KHẢO SÁT TRUYỀN TẢI MẠNG VÒNG CHUYỂN MẠCH BURST QUANG SỬ DUNG BÁO HIỆU QUAY VÒNG

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Dương Văn Tiến
KHẢO SÁT TRUYỀN TẢI MẠNG VÒNG CHUYỂN MẠCH
BURST QUANG SỬ DUNG BÁO HIỆU QUAY VÒNG
Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông
Mã số: 60.52.0.80
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
HÀ NỘI - 2013
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
1
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, với sự phát triển nhanh chóng của mạng Internet đã dẫn đến một nhu cầu
ngày càng tăng cho dung lượng truyền dẫn trong các mạng đường trục. Sự phát triển của các
nhu cầu này đang thách thức khả năng của các chuyển mạch điện và các kỹ thuật truyền dẫn
truyền thống, chính vì thế các mạng lõi cần phải phát triển các kiến trúc mới dựa trên công
nghệ chuyển mạch toàn quang và ghép kênh phân chia bước sóng WDM. Trong điều kiện hiện
nay thì chuyển mạch kênh quang đã được ứng dụng nhưng vẫn còn nhiều hạn chế vốn có, còn
chuyển mạch gói quang thì đang trong giai đoạn nghiên cứu vì công nghệ hiện tại chưa thể đáp
ứng được các yêu cầu của chuyển mạch quang. Hiện tại chuyển mạch Burst quang được coi là
một giải pháp hiệu quả trong việc truyền tải lưu lượng IP trên mạng quang. Chuyển mạch burst
quang là sự kết hợp các ưu điểm của chuyển mạch kênh quang và chuyển mạch gói quang.

Chính vì thế, mạng chuyển mạch burst quang OBS đã và đang được nghiên cứu như nền tảng
công nghệ cho mạng Internet quang trong tương lai.
Trong quá trình nghiên cứu về mạng OBS, có nhiều vấn đề đã được đặt ra như: thiết kế
hệ thống, cách kết hợp các burst dữ liệu, báo hiệu, giải quyết xung đột, … Luận văn “Khảo sát
truyền tải qua mạng vòng chuyển mạch burst quang sử dụng báo hiệu quay vòng” đi vào tìm
hiểu được một số vấn đề cơ bản về OBS. Xây dựng chương trình để khảo sát truyền tải burst
qua mạng vòng chuyển mạch, thông qua đó đánh giá được hiệu quả của việc sử dụng báo hiệu
quay vòng để truyền tải burst qua mạng vòng chuyển mạch.
Để hoàn thành tốt luận văn, tôi đã nhận được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo
PGS.TS. Bùi Trung Hiếu trong quá trình nghiên cứu. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến
thầy. Tôi cũng xin chân thành cám ơn các thầy cô trong khoa Quốc tế và Đào tạo sau đại học –
Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập cũng
như trong quá trình hoàn thành luận văn này.
2
CHƯƠNG 1 – CHUYỂN MẠCH BURST QUANG
Ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) xuất hiện như một giải pháp cung cấp cơ
sở hạ tầng mạng dung lượng lớn, đáp ứng sự bùng nổ về băng thông của mạng Internet. Một
vài công nghệ khác nhau đã được phát triển cho truyền tải dữ liệu qua WDM,chuyển mạch
kênh quang (OCS), chuyển mạch gói quang (OPS), và chuyển mạch Burst quang (OBS). Mạng
chuyển mạch kênh quang đã thực sự được triển khai. Tuy nhiên, các mạng quang định tuyến
bước sóng, mà tiêu biểu là mạng chuyển mạch kênh có thể không phải là công nghệ phù hợp
nhất cho các ứng dụng khác nhau mới xuất hiện trên mạng quang Internet. Chuyển mạch gói
quang là một công nghệ thay thế ra đời đem lại sự lựa chọn tối ưu. Nhưng tại thời điểm này
công nghệ vẫn chưa chín muồi để cung cấp một giải pháp khả thi. Chuyển mạch Burst quang
mượn ý tưởng từ cả hai công nghệ chuyển mạch OCS và OPS để đưa ra một phương thức
chuyển mạch hoàn toàn mới. Và nó đang được nghiên cứu như là một giải pháp hứa hẹn cho
các mạng đường trục Internet quang trong tương lai gần.
1.1 Giới thiệu chung các phương pháp chuyển mạch quang
Các phương pháp chuyển mạch quang căn bản bao gồm: chuyển mạch kênh quang OCS,
chuyển mạch gói quang OPS và chuyển mạch burst quang OBS.

Hình 1.1: Nút chuyển mạch kênh quang OCS
Sợi quang
vào
Sợi quang
vào
Sợi quang
ra
Sợi quang
ra
Tín hiệu
thiết lập kết nối
Demux
OXC
Mux
3
Hình 1.2: Nút OCS có chuyển đổi O/E/O
Hình 1.3: Nút chuyển mạch gói quang OPS
Trong phương pháp chuyển mạch burst quang OBS, chỉ một vài kênh điều khiển đi qua
chuyển đổi O/E/O (hình 1.4). Dữ liệu được chuyển mạch toàn quang ở mức burst, do đó có thể
đồng thời đạt được sự trong suốt dữ liệu và khả năng ghép kênh thống kê. OBS có thuận lợi về
dung lượng khổng lồ của sợi quang trong chuyển mạch hay truyền dẫn và khả năng xử lý tinh
vi của điện tử, nên nó có thể làm giảm chi phí và nâng cao các tiến bộ kỹ thuật trong cả lĩnh
Sợi quang
vào
Sợi quang
vào
Sợi quang
ra
Sợi quang
ra

Demux
Mux
Chuyển mạch điện
O/E
E/O
Sợi quang
vào
Sợi quang
vào
Sợi quang
ra
Sợi quang
ra
Mux
Demux
FDL
Khung chuyển
mạch quang
E/O
Đơn vị
điều khiển
chuyển mạch
SCU
O/E
Tách
tiêu đề
gói
Chèn
tiêu đề
gói

4
vực quang và điện. Chính vì thế, mạng chuyển mạch burst quang OBS là một công nghệ khả
thi cho mạng Internet quang thế hệ tiếp theo.
Hình 1.4: Nút chuyển mạch burst quang OBS
1.2 Chuyển mạch burst quang
Chuyển mạch Burst quang (Optical Burst Switching: OBS) được thiết kế nhằm kết hợp
những ưu điểm của chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói.
Đơn vị truyền tải của mạng OBS là burst. Những đặc trưng chính của OBS là cách tiếp
cận lai giữa báo hiệu ngoài băng và xử lý điện tử các thông tin tiêu đề trong khi dữ liệu vẫn ở
dạng quang trong toàn bộ thời gian truyền, sự dành riêng một chiều, độ dài burst có thể thay
đổi được, và không bắt buộc phải có bộ đệm.
Sợi quang
vào
Sợi quang
vào
Sợi quang
ra
Sợi quang
ra
Đơn vị điều khiển
chuyển mạch SCU
Demux
Mux
O/E
E/O
Khung chuyển
mạch quang
Gói điều khiển
Burst dữ liệu
Kênh

điều khiển
Kênh
điều khiển
5
1.2.1 Kiến trúc mạng OBS
Hình 1.5: Kiến trúc mạng OBS
Kiến trúc của mạng OBS được thể hiện trong hình 1.5. Một mạng OBS bao gồm các nút
chuyển mạch khối quang được kết nối với nhau thông qua các liên kết sợi quang WDM. Các
nút trong một mạng OBS có thể là nút biên hoặc nút lõi.
Hình 1.6: Sơ đồ các khối chức năng của mạng OBS
Liên kết WDM
Nút lõi
Nút biên
Mạng lõi OBS
Mạng truy nhập
Mạng truy nhập
Lưu
lượng
vào
Lưu
lượng
ra
Lập burst
Định tuyến và
gán bước sóng
Lập lịch biên
Nút biên đầu vào
Báo hiệu
Lập lịch
Giải quyết

xung đột
Nút lõi
Giải lập burst
Chuyển tiếp
gói
Nút biên đầu ra
6
1.2.2 Lập burst
Lập burst là tiến trình tập hợp và đóng các gói ở đầu vào từ lớp cao hơn thành burst tại
nút biên đầu vào của mạng OBS. Khi các gói đến từ lớp cao hơn, chúng được lưu trữ trong các
bộ đệm điện theo đích và loại của chúng. Sau đó cơ chế lập burst phải kết hợp những gói này
thành các burst dựa trên cùng một chính sách lập.
Người ta đã đưa ra nhiều kỹ thuật cho việc lập burst trong mạng OBS. Hai kỹ thuật được
quan tâm nhiều nhất là lập burst dựa theo bộ định thời (timer-based) và dựa trên mức ngưỡng
(threshold-based).
1.2.3 Định tuyến và gán bước sóng
 Định tuyến:
Định tuyến là một trong những vấn đề cơ bản cho bất kỳ phương thức truyền tải nào.
Trong các nghiên cứu, hầu hết các nhà nghiên cứu về OBS đều giả sử là định tuyến cố định
được tính toán bởi nguồn.
Trong định tuyến nguồn, đường đi được tính toán tại nút biên và tận dụng việc biết trước
chiều dài đường đi, do đó có thể tính toán được giá trị tối ưu của thời gian lệch.
Vì vậy, trong hầu hết các nghiên cứu người ta đều giả sử rằng một con đường ngắn nhất
cố định tới đích được tính toán tại nguồn. Con đường ngắn nhất có thể là ngắn nhất về mặt thời
gian trong trường hợp có yêu cầu nghiêm ngặt về độ trễ, hay có thể là có số lượng chặng tối
thiểu khi có yêu cầu về mặt mất mát dữ liệu.
 Gán bước sóng:
1.2.4 Lập lịch kênh truyền
Khi một burst đến một nút, nó phải được gán một bước sóng trên liên kết đầu ra thích
hợp. Trong vấn đề này, việc chuyển đổi bước sóng toàn quang được giả sử là khả thi ở tất cả

các nút và việc lập lịch diễn ra ở nút lõi trung gian và những nút đầu vào. Mục đích cơ bản
trong việc lập lịch kênh truyền này là tối thiểu khoảng cách (gap) của mỗi lập lịch trên mỗi
kênh, trong đó khoảng cách là khoảng rỗi giữa hai burst được truyền trên cùng một bước sóng
đầu ra, là sai lệch thời gian giữa một burst đến chưa được lập lịch với thời điểm cuối của một
burst đã được lập lịch trước đó.
Một số giải thuật được trình bày trong luận văn:
7
 Giải thuật FFUC
 Giải thuật LAUC
 Giải thuật FFUC-VF
 Giải thuật LAUC-VF
1.2.5 Các phương pháp giải quyết vấn đề xung đột
Các phương pháp cơ bản để giải quyết vấn đề xung đột trong truyền tải burst:
 Bộ đệm quang
 Chuyển đổi bước sóng
 Định tuyến chuyển hướng
 Phân đoạn burst
 Phân đoạn kết hợp với chuyển hướng
1.3 Kết luận chương
Trong chương này đã giới thiệu được các phương pháp chuyển mạch quang căn bản bao
gồm: chuyển mạch kênh quang OCS, chuyển mạch gói quang OPS và chuyển mạch burst
quang OBS. Trong đó chuyển mạch burst quang với những ưu điểm nổi trội hơn đang được kỳ
vọng là một công nghệ cho mạng quang trong tương lai.
8
CHƯƠNG 2 – BÁO HIỆU TRONG CHUYỂN MẠCH
BURST QUANG
2.1 Giới thiệu một số báo hiệu đã có trong chuyển mạch burst quang
Các điểm khác nhau của các giao thức báo hiệu chuyển mạch burst quang được xem xét
dựa trên việc các tài nguyên cùng với tuyến được phục vụ cho burst khi nào và như thế nào.
Thông thường lược đồ báo hiệu được đặc trưng theo các đặc điểm sau:

+ Một chiều, hai chiều, hoặc lai ghép.
+ Dành trước tài nguyên tức thời hoặc trễ.
+ Giải phóng tài nguyên hiện hoặc ngầm định.
2.1.1 Báo hiệu một chiều, hai chiều, lai ghép
Một lược đồ báo hiệu có thể được mô tả hoạt động sử dụng dành trước tài nguyên một
chiều, hai chiều, hoặc là lai ghép.
2.1.2 Dành trước tài nguyên tức thời, dành trước tài nguyên có trễ
Căn cứ vào quá trình dành trước tài nguyên trên kênh, kỹ thuật báo hiệu có thể phân loại
thành dành trước tài nguyên tức thời hoặc dành trước tài nguyên có trễ.
2.1.3 Giải phóng tài nguyên hiện hoặc ngầm định
Với các tài nguyên dành trước đang tồn tại có thể được giải phóng theo hai cách, hoặc là
hiện hoặc là ngầm định.
2.1.4 Kỹ thuật báo hiệu Just-Enough-Time
Hình 2.2 mô tả về kỹ thuật báo hiệu Just-Enough-Time (JET). Có hai phương thức báo
hiệu một chiều khác đó là Tell-and-Go (TAG) và Just-in-Time (JIT).
Trong phương thức TAG, burst dữ liệu theo sau gói điều khiển ngay khi gói này vừa
phát đi chứ không chờ một khoảng thời gian lệch như trong JET; do đó burst dữ liệu phải được
trì hoãn tại mỗi nút trung gian để có thời gian cho các nút này xử lý gói điều khiển và các
chuyển mạch được cấu hình. Việc trì hoãn được thực hiện nhờ các dây trễ FDL.
JIT tương tự như JET ngoại trừ JIT là phương thức báo hiệu dành trước tài nguyên tức
thời và giải phóng tài nguyên hiện thay vì là dành trước tài nguyên có trễ và giải phóng tài
9
nguyên ngầm định. Ưu điểm cơ bản của việc sử dụng những kỹ thuật báo hiệu một chiều là tối
thiểu được độ trễ toàn trình (end-to-end) cho việc truyền dẫn dữ liệu trên mạng quang đường
trục.
Hình 2.2: Kỹ thuật báo hiệu JET
Nguồn
Đích
Các nút trung gian
Thời gian

lập burst
Thời gian
lệch
Thời gian
truyền burst
dữ liệu
Thời gian
lan truyền
Thời gian
BHP
Giai đoạn
thiết lập
Giai đoạn
truyền và
giải phóng
Burst
10
2.1.5 Kỹ thuật báo hiệu Tell-And-Wait
Hình 2.3: Kỹ thuật báo hiệu TAW
2.2 Báo hiệu quay vòng RSP
Mạng xem xét là mạng vòng WDM chuyển mạch burst quang có N nút A
1
, A
2
,… A
N
(hình 2.4). Từ nút A
i
đến nút A
j

(i=1,…,N; j=1,…N; i≠j) có thể có truyền dẫn quang đơn hướng
hoặc song hướng với số kênh là (W+1). Bước sóng λ
0
chỉ để truyền báo hiệu, các bước sóng
khác (λ
1
, λ
2
,…, λ
W
) để truyền tải. Mô hình tổng quát của mạng được chỉ ra trên hình. Ngoài
vòng báo hiệu, truyền tải qua mạng được thực hiện bởi các liên kết WDM giữa các nút mạng.
Nguồn
Các nút trung gian
Đích
BHP
Thời gian
Thời gian
lập burst
Thời gian
lan truyền
Thời gian
lan truyền
Thời gian
truyền burst
dữ liệu
Giai đoạn
thiết lập
Giai đoạn
xác nhận

Giai đoạn
truyền
Giai đoạn
giải phóng
Burst
11
Hình 2.4: Mô hình mạng sử dụng RSP
Hình 2.5: Mô hình nút mạng sử dụng RSP
2.2.1 Thông tin báo hiệu
Có nhiều loại bản tin báo hiệu, nhiều loại thông tin báo hiệu được gửi trong mạng.
Trong khuôn khổ luận văn này, tôi chỉ trình bày về gói thông tin quan trọng nhất, gói thông tin
điều khiển burst (BCP).
Giả sử một burst B
k
được truyền trên bước sóng λ
w
từ nút nguồn A
S
đến nút đích A
D
theo tuyến (A
S
-A
n
-A
m
-…-A
D
). Tại nút A
S

, bước sóng λ
w
sẽ chiếm dụng chuyển mạch quang
trên kết nối từ bộ phát T
x
đến nút A
n
(hướng T
x
-A
n
) trong thời gian (t
1BkλwAs
-t
2BkλwAs
), nói cách
khác, λ
w
bận trên hướng kết nối (T
x
-A
n
) trong thời gian (t
1BkλwAs
-t
2BkλwAs
). Ký hiệu:
A
3
A

2
A
1
A
4
A
N
IP,
λ
0
,λ
1
,…λ
w
λ
0
… λ
w
λ
0
… λ
w
IP…
λ
W
λ
W
λ
W
λ

W
λ
0
… λ
w
λ
0
… λ
w
λ
1
… λ
w
λ
0
λ
0
λ
0
λ
0
CHUYỂN
MẠCH
QUANG
XỬ LÝ VÀ ĐIỀU KHIỂN
LẬP/TÁCH
BURST
R
X
T

X
12
λ
w/Bk/As
[(T
x
-A
n
);(t
1BkλwAs
-t
2BkλwAs
)]=1 (1)
Tại nút trung gian A
n
, λ
w
bận trên hướng (A
S
-A
m
) trong thời gian (t
1BkλwAn
-t
2BkλwAn
):
λ
w/Bk/An
[(A
S

-A
m
);(t
1BkλwAs
-t
2BkλwAs
)]=1 (2)
Tại nút đích A
D
, λ
w
bận trên hướng (A
…
-R
x
) trong thời gian (t
1BkλwAD
-t
2BkλwAD
):
λ
w/Bk/AD
[(A
…
-R
x
);(t
1BkλwAD
-t
2BkλwAD

)]=1 (3)
Nếu kênh quang λ
w
có tốc độ điều biến B(bps), burst B
k
có độ dài L
Bkλw
(Byte) và độ dài
cáp quang trên đoạn (A
n
-A
m
) là l
(An-Am)
(km),lõi sợi quang có chỉ số chiết suất n
0
thì thời gian
phát burst B
k
và thời gian truyền dẫn quang từ A
n
đến A
m
là:
T
tBkλw
= 8.L
Bkλw
/B (4)
T

T(An-Am)
= n
0
.l
(An-A(n+1))
/(3.10
5
) (5)
Từ đó có:
t
1BkλwAn
=t
1BkλwAs
+ T
T(As-An)
(6)
t
1BkλwAm
=t
1BkλwAn
+ T
T(An-Am)
=t
1BkλwAs
+ T
T(As-An)
+T
T(An-Am)
(7)
t

1BkλwAD
=t
1BkλwA…
+ T
T(A…-AD)
=t
1BkλwAs
+ T
T(As-An)
+T
T(An-Am)
+…+T
T(A…-AD)
(8)
t
2BkλwAs
= t
1BkλwAs
+T
tBkλw
(9)
t
2BkλwAn
= t
1BkλwAn
+T
tBkλw
(10)
Gói thông tin điều khiển burst mang tất cả thông tin bận (thời gian bận, hướng nối bận ở
mỗi nút mạng) của mọi bước sóng truyền tải. Một nút mạng A

n
khi nhận được BCP sẽ nhận
biết toàn cảnh sử dụng bước sóng truyền tải trên mạng. Thông tin các bước sóng chiếm dụng
chuyển mạch quang (hướng kết nối, thời gian kết nối) của A
n
sẽ được nó sử dụng để điều khiển
trường chuyển mạch. Nếu có nhu cầu truyền burst, A
n
sẽ phải lựa chọn tuyến và bước sóng rỗi
để truyền burst. Khi chọn được tuyến và bước sóng thích hợp, A
n
tính toán thời gian bước sóng
chiếm dụng trường chuyển mạch của các nút trên tuyến truyền burst và đăng ký sử dụng bước
sóng bằng cách ghi thông tin bước sóng bận vào BCP. Bảng 1 là ví dụ thông tin trong BCP
được tạo lập tại nút A
S
. Trong bảng, thông tin về burst B
1λ1
do nút A
g
đăng ký, thông tin về
burst B
1λw
do nút A
u
đăng ký từ trước và được gửi đến A
S
. Thông tin đăng ký truyền burst B
2λ1
trên bước sóng λ

1
và truyền burst B
kλw
trên bước sóng λ
W
là các thông tin được A
S
bổ sung
trước khi truyền BCP đến nút tiếp theo.
13
Bảng 1: Thông tin trong BCP (tại nút A
S
)
Bursts
Nút A
S
Nút A
n
…
λ
1
B
1λ1
=B
(Ag-Ah-As-An)
T[(A
h
-A
n
);(t

1B1λ1As
-t
2B1λ1
As
)]
D[(A
S
-R
x
);(t
1B1λ1An
-t
2B1λ1An
)]
B
2λ1
=B
(As-An-…)
S[(T
x
-A
n
);(t
1B2λ1As
-t
2B2λ1 As
)]
T[(A
S
-A

m
);(t
1B2λ1An
-t
2B2λ1An
)]
…
…
…
λ
W
B
1λw
=B
(Au-…-Av-As)
D[(A
u
-R
x
);(t
1BkλwAs
-
t
2BkλwAs
)]
…
…
B
kλw
=B

(As-Au-…-An)
S[(T
x
-A
u
);(t
1BkλwAs
-t
2Bkλw
As
)]
D[(A
…
-R
x
);(t
1BkλkAn
-
t
2BkλwAn
)]
…
Các ký hiệu trong bảng mang thông tin như sau:
- λ
w
: Bước sóng được đăng ký sử dụng để truyền các burst B
1λw
,…, B
kλw
.

- B
kλw
: Burst thứ k truyền trên bước sóng λ
w
.
- B
(As-Au-…-An)
: Burst truyền từ nút nguồn A
S
đến nút đích A
n
theo tuyến (A
S
-A
u
-…-A
n
).
- S[…], T […], D[…]: Nút nguồn, nút trung gian, nút đích.
- [(A
S
-A
m
);(…)]: Hướng kết nối yêu cầu từ đầu vào A
S
đến đầu ra A
m
tại nút A
n
trong thời

gian (…).
- [(…);(t
1BkλwAn
-t
2BkλwAn
)]: Thời gian kết nối yêu cầu để truyền burst B
k
trên bước sóng λ
w
qua kết nối (…) tại nút A
n
.
Một mạng có N nút sẽ cần một bảng có (N+2) cột. Thông tin trong BCP là khá lớn, vì
thế cần loại bỏ ngay những thông tin không còn giá trị. Có thể quy định, nút đích là nút xóa
thông tin về các burst gửi đến nó khi nút này xử lý BCP.
14
2.2.2 Truyền gói thông tin điều khiển burst
Trong mạng vòng OBSR sử dụng báo hiệu RSP, BCP truyền tuần tự qua từng nút mạng
theo chu kỳ. Để thực hiện như vậy, một vòng báo hiệu phải được tạo lập trên mạng. Vòng báo
hiệu đi qua mỗi nút chỉ một lần, không lặp lại. Với một mạng WDM có thể hình thành nhiều
hơn một vòng báo hiệu thì một vòng được chọn sử dụng (chẳng hạn, theo tiêu chí tổng đường
đi ngắn nhất), các vòng khác để dự phòng.
Gói thông tin điều khiển burst truyền trên vòng báo hiệu, với thời gian truyền hết một
vòng là một chu kỳ báo hiệu T
BCP
. Trong một chu kỳ báo hiệu, BCP được thu nhận, xử lý và
phát tiếp ở mỗi nút mạng một lần. Hình 2.6 mô tả một chu kỳ truyền gói thông tin điều khiển
burst (BCP
i
) trên vòng báo hiệu.

Hình 2.6: Một chu kỳ truyền BCP trên vòng báo hiệu
Các ký hiệu sử dụng trong hình:
- t
t1BCPi/An
: Thời điểm nút A
n
bắt đầu phát BCP
i
.
- t
t2BCPi/A(n-1)
: Thời điểm nút A
(n-1)
kết thúc phát BCP
i
.
- t
r1BCPi/A(n-1)
: Thời điểm nút A
(n-1)
bắt đầu thu nhận BCP
i
.
- t
r2BCPi/A(n+1)
: Thời điểm nút A
(n+1)
kết thúc thu nhận BCP
i
.

- T
tBCP
: Thời gian phát BCP.
- T
T(An-A(n+1))
: Thời gian truyền dẫn quang trên đoạn (A
n
-A
(n+1)
).
t
t
t
t
T
tBCP
t
t1BCPi/An
t
t1BCP(i+1)/An
t
t2BCPi/A(n-1)
t
r1BCPi/A(n-1)
t
r2BCPi/A(n+1)
BCP
i
BCP
i

BCP
i
BCP
i
BCP
i
BCP
i+1
BCP
i
BCP
i
BCP
i
Nút A
(n-1)
T
T(An-A(n+1))
T
BCP
T
p
Nút A
(n+h)
Nút A
(n+1)
Nút A
n
15
- T

p
: Thời gian xử lý BCP tại mỗi nút.
Giả sử rằng, thời gian phát và thời gian thu một bản tin điều khiển burst là như nhau và
bằng nhau ở mọi nút mạng (T
tBCP
=T
rBCP
), thời gian xử lý BCP tại các nút bằng nhau và là T
p
,
chu kỳ báo hiệu sẽ là:
T
BCP
= N.(T
tBCP
+T
p
)+
∑
( )
T
T(An-A(n+1))
+ T
T(AN-A1)
(11)
Với gói điều khiển burst có độ dài L
BCP
(Byte) và kênh báo hiệu có tốc độ B
BCP
(bps), thì:

T
tBCP
= 8.L
BCP
/B
BCP
(12)
Thời gian truyền dẫn quang trên các đoạn T
T(An-A(n+1)
được tính theo (5).
2.3 Kết luận chương
Chương đã giới thiệu được một số đặc điểm chính của các giao thức báo hiệu, đồng thời
cũng giới thiệu được hai kỹ thuật báo hiệu thường dùng cho mạng OBS đó là JET và TAW.
Chương cũng đã đưa ra được giao thức báo hiệu mới đó là báo hiệu quay vòng RSP cho mạng
OBS. Với giao thức báo hiệu này, việc truyền tải burst qua mạng quang không có tranh chấp,
không gây mất burst và nghẽn mạng. Điều này có thể sẽ cho phép phát triển một thế hệ mới
thiết bị và mạng truyền tải toàn quang dựa trên chuyển mạch burst quang.
16
CHƯƠNG 3 – KHẢO SÁT TRUYỀN TẢI QUA MẠNG VÒNG
CHUYỂN MẠCH BURST QUANG SỬ DỤNG BÁO HIỆU QUAY
VÒNG
3.1 Mô hình mạng khảo sát
Khảo sát truyền tải burst quang qua mạng OBS sử dụng RSP với cấu hình vòng (RSP-
OBSR). Cấu hình RSP-OBSR có N nút, truyền dẫn quang có thể hoạt động song hướng với W
bước sóng, trong đó bước sóng λ
0
dành riêng cho báo hiệu, các bước sóng λ
1
,…, λ
W

để truyền
tải. Vòng báo hiệu được thiết lập ngay trên cấu hình mạng vòng đã có. Mô hình mạng khảo sát
thể hiện trên hình 3.1 (mạng vòng gồm 5 nút). Các nút mạng có cấu trúc giống nhau. Các burst
được giả thiết xuất hiện ngẫu nhiên tại mỗi nút, có đích đến ngẫu nhiên, độ dài như nhau. Số
nút mạng N = 5, số bước sóng truyền tải W, độ dài đoạn sợi quang giữa các nút l
n
, độ dài các
burst L
B
, tốc độ truyền tin trên một bước sóng B
r
, thời gian xử lý BCP tại mỗi nút T
p
, thời gian
chuyển mạch quang T
OS
là các tham số thay đổi được, chọn đặt tùy theo mục đích khảo sát.
Hình 3.1: Mô hình mạng khảo sát
Mạng vòng OBSR có thể hoạt động trên cả hai hướng. Trên mỗi hướng (mỗi vòng
mạng) đều có thể truyền dẫn các bước sóng λ
0
,λ
1
,…, λ
W
. Các burst bao gồm nhiều gói dữ liệu
(IP, ethernet,…) đến từ các luồng nhánh được nút nguồn tạo lập theo ngưỡng thời gian hoặc
ngưỡng độ dài, hoặc theo cả hai, tùy thuộc đến ngưỡng nào trước. Khi là nút nguồn, nút mạng
A
2

A
1
A
5
A
3
λ
0
λ
1
,…λ
w
A
4
IP,
17
sử dụng một bộ phát T
x
để phát burst trên một bước sóng, theo hướng đi và vào thời điểm đã
được ấn định theo lịch phát burst đã lập trước đó. Khi là nút đích, nút mạng sử dụng một bộ thu
R
x
để thu burst trên một bước sóng, trên hướng đến và vào thời điểm theo lịch đã được lập
trước đó. Việc tách burst tại nút đích được thực hiện theo thông tin mào đầu burst do nút nguồn
gửi khi tạo lập burst. Tiếp đó, các gói dữ liệu sẽ được chuyển đến các luồng nhánh để truyền
đến nơi nhận.
Trên mỗi hướng, các nút OBS dựa vào đích đến của burst thực hiện tìm bước sóng khả
dụng để truyền tải burst. Vì có 2 hướng truyền dẫn ngược nhau, nên khi có burst yêu cầu
truyền, đầu tiên nút sẽ kiểm tra nút đích của burst yêu cầu, dựa vào nút đích, nút sẽ lựa chọn
Ring truyền cho burst sao cho thời gian truyền đến nút đích là nhỏ nhất. Sau đó nút sẽ thực hiện

tìm kiếm kênh trống khả dụng để truyền burst trên Ring (hướng) đã chọn. Sau khi tìm được
bước sóng khả dụng cho burst, nút đăng kí chiếm bước sóng và cập nhật vào trong bản tin báo
hiệu. Sau khi bản tin báo hiệu được gửi đi một thời gian T
offset
, burst sẽ được truyền đi trên
bước sóng mà nó đã đăng kí. Khi bản tin BCP quay về đến nút đích, có nghĩa nó đã thực hiện
xong một vòng, bản tin được cập nhật và phát tiếp từ nút đích, bắt đầu vòng tiếp theo. Khi
không còn bước sóng khả dụng trên hướng lựa chọn, nút sẽ lưu lại burst và đợi thông tin báo
hiệu bcp trên hướng ngược lại để tìm kênh trống truyền burst trên hướng ngược lại, nếu trên
hướng còn lại của vòng có bước sóng khả dụng thì nó sẽ truyền burst trên hướng còn lại.
3.2 Xây dựng chương trình
3.2.1 Lựa chọn công cụ khảo sát
Công cụ được sử dụng để mô phỏng là MATLAB. MATLAB viết tắt của Matrix
Labotary, là phần mềm ứng dụng mạnh trong việc thực hiện các phép tính toán với ma trận.
MATLAB được mô tả như một gói phần mềm dùng cho tính toán kỹ thuật tích hợp các công cụ
tính toán, trực quan hóa và lập trình.
Ưu điểm nổi bật của MATLAB, như đã được đề cập ở trên, là khả năng tính toán, đặc
biệt là những bài toán liên quan đến ma trận và vector (mà không cần định kích thước), với thời
gian ít hơn nhiều lần so với cùng một công việc tính toán trên các ngôn ngữ lập trình khác.
Trong luận văn này, tôi sử dụng phiên bản MATLAB R2009b.
3.2.2 Lựa chọn thuật toán xây dựng chương trình
18
Trong Ring OBS, các burst truyền từ nguồn đến đích theo hai hướng định trước, vì vậy
không cần chọn tuyến, việc định tuyến truyền burst chỉ còn là chọn bước sóng rỗi. Trong luận
văn tôi sử dụng thuật toán điền ô trống. Thuật toán đã được nhóm nghiên cứu dưới sự hướng
dẫn của thầy Bùi Trung Hiếu đã nghiên cứu và áp dụng cho mạng vòng OBS cho việc chọn
khoảng thời gian bước sóng rỗi để truyền burst, ưu tiên truyền các burst lưu đệm từ vòng báo
hiệu trước. Khoảng trống được chọn là khoảng trống nằm sau thời gian lệch T
offset
và có độ dư

nhỏ nhất so với burst cần truyền.
Thuật toán được thực hiện qua các bước như sau:
Bước 1: Lựa chọn tất cả các kênh trống có thể đăng ký. Một kênh trống i được nói là có thể
đăng ký nếu start
b
> start
v
(i) và length
b
> length
v
(i) . Nếu không có kênh khoảng trống có thể
đăng ký, đến bước 4.
Bước 2: Tìm và lựa chọn các kênh x có khoảng trống sớm nhất - start
v
(x) là nhỏ nhất.
Bước 3: Trong số các khoảng trống chọn được ở bước 2, chọn các khoảng trống nhỏ nhất.
Kênh đầu ra j có khoảng trống nhỏ nhất thỏa mãn được đăng ký cho burst dữ liệu.
Bước 4: Kết thúc.
Khi bản tin BCP đến tại nút A
n
tại thời điểm t
bcp
, nút A
n
có yêu cầu cần truyền burst B
k
đến nút A
m
, nút A

n
sẽ phải thực hiện như sau:
i. Tính toán khoảng thời gian T
Bk-offset
: là khoảng thời gian trễ tối thiểu có thể truyền burst đi
sau khi truyền bản tin báo hiệu, thời gian này đủ để đảm bảo các nút trung gian trên tuyến
truyền đã thực hiện việc chuyển mạch chờ sẵn burst đến, được tính theo công thức:
T
Bk-offset
=
∑
(
p
+ T
OS
)
Trong đó: Ntg là số nút trung gian trên tuyến truyền cho burst B
k
T
p
, T
OS
là thời gian xử lý và chuyển mạch của nút trung gian.
ii. Tính toán khoảng thời gian phát burst B
k
ra khỏi nút A
n
T
T-Bk
= (L

Bk
x8x10
-6
)/B
r
Trong đó: B
r
là tốc độ điều biến
L
Bk
(kB) là độ dài burst B
k
19
iii. Dựa vào thông tin về trạng thái toàn mạng trong BCP, nút A
n
tìm kiếm tất cả các khoảng
trống trên tất cả các kênh bước sóng thỏa mãn cho burst B
k
. Khoảng trống thứ i thỏa mãn là
(t
vi-b
; t
vi-e
) thoản mãn khi thỏa mãn đồng thời:
 t
vi-e
– t
vi-b
> T
T-Bk

 t
vi-b
>=t
bcp
+T
Bk-offset.
Nếu thời điểm (t
bcp
+ T
Bk-offset
) nằm giữa khoảng trống (t
vi-b
; t
vi-e
) thì xét khoảng trống mới là
(t
bcp
+ T
Bk-offset
; t
vi-e
), khoảng trống này thỏa mãn khi t
vi-e
– (t
bcp
+ T
Bk-offset
) > T
T-Bk.
iv. Trong N

v
khoảng trống tìm được, nút A
n
sử dụng thuật toán để lựa chọn một khoảng trống
cho việc truyền burst, theo lần lượt các bước:
 Lựa chọn khoảng trống sớm nhất trong N
v
khoảng trống.
 Lựa chọn khoảng trống nhỏ nhất trong các khoảng trống đã được lựa chọn ở trên.
v. Đăng ký burst B
k
vào khoảng trống được lựa chọn. Cập nhật thông tin vào bản tin BCP.
Trong trường hợp trên Ring đang chạy, nút không tìm được kênh trống thỏa mãn yêu cầu
truyền burst thì nút sẽ lưu burst và phát bản tin báo hiệu (BCP) trên hướng Ring còn lại để
đăng ký truyền burst trên hướng ring còn lại. Khi này việc tìm kênh trống trên hướng ngược
lại bắt đầu lại từ bước i.
3.2.3 Kết cấu chương trình
Để đơn giản cho việc thực hiện chương trình, tôi chia chương trình mô phỏng thành các
chương trình con:
 Chương trình update được xây dựng thực hiện thuật toán đưa ra, tên chương trình trong
Matlab là update.m: chương trình triển khai thuật toán điền đầy ô trống đã đưa ra để lựa
chọn khoảng trống cho một burst, khi đã tìm được khoảng trống thỏa mãn cho burst,
chương trình thực hiện đăng ký và cập nhật thông tin vào trong BCP.
 Đầu vào: burst yêu cầu, nút nguồn, nút đích.
 Đầu ra: khoảng trống được lựa chọn, bản tin BCP đã cập nhật.
Như vậy, khi chạy chương trình, chương trình update.m đã được xây dựng nhằm để thực
hiện việc tìm kiếm rỗi và đăng kí bước sóng cho một yêu cầu truyền. Trong chương trình
một bảng bước sóng thể hiện trạng thái các bước sóng và các nút trên toàn mạng được sử
dụng. Ma trận này có kích thước [N,m], N là số đoạn trên mạng Ring và đúng bằng số
20

nút, m là số bước sóng có thể sử dụng để truyền burst. Để thực hiện mô phỏng việc đăng
kí bước sóng, chương trình update.m yêu cầu đầu vào là một ma trận trạng thái bước sóng
A, nút nguồn (mà burst yêu cầu xuất phát) và nút đích. Kết quả khi chạy chương trình sẽ
trả lại một ma trận A đã cập nhật trạng thái nếu yêu cầu từ nút nguồn đến nút đích tìm
được bước sóng khả dụng và đăng kí, nếu không tìm được bước sóng khả dụng, kết quả
của chương trình trả lại nguyên vẹn ma trận A. Nếu có nhiều yêu cầu, chúng ta sẽ phải
thực hiện chạy chương trình update.m nhiều lần.
 Chương trình mô phỏng các tác vụ một nút thực hiện khi nhận được bản tin BCP, tên
chương trình node.m: khi BCP đến tại một nút A
j
tại t
bcp
, nút thực hiện lần lượt:
 Kiểm tra những burst nào tới tại nút, giải phóng thông tin chiếm dụng trong
BCP, nếu burst qua nút thì cập nhật thời gian chiếm dụng của burst truyền từ các
nút trước tại A
j
:
(t
s-Bk-Aj
; t
f-Bk-Aj
) = (t
s-Bk-Aj-1
; t
f-Bk-Aj-1
) + T
Bk
(A
j-1

, A
j
)
T
Bk
(A
j-1
, A
j
) là thời gian truyền burst B
k
từ nút A
j-1
đến A
j
.
 Thực hiện lựa chọn khoảng trống cho các burst đang nằm trong hàng đợi tại nút:
đây là các burst không được phục vụ ở chu kỳ trước đấy, sẽ được ưu tiên để đăng
ký tìm kênh truyền trước.
 Thực hiện lựa chọn khoảng trống cho các burst mới yêu cầu tại nút.
Việc thực hiện lựa chọn khoảng trống cho các burst được thực hiện bằng chương
trình UPDATE (update.m). Nếu có khoảng trống thỏa mãn, burst sẽ được đăng ký để
truyền đi, nếu không có khoảng trống thỏa mãn, nút sẽ tìm thông tin trên hướng
ngược lại để kênh trống trên hướng ngược lại để đăng ký cho burst cần truyền.
 Đóng gói BCP và gửi đến nút kế tiếp.
 Chương trình chính main.m: thực hiện việc nhập các tham số đầu vào cho chương trình,
chạy chương trình theo mục đích khảo sát.
Các tham số chính của chương trình:
 Số nút trên Ring (N)
 Số bước sóng sử dụng (W)

 Tốc độ đọc của nút (B
r
)
21
 Thời gian xử lý BCP (T
p
)
 Thời gian chuyển mạch tại nút (T
OS
)
 Số vòng bcp chạy thực hiện mô phỏng
 Số chờ tối đa tại mỗi nút (wait_max)
 Độ dài burst truyền (L
B
).
 Độ dài tuyến quang.
 Số yêu cầu phát sinh lớn nhất tại mỗi nút (ycps_max)
 Ngoài ra còn một số tham số khách quan của nút như tốc độ đọc của nút (cũng
chính là tốc độ đường quang), chiết suất của lõi sợi quang, thời gian xử lí bản tin
bcp và thời gian chuyển mạch của nút.
Chương trình thực hiện chạy lần lượt từ nút 1 đến nút N là hết một vòng chạy, hết thời
gian là chu kỳ T:
=
∑
+ + +
∑
Trong đó: T
tn
là thời gian truyền dẫn tín hiệu quang từ nút A
n

đến nút liền kề A
n+1
trên
vòng báo hiệu.
T
T
, T
R
là thời gian phát và nhận BCP tại một nút. Vì độ dài bản tin BCP khá
nhỏ nên thời gian này cũng rất nhỏ, cỡ vài µs.
Tại mỗi nút chương trình gọi chương trình con node.m. Số vòng chạy có thể thay đổi phụ
thuộc vào mục tiêu khảo sát.
3.2 Kết quả khảo sát
Mục tiêu của chương trình là khảo sát năng lực truyền tải qua mạng dựa trên tải lưu
lượng phát sinh của mạng ρ.
Sau đây là kết quả trình khảo sát được với kịch bản: RSP-OBSR có các tham số N = 5,
W = 6, l
n
= 25km (∀ n=1,…,5), B
r
= 2.5 Gbps, T
p
= 100 μs, T
OS
= 20μs. Ban đầu chương trình
chạy với L
B
= 50 kB, ta có kết quả khảo sát như ở hình 3.3 và hình 3.4. Trên hình 3.3 và hình
3.4 là thống kê tổng số burst truyền trong một chu kỳ ở mạng vòng 5 nút, khoảng cách giữa các
nút 25km, 4 bước sóng truyền tải, tốc độ đường quang 2.5 Gbps, burst có độ dài đồng đều, thời

gian xử lý BCP tại mỗi nút 100μs, thời gian chuyển mạch quang 20μs, tỷ số các burst truyền
được trên các burst cần truyền và số các burst trễ đều là giá trị trung bình thống kê trong thời
22
gian quan sát 200 chu kỳ báo hiệu cho mỗi giá trị của tải lưu lượng ρ, không sử dụng đệm
quang và chuyển đổi bước sóng. Kết quả trên hình 3.3 cho ta thấy sự phụ thuộc của số burst
truyền được trên tổng số burst cần truyền vào số burst phát sinh khi truyền đơn hướng và song
hướng. Trên hình 3.4, đường màu xanh thể hiện số burst trễ trung bình trong mỗi chu kỳ báo
hiệu phụ thuộc tải lưu lượng ρ trong trường hợp Ring song hướng, đường màu đỏ thể hiện số
burst trễ trung bình trong mỗi chu kỳ báo hiệu phụ thuộc tải lưu lượng ρ trong trường hợp Ring
đơn hướng.
Hình 3.3: Tỷ số burst truyền được trên tổng số burst cần truyền phụ thuộc vào tải lưu lượng ρ
Hình 3.4: Số burst trễ trung bình phụ thuộc vào tải lưu lượng ρ
Burst truy
ề
n đư
ợ
c / T
ổ
ng burst c
ầ
n truy
ề
n
ρ
Ring song hướng
Ring đơn hướng
S
ố
burst tr
ễ

trung bình
Ring song hướng
Ring đơn hướng
ρ
23
 Nhận xét và đánh giá
Qua kết quả như ở trên hình 3.3, cho thấy khi lượng burst phát sinh trung bình ít thì hầu
như các burst được truyền đi hết, khi lượng burst phát sinh lớn thì một phần lưu lượng tải sẽ
phải lưu đệm trong các bộ đệm điện tử chờ đến chu kỳ báo hiệu sau. Ring hoạt động song
hướng sẽ có khả năng truyền tốt hơn Ring đơn hướng do có thể truyền tải trên hướng còn lại
khi lượng burst phát sinh lớn.
Như vậy cùng với lượng tải phát sinh, mạng vòng hoạt động song hướng có khả năng
truyền tải tốt hơn, trễ và mất burst ít hơn mạng đơn hướng.
3.4 Kết luận chương
Trong chương này, luận văn đã tập trung vào việc xây dựng chương trình để khảo sát
truyền tải qua mạng vòng chuyển mạch burst quang sử dụng báo hiệu quay vòng. Thông qua
việc khảo sát truyển tải, Ring song hướng sẽ có khả năng truyền tốt hơn Ring đơn hướng do có
thể truyền tải trên hướng còn lại khi lượng burst phát sinh lớn. Điều này cho thấy hiệu quả của
việc sử dụng báo hiệu quay vòng trong mạng vòng chuyển mạch burst quang.