ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG DI ĐỘNG TẾ BÀO

MỤC LỤC
MỤC LỤC 1
Chương 7: ĐỊNH TUYẾN TRONG CÁC MẠNG QUANG 2
7.1 Giới thiệu 2
7.2 Mạng quang: Khảo sát công nghệ 2
7.3 Các mạng quang: phân loại dựa trên định tuyến 4
7.4 Optical-Link Networks 5
7.5 Single-Hop Optical Networks 5
7.6 Các mạng quang đa chặng 13
7.7 Các mạng quang lai ghép ( Hybrid Optical Networks): 20
7.8 Mạng Photon: 23
7.9 Kết luận: 25
CHƯƠNG 10: ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG DI ĐỘNG TẾ BÀO 27
10.1 Giới thiệu 27
10.2 Cơ bản về hệ thống tế bào 28
10.2.1 Khái niệm về tế bào 28
10.2.2 Chú ý trong thuật ngữ 31
10.2.3 Cấp phát tần số cho dịch vụ tế bào 31
10.2.3.1 Phân bố mới cho PCS 33
10.3 Kiến trúc mạng 33
10.3.1 Các phần tử mạng tế bào 33
10.3.2 Giao diện bên trong 36
10.3.3 Các giao diện bên ngoài 36
10.4 Chức năng giao diện không gian 38
10.4.1 Truyền dẫn thoại 38
10.4.2 Các mã màu 38
10.4.3 Các kênh báo hiệu 39
10.4.2.1 Kênh bản tin mào đầu hệ thống 39
10 4.3.2 Kênh paging 39
10.4.3.3 Kênh truy cập 40
10.5 Các tiêu chuẩn hệ thống di động 40

10.5.1 Các tiêu chuẩn thoại tương tự 41
10.5.2 Các tiêu chuẩn di động số : TDMA 42
10.5.3 Các tiêu chuẩn di động số : CDMA 45
10.6 Quản lý tính di động trong các hệ thống tế bào 47
10.6.1 Nhắn tin, truy cập, và lựa chọn kênh tín hiệu 49
10.6.2. Truy nhập hệ thống ( System access) 49
10.6.3.Paging 50
10.6.4. Registration 51
10.6.5 Những vùng định vị 52
10.6.6 Chuyển giao 53
10.6.7 Roaming 57
10.7Dịch vụ số liệu phi kết nối cho các hệ thống tế bào 59
10.7.1 Đặc điểm kĩ thuật gói dữ liệu số tế bào ( CDPD ) 60
1
Chương 7: ĐỊNH TUYẾN TRONG CÁC MẠNG QUANG
7.1 Giới thiệu
Mạng truyền dẫn quang mang các bản tin được mã hóa như các tín hiệu
sóng ánh sáng - bức xạ điện từ trong quang phổ thấy được và quang phổ gần vùng
thấy được .Khả năng truyền dẫn tín hiệu sóng ánh sáng qua ống dẫn sóng quang
bằng silica với tốc độ dữ liệu và độ tin cậy cao được tăng tốc để phát triển mạng
quang. Mạng quang bao gồm các hệ thống từ các mạng sợi biến đổi đơn giản,
thay thế các đường truyền dẫn điện bằng liên kết sợi quang, đến các mạng toàn
quang được đề xuất gần đây, trong đó quá trình xử lý và truyền dẫn bản tin nằm
toàn bộ trong miền quang.
Do các công nghệ tồn tại dưới mạng quang đang phát triển rất nhanh chóng,
nên các mạng quang đang xuất hiện dưới rất nhiều dạng khác nhau. Sự tiến bộ
trong công nghệ gần như luôn luôn đi theo kiến trúc mạng mới làm thuận lợi cho
nó. Khả năng xử lý tốt trong mạng quang giải thích tại sao nhiều chiến lược
chuyển mạch duy nhất được ra đời và phát triển trong phạm vi của mạng quang
Mạng quang chia sẻ với mạng điện thông thường về mục đích cơ bản của

lưu lượng tích hợp phân phối hiệu suất cao (ví dụ: video, voice, và dữ liệu) dưới
những điều kiện thay đổi không thể đoán trước được (như sai hỏng, tắc nghẽn, và
các lỗi nguy hiểm). Vì vậy chúng ta cần chuyển mạch gói, các dịch vụ datagram,
và chuyển mạch kênh – đây là những công nghệ không phù hợp trong các mạng
quang, do không yêu cầu mạch điện - các dịch vụ định hướng kết nối. Lưu lượng
chuyển mạch gói có thể trễ, không liên tục, mất gói. Các lớp lưu lượng không yêu
cầu đảm bảo chuyển giao đầu cuối đến đầu cuối cũng như độ tin cậy trong giao
thức lớp cao để tạo ra độ đảm bảo chuyển từ đầu cuối tới đầu cuối. Tuy nhiên, lớp
lưu lượng thời gian thực đòi hỏi độ trễ xác định và chuyển giao theo thứ tự của
thông tin; nó cũng yêu cầu tỉ lệ lỗi không được vượt quá giới hạn và kênh ảo cung
cấp một thông lượng cho trước
Nhưng chúng ta có thể hoàn toàn phân biệt được quang với mạng điện
thông thường .Sợi quang đơn mode là môi trường chủ yếu cho truyền dẫn tín hiệu
sóng ánh sáng có khả năng hướng sóng cao với bước sóng 0.8, 1.3 và 1.5µm,
tương ứng với các vùng mà nguồn và bộ tách sóng sử dụng một cách dễ dàng.
Những cửa sổ này biểu diễn băng tần kết hợp khoảng 75Thz.
7.2 Mạng quang: Khảo sát công nghệ
Trong phần này chúng ta xem xét của việc thiết lập mạng quang. Các công
nghệ sóng ánh sáng, photon, và hướng sóng quang đã tiến được những bước dài và
xu hướng sẽ còn tiếp tục. Vì vậy, để hiểu việc định tuyến trong mạng quang, người
đọc cần phải có hiểu biết về nền tảng công nghệ của họ mạng này. Đầu tiên chúng
ta mô tả thiết bị mà trở thành 1 phần kiến thức về kiến trúc mạng quang
Loại thiết bị quang duy nhất được nghiên cứu sử dụng trong mạng truyền
thông, và chúng ta xem xét đặc điểm và chức năng cơ bản của các thiết bị này.
Thành phần mới được phát triển ổn định. Đây là các mẫu hiện đang khả dụng và
sẽ khả dụng trong tương lai.
2
• Sợi quang: ống dẫn sóng quang bao gồm một hình trụ trung tâm -
hoặc lõi của vật liệu suy hao thấp như thủy tinh silic được bao phủ bởi lớp vỏ bên
ngoài chỉ số khúc xạ thấp. Các sợi quang đơn mode, với đường kính lõi khoảng

10micromet, chỉ truyền dẫn 1 mode ánh sáng, bằng cách ấy loại trừ được dần dần
sự phân bố năng lượng xung tốc độ hạn chế và khoảng cách truyền dẫn trong sợi
đa mode. Những sợi quang đơn mode như vậy làm suy giảm tổn thất khoảng
0.16dB/km. Mặc dù không có sự tán sắc, sợi đơn mode là yếu tố tác động đến tán
sắc màu, trong đó việc truyền các bước sóng khác nhau qua sợi quang với tốc độ
khác nhau sao cho tín hiệu tạm thời trải rộng ra. Một phần bù cho các tác động có
thể đạt được bởi kĩ thuật sản xuất sợi tán sắc thay đổi và sợi dẹt, cho phép cải tiến
hoạt động tại tần số 1.3 và 1.5micromet. Bởi vì kích cỡ vật lý nhỏ (đường kính lớp
vỏ vào khoảng 100micromet) sợi quang lớn hơn có thể được gói bởi một cáp .Các
cáp bao gồm hàng trăm sợi quang
• Bộ ghép quang: Một thiết bị thường gặp trong mạng quang, bộ
ghép quang được sử dụng để tách nguồn từ một đầu vào tới nhiều đầu ra. Hơn nữa
nó có thể kết hợp tín hiệu xung ánh sáng từ 2 sợi vào thành 1 sợi ra. Đặc điểm bộ
tách và kết hợp nối quang được định rõ tại thời điểm chế tạo và không thể thay
đổi. Các cặp sợi quang đơn mode được ghép bởi quá trình làm thon thành hình
nón bằng phương pháp nóng chảy như hình 7.1. Cấu trúc hình học của cáp nhọn
có thể được điều chỉnh sản xuất tỉ lệ nối phù hợp. Với 4 cổng của bộ ghép có thể
kết nối tới bộ ghép hình sao n đầu vào và đầu ra, hoặc với bộ ghép hình sao 128
cổng có thể được kết cấu như các thiết bị tích hợp. Là một thiết bị thụ động hoàn
chỉnh không yêu cầu phải cấp nguồn, bộ ghép này không đắt và có độ tin cậy cao,
tổn hao thấp.
• Chuyển mạch không gian quang: Chuyển mạch không gian quang
kiểu 2×2 của biểu đồ hình 7.2 trả lời tín hiệu điều khiển, hoán vị cổng đầu vào và
cổng đầu ra. Các thiết bị thường được xây dựng bởi khuyếch tán titan vào LiNbO
3
nhưng chúng cũng có thể vào hợp chất bán dẫn .Với khả năng chuyển mạch nhanh
các thiết bị này được tìm thấy trong mạng quang. Các chuyển mạch thông thường
có tổn thất lớn (4 tới 5 dB)
• Thiết bị phối hợp đường truyền: Thiết bị phối hợp đường truyền là
sự tổng quát hóa của chuyển mạch không gian quang có thể với cấu hình cung cấp

nguồn tùy ý cho bộ ghép giữa các đầu vào và đầu ra .LDC là thiết bị với n đầu vào
và ra cho qua tín hiệu xung ánh sáng tùy theo matran a
ij
truyền dẫn nguồn quang
của từng người sử dụng .Cổng vào a
ij
cho biết tỉ lệ công suất gửi từ đầu vào i tới
đầu ra j .Hình 7.3 cho thấy sự tách và phối hợp của tín hiệu quang .Hệ số δ miêu
tả sự phân chia nguồn quang từ cổng đầu vào i phân phối tới cổng đầu ra j Hệ số
ơ
ij
miêu tả sự phân chia của nguồn quang từ cổng đầu vào i tới trực tiếp cổng đầu
ra j .Ta có aij =ơ
ij
δ
ij
Giống như bộ ghép tổng quát LDC có thể đồng thời tách và
ghép tín hiệu quang phù hợp với thiết bị của chúng .Lựa chọn bước sóng LDC là
một trong những bước sóng đặc trưng của ma trận truyền dẫn đặc trưng .Thiết bị
này cho thấy sự khác nhau giữa hệ số tách và ghép được áp dụng cho đồng thời
3
các bước sóng khác nhau .Vì thế các bước sóng khác nhau đưa vào LDC qua đầu
vào và phân phối nguồn khác nhau ở đầu ra.
• Bộ ghép và tách sóng: Ghép và phân chia bước sóng được thực hiện
bởi sự nhiễu xạ có chia tách các bước sóng về không gian. Ngược lại bộ ghép phối
hợp các tín hiệu riêng lẻ từ các cổng vào và kết hợp chúng vào cổng đầu ra . Hình
7.4 thể hiện chức năng của bộ ghép và bộ chia bước sóng với n cổng.
• Routers bước sóng: Một thành phần của tín hiệu đầu vào gửi tới đầu
ra đặc biệt trên cơ sở của bước sóng tín hiệu được gọi là chuyển mạch bước sóng.
Chuyển mạch bước sóng là dạng tổng quát của thiết bị tách sóng. Trong thực tế,

chuyển mạch bước sóng thường chỉ đơn thuần là chuyển bước sóng ở cổng đầu
vào tới cổng đầu ra. Router biến đổi bước sóng không chỉ định tuyến bước sóng đi
tới mà còn chuyển nó sang một bước sóng mới, bằng cách ấy cải thiện được hiệu
suất thiết lập của các bước sóng bằng phương pháp giảm xung đột bước sóng.
• Chuyển mạch cơ điện quang: Chức năng của chuyển mạch cơ điện
quang giống như chuyển mạch không gian trừ tín hiệu xung ánh sáng được chuyển
mạch cơ học .Các thiết bị này tốc độ chậm nhưng đắt, với thiết kế cơ sở như
gương, lăng trụ, selenit. Hình 7.5 mô tả chuyển mạch ngang dọc cơ điện quang.
• Bộ lọc quang: Bộ lọc quang cho phép chọn 1 hoặc nhiều bước sóng
từ toàn bộ tín hiệu gồm nhiều bước sóng. Sóng âm lan truyền qua một vật liệu
quang tương tác với sóng ánh sáng qua hiệu ứng photon đệm bao gồm nhiễu mà
có thể thay đổi đặc tính vốn có của sóng ánh sáng. Các thiết bị này có thể điều
chỉnh được độ rộng nhưng thời gian điều chỉnh của chúng tương đối dài (có thể
vài µs). AOTF với bộ chọn nhiều bước sóng được biểu diễn trong hình 7.6.
• Bộ khuyêch đại quang: Mặc dù hiểu họ router trong mạng quang
không yêu cầu tất yếu với các công nghệ ứng dụng của mạng quang ,phát triển bộ
khuyech đại quang dùng erbium được tăng tốc độ phát triển trong mạng quang
.Khả năng tín hiệu xung ánh sáng mở rộng tại bước sóng cửa sổ 1.5µm, EDFA
tăng công suất của tín hiệu đầu vào mà không cần tái tạo tín hiệu. Các bộ khuếch
đại sợi quang được kích thích bởi các phần tử đất hiếm khác, như các bộ khuếch
đại sợi florua kích thích bởi Neođim hay Prazeođim, có cấu tạo tương tự để
khuếch đại các tín hiệu sóng ánh sáng tại bước sóng 1.3µm.
7.3 Các mạng quang: phân loại dựa trên định tuyến
Mặt dù, nhiều kiểu phân loại khác của mạng quang đã được đưa ra, chúng
ta trình bày một kiểu phân loại dựa trên cách mà mạng định tuyến các bản tin từ
nguồn đến đích. Phân loại tạo nên sự hợp nhất cho việc thảo luận về định tuyến.
Phân loại mạng quang có thế chia làm 5 phần sau:
• Optical-Link Networks (các mạng liên kết quang).
• Single-Hop Optical Networks (các mạng quang đơn chặng).
• Multihop Optical Networks (các mạng quang đa chặng).

• Hybrid Optical Networks (các mạng quang lai).
• Photonic Networks (các mạng photon).
4
Mỗi kiểu mạng được xác định bởi cái cách mà bản tin được định tuyến
thông qua mạng. Trong Optical-Link Networks, thì các tuyến điện được thay thế
bởi các sợi quang đạt được tốc độ truyền dữ liệu cao hơn và tỉ lệ lỗi thấp hơn. Do
vậy, định tuyến được thực hiện tương tự như định tuyến trong các mạng liên kết
điện thông thường như là Internet, kiến trúc mạng hệ thống, và DECnet. Single-
Hop Networks định tuyến bản tin từ nguồn đến đích chỉ trong một hop, không có
xử lý trong băng của bản tin xảy ra tại node trung gian. Tuy nhiên, một vài mạng
dùng báo hiệu ngoài băng để thiết lập giải phóng các đường vật lý từ nguồn đến
đích. Do đó, thủ tục định tuyến trong Single-Hop Networks phải chọn một đường
định tuyến vật lý mà kết nối nguồn đến đích mà không có sự can thiệp chuyển
mạch điện. Multihop optical networks cho phép bản tin được xử lý tại node trung
gian, phát đi sau một số thao tác chuyển đổi quang điện. Định tuyến trong
Multihop optical networks được tập trung vấn đề xác định được một loạt các
chuyển mạch điện mà chuyển tiếp được gói tin từ nguồn cho đến đích được tốt
nhất. Hybrid Optical Networks kết hợp kĩ thuật single hop và multihop. Hyprid
optical Networks làm việc bao gồm cho các phân hệ mạng single hop và multihop
mà phải kết hợp các thủ tục định tuyến tương ứng với từng loại mạng. Photonic
networks là bao hàm tất cả mạng quang mà có thể xử lý thông tin ở dạng bản tin
photon.
Mỗi một phần sẽ được thảo luận chi tiết ở phần sau
7.4 Optical-Link Networks
Mạng Optical-Link Network dùng sợi quang thay vì sợi dây kim loại. Các
mạng này bao gồm các chuyển mạch điện kết nối trong một topo mạng lưới bới
các liên kết quang. Phương pháp này đảm bảo tốc độ truyền dẫn tốc độ cao và cho
độ trễ thấp hơn các hệ thống thông thường khác nhưng không phải là tối ưu trong
công nghệ mạng quang. Optical-Link Network thì có nhiều ưu điểm hơn so với các
Electronic-Link Network : nó cho băng thông cao hơn, tỉ lệ lỗi thấp. Mặt khác, các

tuyến quang thì có độ phức tạp hơn so với các tuyến điện, và thật khó khăn khi
thực hiện chuyển mạch điện mà phù hợp với tốc độ quang.
Các ví dụ về mạng Optical-Link Networks bao gồm mạng số dịch vụ tích
hợp băng thông rộng (B-ISDN) mà dùng chuyển mạch tế bào ATM, và mạng
gigabit testbed do chính phủ Hoa Kỳ cải tiến được gọi siêu xa lộ thông tin
(Information Superhightway).
Khó khăn chính trong việc thiết kế lược đồ định tuyến cho các mạng này là
tốc độ, nó đòi hỏi xử lý phần mào đầu gói chậm nhất có thể. Cách giải quyết điển
hình bao gồm: định tuyến nguồn, định tuyến kênh ảo, và chuyển mạch liên tục để
giảm thiểu việc đệm gói tin. Các phương pháp này được mô tả chi tiết ở chương 2
và chương 8.
Định tuyến trong Optical-Link Networks về cơ bản cũng giống như trong
các mạng điện truyền thống.
7.5 Single-Hop Optical Networks
5
Trong Single-Hop Optical Network một bản tin di chuyển từ nguồn đến
đích chỉ trong một hop, mà không có sự chuyển đổi trong miền quang và không có
xử lý thông tin điều khiển trong băng. Lược đồ định nghĩa cho mạng Single-Hop
Optical Networks chỉ ra ở hình 7.7. Chú ý rằng việc định tuyến và chuyển đổi
bước sóng phải được cho phép. Bản tin truyền qua mạng trong một hop, và định
tuyến thực chất là tìm một kênh từ nguồn đến đích. Trong định tuyến trong mạng
Single Hop thì giảm được vấn đề đa truy nhập.
Hình 7.7: Single-hop optical Network
Nhiều mạng Single-Hop Optical Netwoks bao gồm các trạm được gắn vào
“optical star coupler” (bộ ghép quang cấu trúc sao), quảng bá tín hiệu bất kỳ được
gửi đến nó đến tất cả các trạm trong mạng, như chỉ ra ở hình 7.8. Ví dụ bao gồm:
LAMBDANET và Rainbow. Trong LAMBDANET được dự định cung cấp kết nối
giữa các tổng đài, mỗi một trạm có truyền dẫn một bước sóng duy nhất và nó
truyền theo kiểu ghép kênh phân chia theo thời gian. Trạm này có bộ phân kênh
mà đưa đến cho phía thu. Phía thu chọn một bước sóng và một khe thời gian từ

bản tin được tách ra. Do vậy, không yêu cầu khả năng điều hướng (tunability),
nhưng mỗi trạm phải xử lý thực thi ở phía nhận. Các trạm cũng có một bộ phát
bước sóng chung, mà được dùng cho quản lý kết nối và báo hiệu. Truy cập đến
bước sóng được kiểm soát bởi ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM). Một
trạm trong mạng Rainbow truyền một bước sóng duy nhất. Mỗi một có trạm có bộ
lọc mà có thể phân biệt được bước sóng thích hợp cho phía thu. Rainbow dùng
chủ yếu trong chuyển mạch kênh, và nó hoạt động không hiệu quả trong các mạng
chuyển mạch gói. Mạng sao cơ bản không hỗ trợ các trạm với số lượng lớn, bởi vì
bộ ghép cấu trúc sao (star coupler) có số cổng hạn chế, và các trạm không dễ dàng
đạt được tốc độ bước sóng để truyền thông với các trạm khác.
6
Hình 7.8: Mạng sao chọn lọc và quảng bá
Quadro là một kiểu mạng khác của Single-Hop Network dựa trên ghép
kênh phân chia theo bước sóng (WDM) trong topo mạng hình sao. Nó giải quyết
nhiều vấn đề về phối hợp phía thu-phía phát bởi cho phép phía thu thu được nhiều
thông tin đồng thời. Các trạm Quadro có một bộ phát bước sóng cố định và một bộ
thu trang bị một loạt các giai đoạn mạch trễ quang mà được dùng giống như bộ
đệm thu. Nếu hai trạm truyền đồng thời tới một đích, thì đích này có thể đưa hai
bước sóng đã được điều chế này thông qua các mạch trễ, ban đầu cho tín hiệu của
bước sóng thứ hai đưa vào giai đoạn 1 của mạch trễ, sau đó lại cho tín hiệu của
bước sóng thứ nhất đưa vào giai đoạn 2 của mạch trễ. Thao tác này có thể được
lặp đi lặp lại nếu cần thiết, nhưng các tín hiệu bị mất ở giai đoạn cuối cùng. Giao
thức giành trước được dùng để thông báo cho phía thu kế hoạch truyền dẫn.
Mặt khác, TreeNet cũng là một single hop network trong đó dùng topo hình
cây cho phân phối tín hiệu. Cây này được xây dựng bởi các sợi quang kết hợp với
“bộ ghép cáp hai nón- biconical taper couplers” tại các node phía trong. Các trạm
được đặt tại lá của cây. Ngược lại các mạng single-hop network sao đơn giản có
một bộ ghép hình sao “star coupler”được đặt tại trung tâm. Về phương diện vật lý,
TreeNet phân tán các thiết bị nối để đạt được khả năng duy trì khi gặp sự cố. Cây
này làm thành một phương tiện truyền broadcast trong đó sử dụng giao thức truy

7
cập đa kênh, cho các trạm với bộ thu phát. Việc tạo khuyếch đại tại node gốc cho
phép hàng trăm trạm có thể được hỗ trợ. TreeNet được mô tả trong hình 7.9.
Hình 7.9 Mô hình TreeNet
Mạng Single-hop Network mà dùng các thiết bị định tuyến bước sóng cũng
đã được đưa ra. Theo tài liệu tham khảo 15, các mạng dựa trên các “Periodic Latin
Routers” (Các router Latin chu kì), là các router bước sóng tĩnh định tuyến các
nhóm bước sóng từ nhiều đầu vào đến nhiều đầu ra được đề nghị bởi “familiar
Latin square” (ma trận 2 mà không có lối vào nào được lặp lai ở bất kì hàng nào
hay cột nào). Sự nhận thức vật lý của bộ định tuyến Latin tĩnh là một
Mach_Zehnder interferometer, một thiết bị mà gửi một cách định kì các bước sóng
ánh sáng luân phiên ở các cổng đầu ra. Các mạng Single-hop Network có thể được
làm từ các router Latin chu kì. Các trạm phải điều chỉnh một dãy các bước sóng và
giao thức cung cấp bước sóng được dùng thiết lập các kênh ảo từ nguồn đến đích.
Truyền Multicast có thể thực hiện ở lớp vật lý.
Marsan et al nghiên cứu định tuyến trong mạng định tuyến bước sóng với
cấu trúc topo và không có chuyển đổi bước sóng. Các router bước sóng được sắp
xếp các topo de Bruijn, shuffle-based, toroidal song hướng, và các liên kết đa sợi
quang được cung cấp giữa các router. Các router được cấu hình để nhận biết thuật
toán cố định mà đảm bảo đường ngắn nhất. Việc cấp phát bước sóng làm sao là
cho ít bước sóng nhất nếu có thể.
Mạng trong tài liệu tham khảo 57 dựa vào các router bước sóng, nhưng
những router này có thể chuyển đổi tín hiệu từ một bước sóng này sang một bước
8
sóng khác trong khi đang định tuyến nó. Không giống như phương pháp của router
Latin, các router này được cấu hình trong suốt hoạt động của mạng, như là một
kiểu mạng điều khiển ngoài băng. Mạng này dùng centralized dynamic routing
(định tuyến động trung tâm), mà yêu cầu cuộc gọi được xử lý bởi một router
server mà nắm giữ các dấu vết sử dụng tài nguyên trong mạng và cung cấp cho
phía nguồn định tuyến tốt nhất cho việc kết nối. Thủ tục này hỗ trợ chỉ riêng cho

chuyển mạch kênh. Truyền multicast lớp vật lý là có thể được trong kiểu mạng
này, nhưng định tuyến kết nối multicast thì rất phức tạp.
Mạng sóng ánh sáng tuyến tính (LLN-Linear lightwave network) cũng là
một kiểu mạng Single-hop Network. LLN dùng các LDC(linear divider-combiner)
như là các node trong topo hình lưới. Các trạm người dùng được gắn đến các
LDC, mà được lập trình để tạo quảng bá giữa các trạm, như chỉ ra ở hình 7.10.
Kiến trúc LLN được nghiên cứu mở rộng trong tài liệu 67 bao gồm các LDC chọn
lọc bước sóng. Phần mở rộng này cho phép tạo ra tính mềm dẻo khi sử dụng các
mạng con. Mạng con được định nghĩa bởi việc thiết lập các LCD và băng tần của
các bước sóng kề nhau. Việc duy trì và thay đổi LLN có thể điều khiển bởi mạng
bên ngoài và cho phép người điều khiển các LDC.
9
Hình 7.10 Cấu hình vật lý của mạng LLN
Các mạng Single-hop Network có thể thiết lập một đường quang dành riêng
giữa nguồn và đích, vì vậy chúng hỗ trợ các kết nối chuyển mạch kênh rất tốt. Về
nguyên lý, thì truyền dẫn multicast cũng có thể đạt được, nhưng đối với các mạng
quang mà dùng điều chỉnh bước sóng, thì thật là khó khăn sắp xếp trước tất cả các
thành viên trong nhóm multicast để hiệu chỉnh ngay tức thì các bước sóng của các
trạm multicast.
Trong mạng Single-hop Networks mà hỗ trợ các phương tiện broadcast, như
cây và sao, định tuyến là hướng tiến. Khi phương tiện broadcast hỗ trợ một lược
đồ truy nhập đa kênh, phối hợp thu-phát là vấn đề chủ yếu nhất. Tuy nhiên, không
phải tất cả mạng Single-hop Networks nào cũng có hỗ trợ đầy đủ các phương tiện
broadcast. Như các mạng Single-hop Networks có thể dùng các đường vật lý khác
nhau để chuyển các gói tin từ nguồn đến đích. Vấn đề định tuyến trong các mạng
này là xác định và quản lý đường vật lý được dùng như thế nào.
Mạng quang thụ động (PON-Passive optical network) gửi các tín hiệu trên
các đường vật lý duy trì cố định trong thời gian dài. Các mạng này bao gồm các
10
mạng broadcast-start, như là LAMBDANET và Rainbow, và các mạng broadcast-

tree, như là TreeNet. Các mạng này thiết lập một định tuyến single-hop từ một
nguồn đến một đích chỉ đơn thuần là gán bước sóng. Ví dụ, một nguồn trong mạng
Rainbow chuyển gói tin của nó đến đích bởi một bước sóng cố định trong một khe
thời gian cụ thể. Ở phía đích sẽ hiệu chỉnh nhận bước sóng của phía nguồn trong
suốt khe thời gian đó. Do đó, các mạng này bị hạn chế bởi chuyển mạch kênh, mà
bước sóng (và có thể là khe thời gian) được dành riêng để cho kết nối. Nói chung,
định tuyến multicast là không thể thực hiện trong mạng PON.
Các node bên trong của mạng PON bao gồm các switch, coupler, các sợi
quang, và có thể là các bộ khuyếch đại quang. Về mặt chức năng, thì mỗi một
node, với một bước sóng đến có thể được cắt ra và phân phối với tỉ lệ công suất
khác nhau đến các đầu ra khác nhau. Không có phần xử lý mào đầu hay lưu trữ gói
và chuyển tiếp được thực hiện. Do vậy, định tuyến trong mạng PON về bản chất là
chuyển mạch kênh và bao gồm thiết lập các đường (giữa nguồn và đích) hay các
broadcast tree (giữa các các trạm phụ) trong một topo vật lý. Topo này thông
thường là mạng lưới, nhưng cũng có thể là hình cây.
Sợi quang trong PON cũng có thể là các liên kết đa sợi. Một liến kết được
thực hiện với một băng sợi, hay một bó gồm khoảng cả tá, hay thậm chí cả trăm
sợi quang. Đặc điểm này giới thiệu rõ ràng một số lượng lớn tùy chọn các đường
xen kẽ nhau, mà có thể được chọn ghép kênh phân chia theo không gian. Theo
cách này kĩ thuật đa sợi quang có thể thực hiện hiệu quả WDM, để bù sự khan
hiếm bước sóng (khoảng vài tá) mà dùng cho các công nghệ mạng quang ngày
nay.
Hình 7.11 Định tuyến trong LLN
Trong topo mạng lưới PON, chúng ta có hai cách chọn định tuyến cơ bản:
là định tuyến đường ngắn nhất và định tuyến rooted (rooted routing)
LLN có thể thiết lập các phân hệ mạng, như trong mạng LLN cơ bản
68
, và
LLN với dùng lại băng tần. Trong LLN truyền thống, định tuyến các tín hiệu
quang trong phân hệ được thực hiện định tuyến đường ngắn nhất, như mô tả trong

hình 7.11. Nếu A phát, sau đó định tuyến theo hình 7.11(a). Nếu C phát thì định
tuyến theo hình 7.11(b). Nói chung, một broadcast-tree riêng biệt được kết hợp với
nguồn, cái cây này bao gồm tất cả các trạm và có thể “nghe thấy” nguồn. Các
LDC được cấu hình để hỗ trợ như các broadcast-tree. Mặc dù vậy, phương pháp
này cũng có hạn chế nếu tài nguyên phân hệ mạng được chia sẽ dùng lược đồ các
11
đa truy nhập phân chia theo thời gian hay đa truy nhập phân chia theo thời gian và
bước sóng (TDMA và T/WDMA). Vấn đề này là khó khăn trong việc phối hợp và
đồng bộ truyền dẫn. Vấn đề đồng bộ là khó khăn bởi vì trong LLN không có điểm
đơn nào đồng bộ(như cấu hình broadcast-star), bởi vậy truyền dẫn phải được đồng
bộ không chỉ cho một node mà cho nhiều node. Hơn nữa, các yêu cầu đồng bộ có
thể xung đột, cho nên phải làm sao cho nó đạt được hiệu quả tối ưu chia sẻ các
kênh
48
.
Trong tài liệu tham khảo 48, vấn đề đồng bộ được giải quyết với phương
pháp định tuyến rooted (rooted routing), mà cậy được xây dựng cho mỗi nguồn
như là một broadcast tree cho tất cả các đích (hình 7.10) . Nhưng ở đây, các cây
chia sẻ cùng một gốc (thật ra, là chồng chéo lên nhau). Ưu điểm chính của phương
pháp định tuyến routed này là gốc được hình dung như là một điểm đồng bộ cho
tất cả truyền dẫn. Dựa vào điều này, thì điều này trở nên dễ dàng hơn nhiều cho
việt phối hợp truyền dẫn từ các nguồn, trong lược đồ TDMA hay T/WDMA, làm
trong mạng hình sao. Sự suy giảm do trễ lan truyền và suy giảm ,công suất đối với
định tuyến shorteest path, nhưng nó chỉ ra rằng sự suy giảm này trở nên không
đáng kể khi kích thước mạng phát triển. Cuối cùng, một vấn đề để đánh được địa
chỉ trong định tuyến rooted (rooted routing) là chọn lựa node gốc. Rõ ràng, node
gốc phải được chọn để mà đường ngắn nhất từ trạm đến gốc là nhỏ nhất. Chọn
node gốc thật sự, có thể được đạt được với các thuật toán center-of-mass trong
mạng lưới.
Bala et al

23
đề nghị phương pháp khác cho việc dùng LLN. Thay vì thiết lập
các mạng tĩnh (vd: dùng các định tuyến tĩnh), một đường quang được thiết lập
động cho kết nối chuyển mạch kênh giữa một đôi trạm bởi cấu hình các LDC do
mạng điều khiển ngoài băng. Trong phần này, các LDC không chọn lọc bước sóng
được dùng, các tín hiệu khác (bước sóng) được cho phép chia sẻ trên cùng một sợi
quang. Bởi vì các LDC là không chọn lọc bước sóng, các tín hiệu kết hợp trên một
sợi quang không thể phân biệt với LLN. Điều kiện này có thể dẫn đến tình huống
cùng tín hiệu được tách ra thành nhiều đường trên mạng và sau đó kết hợp lại trên
một tuyến. Yêu cầu đặc biệt trên các kết nối thiết lập là giảm nhiễu giao thoa tín
hiệu không mong muốn. Thuật toán cho việc định tuyến động trong LLN đã được
nói đến trong tài liệu tham khảo 23. Trong tài liệu tham khảo 19, các thuật toán
định tuyến động cho các kết nối multicast cũng được đề cập đến.
Mạng truyền dẫn chọn lọc bước sóng, nói đến trong tài liệu tham khảo 42
và 43, dùng định tuyến bước sóng tĩnh để phân phối tín hiệu giữa các trạm. Trong
mạng này, các router bước sóng được sắp xếp theo dạng hình sao, bus hay vòng
sao cho tái sử dụng các bước sóng. Các trạm nguồn gửi các bản tin đến nhiều đích
trên cùng một bước sóng cụ thể cho trước.
Single-hop Interconnection (SHI) là một mạng PON tĩnh mà cung cấp
truyền thông giữa một cặp trạm. Tham khảo tài liệu 17 chỉ ra cáp nối giữa các
trạm như thế nào và trao đổi bản tin của chúng với hiệu suất cao (mà bản chất vẫn
là mạng PON). Mạng PON này dùng bộ ghép nối hình sao quang và nhiều bộ thu
phát trên cùng một trạm. Khi có một trạm nguồn muốn truyền bản tin của nó đến
12
một trạm đích, nó chọn một bước sóng phát để đưa bản tin lên một đường riêng
biệt và một khe thời gian trong suốt nó truyền bản tin. Birk
18
trình bày ba giai
đoạn: hình sao, cáp và một lược đồ truyền dẫn cho phép SHI để cho phép log
2

N
bản tin trao đổi đồng thời trong một khe thời gian. Bởi vì topo vật lý là tĩnh, mạng
định tuyến các bản tin đơn thuần là chọn truyền dẫn khi dùng. Trong kiểu single-
hop không thể truyền multicast.
Định tuyến trong Single-hop Networks dùng các kĩ thuật khác nhau. Các
mạng này thường dùng PON, mà yêu cầu không có thông tin điều khiển trong
băng định cấu hình. Mạng này thường luôn luôn tĩnh hay giả tĩnh, với việc định
cấu hình lại hay tinh chỉnh ít xảy ra. Nếu các đường single-hop là cố định, thì một
trạm nguồn khởi tạo kết nối dựa trên một danh bạ của nó. Nếu các đường này có
thể thay đổi, thì một nguồn phải hỏi server cung cấp phương pháp định tuyến. Do
mạng Single-hop Network thường xuyên sử dụng chuyển mạch kênh cho việc trao
đổi bản tin nên các kĩ thuật định tuyến đôi khi tương tự các phương pháp đa truy
cập trong các mạng nội hạt đa kênh.
7.6 Các mạng quang đa chặng
Mạng quang đa chặng mang một bản tin từ nguồn tới đích thông quang các
chuyển mạch điện tử tức thời. Các mạng quang đa chặng được phân biệt với các
mạng liên kết quang bởi việc sử dụng nhiều bước sóng. Một mạng quang đa chặng
điển hình được gắn trong một PON, trong đó WDM có vai trò phân bổ các tín hiệu
giữa các trạm. Hệ thống này có thể khai thác một cách hiệu quả hơn các hệ thống
sóng ánh sáng, như là có thể ghép nhiều kênh tốc độ cao trong một sợi quang đơn
mode. Mạng quang đa chặng hoàn chỉnh được minh hoạ trong hình 7.12.
Hình 7.12 Mạng quang đa chặng
Mạng quang đa chặng được mô tả bởi một cấu hình vật lý, bao gồm các
trạm và các liên kết thực sự, và một cấu hình ảo, là kết nối logic giữa các trạm.
Các cấu hình vật lý và cấu hình ảo không phụ thuộc lẫn nhau.
Tiền thân của mạng quang đa chặng là ShuffleNet (mạng con thoi). Đây là
một mạng đa kênh với một cấu hình vật lý PON và một cấu hình ảo dịch quay
vòng. Mỗi trạm có p máy phát và p máy thu (thường thì p = 2) được điều chỉnh để
thu được đồ thị liên kết ShuffleNet. Đồ thị ShuffleNet (p, k) cấu tạo bởi kp
k

trạm,
tức là k tầng, mỗi tầng có p
k
trạm, các trạm của mỗi tầng được kết nối tới các trạm
của tầng bên dưới do p lần xê dịch đầy đủ. ShuffleNet có thể được gắn trong mạng
PON bất kỳ, bao gồm bus tuyến, cấu trúc sao ở trung tâm và cây. Hình 7.13 biểu
diễn một cấu hình ảo ShuffleNet (nhị phân) 8 trạm gắn trong một cấu hình vật lý
13
hình sao. Mỗi kênh WDM được phát tới một máy phát đơn và một máy thu đơn,
tổng cộng là pN kênh, trong đó N là mật độ trạm. Các trạm giống như các node
định tuyến, thực hiện chuyển đổi quang điện, bộ đệm, và chuyển mạch gói.
Hình 13
Có nhiều biến thể của mạng ShuffleNet. Cấu hình ảo của một mạng quang
đa chặng có thể bị thay đổi bởi sự điều hướng các bộ thu phát (tại thời điểm lắp
đặt mạng, hoặc khi mạng đang sẵn sàng hoạt động, nếu các trạm có các bộ thu
phát có thể điều hướng được). Mạng quang phân chia theo bước sóng (WON) là
mạng mở rộng của ShuffleNet trong đó các trạm có các bộ thu phát có thể điều
hướng chậm được sử dụng để xác định lại cấu hình ảo mỗi khi cần cải thiện hiệu
suất hoặc thiết lập lại kết nối. Mạng quang đa chặng kênh chia sẻ cho phép nhiều
trạm được phân phối tới một kênh WDM đơn (và yêu cầu một thuật toán giải
quyết xung đột đối với kênh chia sẻ), làm giảm bớt yêu cầu về mức độ cao của
WDM được sử dụng trong ShuffleNet kênh chuyên dụng. Ghép kênh sóng mang
con theo tần số vô tuyến cũng được sử dụng để điều chế các bước sóng và tạo nên
một mạng đa chặng đa kênh.
Dấu hiệu phân biệt của các mạng quang đa chặng là việc sử dụng đồng thời
cấu hình vật lý và cấu hình ảo, và cả 2 về bản chất không phụ thuộc lẫn nhau. Cấu
hình vật lý thường là 1 PON, như là cấu hình cây, bus hoặc sao quảng bá và lựa
chọn; và cấu hình ảo có thể là dạng của đồ thị định hướng p-regular (nghĩa là đồ
thị trong đó tất cả các node có p đầu vào và p đầu ra tạo thành hình cung). Xê dịch
theo một vòng tròn khép kín, đồ thị deBruijn, siêu luỹ thừa bậc 3 (hypercube), và

torus là các cấu hình ảo thường gặp với các đặc điểm toán học hữu ích đã được
nghiên cứu rộng rãi. Các topo này có các đặc điểm rất có lợi cho việc định tuyến.
Các mạng đa chặng hỗ trợ khác tốt cho chuyển mạch gói, các dịch vụ
datagram. Tuy nhiên, khó có thể đảm bảo băng thông hay đạt được độ trễ định ra
khi các gói phải đi qua nhiều chặng và cạnh tranh nguồn với các gói khác. Truyền
dẫn broadcast và multicast cũng khó thực hiện, trừ khi sử dụng chia sẻ kênh.
Nhìn thoáng qua thì vấn đề định tuyến trong các mạng quang đa chặng
dường như không khác gì so với định tuyến trong các mạng liên kết quang, vì các
mạng này về bản chất là các node định tuyến lưu trữ-và-chuyển tiếp được liên kết
bởi các kênh logic hay các liên kết vật lý. Tuy nhiên, trong mạng quang đa chặng
xuất hiện một vấn đề định tuyến khác. Định tuyến trong các mạng này có bản chất
là chuyển mạch gói, nhưng cái khác ở đây là vấn đề định tuyến lại đi kèm với vấn
đề thiết kế cấu hình ảo. Xét sâu hơn nữa thì sự khác nhau càng trở nên rõ ràng
hơn: các kênh không được hoạt động song song với nhau, vì đồ thị định hướng
bên dưới của cấu hình ảo kết hợp một hướng rõ ràng với mỗi kênh, và ảnh hưởng
của lỗi trong một phần của cấu hình vật lý có thể khá rộng, ảnh hưởng tới một tấp
các kênh ảo, trái ngược hẳn với lỗi liên kết đơn giản trong các mạng liên kết
quang.
14
ShuffleNet cơ bản sử dụng định tuyến lưu trữ-và-chuyển tiếp đơn giản với
các tuyến đường ngắn nhất. Tuyến này kéo dài từ nguồn tới đích đã được fix sẵn.
Ý tưởng này đã được tiếp tục phát huy, thuật toán định hướng tuyến cố định hoàn
toàn cân bằng tải lưu lượng trên tất cả các liên kết của ShuffleNet kênh chia sẻ với
các trạm thu phát đơn khi lưu lương yêu cầu là giống nhau. Tại mỗi chặng, thuật
toán này kiểm tra một bit đơn của địa chỉ đích (ShuffleNet nhị phân), sử dụng giá
trị của nó để quyết định bản tin có được lặp lại hay không. Do nguyên tắc định
tuyến đối với việc lặp các gói tin là “đẳng hướng”, nghĩa là các đích của các gói
tin được lặp coi như cùng không quan tâm tới trạm nào đang thực hiện việc định
tuyến, trên tất cả các liên kết thì số lượng các gói được lặp trên một đơn vị thời
gian là giống nhau – nghĩa là tải liên kết hoàn toàn cân bằng. Mặc dù có thể sử

dụng cùng thuật toán trong ShuffleNet kênh chuyên dụng, nhưng không thể đảm
bảo cân bằng tải liên kết. Tuy nhiên, trên thực tế, có thể chấp nhận tải liên kết cân
bằng khi các thuật toán được sử dụng trong ShuffleNet kênh chuyên dụng có lưu
lượng đồng nhất.
Các topo ảo đã được kết cấu như ShuffleNet có lợi thế về mật độ, nghĩa là
số lượng node N tương ứng với đường kính D đưa ra (chính là độ dài cực đại của
tuyến đường ngắn nhất giữa tất cả các cặp node) trong đồ thị kép mức p (tức là,
một đồ thị song hướng trong đó mỗi node có p đầu vào và p đầu ra tạo thành hình
cung) đạt tới cái gọi là biên giới Moore:
N =
1
1
1
−
−
+
p
p
D
Các cấu hình ảo dày đặc – trong đó số lượng node đạt tới biên giới Moore
với đường kính đã định – là các cấu hình mong muốn đối với việc định tuyến, vì
tuyến đường ngắn nhất từ một node này tới node khác biến đổi nhiều do sự đảo
mật độ của đồ thị. Do đó, cấu hình ảo dày đặc có xu hướng có độ trễ chậm với lưu
lượng đồng nhất ánh sáng, nếu định tuyến đường ngắn nhất được sử dụng. Trong
reference 66 đã so sánh đồ thị Bruijn và ShuffleNet. Do mật độ dày hơn
ShuffleNet, đồ thị Bruijn đạt được độ trễ thấp hơn ShuffleNet về lưu lượng ánh
sáng, nhưng ShuffleNet phân phối lưư lượng qua các kênh công bằng hơn, cung
cấp thông lượng cao hơn so với đồ thị Bruijn. Trong reference 16 - các cấu hình ảo
GEMNET và MRNET, việc sử dụng mật độ cao của ShuffleNet và đồ thị Bruijn
tạo ra độ trễ thấp hơn và thông lượng cực đại cao hơn, so với ShuffleNet và

Bruijn, khi sử dụng thuật toán định tuyến đường ngắn nhất chuyên dụng.
Trong reference 5 thuật toán định tuyến cân bằng được đưa ra trong
reference 44 được sử dụng trong ShuffleNet kênh chuyên dụng và cung cấp thông
lượng mạng cao hơn đáng kể so với việc định tuyến qua các tuyến đường ngắn
nhất được lựa chọn tuỳ ý. Có thể thấy sự so sánh này trên đồ thị hình 7.14. Mặc dù
cả 2 thuật toán đều đạt được độ trễ không thể phân biệt được dưới lưu lượng đồng
nhất ánh sáng có điều chỉnh nhưng thuật toán định tuyến cân bằng có thể đẩy
được gấp đôi lưu lượng qua mạng, vì nó hiệu quả hơn trong việc tránh hiện tượng
nút cổ chai trên các kênh.
15
Hình 7.14 Ảnh hưởng của các giao thức định tuyến lên hiệu suất của
ShuffleNet 64-trạm với lưu lượng đồng nhất
Mặc dù các cấu hình ảo như ShuffleNet và đồ thị Bruijn khá hấp dẫn nhưng
thực tế khó mà tạo được cấu hình ảo tĩnh. Chẳng hạn như, trong ShuffleNet 2048
trạm, nếu mỗi trạm có độ khả dụng 0.999, thì tất cả các trạm sẽ hoạt động đồng
thời dưới 13% thời gian. Việc tin cậy vào một cấu hình như vậy là không thực tế.
Hơn nữa, các topo ảo có cấu trúc có thể thiếu sự điều chỉnh để thích hợp với mật
độ phát triển không ngừng của các trạm, vì “ngành số học” yêu cầu các cấu hình
chuyên dụng của các trạm. Do đó, người ta đã đưa ra các giải pháp khác cho việc
định tuyến và thiết kế topo ảo.
Trong các reference 5, 6, 7, và 12 đã nghiên cứu các vấn đề về định tuyến
và thiết kế topo ảo trong WON đa chặng. Thuật toán Simulated-annealing và các
thuật toán phát sinh được sử dụng để cải thiện các topo ảo cả về độ trễ và thông
lượng. Thuật toán như vậy sẽ được thực hiện theo định kỳ trong một trung tâm
quản lý mạng để đáp ứng những sự thay đổi lâu dài về lưu lượng. Kết quả (mẫu)
đạt được trong reference 5 bằng việc ứng dụng Simulated-annealing trong các
mạng 64 trạm được biểu diễn trong hình 7.15 (đơi với lưu lượng đồng nhất) và
hình 7.16 (đối với lưu lượng không đồng nhất). Ma trận lưu lượng không đồng
nhất sử dụng trong ví dụ được tạo ra bằng cách coi các đầu vào của mạng quang
đa chặng trận là các biến ngẫu nhiên Bernoulli độc lập. Các mạng này bao gồm

các trạm được bố trí một cách ngẫu nhiên qua một vùng địa lý bán kính 50km. Tất
cả các tuyến đều là những tuyến đường ngắn nhất, và không có sự rẽ nhánh dọc
theo nhiều tuyến. Các thuật toán này được ứng dụng vào các mạng WON kênh
chia sẻ và kênh chuyên dụng lên tới 196 trạm, và việc cải thiện đáng kể cả về độ
trễ và thông lượng cực đại đã được chứng minh bằng việc so sánh các mạng này
với ShuffleNet.
ShuffleNet định tuyến không cân bằng
ShuffleNet định tuyến cân bằng
2.5
3.0
2.0
Trễ (ms)
0 5 10 25
tải lưu lượng (Gb/s)
16
Việc định tuyến đường ngắn nhất đa đường trong ShuffleNet và các topo ảo
khác đã được nghiên cứu trong các reference. Trong các nghiên cứu này thì định
tuyến được rẽ nhánh mặc dù không thích hợp. Mục tiêu là để tối thiểu hoá liên kết
được sử dụng tối đa (được gọi là tiêu chuẩn tối đa) và bằng cách đó ra độ trễ gói
tin thấp hơn hay xác suất xảy ra tắc nghẽn. Vấn đề định tuyến và thiết kế topo ảo
thuộc 2 mảng, đó là vấn đề kết nối và vấn đề định tuyến. Vấn đề kết nối là vấn đề
lập trình tuyến tính nguyên nhằm tối thiểu hoá lưu lượng được mang qua các
chặng đơn; những ràng buộc về tính nguyên không quá khắt khe, và thuật toán đơn
công được áp dụng. Do chứ năng thực hiện mục tiêu mini-max có thể được tuyến
tính hoá, việc định tuyến cũng có thể được miêu tả như một chương trình tuyến
tính. Thuật toán đầy đủ trước tiên giải quyết các vấn đề về kết nối và định tuyến,
sau đó nâng cấp phase trong đó cấu hình ảo bị tác động cho đến khi tìm thấy một
giải pháp cải tiến.
Hình 7.15 So sánh giữa trễ trong ShuffleNet và các mạng WON tối ưu hoá với
lưu lượng đồng nhất

cấu hình ảo tối ưu hoá cho thông lượng
cấu hình ảo tối ưu hoá đối với trễ
2.0
3.0
1.0
Trễ (ms)
0 5 10 25
tải lưu lượng (Gb/s)
ShuffleNet
17
3.0
Hình 7.16 So sánh giữa trễ trong ShuffleNet và các mạng WON tối ưu hoá với
lưu lượng không đồng nhất
Định tuyến nguồn (định tuyến sử dụng tiêu đề gói tin) là một cách đơn giản
để định tuyến các gói tin trong WON. Không cần bảng định tuyến, và việc chuyển
mạch được thực hiện đơn giản bởi chỉ yêu cầu xử lý trường liên quan tới tiêu đề
địa chỉ. WON phải sử dụng giao thức phát hiện để tìm ra tuyến đường ngắn nhất
giữa nguồn và đích. Các tuyến giữa tất cả các cặp trạm phải được duy trì bởi một
máy chủ định tuyến (route server), và các trạm có thể yêu cầu các tuyến khi cần.
Các tuyến được sử dụng thường xuyên sẽ được lưu trữ cho việc sử dụng trong
tương lai. Trong reference 8 và 9 đã nghiên cứu việc kết hợp định tuyến nguồn và
định tuyến đường vòng. Định tuyến đường vòng gửi một bản tin qua một liên kết
kế tiếp khi bản tin tới một bộ chuyển mạch nhận thấy liên kết đầu tiên bận; bản tin
này sau đó sẽ được đưa trở lại bộ chuyển mạch với số chặng ít nhất có thể. Khi đã
quay lại bộ chuyển mạch, nó lại nỗ lực thực hiện quá trình tới đích. Việc định
tuyến đường vòng dễ dàng kết hợp với định tuyến nguồn: khi một bản tin đi vòng
bởi một bộ chuyển mạch, bộ chuyển mạch chỉ cần chèn vào một chuỗi các chặng
để đưa bản tin quay trở lại bộ chuyển mạch. Cơ chế này được thực hiện khá đơn
giản trong phần cứng, không cần yêu cầu bảng đinh tuyến hay khả năng tra cứu
nhanh. Công việc đưa ra những thủ tục cấu trúc nên các topo ảo phù hợp với định

tuyến đường vòng bằng cách cung cấp những tuyến hồi tiếp rất ngắn tại mỗi trạm.
Cấu trúc của các mạng tương tự, được gọi là “go-back”, được xét trong reference
20.
Trong một mạng WON, các linh kiện (như laze và các bộ lọc) chỉ điều
chỉnh một phần băng thông hệ thống. Mở rộng công việc của mình sớm hơn,
cấu hình ảo tối ưu hoá cho thông lượng
Cấu hình ảo tối ưu hoá đối với trễ
2.0
1.0
Trễ (ms)
0 5 10 25
tải lưu lượng (Gb/s)
ShuffleNet
18
Labourdette và Acampora đã xem xét đến các vấn đề về thiết kế topo ảo và định
tuyến khi khả năng điều chỉnh bộ thu phát có giới hạn. Thủ tục để giải quyết vấn
đề này tương tự như thủ tục được sử dụng trong reference 54, nhưng kểt quả thu
được khá khác nhau. Khi các bộ thu phát có dải điều chỉnh trong mức giới hạn thì
cấu hình và chính sách định tuyến đưa ra thường đạt hiệu năng kém hơn
ShuffleNet với cùng chính sách định tuyến chuẩn. Chỉ khi dải điều chỉnh được mở
rộng thì nó mới hoạt động tốt hơn ShuffleNet.
Một sự mở rộng khác , đã được báo cáo trong reference 56, là tìm ra cách
đánh giá lại topo ảo và các bản tin định tuyến lại mà không cần xem xét đến toàn
bộ mạng. Để đạt được mục đích này, người ta đã thử một vài thuật toán xem mỗi
thuật toán yêu cầu bao nhiêu hồi tiếp phát sinh khi chuyển tiếp từ topo ảo ban đầu
tới topo ảo mới. Về cơ bản, các thuật toán đều đưa ra lích trình hồi tiếp mà độ dài
của nó tăng tuyến tính với số trạm. Khi một mạng được cấu hình lại, thủ tục định
tuyến phải đưa vào tính toán các tuyến đường mới tạo ra, do đó thiết lập các đầu
vào bảng định tuyến mới tương ứng với cấu hình mới.
Trong reference 52, Karol và Shaikh nghiên cứu một thuật toán định tuyến

thích nghi có ưu điểm hơn so với topo trụ của ShuffleNet và nhiều tuyến đường
ngắn nhất luân phiên của nó. Thuật toán này luôn luôn định tuyến các bản tin với
các tuyến ngắn nhất luân phiên qua liên kết ít tắc nghẽn nhất. Khi một bản tin có
duy nhất một liên kết được ưu tiên dẫn tới bộ chuyển mạch, nó được “bơm” tới
liên kết được sử dụng ít nhất theo tiêu chuẩn “hàng đợi ngắn nhất + độ lệch”. Các
thuộc tính đặc biệt của cấu hình ShuffleNet giúp cho nó quyết định một cách dễ
dàng hơn việc bản tin có các tuyến đường luân phiên từ bộ chuyển mạch tới đích
của nó hay không. Cơ chế định tuyến thích nghi này đã cải thiện hiệu suất đáng kể
so với thuật toán ShuffleNet đinh tuyến cân bằng, đặc biết trong việc giảm những
biến đổi về đọ dài hàng đợi bộ đệm đầu ra. Trong reference 46 cũng đã nghiên cứu
định tuyến thích nghi trong ShuffleNet, trong đó nhấn mạnh hiếu suất của nó đôi
với tải lưu lượng không đồng nhất.
Còn một số vấn đề tồn tại trong các mạng đa chặng. Trong các mạng này,
những thao tác trong chuyển mạch kênh không thực hiện được nhiều. Reference
25 đưa ra giải pháp TDM tương tự chuyển tiếp tế bào ATM. Vấn đề multicasting
không được khảo sát rộng rãi. Trong trường hợp này có thể sử dụng multicasting
đối với lớp mạng. Định tuyến hội tụ, được đưa ra đầu tiên để hỗ trợ cho việc tích
hợp lưu lượng và multicasting trong Metanet, cũng có thể ứng dụng cho các mạng
quang đa chặng. Các giao thức Metanet dựa trên việc phân phối toàn bộ xung, sử
dụng một cấu trúc khe thời gian trên mỗi link để tách luư lượng thời gian thực và
không thực thành hai luồng riêng biệt. Metanet đưa vào cấu hình vật lý của nó một
mạch Ơle, mạch này có thể đến mỗi trạm ít nhất một lần và được gọi là vòng ảo.
Một mạch như vậy được bảo vệ để tồn tại trong một topo ảo cân đối. Các kênh
tham gia vào vòng ảo được gọi là các liên kết vòng (ring link), và tất cả các kênh
được gọi là các liên kết chuỗi. Lưu lượng thời gian thực được gửi đi dọc theo các
tuyến cố định trong mạng. Tuyến mặc định của lưu lượng không theo thời gian
thực là các đoạn ngắn nhất của vòng ảo, nhưng có thể xảy ra 2 trường hợp lối tắt
19
nếu chúng không gây cản trở đối với lưu lượng thời gian thực. (1) nếu có một liên
kết chuỗi giữa các trạm trong vòng làm rút ngắn tuyến đương, hoặc (2) nếu bản tin

có thể loại bỏ các chặng trong vòng bằng cách đi ra khỏi trạm thông qua một liên
kết đầu ra khác với chặng kế tiếp trong vòng. Để điều đa hướng một bản tin, các
nguồn phát đi bản tin đó trong vòng ảo, do đó mỗi nơi nhận có thể copy và chuyển
tiếp nó khi nó đi qua, và nguồn này sẽ xoá bản tin khi nó đã đi hết một vòng.
Các mạng quang đa chặng có nhiều điểm chung với các mạng chuyển mạch
gói thông thường. Do đó, các thuật toán định tuyến của chúng thường tương tự
nhau. Điểm phân biệt về nguyên lý là các mạng quang đa chặng có thể sắp xếp lại
các topo ảo của chúng. Nhiều hàm định tuyến do đó được gộp vào dưới sự quản lý
topo, để tránh tắc nghẽn, phát hiện lỗi, và tối ưu hoá hiệu năng. Cho đến nay các
mạng quang đa chặng vẫn còn gặp nhiều khó khăn giống như các mạng chuyển
mạch gói thông thường trong việc cung cấp các dịch vụ multicast và chuyển mạch
kênh.
7.7 Các mạng quang lai ghép ( Hybrid Optical Networks):
Các mạng đơn chặng (single-hop) hỗ trợ rất tốt các dịch vụ truyền dẫn thời
gian thực, lưu lượng yêu cầu trễ nhỏ (như thoại và video), tuy nhiên chúng lại kém
hiệu quả trong chuyển mạch gói, đặc biệt là sự bùng nổ lưu lượng của các dịch vụ
không yêu cầu thời gian thực. Mặt khác, các mạng chuyển mạch gói đa chặng
(multihop) lại rất thích hợp để truyền dẫn lưu lượng bùng nổ nhưng không đảm
bảo được giới hạn trễ và băng thông dành riêng được yêu cầu bởi lưu lượng thời
gian thực. Một giải pháp để giải quyết vấn đề trên là kết hợp mạng single-hop và
multi-hop thành 1 mạng thống nhất gọi là mạng lai ghép (hybrid network).
Như vậy mạng quang hybrid là mạng bao gồm cả hai mạng single-hop và
multi-hop. Khái niệm mạng hybrid là sự kết hợp một mạng con single-hop và một
mạng con multi-hop,được minh họa ở hình 7.17. Dựa trên nguyên lý các mạng
single-hop hỗ trợ chuyển mạch kênh rất tốt và các mạng multi-hop hỗ trợ chuyển
mạch gói rất tốt nên ưu điểm của mạng quang hybrid là nó điều khiển tích hợp lưu
lượng rất tốt. Tuy nhiên, dịch vụ chuyển mạch kênh của mạng con single-hop phụ
thuộc vào báo hiệu ngoài băng và điều khiển để quản lý (như thiết lập và phá bỏ)
các kênh của chính mạng con đó. Điều này là cần thiết cho mạng báo hiệu ngoài
băng và bởi vì các chức năng quản lý mạng có thể chấp nhận những sự thay đổi

trễ, một mạng con chuyển mạch gói multi-hop có thể đáp ứng những yêu cầu cho
cả mạng điều khiển ngoài băng và mạng truyền tải không yêu cầu thời gian thực.
Các mạng quang hybrid kết hợp các kỹ thuật định tuyến của các mạng single-
hop và multi-hop nhằm cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh và gói. Mạng con
multi-hop cung cấp các phương tiện cho việc chuyển đổi các bản tin mà không
giới hạn thời gian. Các dịch vụ loại này bao gồm lưu lưọng bùng nổ mà có thể
chấp nhận dịch vụ vận chuyển nỗ lực tối đa (best-effort), lưu lượng quản lý mạng
và báo hiệu ngoài băng để quản lý các kết nối trong mạng con single-hop. Tuy
nhiên, trong một vài mạng (đã được giới thiệu trong các tham khảo 21 và 26) có
20
thể sử dụng truyền tải multi-hop để làm giảm vấn đề tắc nghẽn khi không có một
đường dẫn single-hop nào được tìm thấy từ nguồn đến đích, trong trường hợp này
mạng cố gắng thiết lập một đường dẫn multi-hop.
Trong các tài liệu tham khảo 21 và 26, một mạng quang hybrid được đề
xuất sử dụng các đường dẫn quang (lightpaths) hoặc các đường dẫn single-hop
(single-hop paths) giữa hai trạm để truyền thông tin. Lưu lượng chuyển mạch kênh
yêu cầu một đường dẫn quang từ nguồn đến đích, nhưng lưu lượng chuyển mạch
gói có thể sử dụng chuỗi bao gồm nhiều đường dẫn quang (với chuyển mạch ở các
node trung gian). Mạng trong tài liệu 26 (gọi là Lightnet) dựa trên chuyển mạch
không gian quang kết nối với các bộ ghép kênh và phân kênh theo bước sóng.
Trong khi đó mạng tham khảo 21 thì sử dụng các AOTF để thực hiện các kết nối
chéo WDM ( WDM cross-connects). Do cấu hình các node chuyển mạch nên sự
đa dạng của các cấu trúc ảo được đưa vào bên trong mạng vật lý. Có 2 cách để
dịnh tuyến trong các mạng thuộc kiểu Lightnet : cách thứ nhất là thiết lập các
đường dẫn quang theo yêu cầu, cách thứ hai là thiết lập 1 cấu trúc ảo và sử dụng
định tuyến đa bước nhảy (multi –hop routing). Trong thực tế, cả hai cách này có
thể kết hợp để tạo ra một mạng hydrid thực sự với các mạng con dành cho chuyển
mạch kênh và gói. Cách tiếp cận này thiết lập 1 cấu trúc multi-hop mà sử dụng
một phân đoạn của các bước sóng khả dụng của mạng và dự trữ các bước sóng còn
lại cho chuyển mạch kênh động ( dynamic circuit switching). Cách để đưa các cấu

trúc ảo đã được chỉ ra trong tài liệu tham khảo 27, trong đó việc sử dụng các cấu
trúc toroidal và hypercube được nhấn mạnh. Cấu trúc vật lý đầu tiên được sắp xếp
vào trong 1 phiên bản tuyến tính của mạng và sau đó các trạm sắp xếp theo trật tự
tuyến tính được kết nối bởi các bước sóng khả dụng để tạo nên cấu trúc ảo mong
muốn. Thủ tục có thể đưa vào các cấu trúc chuyên dụng mà không sử dụng quá số
lượng các bước sóng được quy định. Cho một tập các bước sóng rỗi và một mạng
tuyến tính, vấn đề là tìm các đường dẫn quang giữa các trạm để khởi xướng một
cuộc gọi. Các thuật toán heuristic (tìm kiếm) tập trung và phân tán dùng cho các
đường dẫn quang đang thiết lập (là một vấn đề khó tính toán) đã được phân tích
trong tham khảo 26. Thuật toán heuristic là thuật toán cần thiết, phù hợp nhất để
tìm ra bước sóng khả dụng nhất cho một đường dẫn quang. Hiệu năng của cả hai
thuật toán tập trung và phân tán có khả năng so sánh được, hiệu năng của thuật
toán tập trung tốt hơn thuật toán phân tán . Việc mô phỏng 1 vài mạng đã xác
nhận rằng các thuật toán thiết lập đường dẫn quang chỉ thực hiện tốt hơn rất ít
bước sóng cho phép chuyển đổi.
Kết hợp 2 phương pháp ghép kênh phân chia theo không gian và bước
sóng, mạng cây đa sợi quang sẽ định tuyến các tín hiệu giữa các node trong một
cuộc gọi cơ sở. Mạng con single-hop có thể được xem như 1 cây cáp bao gồm các
cây sợi quang. Mỗi một cây sợi quang( fiber plant) là một phương tiện quảng bá
đầy đủ mà có thể được chọn bởi một nhóm các trạm của mạng. Việc hạn chế số
lượng các trạm để chọn một cây sợi quang là theo yêu cầu để tránh lãng phí quá
nhiều công suất quang. Hơn nữa, mỗi cây sợi quang điều khiển một vài kênh
WDM theo yêu cầu. Trong trường hợp này chúng ta có thể giả thiết rằng cấu trúc
21
vật lý là một cây, mà cấu trúc này bao phủ B cây sợi đơn (single- fiber) ( B là số
các sợi quang trong một bó đa sợi quang). Khi cây lớn dần thì số các mức trong
cây cũng tăng theo và vì thế sẽ suy hao rất nhiều (giả thiết rằng tất cả đường dẫn
được định tuyến qua gốc). Có một cách có thể làm giảm suy hao, và vì vậy tránh
dùng bộ khuyếch đại quang đắt tiền. Bằng cách chia nhỏ số lượng trạm thành các
nhóm và liên kết chúng lại với nhau với các cây nhỏ hơn (vì vậy sẽ giảm suy hao).

Rõ ràng, chúng ta vẫn muốn duy trì hoàn toàn tính kết nối, vì chúng ta muốn kết
nối tất cả các trạm để truyền thông với cái khác. Vì vậy các nhóm trạm cần xếp
chồng lên nhau và cần có đủ các nhóm rỗi cho mỗi cặp trạm, ít nhất là một nhóm
(Hình 7.18).
Cấu trúc cây con là do tham gia định tuyến và vấn đề phân chia, cấu trúc này
cùng với vấn đề trước đó là thiết kế tổ hợp được gọi là vấn đề set-covering mà rất
khó để giải quyết chính xác. Giải pháp trực giác, mặc dù không tối ưu, đã được
giới thiệu và phân tích tổng quát trong tham khảo 14. Các cây con được định tuyến
bởi việc lắp đặt chính xác các chuyển mạch và việc sử dụng các bộ ghép nhị phân
và các sao phản xạ trong các node của cây đa sợi. Trong trường hợp nghiên cứu ở
tham khảo 14, hơn 2000 trạm được kết nối mà không khuếch đại, 256-cây cáp
quang.
Việc lắp đặt các kết nôí chuyển mạch kênh trong mạng cây đa sợi là được hỗ
trợ bởi một trạm tập trung, giữ đường dẫn sử dụng của các kênh WDM trên các
cây quang của mạng con single-hop. Tuần tự, cho một cơ sở dữ liệu nhỏ của các
trạm có thể truy nhập các cây quang, 1 trạm nguồn có thể tìm kiếm 1 kênh WDM
rỗi trong 1 cây sợi quang, để nó truy nhập đến trạm đích và khai báo với trạm đích
mà nó đã tìm ra bởi các phương tiện của mạng con multi-hop. Mạng quang đa mức
(multilevel optical network – MONET), mạng quang lai ghép (hybrid optical
network – HONET) và mạng đa truy nhập phân chia theo thời gian và bước sóng
(time and wavelength division multiaccess network – T/WDMA) sử dụng các giao
thức quản lý kết nối tương tự như mạng cây đa sợi nhưng chúng sử dụng các loại
mạng con single-hop khác nhau. Ở đây, chúng ta chỉ thảo luận mạng single-hop
T/WDMA sử dụng băng thông để mang một số kênh với số lượng không nhiều.
Các kênh WDM được chia thành các khung, các khung này được chia nhỏ hơn
thành các khung con và các khung con này được chia nhỏ hơn thành các khe
(slots). Các trạm có một máy phát đơn với bước sóng cố định và hai hoặc nhiều
hơn các máy thu thì có thể điều chỉnh toàn bộ khoảng cách của các kênh WDM.
Các máy thu dựa trên các AOTF để điều chỉnh thời gian của một khung con và có
thể được yêu cầu để chuyển qua một vài bước sóng ngay đó. Hai hoặc nhiều máy

thu được hoạt động theo nguyên tắc đường ống bởi việc điều chỉnh tuần tự một
máy thu trong khi máy thu khác đang nhận thông tin. Trong cách này, một trạm sẽ
có ít nhất một máy thu được điều chỉnh đến 1 khung con ở tất cả mọi thời điểm.
Một trạm chủ gọi yêu cầu 1 kênh ảo bao gồm 1 hoặc nhiều khe trên 1 khung với
băng thông yêu cầu. Một người quản lý cuộc gọi có nhiệm vụ duy trì cho tất cả các
cuộc gọi được tiến hành và cung cấp các khe mới sao cho không xảy ra tranh chấp.
Tranh chấp trong 1 khung con xảy ra khi không có khe rỗi nào trong khung con
22
hoặc khi máy thu của trạm bị gọi được điều chỉnh trong suốt khung con. Cuộc gọi
có thể bị tắt nghẽn được phân tích trong tham khảo 49, khi số lượng các kênh
WDM tăng vượt quá 1 giới hạn thì hiệu suât sẽ bắt đầu giảm. Điều đó xảy ra vì
các máy thu phải điều chỉnh tần số nhiều hơn để truy nhập đến các máy phát trên
các kênh phân tán rộng lớn. Ví dụ, cho 1 kênh WDM thì số cuộc gọi được giới hạn
bởi số khe trong 1 khung nhưng cho 1 máy phát trên kênh WDM thì số cuộc gọi
được giới hạn bởi vì 1 máy thu có thể điều chỉnh để chỉ 1 kênh của máy phát trong
bất kì khung con nào.
Các mạng single-hop cung cấp tốt dịch vụ chuyển mạch kênh nhưng đối với
các dịch vụ chuyển mạch gói thì bị hạn chế, nhưng ngược lại các mạng multi-hop
thì cung cấp tốt các dịch vụ chuyển mạch gói còn chuyển mạch kênh thì hạn chế.
Một giải pháp là kết hợp 1 mạng single-hop và nhiều mạng con multi-hop với
nhau. Các mạng quang lai ghép cung cấp một mạng con phức tạp để điều khiển
việc định tuyến các thiết bị và yêu cầu việc định tuyến thông tin là một cơ hội thực
tiễn cho việc hợp nhất lưu lượng. Có rất nhiều kiến trúc cho các mạng lai ghép
(hybrid network) đã được đề xuất và phân tích.

7.8 Mạng Photon:
Mạng photon là mạng tốc độ cao tiên tiến nhất trong số các mạng được đề
cập đến đây. Một bản tin trong mạng photon duy trì trong miền quang từ nguồn tới
đích, nhưng đối lập với các mạng quang đơn chặng – thông tin điều khiển trong
băng được thực hiện bởi các trung tâm chuyển mạch trung gian. Có hai loại mạng

photon. Loại thứ nhất, được biết đến như là mạng hầu như toàn quang, mặc dù
bản tin không bao giờ được chuyển đổi từ miền quang nhưng thông tin điều khiển
trong băng (phần đầu gói tin) chuyển hết bản tin và chuyển tới miền điện tại mỗi
node chuyển mạch. Sau đó các node định tuyến sẽ sử dụng thông tin mào đầu này
để điều khiển chuyển mạch gói, như được chỉ ra trong hình 7.19. Tuy nhiên, trong
mạng quang hoàn toàn thì quá trình xử lý bản tin bất kỳ nàu cũng hoàn toàn là
photon, và khối điều khiển điện (electronic control unit) trong hình 7.19 sẽ không
có.
Hình 7.20
Nếu mỗi trạm có số cổng đầu vào từ mạng bằng số cổng đầu ra mạng, và các
gói có chiều dài cố định đến trạm trong một khe thời gian, thì định tuyến lệch được
dùng. Khi tất cả các gói đến tại điểm bắt đầu khe thời gian, trạm quyết định cổng
đầu ra ưu tiên trong tất cả các trạm có thể định tuyến nhầm hoặc là lệch tuyến một
số gói để thay phiên các cổng đầu ra nếu có sự ưu tiên trong sự tranh chấp đối với
một cổng đầu ra. Do đó, tất cả các gói được chuyển tiếp trong suốt khe thời
gian,và không yêu cầu đệm gói. Do sự mở rộng của định tuyến lệch cơ bản, có thể
sử dụng một số bộ đệm gói để cho hiện tượng lệch chỉ có thể xảy ra khi gói tin
không được đệm.
23
Định tuyến lệch trở nên thu hút trong mạng photon bởi vì node chuyển
mạch định tuyến lệch không yêu cầu đệm gói. Mặc dù việc lưu trữ quang nhanh
trở nên khó đạt được, lợi ích của định tuyến lệch trong tất cả các mạng quang là rất
dễ dàng. Chi tiết của định tuyến lệch, người đọc có thể tham khảo ở chương 9 của
cuốn sách này.
Việc nghiên cứu các mạng toàn quang mới chỉ bắt đầu gần đây. Các mạng
hầu như toàn quang sử dụng định tuyến lệch được nghiên cứu thêm trong tài liệu 3
và 4. Các node chuyển mạch photon như biểu diễn trong hình 7.20, được kết nối
với nhau trong mạng Manhattan song hướng và các gói được định tuyến lệch.
Người ta đã chỉ ra rằng việc định tuyến lệch ngoài khe mà gói đến là không đồng
bộ hóa với nhau sẽ gây ra một số vấn đề như tắc nghẽn và mất thông lượng, trừ

khi có các tính toán chuyên dụng để chống lại những vấn đề này. Trong hình 7.21,
thông lượng của một mạng Manhattan song hướng 7x7 định tuyến lệch được biểu
thị theo tải yêu cầu cho cả cách phương thức khe và không khe của quá trình hoạt
động với một bộ lọc gói 50 chặng. Chúng ta thấy rằng, trong khi mạng khe hoạt
động tốt trong tất cả chế độ lưu lượng thì mạng không khe lại chịu sự chia tách
hiệu suất sau khi đạt được tải mong yêu cầu. Hơn nữa, thông lượng lại rất nhạy với
trễ đường truyền τ. Tuy nhiên, chúng ta cũng thấy rằng sự lựa chọn một chính sách
truy nhập chuyển mạch có thể cải thiện đáng kể hiệu năng.
Trong tài liệu tham khảo số 4, ta thấy trừ phi phần mào đầu gói tin chứa
trường thời gian sống, mà nó quyết định số chặng tối đa gói tin có thể đi qua trước
khi ra khỏi mạng, thông lượng của mạng không khe có thể tiến dần về không. Nhu
cầu này đối với trường thời gian sống mà giảm theo mỗi bước nhảy cũng giảm
khả năng thực hiện mạng photon. Việc ghi trường của gói mà không cần chuyển
đổi trường tới miền điện là rất khó, việc giải quyết vấn đề này vẫn còn đang được
tìm kiếm. Một khả năng nữa để biểu thị gói bằng dấu thời gian, có thể so sánh với
giải pháp lỗi thời xung chung tại mỗi bước nhảy, nếu gói tìm thấy vượt quá phạm
vi cho phép tối đa thì nó sẽ bị loại bỏ. Bước này cải tiến được thông lượng của
mạng Manhattan song hướng toàn quang.
Việc sử dụng các bộ đệm gói tin quang trong mạng photon bị giới hạn do
các bộ nhớ quang truy nhập ngẫu nhiên không tồn tại. Hơn nữa, các vòng lặp trễ
sợi quang cần phải sử dụng một cách tiết kiệm, do mỗi tầng trễ có thể dẫn đến tổn
thất năng lượng quang đáng kể. Hình 7.20 chỉ ra rằng vòng trễ sợi quang có thể
được sử dụng để hồi tiếp tạm thời các gói tin hơn là làm lệch chúng. Cung cấp một
số lượng giới hạn các vòng lặp trễ sợi quang có thể tăng thông lượng mạng một
cách đáng kể, như đã chỉ ra trong hình 7.22, đồ thị biểu diễn thông lượng theo tải
đồng nhất yêu cầu đối với số lượng l khác nhau của vòng lặp trễ sợi quang trong
mạng Manhattan song hướng 7×7 định tuyến lệch. Khi các kỹ thuật truy nhập
chuyển mạch, thời gian sống, vòng trễ sợi quang được đưa vào, hiệu suất của định
tuyến lệch không khe có thể vượt trội hơn định tuyến lệch có khe.
Đa truy nhập phân chia tuyến (RDMA – Route Division Multiple Access)

là cách mới để cung cấp các mức dịch vụ khác nhau tới người sử dụng trong lớp
mạng gọi là Isochronet (mạng đẳng thời). Trong RDMA trạm gốc được cấp phát
24
một băng thời gian trong quá trình mà tất cả các trạm khác có cơ hội để gửi bản tin
tới trạm gốc. Trong suốt dải thời gian của trạm gốc, trạm nguồn truyền tải chỉ sử
dụng cây định tuyến cho đích (nghĩa là cây của đường ngắn nhất từ mỗi trạm
nguồn tới trạm gốc). Việc sắp xếp này giảm mạnh sự tranh chấp giữa các trạm
truyền dẫn. Hơn nữa, một vài trạm có thể được cấp phát chồng lấn dải thời gian,
nếu các định tuyến của các trạm không khớp các liên kết, bởi vì lưu lượng trong
các cây định tuyến khác nhau có thể không cản trở lẫn nhau. Trong mạng photon
RDMA có thể được sử dụng để gửi lưu lượng bằng cách cấp phát tới mỗi trạm một
dải thời gian trong suốt quá trình đó tất cả các đường quang có thể được thiết lập
cho thời gian của dải băng thông.
Có 3 kỹ thuật RDMA được dùng để giải quyết xung đột trong phạm vi cùng
cây định tuyến. RDMA- loại bỏ một gói khi hai gói tranh chấp nguồn, cho phép
gói khác tới mà không cản trở. RDMA+ đệm một gói khi hai gói tranh chấp nguồn
và gửi một gói đã đệm khi một gói đã bị loại. Khi hai gói tranh chấp nguồn,
RDMA++ chứa một gói để truyền dẫn sau trong băng thời gian kế tiếp. Giao thức
cấp phát dải băng tần đặc biệt xác định băng được sử dụng bằng cây định tuyến
riêng do đó nó không phân cắt với bất kỳ cây định tuyến nào mà sử dụng cùng
băng thời gian. Kế hoạch cấp phát băng thông đơn giản và giao thức đồng bộ hóa
được đưa ra trong chuẩn 72 và hiệu suất của nó có thể so sánh với mạch thuần và
chuyển mạch gói. Các giao thức này làm việc tredn cơ sở cây định tuyến và tiến
đến trong cách rộng đầu tiên để cấp phát bất kỳ và đồng bộ dải thông thời gian.
Một trong tất cả các băng thời gian được cấp phát, mỗi trạm giữ các gói cho nguồn
đưa tới băng thời gian của nguồn. Chỉ thị của dải thời gian có thể cũng được dự trữ
do đó nguồn gốc sử dụng cây định tuyến tới đa đường tới các phần con của trạm.
Việc mô phỏng một mạng con với lưu lượng giống nhau được chỉ ra rằng
Isochronet cho trễ nhỏ hơn mạng chuyển mạch gói và mạch.
Các mạng photon là kỹ thuật tiên tiến nhất của mạng quang. Chúng có thể

đạt được tốc độ rất cao do chúng tránh được chuyển đổi điện quang trung gian,
chúng hướng tới nguyên nhân hiện tượng “nút cổ chai” trong đường dữ liệu. Bởi
vì công nghệ photon không có bản sao tới bộ nhớ truy nhập ngẫu nhiên điện,
thường thường bộ đệm gói quang được thực hiện như đường trễ quang. Tuy nhiên,
phương pháp này chỉ cung cấp có giới hạn gói đệm. Do đó, định tuyến lệch, tuy
không yêu cầu nhưng có thể giúp ích cho các bộ đệm gói, là giải pháp cho hầu hết
mạng này.
7.9 Kết luận:
Mạng quang đưa ra hoàn toàn mới, vấn đề thách thức trong cả định tuyến
mạch và định tuyến gói. Nó gây ra khó khăn bởi vì: (1) mạng quang hoạt động ở
tốc độ cao hơn mạng thông thường, (2) mạng quang đưa ra chiều hướng ghép các
tiện ích ngoài không gian và thời gian, có tên là ghép phân chia bước sóng, (3)
mạng quang cố gắng di chuyển phần cổ chai điện bằng cách thiết lập đường quang
toàn trình bất cứ khi nào có thể. Trong chương này chúng ta đề xuất phân loại
mạng quang, và phân lớp một cách tương ứng vấn đề định tuyến với giải pháp.
25