Mô phỏng ảnh hưởng của quá trình đóng khối trong mạng obs

Lời nói đầu
GVHD: Th.S Nguyễn Huỳnh Minh Tâm SVTH: Đoàn Khánh Tân Thanh
-
1
-
LỜI NÓI ĐẦU


Nhu cầu con người ngày càng lớn, ngày càng có nhiều dịch vụ mới ra đời. Yêu cầu
băng thông của các dịch vụ này rất lớn. Mạng WDM trở thành sự lựa chọn thiết thực cho
nhiều mạng đường trục. Bên cạnh băng thông cực lớn của sợi quang thì hạn chế về tốc độ
chuyển mạch của các thiết bị chuyển đổi quang điện và chuyển mạch bán dẫn đã làm hạn
chế khả năng của mạng. Do đó, yêu cầu xây dựng một mạng khắc phục những nhược
điểm hiện tại trở thành một nhiệm vụ cấp bách. Và mạng chuyển mạch khối quang đã và
đang được nghiên cứu để đạt được mục đích này.
Luận văn “Mô phỏng ảnh hưởng của quá trình đóng khối trong mạng OBS” đi vào
tìm hiểu về mạng OBS và mô phỏng một phần hoạt động của mạng, đó là quá trình đóng
khối.
Luận văn là kết quả của một quá trình học tập tại Học Viện Công Nghệ Bưu Chính
Viễn Thông – Cơ sở tại Thành phố Hồ Chí Minh.

Đến đây em xin gửi lời cảm ơn đến:

- Cha mẹ em, những người đã nuôi dạy em đến lúc trưởng thành và cho em
được đi học để có ngày hôm nay.
- Các thầy cô trong Học Viện và đặc biệt là các thầy cô trong Khoa Viễn
Thông II đã trang bị cho em nhiều kiến thức bổ ích.
- Các cán bộ công nhân viên của Học Viện đã tạo điều kiện cho em học tập
- Các thầy trong bộ môn Thông Tin Quang đã đóng góp nhiều ý kiến quý báu
trong quá trình thực hiện luận văn.
- Thầy Th.S Nguyễn Huỳnh Minh Tâm, người đã tận tình giúp đỡ và định

hướng cho em trong lúc thực hiện luận văn.
- Ông TS Jairo Chapela Martinez và ông Iban Cereijo Grana, trường Đại Học
Vigo – Tây Ban Nha đã gợi ý, cung cấp tài liệu và hướng dẫn em cách thức
xây dựng chương trình và kịch bản mô phỏng cũng như cung cấp một số file
làm nền tảng cho chương trình.
- Các bạn lớp D03VTA1 đã giúp đỡ và động viên em trong lúc học tập và làm
luận văn.




Thành Phố Hồ Chí Minh, ngày 18 tháng 12 năm 2007



Đoàn Khánh Tân Thanh

Mục lục
GVHD: Th.S Nguyễn Huỳnh Minh Tâm SVTH: Đoàn Khánh Tân Thanh
-
2
-
MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH 4
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 5
Chương I KHÁT QUÁT VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG QUANG 7
1.1 Khái quát sự phát triển của mạng quang 7
1.2 Mục tiêu của đề tài 10
1.3 Giới hạn của đề tài 10

Chương II MẠNG CHUYỂN MẠCH KHỐI QUANG OBS 11
2.1 Giới thiệu 11
2.2 Kiến trúc mạng OBS 11
2.3 Đóng khối (Burst Assembly) 15
2.4 Định tuyến và sắp xếp bước sóng 18
2.5 Báo hiệu trong mạng OBS 18
2.5.1 Just-Enough-Time (JET) 19
2.5.2 Tell-and-Wait (TAW) 20
2.6 Lập lịch kênh truyền 21
2.6.1 First Fit Unscheduled Channel (FFUC) 22
2.6.2 Horizon hay Latest Available Unscheduled Channel (LAUC) 22
2.6.3 First Fit Unscheduled Channel with Void Filling (FFUC-VF) 24
2.6.4 Latest Available Unscheduled Channel with Void Filling (LAUC-VF) 24
2.7 Giải quyết xung đột 24
2.7.1 Bộ đệm quang 24
2.7.2 Chuyển đổi bước sóng 26
2.7.3 Định tuyến chuyển hướng 27
2.7.4 Phân đoạn burst 28
Chương III PHẦN MỀM MÔ PHỎNG MẠNG NETWORK SIMULATOR (NS2)
VÀ PHẦN MÔ PHỎNG MẠNG OBS 32
3.1 Giới thiệu về phần mềm Network Simulator NS2 32
3.1.1 Khả năng của chương trình 32
3.1.2 Việc xây dựng NS2 32
3.1.3 Cấu trúc của phần mềm NS2 33
3.1.3 Việc sử dụng chương trình 34
3.1.4 Kết quả xuất ra từ chương trình mô phỏng và cách xử lý chúng 35
3.2 Phần mềm mở rộng của NS2 OBS4NS ( OBS for NS) dùng để mô phỏng mạng
OBS 36
Mục lục
GVHD: Th.S Nguyễn Huỳnh Minh Tâm SVTH: Đoàn Khánh Tân Thanh

-
3
-
3.2.1 Giới thiệu 36
3.2.2 Khả năng của phần mềm 36
3.2.3 Việc xây dựng phần mềm 37
3.2.4 Đánh giá độ chính xác của phần mềm mô phỏng 45
3.3.5 Cách sử dụng chương trình OBS4NS 48
Chương IV THỰC HIỆN MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH ĐÓNG KHỐI TRONG
MẠNG CHUYỂN MẠCH KHỐI QUANG OBS 51
4.1 Mục đích 51
4.2 Cách thức thực hiện mô phỏng và ghi nhận kết quả 51
4.3 Giới hạn mô phỏng của bài toán đóng khối 51
4.4 Xây dựng kịch bản mô phỏng 53
4.5 Chạy kịch bản mô phỏng và lấy kết quả 56
4.5.1 Một mức ngưỡng và không có mức ưu tiên trong mạng 57
4.5.2 Một mức ngưỡng và có hai mức ưu tiên 59
4.6 Kết luận 60
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG MỞ CỦA ĐỀ TÀI 61
TÀI LIỆU THAM KHẢO 62
PHỤ LỤC A 64
PHỤ LỤC B 66
Danh mục hình
GVHD: Th.S Nguyễn Huỳnh Minh Tâm SVTH: Đoàn Khánh Tân Thanh
-
4
-
DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Kiến trúc mạng OBS 11

Hình 2.2 Sơ đồ các khối chức năng của mạng OBS 12
Hình 2.3 Kiến trúc node lõi (a) và kiến trúc node biên (b) 13
Hình 2.4 Mô tả hoạt động của mạng OBS 14
Hình 2.5 Kỹ thuật đóng khối dựa theo mức ngưỡng và dựa theo bộ định thời 16
Hình 2.6 Kỹ thuật báo hiệu JET 20
Hình 2.7 Sự sắp xếp kênh truyền sau khi sử dụng (a) giải thuật không lấp chỗ
trống(FFUC và LAUC), và (b) giải thuật lấp chỗ trống (LAUC-VF và LAUC-VF) 23
Hình 2.8 Mô tả giải quyết xung đột bằng bộ đệm 25
Hình 2.9 Dây trễ FDL cùng với bộ khuyếch đại và chuyển mạch tạo thành một vòng
lặp trễ 25
Hình 2.10 Mô tả giải quyết xung đột bằng cách chuyển đổi bước sóng 26
Hình 2.11 Mô tả giải quyết xung đột bằng chuyển hướng burst 27
Hình 2.12 Mô tả giải quyết xung đột bằng phân đoạn burst 29
Hình 2.13 Cấu trúc của burst được đóng kiểu phân đoạn 30
Hình 2.14 Xung đột làm chồng lấn các đoạn lên nhau 30
Hình 3.1 Cấu trúc phần mềm mô phỏng NS2 34
Hình 3.2 Cửa sổ chương trình hiện ra sau khi chạy file nam 35
Hình 3.3 Node biên và node lõi trong OBS4NS 39
Hình 3.4 Giao diện đến lớp MAC 40
Hình 3.5 Thời gian offset 41
Hình 3.6 Node lõi trong OBS4NS 42
Hình 3.7 Node kết hợp trong OBS4NS 43
Hình 3.8 Đồ thị so sánh giữa kết quả mô phỏng và lý thuyết mô hình Erlang B 46
Hình 3.9 Mạng NSFNET 47
Hình 3.10 Đồ thị so sánh kết quả trong [6] và kết quả mô phỏng bằng OBS4NS 48
Hình 4.1 Mạng NSFNET 51
Hình 4.2 Lưu đồ chạy chương trình mô phỏng 56
Hình 4.3 Xác suất mất gói so với các kích thước burst khác nhau trong mạng dùng rớt
hoàn toàn burst và phân đoạn burst trong việc giải quyết xung đột 57
Hình 4.4 Độ trễ end-to-end trung bình so với các kích thứoc burst 58

Hình 4.5 Xác suất mất gói của từng mức dịch vụ đối với các kích thước burst khác
nhau 59
Thuật ngữ viết tắt
GVHD: Th.S Nguyễn Huỳnh Minh Tâm SVTH: Đoàn Khánh Tân Thanh
-
5
-
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

A
ATM : Asynchronous Transfer Mode
B
BA : Burst Assembler
BHP : Burst Header Packet
F
FFUC : First Fit Unscheduled Channel
FFUC-VF : First Fit Unscheduled Channel with Void Filling
FDL : Fiber Delay Line
I
IP : Internet Protocol
J
JET : Just Enough Time
JIT : Just In Time
L
LOBS : Labled Optical Burst Switching
LAUT : Lastest Available Unscheduled Time
LAUC : Lastest Available Unscheduled Channel
LAUC-VF : Lastest Available Unscheduled Channel with Void Filling
M
MAC : Media Access Control

MPLS : Multi-Protocol Lable Switching
N
NSFNET : National Science Foundation Network
O
OCS : Optical Circuit Switching
OPS : Optical Packet Switching
OBS : Optical Burst Switching
OXC : Optical Cross Connect
Q
QoS : Quality of Service
Thuật ngữ viết tắt
GVHD: Th.S Nguyễn Huỳnh Minh Tâm SVTH: Đoàn Khánh Tân Thanh
-
6
-
R
RM : Routing Module
RTT : Round Trip Time
S
SPF : Shortest Path First
SCU : Switch Control Unit
S : Scheduler
SOA : Semiconductor Optical Amplifier
T
TAG : Tell-and-Go
TAW : Tell-and-Wait
V
VoD : Video on Demand
W
WDM : Wavelength Division Multiplexing

WADM : Wavelength Add Drop Multiplexor
Chương I – Khái quát về sự phát triển của mạng quang
GVHD: Th.S Nguyễn Huỳnh Minh Tâm SVTH: Đoàn Khánh Tân Thanh
-
7
-
Chương I

KHÁT QUÁT VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA
MẠNG QUANG


1.1 Khái quát sự phát triển của mạng quang
Vào những thập niên gần đây, kết nối mạng không ngừng lớn mạnh với tốc độ chóng
mặt. Internet trở nên phổ biến hơn bao giờ hết với nhu cầu của con người tăng lên và
người ta mong muốn có mọi thứ chỉ bằng một cái nhấp chuột. Sự bùng nổ này mở ra
những cơ hội mới và thách thức mới cho lĩnh vực kết nối mạng hay networking, để đáp
ứng yêu cầu của con người về các ứng dụng tốc độ cao hơn và chất lượng cao hơn như
video theo yêu cầu (VoD) và truyền hình tương tác… Sự mở rộng nhanh chóng của
Internet cùng với sự tăng lên không ngừng về số lượng và yêu cầu về chất lượng của các
dịch vụ thông tin đa phương tiện trở thành một thách thức đối với các máy tính và mạng
viễn thông hiện tại. Yêu cầu cấp bách là làm sao phát triển một mạng có dung lượng lớn
và có khả năng đáp ứng yêu cầu về băng thông lớn.
Mạng quang trở thành lựa chọn thiết thực cho yêu cầu của mạng viễn thông với các
liên kết sợi quang có thể cung cấp băng thông lên đến 25 THz [1]. Hệ thống mạng quang
ghép kênh WDM theo bước sóng được triển khai ở nhiều mạng đường trục.
Thế hệ đầu tiên là kiến trúc mạng quang WDM điểm điểm. Một mạng như vậy bao
gồm rất nhiều liên kết điểm điểm, ở đó tất cả các lưu lượng đi vào một node từ một sợi
quang được chuyển đổi từ quang sang điện và tất cả các lưu lượng đi ra một node được
chuyển đổi từ điện sang quang trước khi đưa vào sợi quang. Việc tách ghép luồng quang

bằng cách chuyển đổi quang điện tại mỗi node có thể làm tăng độ trễ và tăng chi phí
mạng; do đó, để giảm được độ trễ và giảm đi chi phí mạng chúng ta nên xây dựng một
mạng mạng toàn quang nghĩa là việc chuyển tiếp gói hoàn toàn trong miền quang.
Kiến trúc mạng quang thế hệ thứ hai dựa trên các bộ xen rớt ghép kênh theo bước
sóng (WADM), trong đó việc tách ghép lưu lượng được thực hiện tại nơi có WADM.
WADM có thể tách ra một bước sóng được chọn và cho phép các bước sóng khác đi qua.
NóI chung, lưu lượng đi qua một node thì nhiều hơn lưu lượng cần rẽ lại tại một node. Do
đó, bằng việc sử dụng WADM chúng ta có thể giảm được chi phí toàn mạng bằng cách
chỉ tách những bước sóng mà tại node này là đích của nó và tất cả các bước sóng còn lại
tiếp tục đi đến node kế.
Chương I – Khái quát về sự phát triển của mạng quang
GVHD: Th.S Nguyễn Huỳnh Minh Tâm SVTH: Đoàn Khánh Tân Thanh
-
8
-
Để có thể xây dựng một mạng mắc lưới bao gồm nhiều liên kết đa bước sóng, chúng
ta cần có những thiết bị kết nối quang thích hợp. Kiến trúc mạng quang thế hệ thứ ba dựa
trên việc kết nối các thiết bị toàn quang. Những thiết bị này thường được phân ra các loại
như sau passive star, passive router và active switch. Tín hiệu được chèn vào ở một bước
sóng tại ngõ vào sau đó công suất tín hiệu này sẽ được chia đều cho tất cả các ngõ ra (sử
dụng cùng bước sóng). Một passive router có thể định tuyến một cách riêng rẻ một trong
số nhiều bước sóng ở sợi quang ngõ vào đến một bước sóng giống như vậy ở ngõ ra.
Active switch cho phép sử dụng lại bước sóng và có thể hỗ trợ những kết nối liên tục qua
nó. Passive star được sử dụng để xây dựng một mạng WDM nội bộ, trong khi active
switch dùng để xây dựng mạng diện rộng định tuyến bước sóng. Passive router dùng như
là một thiết bị mux và demux.
Về cơ bản có ba phương thức truyền tải toàn quang là WDM định tuyến bước sóng
(chuyển mạch kênh quang) OCS, chuyển mạch gói quang OPS và chuyển mạch khối
quang OBS. Mỗi phương thức truyền tải được mô tả ở bên dưới.
Trong mạng WDM định tuyến bước sóng hay chuyển mạch kênh quang OCS,

những đầu cuối liên lạc với những đầu cuối khác thông qua một kênh WDM toàn quang
được gọi là đường quang lightpath [3]. Một lightpath được sử dụng để cung cấp một kết
nối qua một mạng WDM định tuyến bước sóng và có thể trải dài trên nhiều liên kết sợi
quang. Nếu không có các bộ chuyển đổi bước sóng thì một lightpath sẽ có cùng một bước
sóng trên tất cả các liên kết quang. Những kết nối định tuyến bước sóng được cấp phát
băng thông tĩnh hay cố định; do đó, nó không thích hợp với lưu lượng đột biến trong
Internet. Để có thể đáp ứng được yêu cầu về băng thông lớn trong mạng đô thị và mạng
diện rộng, những phương thức truyền tải phải hỗ trợ việc dự trữ tài nguyên và có khả
năng truyền tải được lưu lượng đột biến. Vả lại, khi có một yêu cầu kết nối, một lightpath
được thiết lập cho kết nối này cho dù kết nối này có dung lượng bao nhiêu, do vậy làm
việc sử dụng băng thông trở nên không hiệu quả.
Mạng chuyển mạch gói quang OPS có khả năng cấp phát tài nguyên động. Mạng
chuyển mạch gói quang tạo thành từ những chuyển mạch quang riêng rẽ kết hợp lại với
nhau. Các gói có thể đến mỗi node tại những thời điểm khác nhau. Trong mạng chuyển
mạch gói các bit đồng bộ và khôi phục xung đồng hồ được thêm vào để nhận ra header
của một gói. Mạng chuyển mạch gói quang có thể chia thành hai loại chính đó là có khe
thời gian (mạng đồng bộ) và không có khe thời gian (bất đồng bộ). Trong mạng có khe
thời gian tất cả các gói đều có kích thước bằng nhau. Gói tin cùng với header của nó đều
được đặt trong một khe thời gian cố định, khe thời gian này có chiều dài lớn hơn gói cộng
với header của nó để cung cấp khoảng bảo vệ. Trong mạng không có khe thời gian, gói có
thể có kích thước bằng hay không bằng nhau, gói đến và vào một switch không được sắp
Chương I – Khái quát về sự phát triển của mạng quang
GVHD: Th.S Nguyễn Huỳnh Minh Tâm SVTH: Đoàn Khánh Tân Thanh
-
9
-
xếp. Do đó, hoạt động chuyển mạch packet-by-packet có thể thực hiện tại bất cứ thời
điểm nào. Điều đó có thể dẫn đến xung đột giữa các gói đến khác nhau cùng chiếm một
ngõ ra như nhau. Hiển nhiên rằng, trong mạng không có khe thời gian, khả năng xung đột
là lớn hơn bởi vì hành xử của từng gói là không thể đoán trước được và không có tính quy

luật. Nhưng mạng không có khe thời gian thì dễ hơn, rẻ hơn trong xây dựng và linh hoạt
hơn so với mạng có khe thời gian. Trong mạng IP khi giải quyết xung đột, người ta dùng
các bộ đệm lưu dữ tạm thời các gói tin. Người ta đề xuất dùng cách thức này trong mạng
toàn quang bằng cách dùng các bộ đệm quang. Nhưng làm sao để chế tạo các bộ đệm
quang đó chính là một vấn đề lớn. Người ta đề xuất dùng các đoạn dây trễ FDL nhưng
hiệu quả của nó thì không cao trong khi chi phí sản xuất lớn và công nghệ chưa thực sự
trưởng thành [4, 5].
Trong mạng chuyển mạch khối quang OBS, những gói được tập trung lại và truyền
đi trên một đơn vị truyền tải lớn hơn gọi là burst (khối). Burst sau đó được chuyển mạch
qua mạng lõi quang hoàn toàn trong miền quang theo sau một gói điều khiển của nó.
Mạng chuyển mạch khối quang cho phép đa hợp thống kê ở mức độ cao hơn và thích hợp
hơn cho lưu lượng đột biến so với mạng chuyển mạch kênh quang. Mạng chuyển mạch
khối quang không cần nhiều kỹ thuật bắt buộc kèm theo như mạng chuyển mạch gói
quang [2].
Chuyển mạch kênh quang thích hợp cho những loại dữ liệu đòi hỏi tốc độ cố định
(trễ cố định) như thoại và truyền hình; tuy nhiên, nó lại không thích hợp với các loại lưu
lượng đột biến và không liên tục. Chuyển mạch gói làm việc tốt với các lưu lượng tốc độ
biến đổi, như số liệu, và có thể đạt được hiệu quả sử dụng băng thông cao. Độ ưu tiên của
dữ liệu có thể gộp chung trong chuyển mạch gói; tuy nhiên, khó có thể đảm bảo chất
lượng dịch vụ (dịch vụ best effort) và độ trễ của gói có thể biến đổi khác nhau.
Chuyển mạch khối quang chỉ mới được giới thiệu trong thời gian gần đây cho mạng
quang WDM; do vậy, nó không được biết đến nhiều như chuyển mạch kênh quang và
chuyển mạch gói quang. Chuyển mạch kênh quang sử dụng phương thức chiếm dụng tài
nguyên hai chiều nên thời gian chiếm dụng tài nguyên lớn. Chuyển mạch gói quang yêu
cầu nhiều bộ đệm quang, cơ chế điều khiển phức tạp và cần một cơ chế đồng bộ chính
xác. Chuyển mạch khối quang được thiết kế để cân bằng ưu khuyết điểm của chuyển
mạch kênh quang và chuyển mạch gói quang. Chuyển mạch khối quang sử dụng phương
thức điều khiển một chiều (one way) truyền dẫn tức thời, nghĩa là burst dữ liệu theo sau
một gói điều khiển mà không cần chờ chấp thuận của node kế tiếp trên đường đi đến đích.
Kỹ thuật chuyển mạch khối quang khác với các kỹ thuật khác trong cách nó chiếm dụng

tài nguyên và giải phóng tài nguyên.
Chương I – Khái quát về sự phát triển của mạng quang
GVHD: Th.S Nguyễn Huỳnh Minh Tâm SVTH: Đoàn Khánh Tân Thanh
-
10
-

Trong mạng chuyển mạch khối quang, một burst dữ liệu bao gồm nhiều gói (thí dụ
như IP) được chuyển đổi quang điện rồi đưa qua mạng hoàn toàn trong miền quang. Một
gói điều khiển được truyền đi trước burst dữ liệu một khoảng thời gian gọi là offset để cấu
hình các chuyển mạch trên suốt đường đi đến đích. Thời gian offset cho phép các gói điều
khiển được xử lý và các chuyển mạch có thể được thiết lập trước khi burst dữ liệu đến các
node trung gian; do đó không cần các bộ đệm điện hay quang tại các node trung gian này
trong khi các gói điều khiển đang được xử lý.
1.2 Mục tiêu của đề tài
Như đã đề cập ở trên, đặc điểm khác biệt và nổi bậc của mạng chuyển mạch khối
quang OBS là đơn vị truyền dẫn trong mạng không phải là các gói tin mà là một burst dữ
liệu theo sau một gói điều khiển, trong đó burst dữ liệu được sinh ra sau quá trình đóng
khối (burst assembly) bằng cách tập nhiều gói tin trong đó rồi truyền đi. Một câu hỏi đặt
ra là bao nhiêu gói tin trong một burst hay kích thước burst là bao nhiêu và nó ảnh hưởng
như thế nào đến hoạt động của mạng. Đây chính là mục tiêu nghiên cứu của đề tài.
1.3 Giới hạn của đề tài
Sau đây là các giới hạn trước khi thực hiện mô phỏng, những thông số này sẽ được
giải thích rõ hơn trong Chương 4.
- Mạng đường trục Hoa Kỳ NSFNET 14 node được chọn để mô phỏng, các
node trong mạng được giả sử là các node kết hợp. Liên kết trong mạng là các liên
kết WDM song hướng, 2 bước sóng điều khiển và 2 bước sóng dữ liệu cho mỗi
hướng
- Lưu lượng ngõ vào mạng OBS có phân phối Poisson có tốc độ λ
- Kích thước mỗi gói tin IP được giả sử là bằng nhau và bằng 1250 byte

- Thời gian chuyển mạch quang là 10 us
- Thời gian xử lý gói điều khiển là 2.5us
- Lưu lượng được phân phối đồng nhất tại tất cả các cặp node trong mạng
- Việc tính toán đường đi dựa vào giải thuật tìm đường đi ngắn nhất SPF
- Gói điều khiển có kích thước cố định và bằng 64 byte


Chương II – Mạng chuyển mạch khối quang OBS
GVHD: Th.S Nguyễn Huỳnh Minh Tâm SVTH: Đoàn Khánh Tân Thanh
-
11
-

Chương II

MẠNG CHUYỂN MẠCH KHỐI QUANG OBS


2.1 Giới thiệu
Chuyển mạch khối quang OBS nhận được sự quan tâm như là một trong những công
nghệ hứa hẹn cho mạng Internet toàn quang thế hệ kế tiếp. Chuyển mạch khối quang kết
hợp được những ưu điểm của chuyển mạch kênh quang và chuyển mạch gói quang trong
khi đang tìm cách khắc phục những hạn chế của nó. Trong mạng OBS, mặt bằng điều
khiển và mặt bằng dữ liệu phân cách với nhau và việc báo hiệu là ngoài băng. Do đó, mặt
bằng điều khiển có thể thực hiện trong miền điện trong khi mặt bằng dữ liệu là toàn
quang. Trong chương này giới thiệu về mạng OBS; bắt đầu với việc mô tả về kiến trúc
của mạng, sau đó tìm hiểu về các thành phần trong mạng với những chức năng khác nhau.
2.2 Kiến trúc mạng OBS

Hình 2.1: Kiến trúc mạng OBS [19]

Như đã đề cập ở chương 1, trong mạng chuyển mạch khối quang, burst dữ liệu bao
gồm nhiều gói tin được chuyển mạch qua mạng hoàn toàn trong miền quang. Một gói
điều khiển BHP được truyền trước burst dữ liệu để cấu hình các chuyển mạch quang trên
đường đi đến đích của burst. Gói điều khiển mang thông tin về chiều dài burst, thời điểm
burst bắt đầu phát. Burst dữ liệu theo sau gói điều khiển không cần chờ báo nhận rằng tài
nguyên đã được chiếm và các chuyển mạch đã được cấu hình dọc theo đường đến đích.
Liên kết WDM
Node lõi
Node biên
Mạng lõi OBS
Mạng truy nhập Mạng truy nhập

Chương II – Mạng chuyển mạch khối quang OBS
GVHD: Th.S Nguyễn Huỳnh Minh Tâm SVTH: Đoàn Khánh Tân Thanh
-
12
-

Để làm được điều đó Người ta đề xuất xây dựng mạng OBS như hình 2.1. Một mạng OBS
như vậy bao gồm các node biên, các node lõi liên kết với nhau bằng các liên kết WDM.
Node biên đóng các gói dữ liệu điện thành burst, biến đổi quang điện và chuyển vào
mạng lõi OBS. Node biên ở phía nguồn được gọi là node ngõ vào. Node biên ở phía đích
gọi là node ngõ ra. Node ngõ vào đóng các burst từ những đầu cuối gửi thành một burst.
Burst dữ liệu này được truyền qua mạng lõi OBS hoàn toàn trong miền quang mà không
đệm lại tại bất kỳ node nào. Node biên ngõ ra nhận burst dữ liệu và giải đóng khối thành
các gói tin và chuyển tiếp các gói này đến đầu cuối nhận. Hình 2.2 mô tả các thành phần
của mạng OBS với các chức năng khác nhau.

Hình 2.2: Sơ đồ các khối chức năng của mạng OBS
Trong kiến trúc mạng, Người ta giả sử rằng mỗi node có thể hỗ trợ hai loại lưu

lượng cả điện lẫn quang. Do đó, mỗi node bao gồm một node lõi và một node biên, như
hình 2.3(a) và hình 2.3(b). Người ta gọi node này là node kết hợp.
Node lõi - Hình 2.3(a) - cơ bản bao gồm một bộ kết nối chéo quang OXC và một
đơn vị điều khiển chuyển mạch SCU. SCU tạo và bảo trì một bảng chuyển tiếp và chịu
trách nhiệm cấu hình cho OXC. Khi SCU nhận một gói BHP, nó đọc thông tin trong gói
xác định đích của gói này và burst dữ liệu theo sau, kế đó tra cứu thông tin trong bảng
chuyển tiếp để đưa đến quyết định nên mở ngõ ra nào của khối kết nối chéo quang OXC.
Nếu như ngõ ra có thể sử dụng được khi burst dữ liệu đến, SCU sẽ cấu hình cho OXC cho
phép burst dữ liệu chuyển thẳng qua hoàn toàn trong mình quang.

Đóng khối
Định tuyến
và sắp xếp
bước sóng

Lập lịch biên
Báo hiệu
Lập lịch
Giải quyết
xung đột
Giải đóng
khối
Chuyển tiếp
gói
Node biên ngõ vào

Node lõi

Node biên ngõ ra

Lưu lượng vào Lưu lượng ra
Chương II – Mạng chuyển mạch khối quang OBS
GVHD: Th.S Nguyễn Huỳnh Minh Tâm SVTH: Đoàn Khánh Tân Thanh
-
13
-

Nếu ngõ ra mong muốn không thể sử dụng tức đang được sử dụng bởi một burst
khác, việc cấu hình cho OXC phụ thuộc vào nguyên tắc giải quyết xung đột được đưa vào
mạng. Nói chung, SCU chịu trách nhiệm đọc các gói điều khiển, lập lịch, nhận biết xung
đột và giải quyết, tra cứu bảng chuyển tiếp, điều khiển ma trận chuyển mạch (hay OXC),
tạo lại gói điều khiển để phát tiếp nếu node này chưa phải là đích của nó và điều khiển
việc chuyển đổi bước sóng. Trong trường hợp một burst dữ liệu vào OXC trước gói điều
khiển của nó thì burst này chỉ đơn giản là bị rớt đi.


Hình 2.3(a): Kiến trúc node lõi [6]


Hình 2.3(b): Kiến trúc node biên [6]
Lưu
lượng ra
Class 0

Class 1



Bộ
định

tuyến
Đến node 1
Đến node N -1 Đóng khối burst
Class 0

Class 1

Lập
lịch
kênh
Tách
khối
burst
Tới node lõi
Lưu
lượng
vào
E
O Node biên
O/E E/O
1 2 1
3
3
Demux Mux
1 3
Ma trận chuyển mạch quang (OXC)
Ngõ vào Ngõ ra
2
2
Quang

–
Đi
ện

Đi
ện

–

Quang

SCU

Chương II – Mạng chuyển mạch khối quang OBS
GVHD: Th.S Nguyễn Huỳnh Minh Tâm SVTH: Đoàn Khánh Tân Thanh
-
14
-

Node biên - Hình 2.3(b)- thực hiện chức năng sắp xếp gói, đệm gói, tập hợp gói này
thành một burst và phân chia các gói từ trong một burst. Có nhiều cách để đóng khối
burst, như các kỹ thuật dựa trên giới hạn của bộ định thời hay mức ngưỡng của kích thước
burst. Kiến trúc của một router biên bao gồm một bộ định tuyến (RM), một bộ đóng khối
(BA) và một bộ lập lịch kênh (S). RM chọn lựa các ngõ ra thích hợp bằng các giải thuật
tìm đường ngắn nhất về mặt thời gian hay số lượng bước nhảy cho mỗi gói và gửi nó đến
bộ BA thích hợp. Mỗi bộ BA chứa các gói dữ liệu có cùng một đích tới. Trong bộ BA còn

Hình 2.4: Mô tả hoạt động của mạng OBS [4]
phân ra các gói có mức ưu tiên dịch vụ khác nhau để đóng khối chúng. Bộ lập lịch kênh
tạo ra một burst dựa trên kỹ thuật đóng khối và truyền burst này đến ngõ ra thích hợp. Ở

node đích có bộ giải đóng khối phân tách các gói tin từ burst này và chuyển lên lớp trên.
Hình 2.4 tóm tắt về hoạt động của mạng OBS. Hình vẽ cho thấy sự phân tách giữa
mặt bằng điều khiển và mặt bằng dữ liệu; sự phân tách giữa lớp điện (lớp MAC) và lớp
quang. Gói tin lớp trên được phân loại theo đích đến và theo mức dịch vụ sau đó được
đưa đến bộ đóng khối để tạo thành burst và một gói điều khiển. Burst này sau đó được
đưa đến bộ lập lịch kênh truyền để chọn một bước sóng ở ngõ ra. Kế đến gói điều khiển
sẽ được thêm thông tin về kênh truyền mà burst dữ liệu sử dụng và gói điều khiển được
phát đi. Một thời gian offset time kể từ khi gói điều khiển được phát đi, burst dữ liệu cũng
được phát đi trên kênh mà bộ lập lịch đã sắp xếp. Trên đường đi gói điều khiển được các
node trung gian xử lý bằng cách lấy các thông tin trong nó mà cấu hình các chuyển mạch
Mặt bằng điều khiển
Lớp quang
Lớp MAC
Phân loại theo đích tới
và lớp dịch vụ
Đóng kh
ối

L
ập lịch k
ê
nh

Tính thời gian offset
và gởi đi
Phát đi gói điều
khiển
Xử lý gói điều khiển
và chiếm tài nguyên
Ph

ục hồi

Mặt bằng dữ liệu
Gói IP
Burst dữ liệu

Chương II – Mạng chuyển mạch khối quang OBS
GVHD: Th.S Nguyễn Huỳnh Minh Tâm SVTH: Đoàn Khánh Tân Thanh
-
15
-

quang cho thích hợp. Trong các phần tiếp theo của chương này sẽ mô tả rõ hơn về các
hoạt động này.
2.3 Đóng khối (Burst Assembly)
Đóng khối là tiến trình tập hợp và đóng các gói ở ngõ vào từ lớp cao hơn thành burst
tại node biên ngõ vào của mạng OBS. Người ta đã đưa ra nhiều kỹ thuật cho việc đóng
khối trong mạng OBS. Hai kỹ thuật được nhiều người quan tâm nhất là đóng khối dựa
theo bộ định thời (timer-based) và dựa trên mức ngưỡng (threshold-based) (hình 2.5).
Trong phương pháp đóng khối dựa trên bộ định thời, một burst được tạo ra trong
mạng theo chu kỳ thời gian, tức là đúng thời gian đã được định sẵn trong bộ định thời thì
sẽ tạo ra một burst không quan tâm đến kích thước burst dài hay ngắn. Do đó, chiều dài
của burst biến đổi khi tải vào mạng biến đổi. Trong phương pháp dựa trên mức ngưỡng,
số lượng gói trong mỗi burst bị giới hạn hay nói rõ hơn là chiều dài của các burst là bằng
nhau. Phương pháp dựa trên mức ngưỡng sẽ không phát các burst theo một chu kỳ thời
gian nào cả. Phương pháp đóng gói dựa trên bộ định thời và dựa trên mức ngưỡng thì
tương tự nhau, bởi lẽ tại tốc độ cố định cho trước thì giá trị về kích thước hay giá trị về
thời gian có thể chuyển đổi qua lại (mapping).
Một vấn đề đặt ra cho đóng khối là làm sao tìm ra giá trị của bộ định thời và kích
thước ngưỡng để tối thiểu xác suất mất gói trong mạng OBS. Việc chọn lựa một con số

tối ưu cho mức ngưỡng (hay giá trị của bộ định thời) là một vấn đề cần nghiên cứu. Đây
cũng là vấn đề mà luận văn nghiên cứu. Trước khi đi vào thực hiện mô phỏng quá trình
đóng khối có thể hình dung như sau:
Nếu như giá trị ngưỡng quá nhỏ, burst sẽ ngắn, số lượng burst trong mạng sẽ nhiều.
Nhiều burst trong mạng dẫn đến nhiều xung đột xảy ra, nhưng số lượng gói mất ở mỗi lần
xung đột lại nhỏ. Nhưng với số lượng burst nhiều như vậy sẽ tăng áp lực lên mặt bằng
điều khiển để xử lý các gói điều khiển của mỗi burst dữ liệu. Nếu như thời gian chuyển
mạch không được bỏ qua, burst ngắn sẽ dẫn đến việc sử dụng lại tài nguyên trở nên kém
đi do phải cần nhiều thời gian cho chuyển mạch. Mặt khác, nếu mức ngưỡng quá lớn,
burst sẽ dài, số lượng burst vào mạng sẽ nhỏ. Do đó, số lượng xung đột sẽ giảm so với
trường hợp burst ngắn, nhưng số lượng gói mất trung bình cho mỗi lần xung đột sẽ tăng.
Như vậy cần có một sự cân bằng giữa số lượng xung đột và số lượng gói mất trung
bình tại mỗi lần xung đột. Do đó, hoạt động của mạng OBS sẽ được cải thiện khi các gói
đến được đóng khối với một kích thước tối ưu. Tương tự đối với kỹ thuật đóng khối dựa
trên bộ định thời cũng cần giá trị tối ưu về mặt thời gian.

Chương II – Mạng chuyển mạch khối quang OBS
GVHD: Th.S Nguyễn Huỳnh Minh Tâm SVTH: Đoàn Khánh Tân Thanh
-
16
-


Hình 2.5: Kỹ thuật đóng khối (a) dựa theo mức ngưỡng (b) dựa theo bộ định thời
Trong trường hợp gói đến có yêu cầu về QoS, như giới hạn về độ trễ, một giải pháp
hiển nhiên là phải thêm vào mạng phương thức dựa trên bộ định thời. Giá trị của bộ định
thời được chọn lựa dựa trên yêu cầu về độ trễ end-to-end của các gói. Mặt khác, nếu
không có giới hạn về độ trễ, phương pháp dựa trên mức ngưỡng có thể thích hợp hơn, bởi
vì những burst có kích thước cố định trong mạng sẽ giảm số lượng gói mất trong mỗi lần
xung đột [9].

Việc sử dụng cả hai loại dựa trên bộ định thời và dựa trên mức ngưỡng sẽ là lựa
chọn tốt nhất và việc đóng khối sẽ linh hoạt hơn là chỉ dùng một trong hai phương pháp ở
trên. Bằng cách tính toán giá trị mức ngưỡng tối ưu, tính toán chiều dài burst tối thiểu, và
sử dụng giá trị của bộ định thời dựa trên độ trễ gói cho phép, chúng ta có thể chắc chắn
rằng số lượng gói mất là nhỏ nhất trong khi vẫn đảm bảo độ trễ cho phép.
Kỹ thuật đóng khối sử dụng tại node biên cũng ảnh hưởng đến kỹ thuật báo hiệu
trong mạng lõi. Hầu hết những kỹ thuật báo hiệu cần biết chiều dài burst, thời gian burst
đến hay cả hai để chiếm dụng tài nguyên một cách hiệu quả trong mạng lõi. Thí dụ như,
trong JET, phương thức báo hiệu này cần biết cả hai thông số là chiều dài burst và thời
Kích thước tối đa
Burst 3 Burst 2 Burst 1
Khoảng cách giữa
các burst không
đều nhau
Thời gian tối đa
Burst 3 Burst 2 Burst 1
Khoảng cách giữa
các burst đều nhau
Gói
đến
Gói
đến
Bộ định thời
Chương II – Mạng chuyển mạch khối quang OBS
GVHD: Th.S Nguyễn Huỳnh Minh Tâm SVTH: Đoàn Khánh Tân Thanh
-
17
-

gian burst đến. Một trong những nhược điểm của những kỹ thuật đóng khối truyền thống

là việc báo hiệu chỉ được khởi tạo khi toàn bộ burst đã được đóng khối, điều này sẽ làm
tăng độ trễ trong việc đóng khối.
Trong [7], kỹ thuật đóng khối dựa trên dự đoán được giới thiệu, trong đó giá trị
ngưỡng của burst hay giá trị của bộ định thời của burst kế tiếp được dự đoán dựa trên tốc
độ trung bình của lưu lượng tới. Bằng cách sử dụng chiều dài burst dự đoán, gói BHP có
thể được gửi đi vào mạng lõi trước khi một burst thực sự được tạo ra và có thể chiếm tài
nguyên trước; do đó, có thể làm giảm độ trễ do đóng khối. Giá trị dự đoán có thể được sử
dụng cho việc thiết lập các giá trị mức ngưỡng hay bộ định thời cho burst kế tiếp. Trong
[7], ông D. Morato đã đề cập phương pháp dự đoán chiều dài burst kế tiếp dựa trên tính
tương quan của lưu lượng. Ưu điểm của phương pháp đóng gói dựa trên dự đoán là báo
hiệu vào đóng khối có thể thực hiện song song nhau do đó tiết kiệm được thời gian đóng
khối.
Trong lúc đóng khối, gói đến ở lớp cao hơn được chứa trong hàng đợi dựa trên đích
đến và lớp QoS của chúng. Sau khi tiêu chuẩn đóng gói được thoã mãn (mức ngưỡng kích
thước burst hay giá trị của bộ định thời đạt được), burst sẽ được tạo ra và gửi vào mạng
lõi. Do đó, chúng ta có thể thấy đặc tính đến của gói và phân phối chiều dài gói ảnh
hưởng nhiều đến đặc tính đến của burst và phân phối chiều dài burst.
Trong lúc đóng khối, node biên ngõ vào sắp xếp và lập lịch cho các gói đến vào
trong những bộ đệm ngõ vào theo mức QoS của nó và đích đến của nó. Những gói này
sau đó được tập hợp thành burst và chứa trong bộ đệm ngõ ra. Bởi vì mỗi hướng và mỗi
lớp dịch vụ yêu cầu một bộ đệm riêng, nên số lượng lượng lớp dịch vụ và kích thước
mạng quyết định nhiều đến kích thước của bộ đệm tại node biên ngõ vào.
Một tình huống phức tạp hơn khi gói đến có nhiều lớp dịch vụ. Trong trường hợp
này, các gói đến phải được đóng khối cùng với mức ưu tiên của nó vào trong mỗi burst để
mạng lõi quang có thể cung cấp các mức dịch vụ khác nhau. Việc chọn lựa một cơ cấu
đóng khối cho tất cả các lớp dịch vụ có thể là không thích hợp. Một phương pháp đóng
khối dựa trên mức ngưỡng hay bộ định thời với giá trị bộ định thời lớn có thể dẫn đến
những đột trễ không thể chấp nhận được cho các lớp dịch vụ yêu cầu nghiêm ngặt về độ
trễ, trong khi chiều dài burst không tối ưu có thể tăng độ mất gói đối với các lớp dịch vụ
yêu cầu nghiêm ngặt về mất mát dữ liệu. Trong [6] đã nêu ra kiểu đóng khối kết hợp để

khắc phục vấn đề này. Trong phương pháp đóng khối kiểu kết hợp, gói từ các lớp dịch vụ
khác nhau với những yêu cầu về QoS khác nhau có thể đóng khối trên cùng một burst.
Trong phần mô phỏng của luận văn sẽ đề cập đến kỹ thuật đóng khối kiểu vi phân hỗ trợ
nhiều lớp dịch vụ khác nhau. Trong phương pháp đóng gói kiểu vi phân, loại burst được
định nghĩa dựa trên yêu cầu về QoS. Mỗi loại burst sau đó được đóng khối sử dụng một
Chương II – Mạng chuyển mạch khối quang OBS
GVHD: Th.S Nguyễn Huỳnh Minh Tâm SVTH: Đoàn Khánh Tân Thanh
-
18
-

cơ cấu đóng khối thích hợp để chắc chắn rằng đáp ứng được yêu cầu QoS. Giá trị của bộ
định thời được quyết định dựa trên yêu cầu nghiêm ngặt của độ trễ end-to-end và giá trị
của mức ngưỡng được thiết lập bằng giá trị tối ưu của độ dài burst với lưu lượng tải vào
mạng nằm trong một dãi cho trước.
2.4 Định tuyến và sắp xếp bước sóng
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. Định tuyến hop-by-hop trong mạng IP thì không thích hợp
bởi vì khoảng thời gian tính toán đường đi trên mỗi hop khá lâu. Mặc dù vậy, 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 số lượng hop tối thiểu khi có yêu cầu về
mặt mất mát dữ liệu [4].
Một vấn đề quan trọng nữa trong định tuyến và sắp xếp bước sóng là sự cân bằng
mất mát giữa việc truyền dữ liệu trên những con đường dài và những con đường ngắn
hơn. Có thể hiểu vấn đề này như sau:
Thời gian offset time của một burst giảm khi burst truyền qua mạng, làm cho khả
năng blocking tại cuối đường đi tăng lên. Cho nên cần có một giải thuật phân cấp burst
dựa trên việc tính toán những burst này đã sử dụng bao nhiêu tài nguyên mạng và nó gần

đích hay không và dựa vào cấp bậc này mà thêm một chế độ ưu tiên cho burst. Luận văn
không đi sâu vào vấn đề này vì thời gian có hạn. Chi tiết của phần này được trình bày
trong [10].
2.5 Báo hiệu trong mạng OBS
Báo hiệu và chiếm tài nguyên là một trong những điểm khác biệt của OBS so với các
kỹ thuật truyền tải toàn quang khác. OBS sử dụng báo hiệu ngoài băng tức truyền trên
một kênh khác với kênh truyền burst, trong đó gói điều khiển được truyền đi trước burst
dữ liệu một khoảng thời gian gọi là offset time.
Khi một burst được truyền qua mạng lõi quang, một phương thức báo hiệu cần phải
thêm vào để chiếm tài nguyên và cấu hình các chuyển mạch quang tại mỗi node. Báo hiệu
có thể là trong băng, bản tin điều khiển được truyền trên cùng bước sóng với burst dữ liệu
hay báo hiệu ngoài băng, bản tin điều khiển được truyền trên một bước sóng khác so với
burst dữ liệu. Nhưng người ta sử dụng báo hiệu ngoài băng cho các nghiên cứu.
Sau khi gói điều khiển được truyền đi, node nguồn có thể đợi chấp thuận trước khi
truyền burst dữ liệu hay node nguồn có thể truyền burst dữ liệu không cần nhận một chấp
thuận nào. Phương pháp đợi chấp thuận được gọi là tell-and-wait (TAW). Trong TAW tài
Chương II – Mạng chuyển mạch khối quang OBS
GVHD: Th.S Nguyễn Huỳnh Minh Tâm SVTH: Đoàn Khánh Tân Thanh
-
19
-

nguyên đảm bảo được chiếm; tuy nhiên, độ trễ end-to-end có thể lớn do phải chờ chấp
thuận.
Khi node nguồn không cần chờ chấp thuận, burst dữ liệu có thể theo sau gói điều
khiển ngay lập tức, phương thức báo hiệu này gọi là Tell-And-Go (TAG) hay burst dữ
liệu có thể theo sau gói điều khiển sau một khoảng thời gian offset time (hình 2.7),
phương thức báo hiệu này gọi là Just-Enough-Time (JET).
2.5.1 Just-Enough-Time (JET)
Hình 2.6 mô tả về kỹ thuật báo hiệu JET. Như hình vẽ, đầu tiên node nguồn gởi một

gói gói điều khiển BHP trên kênh điều khiển đến đích. Gói BHP được xử lý tại mỗi node
trung gian để thiết lập một đường đi cho dữ liệu toàn quang cho burst dữ liệu đi qua. Nếu
việc chiếm dụng tài nguyên thành công, chuyển mạch sẽ được cấu hình ưu tiên cho burst
này đi qua. Trong thời gian đó, burst này vẫn còn đợi ở nguồn trong miền điện. Sau một
khoảng thời gian định trước gọi là offset time, burst được gửi trên một bước sóng định
trước hoàn toàn trong miền quang [10]. Offset time được tính dựa trên số lượng hop từ
nguồn đến đích và thời gian chuyển mạch của node lõi. Offset time được tính theo công
thức OT = δ.h + S
T
trong đó h là số lượng hop giữa nguồn và đích, δ là thời gian cần thiết
để xử lý gói điều khiển tại mỗi node và S
T
là thời gian chuyển mạch. Nếu tại node nào
việc chiếm dụng không thành công thì burst sẽ bị rớt. Đặc tính kỹ thuật duy nhất của JET
khác biệt so với các kỹ thuật báo hiệu một chiều là cơ chế chiếm dụng tài nguyên có trì
hoãn và giải phóng kênh truyền ngầm định.
Thông tin cần thiết được bảo trì tại mỗi kênh truyền của mỗi ngõ ra tại bất kỳ node
nào cho JET là thời điểm bắt đầu và kết thúc của tất cả các burst đã được lập lịch, điều
này làm cho hệ thống trở nên phức tạp. Mặt khác, JET có thể nhận nhận ra những tình
huống không có xung đột nào xảy ra, cho dù thời điểm bắt đầu của burst mới có thể sớm
hơn thời điểm kết thúc của một burst đã được chấp nhận, nghĩa là một burst có thể được
truyền ở giữa hai burst đã chiếm tài nguyên trước. Do đó, khả năng mất gói trong mạng
sử dụng JET tăng lên.
Có hai phương thức báo hiệu một chiều khác đó là Tell-and-Go và Just-in-Time.
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 offset time như trong JET; do đó burst dữ liệu
phải được trì hoãn tại mỗi node trung gian để có thời gian cho các node 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 chiếm dụng tài nguyên

tức thì và giải phóng tài nguyên yêu cầu rõ thay vì là chiếm dụng tài nguyên có trì hoãn
Chương II – Mạng chuyển mạch khối quang OBS
GVHD: Th.S Nguyễn Huỳnh Minh Tâm SVTH: Đoàn Khánh Tân Thanh
-
20
-

và giải phóng tài nguyên ngầm định. Ưu điểm cơ bản của việc sử dụng những kỹ thuật
báo hiệu một chiều là tối thiểu được độ trễ end-to-end cho việc truyền dẫn dữ liệu trên
mạng quang đường trục.


Hình 2.6: Kỹ thuật báo hiệu JET [4]
2.5.2 Tell-and-Wait (TAW)
Trong TAW, một gói “SETUP” BHP được gửi dọc theo đường đi đến đích của burst
để thu thập thông tin về các kênh có thể sử dụng được tại tất cả các node trên đường đi.
Tại đích, một giải thuật sắp xếp kênh được thực thi và thời gian chiếm tài nguyên trên mỗi
liên kết được xác định dựa trên thời gian có thể sử dụng của kênh sớm nhất LAUT. Một
gói “CONFIRM” BHP được gửi ngược lại (từ đích đến nguồn). Tại bất cứ node nào trên
đường đi, nếu kênh yêu cầu đã được sử dụng, một gói “RELEASE” BHP được gửi đến
đích để giải toả tài nguyên đã được chiếm dụng trước đó. Nếu gói “CONFIRM” tới nguồn
thành công, burst lập tức được gửi vào mạng.
Thời gian xử lý gói
điều khiển
δ


Thời gian chuyển
mạch S
T

Thời gian
truyền burst
Thời điểm phát gói
điều khiển
Thời điểm phát gói
dữ liệu
Thời gian
offset
Burst dữ
liệu
Thời
gian
Node vào Node 1 Node 2 Node ra
Chương II – Mạng chuyển mạch khối quang OBS
GVHD: Th.S Nguyễn Huỳnh Minh Tâm SVTH: Đoàn Khánh Tân Thanh
-
21
-

2.6 Lập lịch kênh truyền
Trong lập lịch kênh truyền, nhiều bước sóng có thể sử dụng ở mỗi liên kết và vấn đề
là sắp xếp burst mới đến trên một kênh thích hợp hay trên một bước sóng thích hợp.
Trong bài toán này, các bộ chuyển đổi bước sóng toàn quang được giả sử là có ở tất cả
các node và việc lập lịch diễn ra ở node lõi trung gian và những node ngõ vào. Mục đích
cơ bản trong loại lập lịch này là tối thiểu khoảng cách “gap” của mỗi lập lịch trên mỗi
kênh, trong đó khoảng cách “gap” là khoảng rỗi giữa hai burst được truyền trên cùng một
bước sóng ngõ ra. Lập lịch kênh trong mạng OBS khác so với việc lập lịch trong mạng IP
truyền thống. Trong mạng IP, tại mỗi node lõi lưu trữ các gói tin trong các bộ đệm và lập
lịch chúng ở một ngõ ra mong muốn. Trong mạng OBS, một khi một burst đến node lõi,

nó phải được chuyển đến node kế mà không cần lưu trữ trong các bộ đệm miền điện.
Khi một gói BHP đến node lõi, SCU xử lý gói tin này và một giải thuật lập lịch kênh
được đưa ra để sắp xếp một burst chưa được lập lịch đến một kênh dữ liệu ở ngõ ra. Khối
lập lịch kênh truyền lấy thời điểm burst đến và chiều dài burst từ BHP. Giải thuật có thể
cần thiết để duy trì thời điểm kênh truyền rỗi gần nhất LAUT hay horizon, khoảng cách
và chỗ trống ở tất cả các kênh dữ liệu ở ngõ ra. Theo lý thuyết, LAUT của một kênh dữ
liệu là thời điểm gần nhất tại đó đó kênh số liệu có thể được sử dụng bởi một burst chưa
được lập lịch hay có thể hiểu là thời điểm kết thúc của burst đã được lập lịch trong một số
trường hợp. Khoảng cách là thời gian giữa một burst chưa được sắp xếp với điểm cuối
của một burst đã được lập lịch trước đó. Chỗ trống “gap” là thời gian thời gian rỗi giữa
hai burst đã được lập lịch trên kênh dữ liệu. Đối với giải thuật lấp đầy chỗ trống, thời gian
bắt đầu và kết thúc của mỗi burst trên tất cả kênh dữ liệu phải được duy trì.
Những thông tin sau được sử dụng bởi khối lập lịch cho hầu hết các giải thuật lập
lịch bước sóng:
- L
b
là chiều dài burst
- t là thời điểm đến của burst chưa được lập lịch
- W là số lượng kênh dữ liệu tối đa ở ngõ ra
- N
b
số tối đa burst dữ liệu được sắp xếp
- D
i
kênh dữ liệu thứ i ở ngõ ra
- LAUT
i
là LAUT của kênh dữ liệu thứ i đối với giải thuật không lấp chỗ trống
- S
(i,j)

và E
(i,j)
là thời điểm bắt đầu và kết thúc một burst đã được sắp lịch thứ j trên
kênh dữ liệu thứ i.
- Gap
i
Nếu kênh truyền có thể sử dụng, khoảng cách là sự khác biệt giữa t và LAUT
i

đối vởi giải thuật lập lịch không có lấp chỗ trống và là sự khác biệt giữa t và E
(i,j)

của burst trước đó j cho giải thuật lập lịch có lấp chỗ trống. Khi kênh truyền “bận”
Chương II – Mạng chuyển mạch khối quang OBS
GVHD: Th.S Nguyễn Huỳnh Minh Tâm SVTH: Đoàn Khánh Tân Thanh
-
22
-

thì Gap
i
= 0. Thông tin về khoảng cách rất có ích cho việc chọn lựa một kênh
truyền đối với trường hợp có nhiều kênh truyền đang rỗi.
Những giải thuật lập lịch kênh dữ liệu có thể được phân loại thành hai lớp : có và
không có lấp chỗ trống. Những giải thuật cơ sở khác biệt nhau dựa trên loại và số lượng
thông tin trạng thái được duy trì tai một node về các kênh truyền. Trong những giải thuật
không lấp chỗ trống, LAUT
i
trên mọi kênh dữ liệu D
i

, với i = 1, 2, 3…, W, được duy trì
bởi khối lập lịch. Trong những giải thuật có lấp chỗ trống, thời gian bắt đầu và kết thúc
được duy trì tại mỗi node trên tất cả các kênh.
Trong phần dưới đây chúng ta xem xét về các giải thuật lập lịch kênh không lấp chỗ
trống như FFUC, LAUC và lấp chỗ trống FFUC-VF, LAUC-VF.
2.6.1 First Fit Unscheduled Channel (FFUC)
(tạm dịch: tìm kênh thích hợp đầu tiên theo thứ tự định trước ở ngõ ra cho burst đang đến)
Giải thuật lập lịch FFUC lưu trữ giá trị của LAUT (hay còn gọi là horizon) trên tất
cả các kênh dữ liệu. Khi có burst dữ liệu đang đến, giải thuật FFUC sẽ tìm kiếm trên tất
cả kênh truyền theo một thứ tự cố định và sắp xếp một kênh thích hợp tìm thấy đầu tiên
cho burst đang đến này. Một kênh truyền được xem là thích hợp đối với giải thuật FFUC
khi giá trị LAUT của nó nằm trước thời điểm burst đến (burst arrival time). Ưu điểm cơ
bản của FFUC là tính đơn giản của giải thuật và giải thuật chỉ cần phải duy trì giá trị của
LAUT
i
trên mỗi kênh. Giải thuật FFUC có thể được giải thích như hình 2.7(a). Có thể mô
tả như sau: FFUC thực hiện dựa trên các giá trị LAUT
0
, LAUT
1
và LAUT
2
của kênh dữ
liệu D
0
, D
1
và D
2
. Thời điểm t chính là thời điểm burst đến. Ta thấy cả LAUT

1
và LAUT
2

đều thoã mãn còn LAUT
0
và LAUT
3
không thoã mãn. Nếu những kênh này được sắp xếp
thứ tự dựa trên chỉ số của kênh (D
0
, D
1
, , D
W
), thì kênh dữ liệu D1 sẽ được chọn bởi vì
theo thứ tự D
1
nằm trước D
2
. FFUC là một giải thuật đơn giản nhưng nó lại cho xác suất
mất dữ liệu cao và hiệu quả sử dụng băng thông kém; dưới đây sẽ đề cập đến các giải
thuật khác cho xác suất mất mát dữ liệu thấp hơn.
2.6.2 Horizon hay Latest Available Unscheduled Channel (LAUC)
(tạm dịch: tìm kênh thích hợp có thời điểm LAUT gần nhất)
Giải thuật lập lịch kênh LAUC hay Horizon giữ giá trị LAUT của tất cả các kênh
truyền và sắp xếp cho burst dữ liệu kênh có LAUT gần nhất. Giải thuật LAUC cũng được
giải thích trong hình 2.7(a). Dựa trên LAUT
1
và LAUT

2
của các kênh dữ liệu D
1
và D
2

thích hợp cho burst đang đến chưa được lập lịch vì thời điem burst đến t nằm sau các
LAUT này. Nếu như trong giải thuật FFUC thì kênh D
1
được chọn. Tuy nhiên, trong
LAUC còn quan tâm đến khoảng cách giữa t và LAUT của mỗi kênh, nó sẽ chọn kênh
nào có khoảng cách này nhỏ hơn; điều này làm tăng hiệu quả sử dụng kênh truyền so với
Chương II – Mạng chuyển mạch khối quang OBS
GVHD: Th.S Nguyễn Huỳnh Minh Tâm SVTH: Đoàn Khánh Tân Thanh
-
23
-

FFUC. Chúng ta quan sát rằng Gap
1
> Gap
2
; do đó burst đến sẽ được lập lịch ở ngõ ra có
khoảng cách nhỏ nhất, nghĩa là D
2
.

(a)

(b)

Hình 2.7: Sự sắp xếp kênh truyền sau khi sử dụng (a) giải thuật không lấp chỗ trống
(FFUC và LAUC), và (b) giải thuật lấp chỗ trống (FFUC-VF và LAUC-VF)

L
b
Th
ời gian

D
0
D
1
D
2
D
3
Arrival
E
0,0
S
0,0
E
1,0
S
1,0
E
2,0
S
2,0
E

3,0
S
3,0
S
0,1
E
0,1
S
3,1
E
3,1
E
0,a
E
0,a
FFUC
-
VF

LAUC
-
VF

Gap
3

L
b
Thời gian
D

0
D
1
D
2
D
3
t

LAUT
1
LAUT
2
LAUT
0
LAUT
3
Arrival
FFUC

LAUC

Gap
1
Gap
2
Chương II – Mạng chuyển mạch khối quang OBS
GVHD: Th.S Nguyễn Huỳnh Minh Tâm SVTH: Đoàn Khánh Tân Thanh
-
24

-

2.6.3 First Fit Unscheduled Channel with Void Filling (FFUC-VF)
(Tạm dịch: tìm kênh thích hợp đầu tiên theo thứ tự và nếu có thể thì sử dụng khoảng giữa
hai burst đã được lập lịch)
Điểm khác biệt của các giải thuật lấp đầy chỗ trống nói chung là không lưu trữ giá
trị LAUT mà lưu thời điểm bắt đầu S và kết thúc E của mỗi burst đã được lập lịch trên
mọi kênh dữ liệu. Ưu điểm của giải thuật này là tận dụng khoảng trống giữa hai burst dữ
liệu đã được sắp xếp làm tăng hiệu suất sử dụng kênh truyền. FFUC-VF cũng giống như
FFUC nó chọn lựa kênh truyền thích hợp theo thứ tự. Kênh đầu tiên với một khoảng cách
thích hợp được chọn. Giải thuật FFUC-VF được mô tả như hình 2.7(b).
Dựa tren S
i.j
và E
i,j
, tất cả các kênh dữ liệu D
0
, D
1
, D
2
và D
3
có khả năng đáp ứng
cho burst đến chưa được lập lịch. Nếu các kênh này được đánh thứ tự như chỉ số của từng
kênh, burst mới đến sẽ được lập lịch ở ngõ ra D
0
bởi vì nó thoả mãn các điều kiện sau: là
kênh có số thứ tự đầu tiên có E
0,0

nằm trước E
0,a
, khoảng cách giữa điểm kết thúc burst
thứ nhất và điểm bắt đầu của burst thứ hai đã được lập lịch lớn hơn chiều dài của burst
mới đến chưa được lập lịch.
2.6.4 Latest Available Unscheduled Channel with Void Filling (LAUC-VF)
(tạm dịch: tìm kênh thích hợp có thời điểm LAUT gần nhất và nếu có thể thì sử dụng
khoảng giữa của hai burst đã được lập lịch)
Giải thuật LAUC-VF cũng lưu những thời điểm bắt đầu S và kết thúc E cho mỗi
burst dữ liệu đã được lập lịch trên tất cả các kênh dữ liệu. Ưu điểm của giải thuật này là
tận dụng khoảng trống giữa hai burst dữ liệu được sắp xếp. Kênh truyền với một khoảng
trống mà khoảng cách nhỏ nhất sẽ được chọn. Giải thuật LAUC-VF được giải thích trong
hình 2.7(b). Dựa trên S
i.j
và E
i,j
, tất cả các kênh dữ liệu D
0
, D
1
, D
2
và D
3
thích hợp với
chiều dài của burst. Chúng ta thấy được rằng D
3
có khoảng cách nhỏ nhất Gap
3
; do đó

burst mới đến sẽ được lập lịch trên D
3
.
2.7 Giải quyết xung đột
Bởi vì mạng chuyển mạch khối quang cung cấp phương thức truyền tải không kết
nối, cho nên có nhiều khả năng các burst sẽ xung đột với nhau tại các node trung gian.
Xung đột xảy ra nếu như nhiều burst tại nhiều ngõ vào khác nhau đều muốn ra ở cùng
một ngõ ra tại cùng thời điểm. Sau đây sẽ là các phương pháp giải quyết xung đột trong
mạng OBS.
2.7.1 Bộ đệm quang
Việc giải quyết xung đột ở mạng chuyển mạch gói miền điện truyền thống sử dụng
các bộ nhớ RAM lưu giữ tạm thời các gói tin khi xung đột xảy ra; tuy nhiên một bộ đệm
Chương II – Mạng chuyển mạch khối quang OBS
GVHD: Th.S Nguyễn Huỳnh Minh Tâm SVTH: Đoàn Khánh Tân Thanh
-
25
-

giống như RAM trong miền quang hiện nay vẫn chưa được hữu hiệu. Trong mạng quang,
người ta đề xuất dùng dây trễ FDL (Fiber Delay Line) để lưu giữ các gói tin trong miền
quang một khoảng thời gian cố định. Bằng cách kết nối các dây trễ FDL theo tầng hay kết
nối song song, bộ đệm được đề xuất này có thể giữ các gói tin trong miền quang hay burst
dữ liệu trong các thời gian khác nhau.

Hình 2.8: Mô tả giải quyết xung đột bằng bộ đệm
Cách này có thể giảm mất dữ liệu nhưng lại không đảm bảo gói đến đúng thứ tự.
Trong một số kiến trúc của bộ đệm quang, kích thước của những bộ đệm thì bị giới hạn
không chỉ xét đến yếu tố về mặt tín hiệu mà cả yếu tố về kích thước vật lý. Để làm trễ một
burst khoảng 1 ms thì cần phải có một đoạn cáp dài hơn 200 km. Bởi vì những hạn chế
của bộ đệm quang nên một node mạng có thể không thể đáp ứng được lưu lượng tải lớn

và trong điều kiện tải đột biến. Những bộ đệm quang dựa trên định tuyến bước sóng và
điều khiển bước sóng trong một vòng khép kín cũng là một giải pháp cho bộ đệm quang
(hình 2.9).

Hình 2.9: Dây trễ FDL cùng với bộ khuếch đại và chuyển mạch tạo thành một
vòng lặp trễ
Node mạng
Burst 1
Burst 2
Ngõ vào 1
Ngõ vào 2

Burst 2 đi tiếp
Burst 1 vào bộ đệm
Dây trễ FDL
Khuy
ếch đại

Khoá chuyển
mạch
FDL
Sợi quang