XÂY DỰNG CẤU TRÚC KHUNG TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN BURST CHO GIAO THỨC BÁO HIỆU XOAY VÒNG (CSP)

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG




HOÀNG BÁ BẢO

XÂY DỰNG CẤU TRÚC KHUNG
TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN BURST CHO GIAO THỨC
BÁO HIỆU XOAY VÒNG (CSP)

CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT VIỄN THÔNG
MÃ SỐ: 60.52.02.08 8


TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT





HÀ NỘI – NĂM 2013


i

Luận văn được hoàn thành tại:
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG


Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS Bùi Trung Hiếu



Phản biện 1: ………………………………………………………………
……………………………………………………………………………

Phản biện 2: ………………………………………………………………
……………………………………………………………………………





Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện
Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Vào lúc: giờ ngày tháng năm

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

ii

MỞ ĐẦU
Chuyển mạch burst quang (OBS- Optical Burst Switching) được coi là đề
xuất hàng đầu cho mạng truyền tải toàn quang trong tương lai, đã và đang thu hút sự

quan tâm nghiên cứ u của rất nhiều nhà khoa học trên thế giới. Hiện có rất nhiều
công trình khoa học và kết quả nghiên cứu đã được công bố về OBS. Tuy vậy, một
vấn đề quan trọng trong mạng OBS vẫn chưa được giải quyết triệt để, đó là xung
đột dẫn đến mất burst truyền qua mạng. Chính vì vậy, một giải pháp riêng đã được
thầy giáo, PGS. TS Bùi Trung Hiếu cùng với nhóm nghiên cứu đề xuất có khả năng
loại bỏ tranh chấp bước sóng truyền tải và mất burst trong mạng quang chính là sử
dụng giao thức báo hiệu xoay vòng (CSP – Circle Signalling Protocol) để truyền tải
các burst qua mạng OBS. Qua nghiên cứu, tìm hiểu cùng với sự hướng dẫn của thầy
giáo, trong luận văn này tôi tiếp tục đề xuất việc xây dựng cấu trúc khung tín hiệu
điều khiển cho giao thức báo hiệu CSP, để tiếp tục hoàn thiện một phương pháp
truyền tải quang mới, nơi hội tụ các ưu điểm của mạng toàn quang thế hệ mới hiện
nay và trong tương lai.
Cấu trúc của luận văn gồm 3 chương:
Chương 1: Kỹ thuật chuyển mạch burst quang
Chương này trình bày những vấn đề cơ bản về kỹ thuật chuyển mạch burst
quang (OBS), bao gồm: Giới thiệu tổng quan về các công nghệ chuyển mạch quang
hiện nay, kiến trúc cơ bản của mạng chuyển mạch burst quang.
Chương 2: Báo hiệu trong chuyển mạch burst quang
Chương này trình bày các vấn đề về báo hiệu trong chuyển mạch burst
quang, làm cơ sở khoa học để xây dựng cấu trúc khung tín hiệu điều khiển burst.
Chương 3: Xây dựng cấu trúc khung tín hiệu điều khiển burst cho CSP
Chương này trình bày các yêu cầu cơ bản và mục tiêu của việc thiết kế khung
tín hiệu, các thông tin cần biết trong bản tin BCP/CSP, từ đó đề xuất cấu trúc cụ thể
về khung tín hiệu điều khiển burst cho CSP.
1


Chương 1- KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH BURST QUANG
1.1. Các công nghệ chuyển mạch quang
1.1.1. Chuyển mạch kênh quang (OCS)

Trong chuyển mạch kênh quang, đường truyền dữ liệu được thiết lập trước
quá trình truyền dữ liệu. Nút nguồn khởi đầu một thủ tục báo hiệu đã phân bổ ngoài
băng để xác định đường đi, bước sóng, và thiết lập các kết nối chéo. Khi một kênh
truyền đã thiết lập xong thì dữ liệu mới được truyền đi.
T
p
T
c
T
p
T
D
t
s-D
t
f-D
t
0
Bắt đầu truyền dữ liệu
t
Nút nguồn Nút trung gian
Nút đích
Release
Confirm
Setup
Ghi chú:
T
p
: thời gian xử lý bản tin giao thức tại mỗi nút (nguồn, đích, trung gian)
T

c
: thời gian chuyển mạch cắt qua bộ nối chéo và ổn định tại mỗi điểm chuyển mạch WDM.
t
s-D
, t
f-D
: thời điểm bắt đầu, kết thúc phát dữ liệu.
T
D
: thời gian phát dữ liệu.
T
p
Setup
Setup
T
p
T
p
T
c
Confirm
T
p
Confirm
Release
Release

Hình 1.1. Báo hiệu trong chuyển mạch kênh quang
Trong chuyển mạch kênh, trễ chu trình (a round-trip delay) luôn tồn tại trong
thời gian thiết lập. Và khi kích thước mạng lớn thì trễ này là đáng kể. Hơn nữa, ở tất

cả các nút trung gian thì các kết nối phải được cấu hình xong trước khi dữ liệu đến,
điều này gây ra sự lãng phí băng thông kết nối. Do đó chuyển mạch kênh chỉ hiệu
quả khi thời gian truyền dữ liệu rất lớn so với thời gian thiết lập.
2


1.1.2. Chuyển mạch gói quang (OPS)
Trong chuyển mạch gói quang, thông tin điều khiển được ghép với burst dữ
liệu và đi cùng với burst dữ liệu như là tiêu đề của gói. Khi tới nút trung gian, tiêu
đề được tách ra khỏi burst dữ liệu và được xử lý để quyết định cổng đầu ra. Một
giao thức định tuyến có thể được dùng để cung cấp bảng định tuyến cho việc quyết
định nút tới tiếp theo trên đường tới đích. Trong suốt quá trình xử lý tiêu đề và thiết
lập nối chéo, burst dữ liệu được đệm tạm thời. Tiêu đề sau khi được xử lý xong lại
tiếp tục kết hợp với burst dữ liệu tạo thành gói và được truyền đến nút tiếp thep. Do
hạn chế về việc chế tạo các bộ đệm quang, nếu không tìm được cổng đầu ra thích
hợp dữ liệu sẽ bị hủy. Không có sự phản hồi rõ ràng có liên quan tới sự tồn tại của
gói được gửi trở lại nguồn.
t
s-Pk
Bắt đầu truyền gói
t
Nút nguồn Các nút trung gian Nút đích
T
p
T
c
Ghi chú:
T
p
: thời gian xử lý bản tin giao thức tại mỗi nút (nguồn, đích, trung gian)

T
c
: thời gian chuyển mạch cắt qua bộ nối chéo và ổn định tại mỗi điểm chuyển mạch WDM.
t
s-Pk
, t
f-Pk
: thời điểm bắt đầu, kết thúc phát gói.
T
Pk
: thời gian phát gói.
t
f-Pk
T
Pk
Bắt đầu truyền gói
T
p
T
c
T
Pk
Bắt đầu truyền gói
T
Pk

Hình 1.2. Truyền bản tin trong chuyển mạch gói quang
Như vậy, thời gian thiết lập trong chuyển mạch gói thấp hơn chuyển mạch
kênh bởi vì thông tin điều khiển được truyền cùng với dữ liệu. Tuy nhiên, việc xử lý
tiêu đề của các gói đến lại là một trở ngại với các chuyển mạch WDM toàn quang vì

công nghệ hiện nay vẫn chưa xử lý được tiêu đề trong miền quang. Mặt khác, trong
cơ chế chuyển mạch gói cần phải tách tiêu đề từ gói ở cổng đầu vào và ghép lại ở
cổng đầu ra, điều này là không cần thiết ở chuyển mạch kênh. Thêm vào đó, yêu
cầu các nút trung gian cũng cần phải có bộ đệm.
3


1.1.3. Chuyển mạch burst quang (OBS)
Chuyển mạch burst quang được thiết kế nhằm kết hợp những ưu điểm của
chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. OBS không cần đến bộ đệm quang ở các
nút trung gian, trong khi cho phép giảm nhỏ thời gian thiết lập và nâng cao hiệu quả
sử dụng băng thông.
Nút nguồn Các nút trung gian Nút đích
t
Thời gian
xử lý
Thời
gian
lệch
Burst
dữ liệu

Hình 1.3. Báo hiệu trong chuyển mạch burst quang
Hình 1.3 mô tả truyền báo hiệu và truyền burst trong OBS, trong đó burst dữ
liệu và burst điều khiển ma ng thông tin báo hiệu đi trên hai bước s óng riêng và
được truyền cách nhau một khoảng thời gian lệch. Tại mỗi nút trung gian, burst điều
khiển sẽ được đọc và xử lý để tạo lập kênh truyền cho burst dữ liệu.
Có thể tóm lược một vài đặc điểm về chuyển mạch burst quang đó là:
• Tính chất hạt (granularity): kích cỡ đơn vị truyền tải của chuyển mạch burst
nằm giữa đơn vị truyền tải của chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh.

• Tách biệt giữa thông tin điều khiển và dữ liệu: thông tin điều khiển được
truyền trên một bước sóng riêng (kênh riêng).
• Đặt trước tài nguyên: tài nguyên bị chiếm dụng theo kiểu đặt trước.
• Chiều dài gói thay đổi: độ dài của các burst là không cố định.
• Không sử dụng các bộ đệm quang: Nút trung gian trong mạng không yêu cầu
bộ đệm quang, burst đi qua các nút này mà không có trễ.
4


1.2. Kiến trúc mạng chuyển mạch burst quang
1.2.1. Kiến trúc mạng OBS - Mesh
1.2.1.1. Mô hình mạng
Mô hình của một mạng OBS theo cấu hình dạng mesh với hai loại nút là nút
biên và nút lõi phân biệt, được nối với nhau bởi các tuyến WDM trên hình 1.4.
Nút biên đầu vào
Nút lõi
Bước sóng
điều khiển
Bước sóng
dữ liệu
Nút biên đầu ra
Mạng OBS
Quản lý đăng ký
Chuyển đổi
bước sóng
Trường chuyển
mạch quang
Lập burst
Mạng truy nhập
Offset

Tách burst

Hình 1.4. Mô hình mạng OBS-Mesh phân biệt nút biên và nút lõi
Từ mô hình này ta thấy, n út biên có chức năng lập/tách burst và lập lịch để
truyền burst trên kênh bước sóng ra. Nút lõi chịu trách nhiệm tạo đường kết nối để
truyền burst từ một cổng đầu vào tới đầu ra thích hợp dựa trên thông tin điều khiển
và xử lý khi xảy ra tranh chấp.
1.2.1.2. Cấu trúc nút lõi
Cấu trúc cơ bản của nút lõi OBS được thể hiện trên hình 1.5.
Nút lõi thường bao gồm một trường chuyển mạch quang (OSF: Optical
Switch Fabric) và một khối điều khiển chuyển mạch (SCU: Switch control unit).
SCU tạo ra và duy trì một bảng định tuyến và chịu trách nhiệm cấu hình
trường chuyển mạch. Trường chuyển mạch quang mang ý nghĩa chủ chốt quyết
định dung lượng của cả nút chuyển mạch. Trường chuyển mạch bao gồm khối
chuyển mạch không gian không tắc nghẽn và bộ chuyển đổi bước sóng cho phép
chuyển mạch các burst dữ liệu từ bất cứ đầu vào nào tới đầu ra theo yêu cầu đảm
bảo không bị chồng lấn lên các burst dữ liệu khác.
5


Tín hiệu quang
Tín hiệu quang
Tín hiệu quang
Tín hiệu quang
Khối xử lý và điều
khiển chuyển mạch
(SCU)
OMUX
Cổng vào 0
Cổng vào M-1

Cổng ra 0
Cổng ra N-1
λ
0
… λ
k-1
λ
0

λ
0
… λ
w-1
λ
0
… λ
W-1
λ
0
… λ
k-1
M: Tổng số cổng (sợi) đầu vào
N: Tổng số cổng đầu ra
ODEMUX
OMUX
O/E
O/E
E/O
E/O
Trường chuyển mạch

quang (OSF)
λ
w-1

λ
1

Gói điều khiển
Burst dữ liệu
λ
k-1

λ
1

λ
W-1

λ
1

λ
k-1

λ
1

Kênh
điều khiển
Kênh

điều khiển
Kênh dữ liệu
ODEMUX

Hình 1.5. Cấu trúc nút lõi trong mạng chuyển mạch burst quang
1.2.1.3. Cấu trúc nút biên
Cấu trúc cơ bản của một nút biên như trên hình 1.6.

v
CÁC GÓI IP VÀO/RA
1

1
N
PD
1





E
S


2
λ
0
, λ
1

, λ
2
, λ
m

O
D
M
U
X





TỪ NÚT B1

TỪ NÚT B2
λ
0
, λ
1
, λ
2
, λ
k
PD
2
PD
v

PD
0
LD
1
LD
2
LD
v

λ
0
, λ
1
, λ
2
, λ
m
ĐẾN NÚT B1
ĐẾN NÚT B2
λ
0
, λ
1
, λ
2
, λ
k
LD
0
LẬP

/
TÁCH
BURST

XỬ LÝ BCP,
IP-OH VÀ B-OH
LẬP LỊCH &
ĐIỀU KHIỂN
O
M
U
X

Hình 1.6. Cấu trúc nút biên trong chuyển mạch bust quang
Nút biên thực hiện các chức năng như: tiếp nhận gói, xử lý mào đầu, đệm
gói, sắp xếp các gói vào burst và tách burst thành các gói, ngoài ra còn có thể thực
hiện các chức năng khác như đồng bộ, ưu tiên, giải quyết tranh chấp v.v.
1.2.1.4. Cấu trúc nút lai
Trong mạng OBS-Mesh, nút mạng cũng có thể đồng thời vừa là nút biên, vừa
là nút lõi. Hình 1.7 là sơ đồ cấu trúc của một nút OBS mang cả chức năng nút biên
và nút lõi, trong đó A/C (Amplifier/Converter) là khối khuếch đại và chuyển đổi
bước sóng và OS (Optical Switch) là khối chuyển mạch quang.
6



Hình 1.7. Cấu trúc nút mạng OBS
1.2.1.5. Mô hình tổng hợp và hoạt động của mạng chuyển mạch

Hình 1.8. Một mô hình tổng hợp của mạng OBS-Mesh

Hình 1.8 là mô hình của một mạng OBS-Mesh tổng hợp, trong đó các nút
mạng OBS được tích hợp các chức năng của cả nút biên và nút lõi và được liên kết
với nhau qua các tuyến sợi quang. Mỗi sợi quang liên kết giữa các nút có thể mang
nhiều bước sóng, mỗi bước sóng có thể được xem như một kênh truyền dữ liệu.
1.2.2. Kiến trúc mạng OBS- Ring
1.2.2.1. Sơ đồ mạng
Trong mạng OBS-Ring, các nút OBS được nối với nhau tạo thành một vòng
truyền dẫn khép kín và có vai trò như nhau trong hệ thống . Vòng truyền dẫn chính
là vòng đi lần lượt một lần qua các nút mạng.
7


IP, ethernet
A
2
λ
0,
λ
1,
λ
2,
…
,
λ
W

A
1
A
3

A
4
A
N
Vòng OBS
IP,
ethernet
IP,
ethernet
IP, ethernet
Nút OBS

Hình 1.9. Mô hình mạng OBS-Ring
1.2.2.2. Cấu trúc nút mạng
Cấu trúc nút OBS-Ring tương tự như mô hình cấu trúc một nút OBS tổng
quát (hình 1.7). Các nút trong mạng là các nút chuyển mạch burst quang có cấu trúc,
giống nhau, mang chức năng của cả nút biên và nút lõi. Với chức năng nút biên, các
nút thu nhận các gói dữ liệu đến, lập burst, lựa chọn kênh quang (bước sóng) thích
hợp, điều biến để truyền burst trên kênh quang đã chọn và thu nhận các burst khi là
nút đích, tách burst thành các gói dữ liệu và gửi chúng đến khách hàng. Với chức
năng nút lõi, nút mạng thực hiện chuyển mạch quang tạo các đường quang truyền
qua như một nút trung gian.
1.2.2.3. Hoạt động của mạng
8


Chương 2- BÁO HIỆU TRONG CHUYỂN MẠCH BURST QUANG
Trong mạng viễn thông, báo hiệu được coi là một phương tiện để chuyển
thông tin và các lệnh từ điểm này đến điểm khác, các thông tin và các lệnh này có
liên quan đến thiết lập, giám sát và giải phóng cuộc gọi.

Để dành trước tài nguyên mạng một cách hiệu quả, góp phần giải quyết tranh
chấp và giảm tỷ lệ mất burst, người ta cần phải có các cơ chế đăng ký, phân bổ tài
nguyên và cấu hình chuyển mạch quang cho burst ở mỗi nút hợp lý. Đó chính là các
giải pháp kỹ thuật cơ bản cho báo hiệu. Dựa trên các giải pháp kỹ thuật đó người là
xây dựng nên các giao thức báo hiệu.
2.1. Một số giải pháp kỹ thuật cho báo hiệu trong chuyển mạch burst quang
Các giải pháp kỹ thuật cơ bản cho báo hiệu trong chuyển mạch burst quang
có thể được tiến hành theo các cơ chế đăng ký, giải phóng tài nguyên như:
• Đăng ký: tức thì (immediate), có trễ (delayed).
• Đăng ký khởi đầu tại nút : nguồn, đích hay trung gian (source-initiated,
destination- initiated, intermediate-node reservation).
• Đăng ký một khoảng thời gian cố định (reserved a fix duration), đăng ký một
khoảng thời gian giới hạn (reserved a limited duration).
• Đăng ký kiên trì (persistent), không kiên trì (non-persistent).
• Đăng ký một chiều, hai chiều, lai ghép ( one-way, two-way, hybrid
reservation).
• Giải phóng tài nguyên: rõ ràng (explicit), ước lượng (implicit).
2.1.1. Các cơ chế đăng ký bước sóng
2.1.1.1. Đăng ký tức thì hoặc có trễ
• Đăng ký tức thì hay còn gọi là dành trước lập tức , là việc đăng ký dành
bước sóng đầu ra tại mỗi nút ngay sau khi nút đó thu được bản tin điều khiển
(BCP). Nói cách khác, đây là kiểu đăng ký mà chuyển mạch quang được thiết lập
ngay sau khi xử lý bản tin báo hiệu. Tuy nhiên nếu một bước sóng không thể đăng
ký được tại thời điểm đó thì thông tin điều khiển và burst tiếp theo sẽ bị mất.
9


Nút nguồn Nút trung gian Nút đích
t
Bước sóng

được đăng ký
Thời
gian
lệch
Burst
dữ liệu
T
OXC
T
Setup
T
OXC
Chuyển mạch
quang đã được
thiết lập
Gói điều khiển

Hình 2.1. Đăng ký tức thì trong chuyển mạch burst quang
• Đăng ký có trễ là việc đăng ký dành bước sóng đầu ra cho burst chỉ trước khi
xuất hiện bit đầu tiên của burst dữ liệu. Nói cách khác, đây là kiểu đăng ký mà
chuyển mạch quang chỉ thiết lập trước khi bit đầu tiên của burst đến. Tuy nhiên nếu
trong lúc bản tin điều điều khiển đến mà không đăng ký được bước sóng tại thời
điểm thích hợp thì bản tin điều khiển bị hủy và burst bị mất.
Nút nguồn Nút trung gian Nút đích
t
Bước sóng
được đăng ký
T
offset
Burst

dữ liệu
T
OXC
T
Setup
T
OXC
Gói điều khiển
T
Void
T
Void
Chuyển mạch
quang đã được
thiết lập

Hình 2.2. Đăng ký có trễ trong chuyển mạch burst quang
Nhìn chung đăng ký tức thì đơn giản và dễ thực hiện nhưng khả năng bị
nghẽn cao do việc phân phối băng thông không hiệu quả. Còn đăng ký có trễ phức
tạp hơn nhưng sử dụng băng thông hiệu quả hơn.
10


2.1.1.2. Đăng ký khởi đầu tại nút nguồn, đích hoặc trung gian
2.1.1.3. Đăng ký một khoảng thời gian cố định, giới hạn
2.1.1.4. Đăng ký kiên trì hoặc không kiên trì
2.1.1.5. Đăng ký một chiều, hai chiều, lai ghép
2.1.2. Các cơ chế giải phóng tài nguyên
Tùy theo việc có hay không có bản tin giải phóng đánh dấu sự kết thúc của
burst mà ta có thể phân ra việc giải phóng tài nguyên là không rõ ràng hay rõ ràng.

Trong giải phóng rõ ràng (explicit), một bản tin điều khiển dành riêng được
gửi đi sau burst dữ liệu theo hướng từ nguồn tới đích để giải phóng đăng ký. Không
có thông tin về khoảng thời gian tồn tại của burst trong bản tin điều khiển (BCP).
Trong giải phóng ước lượng (implicit), bản tin điều khiển BCP chứa thêm
các thông tin như: độ dài burst, thời gian trễ. Vì vậy không cần bản tin giải phóng
để đánh dấu sự kết thúc của burst.
Có thể nhận thấy rằng kỹ thuật giải phóng ước lượng cho tỷ lệ mất burst thấp
hơn do không có khoảng t rễ nào giữa thời điểm kết thúc thực sự của burst và thời
điểm đến của bản tin điều khiển giải phóng ở mỗi nút. Mặt khác, kỹ thuật giải
phóng rõ ràng dẫn đến hiệu quả sử dụng băng tần thấp hơn và làm tăng mức độ
phức tạp của bản tin.
Kết hợp cả các kỹ thuật đăng ký và giải phóng tài nguyên ta có các kỹ thuật
báo hiệu khác nhau như: đăng ký tức thì giải phóng rõ ràng, đăng ký tức thì giải
phóng ước lượng, đăng ký có trễ giải phóng rõ ràng và đăng ký có trễ giải phóng
ước lượng v.v.
Burst
Bản tin
giải phóng
Thời gian lệch
Bản tin
điều khiển
Đăng ký tức
thì
Đăng ký
có trễ
Giải phóng
ước lượng
Giải phóng
rõ ràng
t

Hình 2.3. Các kỹ thuật đăng ký và giải phóng bước sóng trong OBS
11


2.1.3. Các phương thức báo hiệu và điều khiển
2.1.3.1. Phương thức TAG
TAG là phương thức đăng ký tài nguyên theo kiểu một chiều và tức thì và
không kiên trì. Ở phương thức này, một burst được truyền đi ngay cả khi việc thiết
lập một đường quang ảo chưa hoàn thành. Đường quang ảo được định nghĩa là một
sự liên kết các bước sóng theo một trật tự xác định, từng kết nối liên tiếp nhau trong
khoảng thời gian thiết lập cho trước. Burst sẽ đ ược truyền theo đường quang ảo
trong khi quá trình thiết lập đang được tiến hành bằng cách sử dụng những bước
sóng đã được đăng ký. Nếu quá trình thiết lập thành công, các burst sẽ được truyền
tới đích, nếu không nó sẽ bị loại bỏ tại một trong các nút trung gian.
Cont
Cont
Thời gian t
0
Nút nguồn
Nút trung gian
Nút trung gian
Nút đích
Có burst mới
Setup
Setup
Có burst mới
Release
Release
Release

Setup
Setup
Setup
Điểm gây mất burst (không
đăng ký được bước sóng)
Cont
BurstContBurstCont
Cont
Cont
Burst
Release
Burst
Burst
Release
Burst
Burst

Hình 2.4. Mô tả quá trình đăng ký tài nguyên theo phương thức TAG
Nhược điểm của TAG là các burst cần phải được đệm tại mỗi nút trung gian
để nút có đủ thời gian xử lý tiêu đề burst và cấu hình chuyển mạch, thay cho việc
định trước khoảng thời gian này tại nguồn và đặt trễ trong khoảng thời gian lệch.
Điều này đòi hỏi các nút trung gian phải có bộ đệm quang hoặc các đường dây trễ.
2.1.3.2. Phương thức TAW
TAW là phương thức đăng ký tài nguyên hai chiều và giải phóng rõ ràng.
Khác với phương thức điều khiển theo kiểu TAG, trong TAW thì một burst sẽ chỉ
12


được phát lên mạng bởi một nút nguồn đầu vào khi chắc chắn có một đường quang
ảo đã được thiết lập thông qua mạng tới nút đầu ra. Chính vì đặc điểm này mà ta

thấy phương thức điều khiển TAW phù hợp cho mô hình chuyển mạch kênh truyền
thống hơn là mô hình chuyển mạch burst.
Burst
Burst
Burst
Thời gian t
0
Nút biên
nguồn
Nút trung
gian
Nút trung
gian
Nút biên
đích
Có burst mới
Setup
Setup
Release
Release
Thiết lập không
thành công
Có burst mới
Burst
Release
Release
Release
Confirm
Confirm
Confirm

Setup
Setup
Setup
Không có
bước sóng rỗi
Burst thu được
Thời gian thiết
lập chuyển
mạch quang
Không đăng
ký được
bước sóng
Khoảng thời gian chiếm dụng bước sóng
δ
sec
δ
sec
δ
sec
δ
sec
Thời gian thiết
lập chuyển
mạch quang
Thời gian thiết
lập chuyển
mạch quang

Hình 2.5. Mô tả quá trình đăng ký tài nguyên theo phương thức TAW
2.1.3.3. Phương thức IBT

2.1.3.4. Phương thức RFD

2.2. Các giao thức báo hiệu điển hình trong chuyển mạch burst quang
2.2.1. Giao thức JIT
JIT là sự kết hợp các đặc điểm mong muốn của chuyển mạch kênh quang và
chuyển mạch gói quang. Đây là một giao thức báo hiệu một chiều, đăng ký tài
nguyên theo kiểu đăng ký trực tiếp, ngoài băng và không có khả năng điền ô trống .
Trong giao thức này một bước sóng được đăng ký cho một burst ngay lập tức sau
khi bản tin thiết lập tương ứng đến. Nếu bước sóng không được đăng ký tại thời
điểm đó, thì bản tin thiết lập được loại bỏ và burst tương ứng bị loại bỏ. Như vậy,
giao thức JIT hoạt động hoàn toàn dựa theo nguyên tắc FCFS và kênh truyền dẫn
được gọi là đang ở trạng thái “chờ” ngay khi kênh đó thực hiện thành công việc đặt
trước tài nguyên cho một burst.
13


Thời gian
Nút nguồn
Các nút trung gian
Nút đích
Setup
Setup
Setup
T
oxc
T
oxc
T
oxc
T

oxc
T
setup
Bước sóng đã
được đăng ký
Chuyển mạch
quang đã được
thiết lập
T
offset
t
0
T
setup
Thời gian rỗi
Truyền burst
Setup
T
setup
T
setup

Hình 2.6. Truyền báo hiệu và burst trong giao thức JIT
Hình 2.7. là một cách thể hiện khác của quá trình đăng ký bước sóng trong
giao thức JIT tại một nút trên cùng một bước sóng, trong đó hai burst kế tiếp nhau là
burst thứ i và burst thứ (i+1) đăng ký thành công trên cùng một bước sóng.
t
1
t
2

t
3
Rỗi (Idle)
Bận
Gói điều khiển
(burst thứ i) tới
Đăng ký
Rỗi (free)
t
4
t
5
t
6
Bận
Gói điều khiển
(burst thứ i+1) tới
Thời gian
Khoảng thời gian rỗi sau khi đăng ký truyền burst
Burst dữ liệu
Burst thứ i+1Burst thứ i
Rỗi (free) Đăng ký
Rỗi (free)
Rỗi (Idle)

Hình 2.7. Đăng ký bước sóng tại nút OBS trong JIT
Như vậy ở đây, sự đăng ký trực tiếp là khá đơn giản, thời gian xử lý gói điều
khiển nhanh và không yêu cầu cơ sở dữ liệu cũng như vận hành điều khiển tại một
nút quá nhiều vì vậy giao thức này rất thích hợp trong những mạng mà tải không
quá cao. Tuy nhiên, ở giao thức này vẫn tồn tại khoảng thời gian mà bước sóng đã

được cung cấp nhưng vẫn chưa có thông tin để truyền gây nên tình trạng lãng phí tài
nguyên mạng.
14


2.2.2. Giao thức Horizon
Trong Horizon, một bước sóng cho kênh dữ liệu đầu ra được dành cho một
burst chỉ ngay trước thời điểm một burst đến. Nếu khi burst đến mà không có kênh
nào được đăng ký thì bản tin điều khiển sẽ bị hủy và burst tiếp theo sẽ bị mất. Nói
cách khác thời điểm đến của bit đầu tiên của burst phải muộn hơn thời điểm
Horizon của bước sóng. Khi gói điều khiển đến mà thời điểm bước sóng dành cho
burst sớm hơn thời điểm Horizon nhỏ nhất mọi bước sóng thì bản tin điều khiển và
burst tiếp theo bị hủy bỏ.
t
1
t
2
t
3
Gói điều khiển
(burst thứ i) tới
t
4
Gói điều khiển
(burst thứ i+1) tới
Thời gian
Burst thứ i+1Burst thứ i
T
OXC
t

5
t
6
Thời gian lệch nhau giữa các burst
Khoảng thời gian chờ truyền burst
Burst dữ liệu

Hình 2.8. Đăng ký bước sóng tại nút OBS trong Horizon
Như vậy giao thức Horizon cho phép đặt trước một khoảng thời gian giới hạn
và việc đăng ký truyền burst thực hiện một cách đơn giản. Tuy nhiên, nhược điểm
chính của giao thức này là không sử dụng điền ô trống nên nó không thể tận dụng
được khoảng tài nguyên rỗi khi nó đã xử lý gói điều khiển của một burst, mặc dù từ
khi xử lý xong đến khi quyết định cấu hình bộ OXC thì thời điểm đó kênh dữ liệu
vẫn có khả năng truyền được một burst thích hợp khác.
2.2.3. Giao thức JET
Điểm khác biệt của JET khi so sánh với các kỹ thuật báo hiệu một chiều khác
là đăng ký có trễ và giải phóng ước lượng. JET có khả năng phát hiện ra vị trí không
xảy ra xung đột, mặc dù thời gian bắt đầu của burt mới có thể sớm hơn thời gian kết
thúc của burst đã được chấp nhận. Chẳng hạn, một burst mới có thể được truyền
giữa hai burst đã được đăng ký thành công. Do đó trong JET, xác suất của một burst
được chấp nhận là khá cao.
15


Bản tin
điều khiển
T
offset
T
b

t
Burst
T
setup
Nút nguồn Nút trung gian Nút đích
T
setup
T
OXC
T
OXC
T
setup
T
setup
Chuyển mạch
quang đã được
thiết lập
T
OXC

Hình 2.9. Truyền báo hiệu và burst trong giao thức JET
Hình 2.8 là một cách thể hiện khác của quá trình đăng ký bước sóng trong
JET tại một nút trên cùng một bước sóng.
BCP
B
BCP
A
Kênh dữ liệu
t

1
'
t
2
"
t
2
'
t
1
t
2
Kênh điều khiển
t
t
t
1
"
T
OXC
t
Horizon
x
Burst B
Burst A
x
Khoảng thời gian rỗi chờ truyền burst
Burst dữ liệu

Hình 2.10. Hoạt động của JET trên cùng một bước sóng

2.2.4. Giao thức JumpStart
Nền tảng của giao thức JumpStart dựa trên giao thức JIT nhưng có thêm vào
một số đặc tính: Cho phép triển khai QoS, hỗ trợ Multicast, cho phép chuyển mạch
nhãn và cho phép đối với những kết nối ổn định (các đường dẫn quang).
2.2.5. Giao thức JIT+
Giao thức JIT
+
được đưa ra để cải thiện cho JIT. Giao thức JIT
+
không cố
gắng thực hiện phương pháp điền ô trống mà nó cố gắng cải thiện hiệu quả của hai
đăng ký đồng thời trên một bước sóng. Trong khi đó, các giao thức JET, Horizon và
JumpStart cho phép một số lượng không xác định đăng ký tài nguyên qua một kênh
16


dữ liệu thì giao thức JIT
+
chỉ cho phép số lượng đó là hai. Vì vậy nó làm đơn giản
hóa cấu trúc cơ sở dữ liệu và các thuật toán.
2.2.6. Giao thức E-JIT
Giao thức này cũng có nền tảng là giao thức JIT và mang những ưu điểm của
JIT về sự đơn giản, trong khi vẫn giữ những ưu điểm của JIT
+
bằng cách cho phép
hầu hết hai đăng ký tài nguyên đồng thời. E -JIT cải tiến so với JIT bằng cách cải
thiện lược đồ sắp xếp lịch truyền burst trên kênh dữ liệu, giảm thời gian kênh dữ
liệu giữ trạng thái đăng ký. Do đó tối ưu hóa hiệu quả sử dụng kênh truyền và làm
giảm được xác suất mất burst.
2.2.7. Giao thức CSP

2.2.7.1. Mô hình mạng
Mô hình mạng sử dụng CSP được thể hiện trên hình 2.11. Vòng báo hiệu là
vòng truyền dẫn quang đơn hướng, sử dụng bước sóng λ
0
. Theo chiều truyền dẫn
trên vòng báo hiệu, các nút lần lượt được đặt tên là A
1
, A
2
,… A
N
. Ngoài bước sóng
λ
0
, từ nút A
n
đến nút A
h
có thể có truyền dẫn quang đơn hướng hoặc song hướng,
với các bước sóng truyền tải trên mỗi hướng là λ
1
, λ
2
,…, λ
W
để truyền burst. được
truyền từ nút nguồn đến nút đích trên các bước sóng truyền tải này.

Hình 2.11. Mô hình mạng sử dụng CSP
2.2.7.2. Truyền bản tin điều khiển
2.2.7.3. Truyền tải qua mạng
IP,
A
3
A
2
A
1
A
4
A
N
MẠNG CÁP QUANG
VÒNG BÁO HIỆU
MẠNG WDM
(λ
1
, λ
2
,…, λ
W)

λ

0

17


Chương 3- XÂY DỰNG CẤU TRÚC KHUNG TÍN HIỆU ĐIỀU
KHIỂN BURST CHO CSP
3.1. Các yêu cầu và mục tiêu thiết kế
Có nhiều loại thông tin báo hiệu trong mạng, trong đó thông tin điều khiển
burst (BCP) là một trong những loại thông tin quan trọng nhất. Đây chính là khung
tín hiệu đề xuất trong giao thức báo hiệu xoay vòng.
Khung BCP được thiết kế phải đáp ứng được các yêu cầu: mang toàn bộ
thông tin về thời gian bận của tất cả các bước sóng truyền tải cũng như lịch trình
truyền toàn bộ các burst trên từng bước sóng. Khi đến nút kế tiếp, các thông tin mới
cần bổ sung phải được cập nhật vào các vị tr í phù hợp trong khung . Mặt khác,
khung tín hiệu đồng thời cũng phải đảm bảo đơn giản, kích thước nhỏ để có thể dễ
dàng được xử lý tại các nút và truyền đi được nhanh chóng trên vòng báo hiệu trước
khi truyền burst.
3.2. Các thông tin cần có trong BCP/CSP
Theo cấu trúc thông thường được chỉ dẫn trong ITU-OTN, khung thông tin
đề xuất cho một BCP có thể gồm 3 phần: phần mào đầu (OH), phần thông tin điều
khiển truyền burst (BCI) và phần dành cho những thông tin cần thiết khác (FCS).
3.2.1. Mào đầu BCP
Phần mào đầu BCP có các trường tin:
 Cờ: Báo hiệu bắt đầu một gói tin điều khiển.
 Loại bản tin: Để phân biệt gói tin điều khiển truyền burst với các loại
thông tin báo hiệu khác (đồng bộ, cảnh báo, nghiệp vụ…).
 Độ dài gói tin điều khiển: L
BCP
(B).

3.2.2. Thông tin điều khiển truyền burst
Thông tin điều khiển truyền burst bao gồm toàn bộ các thông tin đăng ký sử
dụng bước sóng của tất cả các nút mạng. Một nút mạng đăng ký sử dụng bước sóng
để truyền một burst phải đưa ra thông tin về burst và thông tin sử dụng bước sóng.
18


3.2.2.1. Thông tin về burst
• Độ dài thông tin đăng ký truyền một burst L
IBk
(B): Để đảm bảo tách đúng
thông tin đăng ký truyền một burst.
• Mã hiệu của burst B
k
: do nút nguồn ghi, dùng để nhận biết burst.
• Chỉ số ưu tiên P: Xác định theo loại dịch vụ hoặc yêu cầu truyền burst.
• Độ dài burst: Được sử dụng để tính thời gian phát burst.
• Địa chỉ nút nguồn, nút đích: Được sử dụng trong quá trình xử lý BCP tại mỗi
nút. Theo địa chỉ đích, các nút đích nhận biết các burst sẽ truyền đến mình, từ đó lập
lịch thu burst và xóa thông tin đăng ký sử dụng bước sóng truyền các burst này.
• Tuyến truyền burst: Cung cấp thông tin về các nút mà nút nguồn đăng ký
truyền burst của mình đi qua để đến đích. Khi là nút trung gian, nút mạng sẽ lập lịch
điều khiển chuyển mạch quang thiết lập kết nối theo hướng yêu cầu, tạo đường
truyền qua theo thời gian nút nguồn đăng ký.
3.2.2.2. Thông tin sử dụng bước sóng
Kết hợp cả không gian và thời gian, cho ta biểu thức về thông tin sử dụng
bước sóng
3.2.3. Thông tin khác
BCP còn có thể mang theo một số thông tin khác, chẳng hạn sửa lỗi, chèn và
có thể cả những yêu cầu đặc biệt khác trong truyền burst. Những thông tin đưa vào

BCP cần được lựa chọn kỹ càng, chỉ nên đưa vào khi thật cần thiết để giảm thiểu
kích thước của BCP và qua đó, giảm nhỏ thời gian truyền BCP.
3.3. Đề xuất cấu trúc khung tín hiệu điều khiển burst cho CSP
3.3.1. Cấu trúc khung tổng thể
Một cấu trúc cho BCP sử dụng giao thức báo hiệu xoay vòng (CSP) được đề
xuất như trên hình 3.1. Như theo cấu trúc thông thường, BCP là một khung thông
tin có kích thước là bội số của 8 bit (tức 1 byte), thay đổi tùy thuộc lượng thông tin
điều khiển burst trong BCP. Khung BCP chia thành 3 phần , trong mỗi phần lại chia
thành nhiều trường tin khác nhau.
19


Thông tin B
k
/
λ
w
…………….
Cờ
Loại
L
BCP
Chèn
Sửa lỗi
L
IBk

B
k
λ

w
L
Bk

A
s
A
n

…
A
d
t
sAs

Thông tin về burst và sử dụng bước sóng
Dãy kiểm tra
khung
Mào đầu
BCI FCSOH

L
IB(k+1)
B
(k+1)

λ
w
L
B(k+1)

A
s …
A
d
t
sAs

Thông tin B
(k+1)
/
λ
w


Thông tin tất cả các B
p
/
λ
q
còn lại

Hình 3.1. Cấu trúc tổng thể khung BCP đề xuất
Các giả thiết của bài toán để xây dựng cấu trúc khung BCP như sau:
- Mạng sử dụng CSP có số nút ít hơn 2
6
= 64 (N<64 ), vì trong trường hợp sử
dụng một mạng có số lượng nút quá lớn sẽ dẫn tới phức tạp, khó khăn trong việc
tính toán. Mặt khác, khi kết nối mạng với số lượng nút lớn hơn ta có thể chia ra
thành nhiều mạng nhỏ.
- Số bước sóng ghép tối đa trên một đường quang W=120.

- Chiều dài tuyến tối đa dưới 2000km để đảm bảo độ trễ truyền dẫn ở dải cho
phép và chỉ phải truyền một bản tin BCP trên vòng báo hiệu.
- Thời gian xử lý BCP tại các nút đủ nhỏ (cho phép khoảng từ 10 đến 100µ)
để đảm bảo chu kỳ báo hiệu nhỏ và không gây ra trễ burst lớn. Điều này có nghĩa là
các nút phải sử dụng thuật toán phù hợp để giảm thời gian xử lý BCP tại mỗi nút.
- Mạng truyền tải được xây dựng dựa trên các khuyến nghị của ITU-OTN.
3.3.2. Chức năng và cấu trúc các trường thông tin trong BCP
3.3.2.1. Cờ
Theo cấu trúc thông thường của bản tin báo hiệu, BCP sử dụng 8 bit để đánh
dấu một bản tin BCP được truyền trên vòng báo hiệu.
3.3.2.2. Loại bản tin
Trên bước sóng điều khiển, ngoài việc truyền bản tin BCP còn có các thông
tin báo hiệu khác cũng được truyền xen vào các khoảng thời gian trống, chẳng hạn
20


như các thông tin về đồng bộ, cảnh báo, nghiệp vụ, bảo dưỡng, v.v. Tổ hợp 4 bit
cho ta 2
4
=16 từ mã để phân biệt các loại bản tin báo hiệu.
3.3.2.3. Chỉ số ưu tiên (P
Bk
)
Sử dụng từ mã 3 bit để xác định loại chỉ số ưu tiên cho burst (tương ứng với
8 mức ưu tiên khác nhau).
3.3.2.4. Độ dài burst (L
Bk
)
Để đảm bảo việc tính toán số lượng từ mã hóa phù hợp, ta giả sử xây dựng
các burst có chiều dài tối đa không quá 100 kB và mang giá trị tròn kB. Với cách

lựa chọn như vậy, một burst có thể chứa được toàn bộ thông tin của một gói IP có
kích thước cực đại, mặt khác cũng có thể chứa đồng thời nhiều gói dữ liệu (IP,
ethernet,…) có chiều dài khác nhau bằng việc tính toán đóng gói các khung dữ liệu
vào burst sao phù hợp nhất với chiều dài của burst và giảm số lượng các bit chèn.
Như vậy ta phải có 101 các giá trị khác nhau về chiều dài của burst. Vì 2
7
=128, nên
ta chọn chiều dài 7 bit thì hoàn toàn có thể mã hóa cho toàn bộ chiều dài của burst
mà vẫn tránh được vào các cụm từ mã có cấu trúc đặc biệt dễ kết hợp với trường
khác phỏng tạo trường cờ giả.
3.3.2.5. Bước sóng truyền burst (λ
w
)
Căn cứ vào từ mã của λ
w
trong khung BCP cho ta biết burst B
k
được truyền
bước sóng nào. Theo giả thiết của bài toán, số bước sóng W không vượt 120 nên ta
sử dụng 7 bit để mã hóa cho bước sóng truyền burst (vì 2
7
= 128).
3.3.2.6. Tuyến truyền burst (A
s
A
n
A
d
)
Tuyến truyền burst cho biết thông tin về các nút mà nút nguồn đăng ký để

truyền burst từ nguồn đi qua tới đích. Các nút trung gian sẽ lập lịch điều khiển
chuyển mạch quang thiết lập kết nối theo hướng yêu cầu, tạo đường truyền qua theo
thời gian nút nguồn đăng ký.
Có tối đa 63 nút có thể xuất hiện trên mạng tương ứng với 63 giá trị tổ hợp
khác nhau khi đánh số cho một nút (tương ứng bằng một từ mã 6 bit).
21


3.3.2.7. Độ dài thông tin đăng ký truyền một burst (L
IBk
)
Như đã tính toán ở các phần trước thì với tổng số nút mà burst phải đi qua là
N cũng sẽ tương ứng với N khả năng về sự thay đổi chiều dài thông tin đăng ký
truyền burst. Như vậy chỉ có tối đa 63 khả năng, điều này tương đương với một bộ
từ mã 6 bit để xác định chiều dài thông tin cho burst.
3.3.2.8. Thời gian bắt đầu truyền burst tại nút nguồn (t
sAs
)
Qua tính toán cho thấy, từ giá trị về thời điểm phát bit đầu tiên tại nút nguồn
được gửi đi trong bản tin BCP và thông tin về chiều dài của burst, các nút hoàn toàn
tính được chính xác thời điểm mà burst đến cũng như phát đi bit đầu tiên tại nút đó
để đăng ký bước sóng cho burst. Do vậy, để mã hóa thời gian truyền một burt trên
một kênh sóng ta chỉ cần mã hóa cho thời điểm mà burst đó bắt đầu phát bit đầu tiên
tại nút nguồn (tức mã hóa cho t
sAs
). Thông tin này được gán ngay sau thông tin về
giá trị nút mạng.
Khoảng thời gian phát xong một burst tại nút (liên quan tới chiều dài của
burst) có giá trị nhỏ nhất là 0,2μs tương ứng với tốc độ xử lý 40Gbps. Khi burst có
chiều dài tối đa (100kB), với tốc độ truyền dẫn 2,5 Gbps thì theo tính toán, thời gian

phát xong một burst có giá trị lớn nhất là 32 μs.

Khi qua tối đa 63 nút thì tổng thời gian là: 63.32.10
-5
=2016.10
-5
≈
2 (ms).
Mặt khác, thời gian xử lý chuyển mạch cho nút để truyền burst thường tương
đương với khoảng thời gian xử lý BCP cho một nút (khoảng dưới 100µs). Nếu phải
qua 63 nút thì tổng thời gian này lớn nhất nhỏ hơn 6300µs (tức 6,3ms).
Như vậy, bằng việc đặt ra giới hạn tổng thời gian chuyển mạch và thu phát
burst tại tất cả các nút bằng thời gian trễ truyền dẫn lớn nhất (10ms), thì ta có thể
tìm ra giới hạn lớn nhất để tính toán thời gian truyền burst trên mạng là: 20ms. Để
quy định cho thang đo, ta đặt giới hạn T
Bk-max
≤ 100ms =0,1s.
Số bit cần thiết để mã hóa mốc thời gian là: log
2
(0,1/10
-10
) ≈ 29,9.
Do đó, ta phải sử dụng 30 bit để mã hóa thời gian bắt đầu truyền burst tại nút
nguồn trong bản tin điều khiển.
22


3.3.2.9. Mã hiệu của burst (B
k
)

Mã hiệu của burst dùng để nhận biết burst nào sẽ được truyền trên bước sóng
tương ứng ở tuyến đã định sẵn, vì vậy chỉ cần đặt mã hiệu cho burst trên một kênh
sóng.
Gọi chiều dài của một chu kỳ báo hiệu BCP là T và số burst phát sinh tại nút
nguồn trong một chu kỳ báo hiệu là M thì ta có:
M < T/(T
T-Bkλw

+ T
OS-Ai
) (3.17)
Qua tính toán thì số burst phát sinh lớn nhất có thể có trong một chu kỳ báo
hiệu không vượt quá 500 burst. Điều này có nghĩa là ta sẽ phải sử dụng bộ mã 9 bit
để mã hóa cho một burst trên mỗi một bước sóng (vì 2
9
=512).
3.3.2.10. Độ dài gói tin điều khiển (L
BCP
).
Chiều dài BCP là số bit mà bản tin có. Do cấu trúc của bản tin BCP được tổ
chức thành khung có số cột c là một số nguyên lần của 8 nên chiều dài BCP cũng là
bội số của 8 bit, hay nói cách khác đơn vị chiều dài của BCP sẽ là byte (B).
Giả sử trong khoảng thời gian tối đa 10ms của một chu kỳ báo hiệu, các burst
được thành lập có giá trị trung bình là 50kB và tổng số burst phát sinh trung bình tại
mỗi nút mạng lên tới 30 burst. Như vậy, với con số tối đa 63 nút chuyển mạch thì số
burst phát sinh tối đa trong một chu kỳ là 1890 burst. Tóm lại, để mã hóa cho chiều
dài bản tin BCP (tương ứng với số giá trị chiều dài BCI và tổng số burst phát sinh
trong một chu kỳ báo hiệu), ta cần một bộ từ mã 11 bit (tương đương với 2048 giá
trị). Để dự trữ cho nhu cầu lưu lượng ta lựa chọn phương án sử dụng 12 bit mã hóa
chiều dài BCP (tương ứng với 4096 burst có thể phát sinh trong một chu kỳ).

Tuy nhiên, chiều dài BCP quá lớn sẽ làm mạng hoạt động có hiệu quả. Vậy
nên tốt nhất ta chỉ cho phép số burst phát sinh tối đa trong một chu kỳ báo hiệu
không quá 500. Khi lưu lượng mạng lớn nữa, số burst yêu cầu phát sinh nhiều hơn
ta có thể dùng giải pháp chia nhỏ chu kỳ BCP hay sử dụng đồng thời nhiều vòng
báo hiệu ở các bước sóng khác nhau hoặc truyền nhiều BCP trên một bước sóng.
Việc giới hạn lượng burst phát sinh trong một chu kỳ còn quyết định việc xác định
chiều dài giới hạn của BCP.