ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CÔNG NGHỆ PHẦN MỀM “KĨ THUẬT LƯU LƯỢNG IP/WDM” CHƯƠNG 2_1 pps

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CÔNG NGHỆ
PHẦN MỀM “KĨ THUẬT LƯU LƯƠNG
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




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 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
!
!



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.







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,





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 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 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 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(
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

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


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(

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

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:









)1(
)1(
)(
)(
hF
hA
hF
hA



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


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


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

thì điều kiện cho
dung lượng sẽ được biểu diễn bởi:
),,,(F
2
1
223
zBHaFF
H


trong đó











HHHH
HHBazzBHa
1

1
1
1
2
1
2
1
)1(),,,(


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

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:
 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-C-B và phần còn lại của đường vẫn được sử dụng bình
thường như được chỉ ra trong hình 2.1(b).

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 bảo vệ IP/WDM đặc biệt là khi tầng WDM không hỗ trợ bảo vệ
đường và bảo vệ tuyến hoặc là tuyến bảo vệ không làm việc bình thường do sự
xuất hiện nhiều lỗi cùng lúc.
2.4 Khái niệm kĩ thuật lưu lượng IP/WDM
Kĩ thuật lưu lượng IP/WDM là kĩ thuật để tận dụng các tài nguyên IP/WDM
(ví dụ như các bộ định tuyến IP, các bộ đệm, các chuyển mạch WDM, các sợi
quang và các bước sóng) một cách hiệu quả, để truyền dẫn các gói tin và dòng lưu
lượng IP. Kĩ thuật lưu lượng IP/WDM bao gồm kĩ thuật lưu lượng IP/MPLS và kĩ
thuật lưu lượng WDM như được chỉ ra trên hình 2.2

Hình 2.2 Kĩ thuật lưu lượng IP/WDM (TE)
Kĩ thuật lưu lượng MPLS giải quyết các vấn đề về phân bổ dòng và thiết kế
nhãn đường. Sử dụng kĩ thuật điều khiển đường hiện MPLS, kĩ thuật lưu lượng
MPLS cho phép cân bằng tải trên mô hình IP hiện có. Các MPLS LSP làm việc
như là các tuyến ảo cùng chia sẻ một mô hình IP cố định.
Trong khi đó kĩ thuật lưu lượng WDM lại đưa ra các giả định về một mô hình
IP tĩnh trên nền mạng WDM. Kĩ thuật lưu lượng WDM giải quyết các vấn đề về
thiết kế mô hình đường đi ngắn nhất và dịch chuyển mô hình IP. Trong các mạng
WDM có khả năng tái cấu hình, kĩ thuật lưu lượng MPLS và kĩ thuật lưu lượng
WDM làm việc ở các tầng khác nhau, nghĩa là một ở tầng IP và một ở tầng WDM.
Trong các mạng chuyển mạch gói quang, các kĩ thuật lưu lượng MPLS và WDM
có thể được dùng theo mô hình chồng lấn hoặc theo mô hình tích hợp. Xu hướng
đầu tương tự như IP chồng lấn trên nền các mạng WDM có khả năng tái cấu hình
(mặt phẳng dữ liệu), trong khi các MPLS LSP (các đường đi ảo) được ấn định cho
các mạch quang WDM cố định. Xu hướng thứ hai xây dựng các đường đi ngắn
nhất, ấn định các dòng trên các đường đi ngắn nhất đó và chuyển tiếp lưu lượng
theo một mô hình tích hợp. Trong đồ án này các kĩ thuật lưu lượng MPLS và
WDM sẽ được trình bày.
2.5 Mô hình hoá kĩ thuật lưu lượng IP/WDM
Như đã trình bày ở trên kĩ thuật lưu lượng trong các mạng IP/WDM có thể
thực hiện theo hai phương pháp: kĩ thuật chồng lấn và kĩ thuật tích hợp.
Với kĩ thuật lưu lượng IP/WDM chồng lấn, mỗi tầng IP và WDM có một khối
kĩ thuật lưu lượng riêng. Sự hoạt động của mỗi mạng có thể độc lập với mạng còn
lại. Các giải pháp kĩ thuật lưu lượng được phát triển cho các mạng IP hoặc các
mạng WDM có thể được ứng dụng trực tiếp cho mỗi tầng một cách tương ứng. Về
mặt tính chất thì mạng khách-chủ chồng lấn là một ví dụ cho kĩ thuật lưu lượng
chồng lấn.
Với kĩ thuật lưu lượng tích hợp, sự tối ưu hoá hiệu năng mạng đối với một
mục tiêu nhất định đạt được nhờ sự kết hợp giữa cả hai thành phần mạng IP và

WDM. Với sự xuất hiện của các phần cứng ngày càng tinh vi cho phép tích hợp
chức năng của cả IP và WDM tại mỗi thành phần mạng (NE) nên kĩ thuật lưu
lượng tích hợp có thể hoạt động hiệu quả hơn.
2.5.1 Kĩ thuật lưu lượng chồng lấn
Nguyên lí của kĩ thuật lưu lượng chồng lấn là sự tối ưu hoá đạt được ở từng
tầng một. Điều này có nghĩa là sự tối ưu hoá trong một không gian nhiều chiều là
kết quả của một quá trình tìm kiếm lần lượt theo các chiều khác nhau. Rõ ràng là
kết quả tối ưu hoá phụ thuộc vào thứ tự tìm kiếm và không đảm bảo đó là kết quả
tối ưu hoá toàn cục. Chiều nào càng xuất hiện sớm trong chuỗi tìm kiếm thì càng
đạt được sự tối ưu hoá tốt hơn. Một lợi thế của kĩ thuật lưu lượng chồng lấn là các
cơ chế có thể được điều chỉnh để đáp ứng tốt nhất nhu cầu của một tầng cụ thể (IP
hoặc WDM) tuỳ theo các mục tiêu được lựa chọn. Hình 2.3 mô tả kĩ thuật lưu
lượng chồng lấn.


Hình 2.3 Kĩ thuật lưu lượng chồng lấn
Kĩ thuật lưu lượng chồng lấn có thể xây dựng bằng việc kết nối các bộ định
tuyến IP với mạng WDM dựa trên OXC thông qua một OADM. Các mạng
IP/WDM được xây dựng theo phương pháp này thể hiện một mạng WDM dựa trên
OXC, tầng chủ được hỗ trợ bởi mạng vật lí trong đó tầng mạng vật lí này được tạo
nên bởi các NE quang và các sợi quang. Mỗi sợi quang mang nhiều bước sóng mà
việc định tuyến chúng là có khả năng tái cấu hình một cách mềm dẻo. Tầng khách
(nghĩa là mạng ảo) hình thành bởi các bộ định tuyến IP được kết nối bởi các đường
đi ngắn nhất dựa trên mạng vật lí đó. Mô hình của một mạng ảo có khả năng tái
cấu hình được là nhờ khả năng tái cấu hình các đường đi ngắn nhất trong tầng máy
khách. Các giao diện của một bộ định tuyến IP kết nối với OADM là các giao diện
có khả năng tái cấu hình được. Điều này có nghĩa là các IP lân cận kết nối với một
giao diện có khả năng tái cấu hình như vậy có thể được thay đổi bằng cách cập
nhật cấu hình đường đi ngắn nhất cơ sở. Trong các mạng IP/WDM, điều khiển tắc
nghẽn không chỉ được thực hiện ở tầng dòng sử dụng cùng một mô hình mà còn có

thể được thực hiện ở tầng mô hình nhờ sử dụng tái cấu hình đường đi ngắn nhất.
Do đó, không chỉ một nguồn lưu lượng điều chỉnh dòng các gói tin của nó trước
khi gửi nó vào mạng mà chính bản thân mạng cũng có khả năng thích ứng trước
một kiểu lưu lượng sau một thời gian tuỳ chọn. Trong tầng IP, điều khiển tắc
nghẽn cung cấp nền tảng cho kĩ thuật lưu lượng, nghĩa là làm cách nào để truyền
dẫn các dòng bit theo đường đi của chúng một cách nhanh nhất tới đích. Trong
tầng WDM, điều khiển ấn định được sử dụng để quản lí các tài nguyên mạng (ví
dụ như là bước sóng) và ấn định chúng cho các kết nối IP ảo. Điều khiển ấn định
tầng WDM có thể là tĩnh, nghĩa là cố định tại thời điểm bắt đầu của yêu cầu kết
nối, hoặc có thể là động và được thay đổi trong thời gian kết nối. Chính sự mềm
dẻo này cho phép tầng WDM cung cấp các kết nối cho tầng phía trên với chất
lượng dịch vụ khác nhau.