết bị kết nối toàn quang. Những thiết bị này bao gồm ba loại: bộ ghép hình sao
thụ động, các router thụ động và các switch chủ động. Hình sao thụ động là một thiết
bị quảng bá một tín hiệu với một bước sóng xác định đi vào một cổng sợi lối vào của
bộ ghép hình sao, thì công suất của tín hiệu đó được chia đều cho tất cả các cổng lối ra
của bộ ghép hình sao. Router thụ động có thể gửi riêng lẻ mỗi một trong những bước
sóng đến từ lối vào sợi tới bước sóng giống vậy trên các sợi lổi ra khác nhau. Router
thụ động là một thiết bị tĩnh; do vậy, cấu hình định tuyến là cố định. Switch chủ động
cũng gửi các bước sóng từ các sợi lối vào tới các sợi lối ra và có thể hỗ trợ đồng thời
các kết nối.

Hình 1.1: Sự phát triển của các phương thức truyền tải quang khác nhau.
Không giống như router thụ động, switch chủ động có thể được cấu hình lại để thay
đổi sự kết nối giữa các bước sóng lối vào và lổi ra. Trong các mạng quang thế hệ thứ
ba, dữ liệu được phép chuyển tiếp qua các node trung gian mà không phải chuyển qua
tín hiệu điện, do vậy giảm được các chi phí cho các chuyển mạch và định tuyến điện tử
dung lượng cao tại mỗi node.
Những hệ thống toàn quang này đòi hỏi cần có những kết nối chuyển mạch

quang, hay đường ánh sáng, giữa các router biên bao phủ mạng lõi quang; tuy nhiên,
vì những kết nối chuyển mạch quang khá tĩnh, chúng không thể điều chỉnh theo tính
bùng nổ của lưu lượng Internet một cách hiệu quả. Lý tưởng mà nói, để cung cấp sự sử
dụng cao nhất có thể trong lõi quang, các node cần tạo các gói chuyển mạch ở mức
quang .
Hiện nay trên thế giới chuyển mạch quang vẫn đang trong quá trình nghiên cứu
và thử nghiệm nên chưa được triển khai rộng trên thực tế. Các mạng trên thực tế hiện
nay chủ yếu được phát triển theo hướng truyền dẫn quang và chuyển mạch điện tử do
công nghệ bộ nhớ truy nhập quang chưa phát triển gây cản trở cho sự ứng dụng của
chuyển mạch quang trong các mạng thực tế.
1.2 Vai trò của chuyển mạch quang.
Chuyển mạch là một thiết bị tối cần thiết trong mạng truyền tải, nó là thiết bị duy
nhất cho phép truyền tải thông tin giữa một node này với một hay nhiều node khác,
hay đầu cuối này với một hay nhiều đầu cuối khác trong mạng truyền tải thông tin.
Trước đây, do dung lượng mạng không lớn nên chỉ cần hệ thống chuyển mạch
với dung lượng nhỏ, tốc độ không cao cũng có thể đáp ứng đủ nhu cầu của xã hội lúc
bấy giờ. Nhưng sau này, do nhu cầu trao đổi thông tin của con người ngày càng tăng
với nhiều dịch vụ đa dạng hơn gây nên sự "bùng nổ" lưu lượng làm cho mạng với cơ
sở hạ tầng cũ trở nên quá tải, và cần phải sử dụng các công nghệ chuyển mạch mới để
tăng tốc độ truyền tải thông tin cũng như sử dụng tài nguyên mạng một cách hiệu quả
hơn.
Mặt khác do công nghệ truyền dẫn quang phát triển, các mạng truyền dẫn quang
được xây dựng, đã đtôi lại dung lượng truyền dẫn vô cùng lớn do băng tần sóng mang
quang có thể lên tới 200 THz, nhưng dung lượng mạng vẫn không đáp ứng được sự
"bùng nổ" lưu lượng do dung lượng mạng bị giới hạn bởi các thiết bị chuyển mạch
điện tử có dung lượng và tốc độ hạn chế.
Chuyển mạch quang ra đời như một giải pháp được lựa chọn để nâng cao hiệu
quả truyền tải thông tin tốc độ cao mà không phải thay đổi hay bổ sung hệ thống
truyền dẫn quang sẵn có của mạng. Đồng thời cho phép tăng đáng kể dung lượng
mạng cũng như chất lượng dịch vụ được cung cấp bởi mạng có hệ thống truyền dẫn

quang. Cho phép cung cấp nhiều dịch vụ mới với băng thông rộng trên hệ thống truyền
dẫn quang đã được lắp đặt trước đây. Góp phần làm tăng lợi nhuận của các nhà đầu tư
viễn thông, cùng các nhà khai thác dịch vụ.
Chuyển mạch quang ra đời đã khắc phục được các hạn chế của việc xử lý và
chuyển mạch tín hiệu trong miền điện như trước đây. Ở trong chuyển mạch quang chỉ
có các thông tin điều khiển với số lượng ít ỏi là được biến đổi quang-điện-quang tại
mỗi node chuyển mạch để xử lý định tuyến, vì vậy đã làm giảm đáng kể trễ xử lý do
không còn phải tốn thời gian để biến đổi quang-điện-quang cho phần thông tin người
dùng (khối lượng lớn) tại các đầu vào và đầu ra node mạng quang.
Ngoài ra sự có mặt của chuyển mạch quang cho phép các nhà cung cấp dịch vụ
viễn thông cung cấp nhiều dịch vụ viễn thông mới với chất lượng dịch vụ tốt hơn,
băng thông rộng hơn và được cung cấp một cách mềm dẻo hơn. Có nhiều mức chất
lượng dịch vụ khác nhau cho khách hàng lựa chọn. Tăng đáng kể dung lượng mạng
viễn thông hiện có mà không phải bổ sung thêm cơ sở hạ tầng mới gây tốn kém.
Các công nghệ chuyển mạch quang mới ra đời nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng
tài nguyên mạng, cũng như tận dụng tốc độ truyền dẫn dịch vụ tương đối cao của các
mạng truyền dẫn quang hiện có như chuyển mạch kênh quang, chuyển mạch gói
quang, chuyển mạch burst quang. Đồng thời bổ sung thêm các chức năng mới để phù
hợp hơn với các dịch vụ viễn thông mới chất lượng cao băng thông rộng, với nhiều
loại hình dịch vụ.
Chuyển mạch gói quang là công nghệ chuyển mạch mà trong đó thông tin cần
truyền được cắt nhỏ thành các đoạn nhỏ có kích thước cố định hoặc biến đổi. Sau đó
chúng được gắn thêm thông tin điều khiển, định tuyến và hỗ trợ mạng và được truyền
đi trên mạng truyền tải gói tới đích.
Chuyển mạch gói quang, là công nghệ tiếp theo của chuyển mạch kênh quang
nên đã khắc phục được nhược điểm lớn nhất của chuyển mạch kênh là sử dụng tài
nguyên mạng không hiệu quả, chiếm dụng tài nguyên mạng cả khi không thật sự cần
thiết (tức là không thật sự có thông tin cần truyền, các khoảng lặng trong khi kết nối).
Tuy nhiên để đạt được hiệu quả tối đa trong chuyển mạch gói là một điều rất khó vì
cần phải dung hoà giữa hai yêu cầu trái ngược nhau. Đó là hiệu suất truyền thông tin

(được đánh giá dựa trên tỷ số giữa thông tin tải trọng và thông tin truyền đi, yêu cầu
gói phải có kích thước lớn để tăng hiệu suất truyền tin) và tỷ số lỗi thông tin (là tỷ số
giữa số bít lỗi và tổng số bít thông tin truyền đi trong thời gian quan trắc, yêu cầu gói
tin nhỏ để khi lỗi bít hay mất gói thì lượng thông tin mất đi là nhỏ).
Chuyển mạch burst quang. Đây là một công nghệ chuyển mạch mới đã kết hợp
các ưu điểm của cả chuyển mạch kênh và gói quang, thực hiện kết hợp một số gói tin
tạo thành burst với một gói mang thông tin điều khiển nên giảm lượng thông tin điều
khiển mà không làm kích thước gói tin tăng lên. Mặt khác, do được truyền tải trên
mạng truyền tải quang nên khoảng thời gian truyền một burst không quá lớn để gây trễ
tới các burst khác. Hiện tại chuyển mạch burst quang đang là sự lựa chọn phù hợp nhất
cho mạng internet tốc độ cao, để cung cấp các dịch vụ băng thông rộng, đa phương
tiện đồng thời với chất lượng dịch vụ theo yêu cầu. Tuy nhiên để phát triển công nghệ
này phổ biến còn gặp rất nhiều khó khăn, và phụ thuộc vào nhiều yếu tố khách quan
khác như sự phát triển của công nghệ bộ nhớ truy nhập quang, công nghệ quang lượng
tử …
1.3 Nguyên tắc chung của chuyển mạch quang
Nguyên tắc chung của chuyển mạch quang là thực hiện chuyển mạch thông tin
dữ liệu trong miền quang (tại lớp quang) mà không còn cần phải chuyển đổi thông tin
dữ liệu sang miền điện như các node chuyển mạch điện trước đây. Bằng cách tạo ra
các kênh quang (kênh bước sóng hay khe thời gian) để truyền tải thông tin dữ liệu.
Ngoài ra, cũng giống như chuyển mạch nói chung. Chuyển mạch quang cũng
thực hiện lưu đệm và chuyển tiếp thông tin tải trọng giữa nguồn và đích. Nhưng có
một điểm khác biệt giữa chuyển mạch quang và chuyển mạch điện tử là: Trong chuyển
mạch quang dữ liệu được "làm trễ" trước khi được chuyển tiếp tới node tiếp theo trên
đường đi tới đích, chứ không phải thực hiện đệm tại các node trung gian như trong
chuyển mạch điện tử.
Trong chuyển mạch quang, tại các node chuyển mạch các thông tin điều khiển
được tách riêng biến đổi quang điện, và xử lý để lấy thông tin định tuyến, còn thông
tin tải trọng được lưu trong các bộ đệm quang hay các đường dây trễ để đợi chuyển
mạch tới đầu ra thích hợp trên hướng đi tới đích. Như vậy trong chuyển mạch quang

đã bỏ đi hẳn quá trình chuyển đổi O/E/O làm giảm đáng kể trễ xử lý tại các node
chuyển mạch.
Dưới đây là mô hình chung của một node chuyển mạch quang.
Hình 1.2: Mô hình chung của một node chuyển mạch quang
Một node chuyển mạch quang nói chung bao gồm 4 phần chính:
1. Khối giao diện đầu vào: Thu, đệm tín hiệu quang để chuẩn bị đưa vào trường
chuyển mạch thực hiện chuyển mạch tới đầu ra, và tách thông tin điều khiển
đưa lên khối điều khiển chuyển mạch.
2. Khối điều khiển chuyển mạch: Khối này thực hiện thu nhận các thông tin từ
module đầu vào và phân tích thông tin điều khiển và thực hiện điều khiển khối
chuyển mạch. Ngoài ra sau khi phân tích song thông tin điều khiển thì nó còn
phải có chức năng cấu tạo lại phần thông tin điều khiển đưa tới module đầu ra.
3. Khối chuyển mạch quang: Đây là thành phần chính trong mỗi node chuyển
mạch quang thực hiện chức năng chuyển mạch thông tin từ đầu vào tới đầu ra
theo yêu cầu.
4. Khối giao diện ra: thực hiện đệm đầu ra và ghép thông tin tải trọng và thông
tin điều khiển mới, biến đổi thành tín hiệu phù hợp với đường truyền và đưa
lên đường truyền dẫn.
Các đơn vị thông tin truyền tải khi đến node chuyển mạch nó được đưa qua một
bộ phân kênh (DEMUX) để tách phần tải trọng đưa vào bộ đệm quang (đường dây
trễ), và thông tin điều khiển đưa vào module đầu vào của khối điều khiển chuyển mạch
để chuẩn bị xử lý lấy thông tin định tuyến, để điều khiển khối chuyển mạch. Thực hiện
chuyển mạch thông tin dữ liệu tới đầu ra phù hợp, rồi qua bộ ghép thông tin điều khiển
(MUX) và được đưa lên đường truyền quang tới node tiếp theo trên đường đi từ nguồn
tới đích.
1.4. Phân loại chuyển mạch quang.
1.4.1. Chuyển mạch kênh quang
Trong chuyển mạch kênh quang, một kênh quang được thiết lập trước khi truyền
tin bởi một bản tin thiết lập, và được giải phóng bởi một bản tin giải phóng được gửi đi
sau khi cuộc nối kết thúc. Đơn vị dữ liệu trong chuyển mạch kênh thường là bản tin.

Hình 1.3: Mô hình chuyển mạch kênh.
Chuyển mạch kênh quang hoạt động theo phương pháp định tuyến bước sóng.
Trong mạng chuyển mạch kênh quang định tuyến bước sóng một kênh bước sóng sẽ
được thiết lập từ điểm đầu tới điểm cuối trước khi truyền tin và kênh đó sẽ bị chiếm
dụng trong suốt thời gian diễn ra cuộc nối.
Để thiết lập một cuộc nối trong mạng chuyển mạch kênh bao gồm 3 pha (thiết
lập kết nối, truyền tin, giải phóng kết nối). Sau đây là mô hình thiết lập một kết nối đối
với giao thức không yêu cầu bản tin xác nhận kết thúc phiên truyền tin.
Hình 1.4: Mô tả quá trình kết nối trong mạng chuyển mạch kênh quang
1.4.2. Chuyển mạch gói quang
Ở mạng chuyển mạch gói thông tin cần truyền được cắt nhỏ thành các khối có
kích thước cố định hay thay đổi, và được cấu trúc thành gói tin bao gồm thông tin tải
trọng (là thông tin dữ liệu người dùng cần truyền, trao đổi) và phần thông tin điều
khiển mạng (thông tin điều khiển header) để gửi qua mạng tới đích. Tại phía thu phải
thực hiện phục hồi bản tin từ các gói tin thu được. Trong mạng chuyển mạch gói các
kết nối chỉ được thiết lập khi truyền gói tin, sau khi truyền song gói tin thì kết nối đó
được giải phóng và các tài nguyên mạng đã phục vụ kết nối này lại được cung cấp
phục vụ cho các kết nối khác, vì vậy mà kết nối chỉ được thiết lập khi thực sự có thông
tin cần truyền. Đây là điểm khác biệt so với chuyển mạch kênh. Trong mạng chuyển
mạch gói đã khắc phục được nhược điểm của mạng chuyển mạch kênh đó là sử dụng
tài nguyên mạng một cách mềm dẻo và đạt hiệu quả cao.
Trong mạng chuyển mạch gói quang thì các dữ liệu người sử dụng được truyền
dẫn quang hoàn toàn từ nguồn đến đích. Chính điều này đã làm giảm đáng kể thời gian
trễ xử lý như ở các mạng chuyển mạch gói sử dụng chuyển mạch điện tử do không phải
thực hiện biến đổi O-E-O tại các node trung gian.
Tuỳ theo kỹ thuật chuyển mạch được áp dụng mà ta có các kiểu thiết lập kết nối
khác nhau: Như định tuyến độc lập ( tức là, mỗi gói tin được định tuyến trên những
đường đi khác nhau tối ưu tại thời điểm đó), định tuyến phụ thuộc (là phương pháp
định tuyến mà trong đó các gói tin cùng đi trên một đường đi) hay định tuyến ngẫu
nhiên (là gói tin được gửi đi liên tục trên mạng và ngẫu nhiên đến đích). Ở mạng

chuyển mạch gói các gói tin có thể đi trên các con đường khác nhau, là con đường tối
ưu nhất tại thời điểm đó, khi con đường tối ưu nhất bị lỗi thì mạng có khả năng định
tuyến lại.
Hình 1.5-a: Node chuyển mạch gói.
Hình 1.5-b: Mô hình mạng chuyển mạch gói.
Một nguyên tắc cơ bản của chuyển mạch gói đó là "lưu đệm" và chuyển tiếp, tức
là một gói tin chỉ được gửi đi khi đã thu được hoàn toàn đầy đủ tại node nguồn hay các
node trung gian. Chính đặc điểm này đã khiến các gói tin bị trễ tương ứng với độ dài
của mỗi gói tại các node trung gian. Để giảm trễ thì người ta có thể tiến hành sử dụng
các giao thức khác như: Giao thức không kiểm tra lỗi tại node trung gian (trong mạng
sử dụng công nghệ ATM), giao thức không cần bản tin xác nhận, hay có thể thực hiện
ước lượng thống kê kích thước gói để gửi đi trước thiết lập băng thông và cấu hình
chuyển mạch v v
Tuy nhiên chuyển mạch gói vẫn không phải là một phương pháp hoàn hảo có thể
đáp ứng mọi nhu cầu trong tương lai, nó vẫn tồn tại các hạn chế khó khắc phục như:
Khi tốc độ đường truyền lên cao thì thời gian truyền dẫn trở nên không đáng kể. Vì
vậy, nếu kích thước gói nhỏ thì thời gian định tuyến trở nên lớn hơn thời gian truyền
thông tin rất nhiều, hay có thể xảy ra tranh chấp gây tắc nghẽn mạng do quá nhiều
thông tin điều khiển phải xử lý Vì vậy cần phải phát triển một công nghệ chuyển
mạch khác khắc phục được các nhược điểm này, phù hợp hơn với các mạng hiện tại có
dung lượng lớn tốc độ truyền dẫn cao. Chuyển mạch burst quang là một trong những
công nghệ chuyển mạch đáp ứng được các yêu cầu đó.
1.4.3 Chuyển mạch burst quang(OBS):
Chuyển mạch burst quang ra đời là sự kết hợp các ưu điểm của cả chuyển mạch
gói quang và chuyển mạch kênh quang. Nó được thiết kế để cân bằng giữa các ưu và
nhược điểm của cả hai loại chuyển mạch này, thực hiện truyền thông tin dưới dạng các
burst quang. Đặc biệt hơn là nó không yêu cầu đệm các burst quang tại các node trung
gian (thực hiện truyền dẫn qua mạng truyền tải quang một cách trong suốt).
Hinh 1.6-a: Node chuyển mạch burst.
Hình 1.6-b: Mô hình mạng chuyển mạch burst quang

Trong mạng chuyển mạch burst quang các thông tin cần truyền được cấu trúc vào
thành các burst, bao gồm một gói điều khiển được gửi đi trước để đăng ký sử dụng tài
nguyên mạng và phần thông tin tải trọng bao gồm nhiều gói tin IP hay tế bào ATM hay
Frame ralay thậm trí là dữ liệu HDTV đã được cấu trúc thành một burst đi theo sau gói
điều khiển đã được gửi đi.
Các node mạng trong mạng chuyển mạch burst quang được phân thành hai loại:
node lõi và node biên.
Node lõi: Là node chỉ có chức năng thu nhận và chuyển tiếp các burst đến tới các
node tiếp theo trên đường đi trong mạng. Tuỳ theo các phương thức điều khiển được sử
dụng trong mạng mà node lõi có thể có bộ đệm hay không. Chức năng chính của node
này chỉ đơn thuần thực hiện cung cấp kết nối để chuyển tiếp burst tới node tiếp theo mà
không có chức năng cấu thành hay phân giải burst.
Node biên: Ngoài chức năng của một node lõi nó còn phải có chức năng cấu tạo
(thành lập) và phân giải các burst thông tin, là nơi kết cuối hay bắt đầu của các burst.
Đây là node có cả giao diện tín hiệu quang với các mạng quang và mạng chuyển mạch
burst và giao diện tín hiệu điện với các mạng chuyển mạch gói điện hay các mạng truy
nhập. Chức năng chính của node này là thu thập thông tin để cấu tạo các burst và phân
giải các burst ra thành các dạng thông tin ban đầu(gói hay bản tin) phân bổ chúng tới các
mạng truy nhập.
Ở mạng chuyển mạch burst quang mỗi burst chỉ có một gói mang thông tin điều
khiển (gói điều khiển) nên đã giảm được đáng kể lượng thông tin điêu khiển tăng hiệu
suất truyền tin. Đồng thời trong mỗi burst được cấu tạo từ nhiều gói nên cũng không
chiếm dụng kênh trong thời gian qua dài hay gây trễ quá lớn tới các burst khác. Ở mạng
chuyển mạch burst có thể tiến hành phát burst trong khi vẫn còn đang thu phần sau của
burst đó nên giảm hiện tượng trễ do một burst chiến dụng kênh quá lâu gây ảnh hưởng
tới các burst khác, nên tăng hiệu quả sử dụng tài nguyên đồng thời tăng được chất lượng
dịch vụ.
Chuyển mạch burst quang có một số đặc chưng sau đây:
1. Kích thước đơn vị truyền dẫn của chuyển mạch burst nhỏ hơn kích thước đơn vị
truyền dẫn của chuyển mạch kênh và lớn hơn đơn vị truyền dẫn của chuyển

mạch gói quang.
2. Có sự ngăn cách giữa điều khiển và dữ liệu: Thông tin điều khiển của chuyển
mạch burst được truyền trên một bước sóng riêng (báo hiệu ngoài băng), và
không được truyền đi cùng với burst như ở chuyển mạch gói mà nó được truyền
đi trước.
3. Sử dụng đăng ký trước: Trước khi truyền burst thì nó gửi đi một gói điều khiển
để đăng ký tài nguyên và cấu hình trường chuyển mạch. Node nguồn không yêu
cầu thu nhận thông tin xác nhận từ node đích gửi về trước khi truyền tin tới
node đích.
4. Kích thước burst có thể thay đổi. Từ kích thước burst nhỏ nhất tới kích thước
burst lớn nhất. Đặc biệt có thể phát burst bổ sung.
5. Không sử dụng bộ đệm: Các node trung gian trong mạng chuyển mạch burst
quang không thực hiện đệm tín hiệu. Các burst được truyền thẳng qua các
node trung gian tới node đích.
6. Đặc biệt trong chuyển mạch burst quang có thể ứng dụng kỹ thuật ước lượng
thống kê kích thước burst để gửi đi trước trong gói điều khiển, giảm thời gian
trễ burst tại các node nguồn.
Mặt khác chuyển mạch burst quang có tốc độ cao và cho phép đồng thời truyền
dẫn nhiều loại lưu lượng khác nhau (IP, ATM, Frame relay hay HDTV ) nên có thể
đáp ứng được các dịch vụ mới yêu cầu chất lượng cao băng thông rộng trong tương
lai. Hiện nay chuyển mạch burst quang đang là một giải pháp phù hợp nhất cho mạng
internet tốc độ cao và cung cấp các dịch vụ đa phương tiện. Tuy nhiên vấn đề ứng
dụng chuyển mạch burst quang vào mạng viễn thông hiện nay vẫn đang gặp nhiều khó
khăn, do công nghệ bộ nhớ truy nhập quang chưa phát triển, chất lượng các thiết bị
quang lượng tử chưa được chính xác,…đang là vấn đề lớn nhất cần giải quyết.
CHƯƠNG II
KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH BURST QUANG
2.1 Cấu trúc và hoạt động của mạng chuyển mạch burst quang (OBS)
2.1.1 Cấu trúc mạng chuyển mạch burst quang(OBS)
Ở mạng chuyển mạch burst quang hay còn được gọi là mạng toàn quang có đơn

vị truyền dẫn là các burst, có kích thước bằng một số gói IP hay một chuỗi các tế bào
ATM Nhưng nhỏ hơn đơn vị truyền dẫn của chuyển mạch kênh là bản tin. Ở đây
burst được truyền đi sau gói điều khiển một khoảng thời gian trễ để đảm bảo vẫn đủ
thời gian xử lý chuyển mạch mà các burst không cần phải trễ (đệm) tại bất cứ node
trung gian nào trên đường đi từ nguồn tới đích. Tại mỗi node trung gian chỉ có gói
điều khiển được phân tích, xử lý còn burst được truyền thẳng (truyền trong suốt).
Mạng chuyển mạch burst quang được cấu trúc bao gồm hai loại node mạng (node
lõi, node biên) và các tuyến truyền dẫn quang.
Hình 2.1: Cấu trúc mạng chuyển mạch burst quang
Các node biên, có giao tiếp với các mạng truy nhập khác như mạng chuyển mạch
gói, IP hay mạng LAN, WAN khác thu thập thông tin sau đó cấu tạo burst, đồng thời
có chức năng thu thập các burst từ mạng chuyển mạch burst tiến hành phân giải chúng
thành các gói tin ban đầu và định tuyến chúng vào đúng người sử dụng trong các mạng
truy nhập nhờ bộ định tuyến biên. Vì vậy chức năng chính của các node biên là cấu tạo
và phân giải các burst hay còn gọi đây là nơi mở đầu và kết cuối các burst.
Node biên được trang bị bộ định tuyến biên để có khả năng định tuyến các gói tin
được tách ra từ các burst vào đúng mạng yêu cầu đồng thời thực hiện phân tích node
đích của các gói tin đến để tiến hành cấu trúc burst đưa lên mạng chuyển mạch burst
đúng hướng. Đặc biệt tại node biên thông tin đến được đệm trong miền điện tại các bộ
đệm điện tử đơn giản.
Các node lõi, có chức năng chính là chuyển tiếp các burst đi từ nguồn tới đích
yêu cầu. Node lõi thực hiện phân tích các bản tin điều khiển để tiến hành cấp phát tài
nguyên mạng phục vụ thiết lập kết nối truyền burst tương ứng. Trong một số trường
hợp các node lõi có nhiệm vụ làm trễ các burst để có đủ thời gian xử lý bản tin điều
khiển chuyển mạch nếu thấy cần thiết.
Khi một burst tới node lõi thì gói điều khiển sẽ được kết nối tới khối điều khiển
và kết cuối tại khối điều khiển, còn thông tin dữ liệu được kết cuối tại khối chuyển
mạch đợi để được đưa tới đầu ra thích hợp. Gói điều khiển sau khi được phân tích
song chúng được cấu trúc lại có bổ sung các thông tin có sự thay đổi như thời gian trễ,
bước sóng truyền burst,…để đi tới node tiếp theo.

Trong mỗi node lõi của mạng chuyển mạch burst quang, tuỳ vào kiến trúc và
phương pháp điều khiển chuyển mạch mà nó được cấu trúc sao cho phù hợp và đạt
hiệu quả kinh tế cao. Nó có thể có bộ đệm hay không có bộ đệm, và gói điều khiển của
burst dữ liệu có thể được truyền trong băng (tức là, trên cùng một bước sóng với dữ
liệu) hay ngoài băng (tức là, trên một bước sóng riêng biệt) thông thường gói điều
khiển sẽ được truyền đi trên một bước sóng riêng biệt so với bước sóng burst, ngay sau
burst hay sau một khoảng thời gian trễ.
Các tuyến truyền dẫn, Trên các đường truyền dẫn quang có thể thực hiện truyền
một bước sóng hay nhiều bước sóng nhờ công nghệ WDM và DWDM, các kênh bước
sóng sẽ được giải phóng ngay sau khi truyền song burst để phục vụ cho các kết nối khác.
Trong mạng chuyển mạch burst quang thì trước khi burst được truyền đi nó phải đăng ký
bước sóng sử dụng và bước sóng đó được giải phóng ngay sau khi burst truyền qua nên
các burst từ các nguồn và đích khác nhau có thể sử dụng cùng một bước sóng theo kiểu
ghép kênh thống kê theo thời gian.
2.1.2 Cấu trúc node trong mạng chuyển mạch burst quang.
Như đã nói ở phần trên mạng chuyển mạch burst được cấu trúc bao gồm hai loại
node chuyển mạch: Node lõi, và node biên. Sau đây chúng ta đi phân tích cấu trúc
từng loại node.
2.1.2.1 Cấu trúc node lõi.
Do chức năng chính của node lõi là chuyển mạch các burst đến tới đầu ra theo
yêu cầu để tới node tiếp theo nên nó được cấu trúc bao gồm khối chuyển mạch, khối
điều khiển chuyển mạch và các giao diện đầu vào/ra. Tuỳ theo cấu trúc có thể có thêm
bộ đệm quang.
Node lõi trong mạng chuyển mạch burst quang được cấu trúc như hình 2.2.
Hình 2.2: Cấu trúc node lõi trong mạng chuyển mạch burst quang.