Bài giảng các giao thức định tuyến định tuyến qua mạng quang

Các
 giao
 thức
 định
 tuyến
 
Định
 tuyến
 cho
 mạng
 quang
 


Mạng
 thông
 8n
 quang
 
•  Mạng
 cáp
 quang
 
 

Fiber
 op8cs
 
Các
 nút
 mạng

 là
 các
 chuyển
 mạch
 
Các
 nút
 được
 kết
 nối
 bằng
 cáp
 quang.
 
Sử
 dụng
 các
 sóng
 ánh
 sáng
 để
 truyền
 On
 hiệu
 giữa
 các
 nút
 thông
 
qua

 sợi
 quang
 
–  Tốc
 độ
 10-­‐100
 Gbps
 
– 
– 
– 
– 

•  Mạng
 quang
 không
 dây
 
 

–  Free
 space
 op8cs
 
–  Sử
 dụng
 các
 bước
 sóng
 xung

 quanh
 dải
 ánh
 sáng
 nhìn
 thấy
 
được,
 hồng
 ngoại,
 …
 
–  Chủ
 yếu
 sử
 dụng
 trong
 các
 kết
 nối
 point-­‐to-­‐point
 
 
–  Tốc
 độ
 1
 Gbps
 
 

Mạng
 thông
 8n
 quang
 
n  Sử
 dụng
 ánh
 sáng
 để
 truyền
 On
 hiệu
 trên
 đường
 

truyền
 

¨ Dùng
 cáp
 quang
 để
 dẫn
 ánh
 sáng
 

n  Ưu
 điểm
 

¨ Băng
 thông
 rộng
 

¨ Truyền
 được
 xa
 với
 độ
 suy
 hao
 thấp
 

n  Nhược
 điểm
 

¨ Xử
 lý
 phức
 tạp
 vì
 chưa
 có

 bộ
 nhớ
 quang
 học
 (bộ
 nhớ
 hiện
 

tại
 lưu
 On
 hiệu
 ở
 dạng
 điện)
 
¨ Đôi
 khi
 phải
 chuyển
 On
 hiệu
 sang
 dạng
 điện
 để
 xử
 lý,
 sau

 
đó
 chuyển
 On
 hiệu
 ngược
 lại
 dạng
 quang
 
 
n  Ứng
 dụng
 cho
 các
 mạng
 trục
 


Mạng thông tin quang
User
Local
Network

User

User

User

Freq.
Convert

Local
Traffic
Blocking
Filter

User

Opt
ic
Am al
p

User
Optical
Router/
switch

User

User
User


Mạng
 thông
 8n

 quang
 
•  Cáp
 quang
 được
 khai
 thác
 dưới
 2
 chế
 độ
 
n 

Mul8-­‐mode
 (cũ)
 

¨ 

Truyền
 nhiều
 8a
 sáng
 trên
 1
 sợi
 quang
 
Lõi

 lớn,
 nguồn
 sáng
 rẻ
 
Nhiễu
 giữa
 các
 chế
 độ
 truyền
 
Sinh
 lại
 On
 hiệu
 sau
 mỗi
 10km
 

¨ 

Tốc
 độ
 32-­‐140
 Mbps
 

¨ 

¨ 
¨ 

n 

Single-­‐mode
 (mới)
 
¨ 
¨ 
¨ 
¨ 
¨ 

Truyền
 một
 8a
 sáng
 trên
 1
 sợi
 quang
 
 
Lõi
 nhỏ,
 nguồn
 sáng
 đắt
 8ền

 
Loại
 bỏ
 nhiễu
 
Sinh
 lại
 On
 hiệu
 sau
 mỗi
 40km
 
Tốc
 độ
 vài
 trăm
 Mbps
 


Truyền
 sóng
 ánh
 sáng
 trong
 cáp
 quang
 
 

Công
 nghệ
 dồn
 kênh
 trên
 cáp
 
 
n 

TDM:
 Electronic
 Time
 Division
 Mux
 

Đưa
 xen
 kẽ
 các
 bit
 của
 các
 luồng
 tốc
 
độ

 thấp
 vào
 một
 luồng
 tốc
 độ
 cao
 
¨  10
 Gbps-­‐40Gbps
 
¨  SONET/SDH
 
¨ 

n 

OTDM:
 Op8cal
 Time
 Division
 Mux
 

Cùng
 nguyên
 tắc
 với
 TDM
 nhưng

 thực
 
hiện
 xen
 kẽ
 bit
 trong
 miền
 quang
 học
 
¨  250
 Gbps
 
¨  Đang
 trong
 thí
 nghiệm
 
¨ 

n 

WDM:
 Wavelength
 Division
 Mux
 
¨ 

Truyền
 nhiều
 bước
 sóng
 trên
 một
 
cable
 
n 
n 

¨ 


 

Simple
 WDM:
 Ít
 bước
 sóng
 với
 mật
 độ
 
thưa
 
Dense
 WDM

 (DWDM)
 nhiều
 bước
 
sóng
 với
 mật
 độ
 dầy
 

Sử
 dụng
 rộng
 rãi
 trong
 mạng
 trục,
 đi
 
cáp
 dưới
 biển
 và
 dần
 đưa
 vào
 trong
 
mang

 đô
 thị
 


Mạng
 cáp
 quang
 thế
 hệ
 1
 
n 

Tín
 hiệu
 sử
 dụng
 trên
 đường
 truyền
 là
 On
 hiệu
 quang
 học
 
¨  Tỉ
 lệ
 lỗi

 thấp
 
¨  Dung
 lượng
 lớn
 

n 

Chuyển
 mạch
 và
 các
 chức
 năng
 mạng
 thông
 minh
 được
 
xử
 lý
 trên
 miền
 &n
 hiệu
 điện
 
¨  Tín
 hiệu

 được
 chuyển
 sang
 dạng
 điện
 trước
 khi
 được
 xử
 lý
 
¨  Sử
 dụng
 chuyển
 mạch
 điện
 có
 bộ
 chuyển
 đổi
 OEO
 
 

Thường
 dùng
 công
 nghệ
 dồn
 kênh

 TDM
 trên
 đường
 
truyền
 
n  Sử
 dụng
 rộng
 rãi
 trong
 các
 mạng
 viễn
 thông
 cũ
 
 
n  VD:
 SONET/SDH
 
n 


Mạng
 cáp
 quang
 thế
 hệ
 2

 
n  Định
 tuyến,
 chuyển
 mạch
 và
 các
 chức
 năng
 mạng
 

thông
 minh
 được
 thực
 hiện
 trong
 miền
 &n
 hiệu
 
quang
 
n  Thường
 dùng
 công
 nghệ
 dồn
 kênh

 WDM
 trên
 mỗi
 sợi
 
quang
 
 
n  Để
 tránh
 việc
 dùng
 các
 thiết
 bị
 chuyển
 đổi
 OEO,
 On
 
hiệu
 thường
 được
 duy
 trì
 ở
 một
 bước
 sóng
 từ

 đầu
 
đến
 cuối
 
¨ cần
 có
 một
 bước
 sóng
 rỗi
 dọc
 theo
 đường
 truyền
 à
 điều
 

kiện
 liên
 tục
 về
 bước
 sóng
 

n  Đã
 được
 đưa

 vào
 sử
 dụng
 và
 thường
 được
 gọi
 là
 

Wavelength
 routed
 network
 hay
 All
 op8cal
 network
 


OXC
 thuần
 quang
 


Thiết
 bị
 chuyển
 đổi

 bước
 sóng
 
n 

Chuyển
 dữ
 liệu
 từ
 một
 bước
 sóng
 đầu
 vào
 thành
 một
 bước
 
sóng
 đầu
 ra
 
¨  Giải
 phóng
 ràng
 buộc
 liên
 tục
 về
 bước

 sóng
 
¨  Tăng
 khả
 năng
 tận
 dụng
 các
 bước
 sóng
 rỗi
 

n 

Chuyển
 đổi
 Optoelectronic
 
¨  Chuyển
 On
 hiệu
 sang
 dạng
 điện
 
 
¨  Sinh
 lại
 On

 hiệu
 và
 truyền
 trên
 một
 bước
 sóng
 khác
 
n 
n 
n 

1R:
 khuyếch
 đại,
 không
 điều
 chế
 lại
 
2R:
 khuyếch
 đại,
 khôi
 phục
 lại
 dạng
 xung
 On

 hiệu
 
3R:
 khuyếch
 đại,
 khôi
 phục
 lại
 dạng
 xung
 và
 độ
 rộng
 xung
 

¨  Thường
 dùng
 hiện
 nay
 

n 

Chuyển
 đổi
 trong
 miền
 quang
 

¨  Op8cal
 ga8ng,
 interferometric,
 wave
 mixing
 
¨  Chưa
 phát
 triển
 


Công
 nghệ
 chuyển
 mạch
 
 
n  Chuyển
 mạch
 kênh
 

–  Thông
 thường
 các
 mạng
 cáp
 quang
 dùng

 
công
 nghệ
 chuyển
 mạch
 kênh
 
–  Định
 tuyến
 cần
 được
 xác
 định
 trước
 cho
 từng
 
–  Sử
 dụng
 trong
 SONET/SDH,
 WDM
 
n  Chuyển
 mạch
 gói
 →
 OPS
 
n  Chuyển

 mạch
 Burst
 →
 OBS
 


Mạng
 WDM
 
WA

MI

NY

NJ

PA
UT
CA1

CO
NE

IL
MD

CA2
GA

TX


Mạng
 WDM
 
n 

Lightpath:
 
 
¨  Một
 kết
 nối
 bằng
 1
 bước
 sóng
 

giữa
 2
 điểm
 
¨  Lightpath
 có
 thể
 trải
 dài
 qua

 
nhiều
 cáp
 nhờ
 các
 OADM
 
n 

Lightpath
 Topology
 
¨  Xác
 định
 các
 lightpath
 của
 tầng
 

WDM
 để
 thỏa
 mãn
 ma
 trận
 
thông
 lượng
 

n 

Topo
 vật
 lý
 
¨  Topo
 của
 các
 cáp
 


 


Định
 tuyến
 –nh
 trong
 mạng
 quang
 
¨ Cho
 trước
 
 topo
 vật
 lý

 của
 mạng
 cáp
 quang
 
¨ Cho
 trước
 ma
 trận
 thông
 lượng
 yêu
 cầu
 (giữa
 các
 chuyển
 

mạch)
 
¨ Yêu
 cầu
 
n 

Tìm
 các
 lightpath
 cần
 thiết

 lập
 để
 tải
 ma
 trận
 thông
 lượng,
 chưa
 
quan
 tâm
 đến
 đường
 đi
 cụ
 thể
 của
 các
 lightpath
 
¨ 

n 

Lightpath
 Topology
 Design
 (LTD)
 

Xác
 định
 đường
 đi
 của
 các
 lightpath
 này
 trên
 các
 cáp
 quang
 đã
 có
 
và
 xác
 định
 bước
 sóng
 cho
 chúng
 
¨ 

Rou8ng
 and
 Wavelength
 Assignement
 (RWA)

 

¨  Tài
 nguyên
 được
 phân
 phối
 đồng
 thời
 cho
 tất
 cả
 các
 

yêu
 cầu
 kết
 nối
 trong
 ma
 trận
 thông
 lượng
 


Ví
 dụ:
 Mạng

 
 
WA

MI

NY

NJ

PA
UT
CA1

CO
NE

IL
MD

CA2
GA
TX


Ví
 dụ:
 Ma
 trận
 thông

 lượng
 


Định
 tuyến
 động
 cho
 mạng
 cáp
 quang
 
n 

Phát
 biểu
 bài
 toán
 

¨  Cho
 trước
 một
 mạng
 đang
 có
 tải
 
¨  Có
 thêm

 1
 yêu
 cầu
 kết
 nối
 mới
 từ
 s
 àd
 với
 băng
 thông
 w
 
¨  Định
 tuyến
 cho
 yêu
 cầu
 kết
 nối
 này
 

n 

Ràng
 buộc
 

¨  Không
 thay
 đổi
 các
 kết
 nối
 đang
 tồn
 tại
 trong
 mạng
 

n 

Có
 nhiều
 8êu
 chí
 định
 tuyến
 khác
 nhau
 
¨  Tiết
 kiệm
 tài
 nguyên
 nhất
 

¨  Dành
 nhiều
 khả
 năng
 chấp
 nhận
 các
 yêu
 cầu
 khác
 trong
 tương
 lai
 nhất
 
¨  …
 

Định
 tuyến
 động
 khó
 phân
 bố
 tài
 nguyên
 toàn
 cục
 một

 cách
 
tối
 ưu
 như
 định
 tuyến
 –nh
 
n  Cũng
 được
 chia
 thành
 các
 bước
 định
 tuyến
 và
 gán
 bước
 sóng
 

 

 
n 


Rou8ng

 and
 Wavelength
 Assignment
 
Cho
 trước
 các
 lightpath
 và
 topo
 các
 cáp,
 vị
 trí
 các
 chuyển
 
mạch
 quang
 
n  Yêu
 cầu
 
n 

¨  Xác
 định
 đường
 đi
 các

 lightpath
 trên
 topo
 các
 cáp
 à
 Rou8ng
 
¨  Gán
 bước
 sóng
 cho
 từng
 lightpath
 à
 Wavelength
 Assignment
 

n 

Mục
 8êu
 

¨  Có
 thể
 có
 mục
 8êu

 khác
 nhau
 tùy
 bài
 toán.
 VD:Dùng
 ít
 bước
 sóng
 nhất
 

n 

Ràng
 buộc
 

¨  Hai
 lightpath
 không
 thể
 cùng
 dùng
 1
 bước
 sóng
 trên
 một
 sợi

 quang
 
 
¨  Nếu
 không
 dùng
 bộ
 chuyển
 đổi
 bước
 sóng
 thì
 một
 lightpath
 phải
 dùng
 

cùng
 một
 bước
 sóng
 dọc
 theo
 đường
 đi
 của
 nó.
 
 

n 

Dùng
 hay
 không
 các
 bộ
 chuyển
 đổi
 bước
 sóng?
 Số
 lượng
 bao
 
nhiêu?
 
¨  Thường
 bị
 hạn
 chế
 


RWA
 
Giải
 tổng
 thể

 bài
 toán
 RWA
 sẽ
 đem
 lại
 kết
 quả
 tối
 ưu,
 
nhưng
 đây
 là
 bài
 toán
 NP-­‐đầy
 đủ
 nên
 không
 có
 giải
 thuật
 
chính
 xác
 trong
 thời
 gian
 đa

 thức.
 
n  Để
 giảm
 độ
 phức
 tạp
 Định
 tuyến
 và
 Gán
 bước
 sóng
 
thường
 được
 giải
 trong
 2
 bước
 riêng
 biệt
 
n  Định
 tuyến:
 có
 thể
 sử
 dụng
 các

 giải
 thuật
 cơ
 bản
 
 
n 

¨  Fixed
 path
 rou8ng,
 
 
¨  Fixed
 Alternate-­‐path
 rou8ng,
 
 
¨  adap8ve
 rou8ng
 
¨  randomized
 rou8ng
 

n 

Gán
 bước
 sóng

 
 

¨  First
 Fit
 and
 Random
 Fit,
 
 
¨  Least
 Used,
 
 
¨  Most
 Used,
 
 
¨  Min
 Product,
 Least
 Loaded,
 Max
 Sum
 …
 


Fixed
 path

 rou8ng
 
•  Với
 mỗi
 cặp
 nguồn
 đích
 xác
 định
 một
 tuyến
 
đường
 cố
 định
 
•  Mọi
 yêu
 cầu
 kết
 nối
 giữa
 cặp
 nguồn
 đích
 đều
 đi
 
theo
 tuyến

 đường
 trên
 
•  Tuyến
 đường
 được
 Onh
 toán
 trước,
 
 
–  có
 thể
 sử
 dụng
 giải
 thuật
 như
 đường
 đi
 ngắn
 nhất.
 

•  Hiệu
 quả
 không
 cao
 

–  Sau
 một
 khi
 định
 tuyến
 cho
 một
 số
 yêu
 cầu,
 tuyến
 
đường
 có
 thể
 hết
 tài
 nguyên
 nhưng
 mọi
 thông
 lượng
 
vẫn
 giữa
 2
 điểm
 đầu,
 cuối
 của

 tuyến
 đường
 vẫn
 đi
 
theo
 con
 đường
 đã
 định
 
 


Fixed
 alterna8ve
 path
 rou8ng
 
 
•  Một
 mở
 rộng
 của
 fixed
 path
 rou8ng
 
•  Với
 mỗi

 cặp
 nguồn
 đích
 sẽ
 có
 một
 số
 tuyến
 
đường
 được
 Ÿm
 sẵn
 
•  Khi
 có
 yêu
 cầu
 kết
 nối
 giữa
 1
 cặp
 nút,
 mọi
 
tuyến
 đường
 giữa
 cặp

 nút
 đó
 sẽ
 được
 thử
 
xem
 có
 thể
 có
 lightpath
 rỗi
 trên
 đó
 không
 
•  Nếu
 có
 nhiều
 lightpath
 rỗi
 à
 chọn
 1
 
•  Nếu
 không
 à
 không
 định

 tuyến
 được
 


Adap8ve
 rou8ng
 
•  Fixed
 path
 rou8ng
 và
 Fixed
 alterna8ve
 path
 
rou8ng
 không
 Onh
 đến
 trạng
 thái
 mạng
 vào
 
thời
 điểm
 định
 tuyến
 

•  Adap8ve
 rou8ng
 Onh
 đến
 trạng
 thái
 mạng
 
–  Định
 tuyến
 tránh
 các
 vùng
 tắc
 nghẽn
 (hết
 bước
 
sóng
 rỗi)
 
–  Định
 tuyến
 tránh
 những
 vùng
 có
 chất
 lượng
 On

 
hiệu
 kém
 
–  …
 


Gán
 bước
 sóng:
 First
 Fit
 
•  Sau
 khi
 định
 tuyến,
 mỗi
 kết
 nối
 đã
 có
 1
 tuyến
 
đường
 à
 lightpath
 

•  Cần
 gán
 cho
 lightpath
 này
 một
 bước
 sóng
 để
 
hoạt
 động
 
•  Lightpath
 cần
 dùng
 1
 bước
 sóng
 duy
 nhất
 dọc
 
đường
 đi
 của
 nó
 
•  First
 fit:

 
–  Lấy
 bước
 sóng
 có
 chỉ
 số
 thấp
 nhất
 còn
 rỗi
 


Gán
 bước
 sóng:
 Random
 fit,
 least
 
used,
 most
 used
 
 
•  Random
 fit:
 
–  Lấy

 bước
 sóng
 bất
 kỳ
 còn
 rỗi
 để
 gán
 cho
 lightpath
 

•  Least
 used:
 
–  Lấy
 bước
 sóng
 nào
 ít
 được
 dùng
 nhất
 

•  Most
 used
 
–  Lấy
 bước

 sóng
 nào
 hay
 được
 dùng
 nhất
 
…