KĨ THUẬT LƯU LƯỢNG IP/WDM

Đồ án tốt nghiệp đại học

Mục lục

MỤC LỤC
MỤC LỤC...................................................................................................................... I
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT............................................................................................III
LỜI NÓI ĐẦU............................................................................................................... 1
CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ IP/WDM.....................................................................3
1.1 Khái niệm mạng IP/WDM...................................................................................3
1.2 Lí do chọn IP/WDM............................................................................................6
CHƯƠNG II KĨ THUẬT LƯU LƯỢNG IP/WDM.......................................................9
2.1 Mô hình hoá lưu lượng viễn thông......................................................................9
2.1.1 Mô hình lưu lượng dữ liệu và thoại cổ điển..................................................9
2.1.2 Các mô hình lưu lượng dữ liệu lí thuyết.....................................................10
2.1.3 Một mô hình tham chiếu băng thông..........................................................11
2.2 Bảo vệ và tái cấu hình........................................................................................17
2.3 Các mô hình bảo vệ và tái cấu hình trong mạng IP/WDM................................18
2.4 Khái niệm kĩ thuật lưu lượng IP/WDM.............................................................19
2.5 Mô hình hoá kĩ thuật lưu lượng IP/WDM..........................................................20
2.5.1 Kĩ thuật lưu lượng chồng lấn......................................................................20
2.5.2 Kĩ thuật lưu lượng tích hợp........................................................................22
2.5.3 Nhận xét.....................................................................................................22
2.6 Mô hình chức năng của kĩ thuật lưu lượng IP/WDM.........................................24
2.6.1 Cơ sở dữ liệu thông tin trạng thái mạng IP/WDM......................................26
2.6.2 Quản lí giao diện IP với WDM...................................................................28
2.6.3 Khởi tạo tái cấu hình..................................................................................29
2.6.4 Đo kiểm và giám sát lưu lượng..................................................................30
2.6.5 Giám sát hiệu năng tín hiệu quang.............................................................37
2.7 Kĩ thuật lưu lượng MPLS..................................................................................38
2.7.1 Cân bằng tải................................................................................................38

2.7.2 Giám sát mạng............................................................................................42
CHƯƠNG III TÁI CẤU HÌNH TRONG KĨ THUẬT LƯU LƯỢNG IP/WDM..........44
3.1 Tái cấu hình mô hình ảo đường đi ngắn nhất.....................................................44
3.1.1 Mô hình ảo có quy tắc và bất quy tắc.........................................................46
3.1.2 Thiết kế mô hình........................................................................................47
3.1.3 Một số thuật toán dựa trên kinh nghiệm.....................................................47
Nguyễn Thế Cương, D2001VT

i


Đồ án tốt nghiệp đại học

Mục lục

3.1.4 Dịch chuyển mô hình ảo.............................................................................53
3.2 Tái cấu hình cho các mạng WDM chuyển mạch gói..........................................57
3.2.1 Tổng quan về tái cấu hình WDM chuyển mạch gói....................................57
3.2.2 Các điều kiện tái cấu hình..........................................................................59
3.2.3 Một trường hợp thực tế...............................................................................60
3.2.4 Mô tả thuật toán dựa trên kinh nghiệm.......................................................62
3.2.5 Thảo luận về thuật toán..............................................................................69
3.2.6 Dịch chuyển tái cấu hình đường đi ngắn nhất.............................................69
CHƯƠNG IV PHẦN MỀM XỬ LÍ LƯU LƯỢNG IP/WDM.....................................72
4.1 Phần mềm kĩ thuật lưu lượng IP/WDM.............................................................72
4.2 Kiến trúc phần mềm cho kĩ thuật lưu lượng chồng lấn......................................72
4.3 Kiến trúc phần mềm cho kĩ thuật lưu lượng tích hợp.........................................75
4.4 Kĩ thuật lưu lượng IP - giao thức điều khiển mạng (IP TECP)..........................77
4.5 Giao diện người sử dụng - mạng IP/WDM (UNI).............................................83
4.6 Kĩ thuật lưu lượng WDM - giao thức điều khiển mạng (WDM TECP).............89

4.7 Kĩ thuật lưu lượng phản hồi vòng kín................................................................97
4.7.1 Quá trình triển khai mô hình mạng.............................................................98
4.7.2 Hội tụ mạng..............................................................................................100
KẾT LUẬN...............................................................................................................101
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................103

Nguyễn Thế Cương, D2001VT

ii


Đồ án tốt nghiệp đại học

Thuật ngữ viết tắt

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Viết tắt
ANSI
ARP
ATM
BGP
CSPF
DCN
DHCP
DHP
ECMP
FBM
FTP
GMPLS
GUI

HTDA
HTTP
ICMP
ID
IETF
Ifmanager
IP
LAN
LEMS
LMP
LSA
LSP
MAC
MIB
MLDA
MPLS

Tiếng Anh
American National Standard
Institute
Address Resolution Protocol
Asynchronous Transfer Mode
Border Gateway Protocol
Constraint-based Shortest
Path First Routing
Data Communication
Network
Dynamic Host Configuration
Protocol
Demand Hop-count Product

heuristic algorithm
Equal Cost Multiple Path
Fractional Brownian Motion
File Transfer Protocol
Generalized Multiprotocol
Label Switching
Graphical User Interface
Heuristic Topology Design
Algorithm
Hypertext Transfer Protocol
Internet Control Message
Protocol
Identifier
Internet Engineering Task
Force
Interface manager
Internet Protocol
Local Area Network
Link Elimination via
Matching Scheme
Link Management Protocol
Link State Advertisement
Label Switched Path
Medium Access Control
Management Information
Base
Minimum-delay Logical
Topology Design Algorithm
Multiprotocol Label
Switching

Nguyễn Thế Cương, D2001VT

Tiếng Việt
Viện tiêu chuẩn quốc gia Hoa Kì
Giao thức phân giải địa chỉ
Chế độ truyền dẫn không đồng bộ
Giao thức cổng biên
Định tuyến đường đi ngắn nhất
trước tiên dựa trên ràng buộc
Mạng truyền thông dữ liệu
Giao thức cấu hình host động
Thuật toán dựa trên kinh nghiệm
tích đếm hop nhu cầu
Đa đường đồng chi phí
Chuyển động phân mảnh
Brownian
Giao thức truyền file
Chuyển mạch nhãn đa giao thức
tổng quát
Giao diện người sử dụng đồ hoạ
Thuật toán thiết kế mô hình dựa
trên kinh nghiệm
Giao thức truyền siêu văn bản
Giao thức bản tin điều khiển
Internet
Bộ nhận dạng
Nhóm kĩ sư Internet
Khối quản lí giao diện
Giao thức Internet

Mạng cục bộ
Loại bỏ tuyến nối thông qua lược
đồ ghép
Giao thức quản lí tuyến nối
Quảng bá trạng thái tuyến nối
Đường chuyển mạch nhãn
Điều khiển truy nhập môi trường
Cơ sở thông tin quản lí
Thuật toán thiết kế mô hình logic
tối thiểu hoá trễ
Chuyển mạch nhãn đa giao thức

iii


Đồ án tốt nghiệp đại học

MSN
MTU
NC&M
NE
NGI
NMS
NSFNET
OADM
OAM
OAM&P
OC-12
OC-3
OC-48

OC-192
OHTMS
OIF
OLS
OMP
OSCP
OSPF
OXC
PC
QoS
RAM
RARP
RD
RDHP
RSVP
SCSI
SDH

Thuật ngữ viết tắt

Manhattan Street Network
Maximum Transmission Unit
Network Control and
Management
Network Element
Next Generation Internet
Network Management System

Mạng phố Manhattan
Đơn vị truyền dẫn tối đa

Quản lí và điều khiển mạng

Optical Add/Drop Multiplexer
Operation and Maintenance
Operation, Administration,
Maintenance and Provisioning
Optical Carrier Level 12
(622,08 Mb/s)
Optical Carrier Level 3
(155,52Mb/s)
Optical Carrier Level 48
(2448,32 Mb/s)
Optical Carrier Level 192
(9953,28 Mb/s)
LP-based One-Hop Traffic
Maximisation Scheme
Optical Internetworking
Forum
Optical Label Switching
Optimized Multi Path
Optical Switch Control
Protocol
Open Shortest Path First
Protocol
Optical Cross Connect
Personal Computer
Quality of Service
Random Access Memory
Reverse Address Resolution
Protocol

Residual Demand heuristic
algolrithm
Residual Demand Hop-count
Product heuristic algolrithm
Resource Reservation
Protocol
Small Computer Systems
Interface
Synchronous Digital
Hierarchy

Khối xen/tách quang
Hoạt động và bảo trì
Hoạt động, quản trị, bảo trì và
giám sát
Mức mang quang 12
(622,08
Mb/s)
Mức mang quang 3
(155,52Mb/s)
Mức mang quang 48
(2448,32 Mb/s)
Mức mang quang 192
(9953,28 Mb/s)
Lược đồ tối ưu hoá lưu lượng đơn
hop dựa trên LP
Diễn đàng liên mạng Internet
quang
Chuyển mạch nhãn quang
Đa đường tối ưu

Giao thức điều khiển chuyển mạch
quang
Giao thức đường đi ngắn nhất
trước tiên mở
Đấu chéo quang
Máy tính cá nhân
Chất lượng dịch vụ
Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên
Giao thức phân giải địa chỉ ngược

Nguyễn Thế Cương, D2001VT

Phần tử mạng
Internet thế hệ kế tiếp
Hệ thống quản lí mạng

Thuật toán dựa trên kinh nghiệm
nhu cầu dư thừa
Thuật toán dựa trên kinh nghiệm
tích đếm hop nhu cầu dư thừa
Giao thức đặt trước tài nguyên
Giao diện các hệ thống máy tính
nhỏ
Phân cấp số đồng bộ

iv


Đồ án tốt nghiệp đại học

SNMP
SNR
SONET
SPF
SRLG
TCP
TE
TECP
TELNET
TILDA
TMN
TTL
UDP
UNI
VPC
VPN
WADM
WAN
WDM
WSXC

Simple Network Management
Protocol
Signal-to-Noise Ratio
Synchronous Optical Network
Shortest Path First
Shared Risk Link Group
Transmission Control Protocol
Terminal Equipment, Traffic
Engineering

Traffic Engineering to Control
Protocol
Remote Telminal protocol
Traffic Independent Logical
Topology Design Algorithm
Telecommunications
Management Network
Time To Live
User Datagram Protocol
User to Network Interface
Virtual Path Connection
Virtual Private Network
Wavelength Add/Drop
Multiplexer
Wide Area Network
Wavelength Amplifier
Wavelength Selective Cross
Connect

Nguyễn Thế Cương, D2001VT

Thuật ngữ viết tắt

Giao thức quản lí mạng đơn giản
Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu
Mạng quang đồng bộ
Đường đi ngắn nhất trước tiên
Nhóm tuyến nối nguy hiểm chia sẻ
Giao thức điều khiển truyền dẫn
Thiết bị đầu cuối, kĩ thuật lưu

lượng
Kĩ thuật lưu lượng cho giao thức
điều khiển
Giao thức đầu cuối ở xa
Thuật toán thiết kế mô hình logic
độc lập lưu lượng
Mạng quản lí viễn thông
Thời gian sống
Giao thức Datagram người sử
dụng
Giao diện người sử dụng-mạng
Kết nối đường ảo
Mạng cá nhân ảo
Bộ ghép kênh xen/tách bước sóng
Mạng diện rộng
Bộ khuếch đại bước sóng
Khối đấu chéo lựa chọn bước sóng

v


Đồ án tốt nghiệp đại học

Lời nói đầu

LỜI NÓI ĐẦU
Xu hướng giao thức IP trở thành tầng hội tụ cho các dịch vụ viễn thông ngày
càng trở nên rõ ràng. Phía trên tầng IP, vẫn đang xuất hiện ngày càng nhiều các ứng
dụng và dịch vụ dựa trên nền IP. Những ưu thế nổi trội của lưu lượng IP đang đặt ra
vấn đề là các hoạt động thực tiễn kĩ thuật của hạ tầng mạng nên được tối ưu hoá cho

IP. Mặt khác, quang sợi, như một công nghệ phân tán, đang cách mạng hoá ngành
công nghiệp viễn thông và công nghiệp mạng nhờ dung lượng mạng cực lớn mà nó
cho phép, qua đó cho phép sự phát triển của mạng Internet thế hệ sau. Sử dụng công
nghệ ghép kênh theo bước sóng WDM dựa trên nền mạng hiện tại sẽ có thể cho phép
nâng cao đáng kể băng thông mà vẫn duy trì được hiện trạng hoạt động của mạng. Nó
cũng đã được chứng minh là một giải pháp hiệu quả về mặt chi phí cho các mạng
đường dài.
Khi sự phát triển trên toàn thế giới của sợi quang và các công nghệ WDM, ví dụ
như các hệ thống điều khiển và linh kiện WDM trở nên chín muồi, thì các mạng quang
dựa trên WDM sẽ không chỉ được triển khai tại các đường trục mà còn trong các mạng
nội thị, mạng vùng và mạng truy nhập. Các mạng quang WDM sẽ không chỉ còn là các
các đường dẫn điểm-điểm, cung cấp các dịch vụ truyền dẫn vật lí nữa mà sẽ biến đổi
lên một mức độ mềm dẻo mới. Tích hợp IP và WDM để truyền tải lưu lượng IP qua
các mạng quang WDM sao cho hiệu quả đang trở thành một nhiệm vụ cấp thiết.
Khoá luận tốt nghiệp của em sẽ xem xét về IP trên nền các mạng quang WDM
đặc biệt sẽ tập trung vào kĩ thuật lưu lượng IP/WDM. Khoá luận sẽ tập trung trình bày
về các cơ chế cơ bản và kiến trúc phần cứng cũng như phần mềm để triển khai các
mạng quang WDM cho phép truyền dẫn lưu lượng IP và sẽ gồm có bốn chương:
 Chương I: Tổng quan về IP/WDM. Chương này sẽ trình bày khái niệm
mạng IP/WDM, đưa ra ba xu hướng chồng giao thức cho mạng này, các
ưu nhược điểm của từng xu hướng. Lí do vì sao IP/WDM lại được chọn là
giải pháp cho tương lai cũng sẽ được chỉ ra trong chương I
 Chương II: Kĩ thuật lưu lượng IP/WDM. Chương II sẽ trình bày một số
vấn đề chung trong kĩ thuật lưu lượng, khái niệm kĩ thuật lưu lượng
IP/WDM, hai phương pháp triển khai, mô hình chức năng của kĩ thuật lưu
lượng IP/WDM và kĩ thuật lưu lượng MPLS áp dụng cho IP/WDM.
 Chương III: Tái cấu hình trong kĩ thuật lưu lượng IP/WDM. Chương
này sẽ tập trung đi sâu vào các vấn đề: tái cấu hình mô hình ảo đường đi
ngắn nhất, tái cấu hình cho mạng WDM chuyển mạch gói, mô tả và thảo

Nguyễn Thế Cương, D2001VT

1


Đồ án tốt nghiệp đại học

Lời nói đầu

luận về một thuật toán cụ thể và cuối cùng là dịch chuyển tái cấu hình
đường đi ngắn nhất.
 Chương IV: Phần mềm xử lí lưu lượng IP/WDM. Trong chương IV, các
kiến trúc phần mềm cho các xu hướng kĩ thuật lưu lượng, chi tiết về giao
diện giữa điều khiển mạng và kĩ thuật lưu lượng, và giữa kĩ thuật lưu
lượng IP và kĩ thuật lưu lượng WDM trong trường hợp kĩ thuật lưu lượng
chồng lấn sẽ được trình bày.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng song do thời gian và trình độ có hạn nên khoá luận
này chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được những ý kiến
đóng góp của các thầy cô và các bạn.
Nhân đây, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo T.S Lê Ngọc Giao đã
tạo mọi điều kiện và tận tình hướng dẫn em trong quá trình thực hiện đồ án.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trong khoa Viễn Thông I đã giúp đỡ
em trong thời gian qua.
Xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và người thân - những người đã luôn
giúp đỡ, cổ vũ và kịp thời động viên tôi trong suốt thời gian qua.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2005

Sinh viên
Nguyễn Thế Cương

Nguyễn Thế Cương, D2001VT

2


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I. Tổng quan về IP/WDM

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ IP/WDM
1.1 Khái niệm mạng IP/WDM
Mạng IP/WDM được thiết kế để truyền dẫn lưu lượng IP trong một mạng quang
cho phép WDM để tận dụng sự phổ biến của kết nối IP và dung lượng băng thông cực
lớn của WDM. Hình 1.1 dưới đây chỉ ra việc truyền dẫn các gói tin IP hoặc các tín
hiệu SONET/SDH thông qua mạng WDM. Một khối điều khiển bằng phần mềm sẽ
điều khiển ma trận chuyển mạch. Ở đây, IP, với vai trò là công nghệ ở lớp mạng, sẽ
dựa trên tầng dữ liệu để cung cấp:
 Đóng khung (ví dụ như SONET hay Ethernet)
 Phát hiện lỗi (ví dụ như kiểm tra CRC)
 Sửa lỗi (ví dụ như yêu cầu phát lại tự động ARQ)
Một vài các chức năng tầng liên kết được thể hiện trong giao diện ví dụ như các
giao diện khách xen/tách hay các giao diện truyền dẫn nhờ vật lí.

Hình 1.1 Truyền tải gói tin IP trên các kênh bước sóng
Một mục tiêu của mạng quang là cung cấp truyền dẫn trong suốt quang từ đầu
cuối tới đầu cuối để tối thiểu hoá trễ mạng. Điều này đòi hỏi các giao diện toàn quang

và các ma trận chuyển mạch toàn quang cho các thành phần mạng trung gian và biên
giới mạng. Bộ phát đáp được sử dụng để khuyếch đại tín hiệu quang. Tồn tại các bộ
phát đáp toàn quang (các laser biến đổi được) và các bộ phát đáp quang-điện-quang
(O-E-O). Hình cũng chỉ ra hai loại lưu lượng là IP (ví dụ như Gigabit Ethernet) và
SONET/SDH và do đó đòi hỏi các giao diện giữa Gigabit Ethernet và SONET/SDH.

Nguyễn Thế Cương, D2001VT

3


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I. Tổng quan về IP/WDM

Trong trường hợp các kết nối đa truy nhập, một tầng con của tầng liên kết dữ liệu là
giao thức truy nhập môi trường (MAC) sẽ làm trung gian truy nhập để chia sẻ kết nối
sao cho tất cả các node đều có cơ hội truyền dữ liệu.
Hiện đang tồn tại ba xu hướng chính để truyền dẫn IP trên nền WDM (Hình 1.2).
Xu hướng thứ nhất là truyền dẫn IP trên ATM, sau đó qua SONET/SDH và cuối cùng
là sợi quang WDM. Ở đây WDM được dùng như là công nghệ truyền dẫn song song
với tầng vật lý. Ưu điểm chính của phương pháp này là nhờ việc sử dụng ATM, các
loại lưu lượng khác nhau với các đòi hỏi QoS khác nhau có thể được mang trên cùng
một sợi quang.
IP
ATM

IP/MPLS

SONET/SDH

SONET/SDH

IP/MPLS

WDM

WDM

WDM

Hình 1.2 Ba xu hướng cho IP/WDM (tầng dữ liệu)
Một ưu điểm khác khi dùng ATM là khả năng sử dụng kĩ thuật lưu lượng và độ
mềm dẻo trong việc giám sát mạng của ATM. Nó bổ sung cho định tuyến lưu lượng nỗ
lực tối đa (best effort) của IP truyền thống. Tuy nhiên, xu hướng này bị cho là phức
tạp, tăng chi phí mạng và có xu hướng tạo ra các nghẽn cổ chai tính toán ở các mạng
tốc độ cao. Nó được giải quyết bởi sự xuất hiện của kĩ thuật MPLS trong tầng IP. Các
đặc tính chính của MPLS như sau:
 Sử dụng một nhãn đơn giản và có độ dài cố định để xác định dòng/tuyến.
 Tách riêng dữ liệu chuyển tiếp và thông tin điều khiển. Thông tin điều
khiển được dùng để thiết lập đường đi ban đầu nhưng các gói tin được vận
chuyển tới node kế tiếp dựa theo nhãn trong bảng chuyển tiếp.
 Với một mô hình chuyển tiếp đồng nhất và được đơn giản hoá, các mào
đầu IP chỉ được xử lý và kiểm tra tại các biên giới của các mạng MPLS và
sau đó các gói tin MPLS được chuyển tiếp dựa theo các “nhãn” (thay vì
phải phân tích các mào đầu gói tin IP đã được đóng gói).

Nguyễn Thế Cương, D2001VT

4

Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I. Tổng quan về IP/WDM

 MPLS cung cấp đa dịch vụ. Ví dụ một mạng riêng ảo VPN thiết lập bởi
MPLS có một mức độ ưu tiên cụ thể được xác định bởi trường tương
đương chuyển tiếp FEC (Forwarding Equivalence Class).
 Cho phép phân loại các gói tin dựa theo chính sách. Các gói tin được kết
hợp trong FEC nhờ việc sử dụng một nhãn. Việc sắp xếp gói tin vào FEC
được thực hiện tại biên giới mạng dựa theo trường dịch vụ hoặc địa chỉ
đích trong phần mào đầu của gói tin.
 Cung cấp các cơ chế cho phép kĩ thuật lưu lượng. Các cơ chế này được
triển khai để cân bằng tải tuyến nhờ giám sát lưu lượng và thực hiện chỉnh
các dòng một cách tích cực hoặc dự đoán trước. Trong mạng IP hiện tại, kĩ
thuật lưu lượng là rất khó nếu không nói là không thể vì chuyển đổi hướng
lưu lượng dùng các chỉnh sửa định tuyến không trực tiếp là không hiệu
quả và nó có thể gây ra tắc nghẽn nghiêm trọng hơn ở đâu đó trong mạng.
MPLS cho phép định tuyến hiện bởi nó cung cấp và tập trung chủ yếu vào
chuyển tiếp dựa trên trường. Ngoài ra MPLS cũng cung cấp các công cụ
cho điều khiển lưu lượng như kĩ thuật đường ngầm, kĩ thuật tránh và
phòng vòng lặp, kĩ thuật ghép dòng.
Xu hướng thứ hai là IP/MPLS trên nền SONET/SDH và WDM. SONET/SDH
cung cấp một số đặc tính hấp dẫn sau cho xu hướng này:
 SONET cung cấp một phân cấp ghép kênh tín hiệu quang tiêu chuẩn qua
đó các tín hiệu tốc độ thấp được ghép thành các tín hiệu tốc độ cao.
 SONET cung cấp một tiêu chuẩn khung truyền dẫn.
 Mạng SONET có khả năng bảo vệ/hồi phục hoàn toàn trong suốt đối với
các tầng cao hơn, ở đây là tầng IP.

Các mạng SONET thường sử dụng mô hình ring. Sơ đồ bảo vệ SONET có thể là:
 1+1, nghĩa là dữ liệu được truyền dẫn trên hai hướng ngược nhau và ở
đích thì tín hiệu có chất lượng tốt hơn sẽ được lựa chọn.
 1:1, chỉ ra rằng có một đường bảo vệ dành riêng cho đường chính
 n:1, thể hiện một số đường chính (n) chia sẻ chung một đường bảo vệ.
Thiết kế của SONET cũng tăng cường OAM&P để truyền các thông tin cảnh báo,
điều khiển và hiệu năng giữa các hệ thống và giữa các mức mạng. Tuy nhiên, SONET
mang quá nhiều thông tin mào đầu và chúng lại được mã hoá ở nhiều mức khác nhau.
Mào đầu đường (POH) được mang từ đầu cuối tới đầu cuối. Mào đầu tuyến (LOH)
được sử dụng cho tín hiệu giữa thiết bị kết cuối tuyến ví dụ như các bộ ghép kênh OCNguyễn Thế Cương, D2001VT

5


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I. Tổng quan về IP/WDM

n. Mào đầu đoạn (SOH) được sử dụng để thông tin giữa các thành phần mạng liền kề
ví dụ như các bộ tái tạo. Với một OC-1 với tốc độ là 51,84 Mbps, phần tải của nó chỉ
có khả năng truyền dẫn một DS-3 với tốc độ bit là 44,736 Mbps.
Xu hướng thứ ba ứng dụng IP/MPLS trực tiếp trên WDM và là giải pháp hiệu
quả nhất. Tuy nhiên, nó lại yêu cầu tầng IP có trách nhiệm bảo vệ và phục hồi tuyến.
Nó cũng yêu cầu một khuôn dạng khung được đơn giản hoá để điều khiển lỗi truyền
dẫn. Có một vài lựa chọn khuôn dạng khung cho IP trên nền WDM. Một vài công ty
đã phát triển một chuẩn mới là Slim SONET/SDH. Nó cung cấp các chức năng tương
tự như SONET/SDH nhưng với các kĩ thuật hiện đại để thay thế mào đầu và ghép kích
thước khung vào kích thước gói tin.
Một ví dụ khác là ứng dụng khuôn dạng khung Gigabit Ethernet. Chuẩn 10Gigabit Ethernet mới được thiết kế là để dành riêng cho các hệ thống WDM ghép chặt.
Sử dụng khuôn dạng Ethernet, các máy chủ ở bất kì hướng nào của kết nối cũng không

cần sắp xếp lên một khuôn dạng giao thức khác (ví dụ như ATM) để truyền dẫn.
Các mạng IP truyền thống sử dụng báo hiệu trong băng nên lưu lượng báo hiệu
và điều khiển được truyền dẫn trên cùng một đường và tuyến. Một mạng quang WDM
có một mạng truyền thông riêng rẽ dành cho các bản tin điều khiển. Như vậy nó sử
dụng báo hiệu ngoài băng như trong hình 1.3

Hình 1.3 Lưu lượng dữ liệu và điều khiển trong mạng IP và WDM
Trong mặt phẳng điều khiển, IP trên nền WDM có thể hỗ trợ nhiều kiến trúc
mạng khác nhau và sự lựa chọn kiến trúc chỉ phụ thuộc vào môi trường mạng hiện có,
nhà quản trị và chủ sở hữu mạng.

Nguyễn Thế Cương, D2001VT

6


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I. Tổng quan về IP/WDM

1.2 Lí do chọn IP/WDM
IP là giao thức được thiết kế để xác định địa chỉ mạng lớp ba và từ đó định tuyến
qua các mạng con với các công nghệ lớp hai khác nhau. Phía trên tầng IP tồn tại rất
nhiều các dịch vụ và ứng dụng dựa trên nền tảng IP khác nhau. Trong khi đó phía dưới
lớp IP thì sợi quang sử dụng công nghệ WDM là công nghệ truyền dẫn hứa hẹn nhất,
cho phép dung lượng mạng vô cùng lớn để đáp ứng được sự phát triển của Internet.
Công nghệ này sẽ trở nên hấp dẫn hơn nhiều khi giá thành của các hệ thống WDM
giảm đi.
Mặt phẳng điều khiển có nhiệm vụ truyền dẫn các bản tin điều khiển để chuyển
đổi các thông tin sẵn có và có thể tiếp cận được, tính toán cũng như thiết lập đường

truyền dẫn dữ liệu. Mặt phẳng dữ liệu có nhiệm vụ truyền dẫn lưu lượng ứng dụng và
lưu lượng người sử dụng. Một chức năng điển hình của mặt phẳng dữ liệu là đệm và
chuyển tiếp gói tin. IP không phân tách mặt phẳng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển và
do đó nó đòi hỏi các cơ chế QoS tại các bộ định tuyến để phân biệt các bản tin điều
khiển và các gói tin dữ liệu.
Một hệ thống điều khiển mạng WDM truyền thống sử dụng một kênh điều khiển
riêng biệt, còn được gọi là mạng truyền thông dữ liệu, để truyền dẫn các bản tin điều
khiển. Một hệ thống quản lý và điều khiển mạng WDM, theo TMN, được triển khai
theo cấu trúc tập trung. Để cho phép mở rộng địa chỉ, các hệ thống này dùng một phân
cấp quản lý. Kết hợp IP và WDM có nghĩa là, ở trong mặt phẳng dữ liệu ta có thể yêu
cầu các tài nguyên mạng WDM chuyển tiếp lưu lượng IP một cách hiệu quả còn trong
mặt phẳng điều khiển ta có thể xây dựng một mặt phẳng điều khiển đồng bộ. IP/WDM
cũng đánh địa chỉ tất cả các mức trung gian của các mạng quang intra- và inter-WDM
và các mạng IP.
Các động cơ thúc đẩy IP/WDM bao gồm:
 Các mạng quang WDM có thể đánh địa chỉ lưu lượng Internet đang phát
triển bằng cách khai thác cơ sở hạ tầng sợi quang sẵn có. Sử dụng công
nghệ WDM có thể tăng một cách đáng kể việc tận dụng băng thông sợi
quang.
 Hầu hết lưu lượng dữ liệu qua các mạng là IP. Gần như tất cả các ứng
dụng dữ liệu đầu cuối người sử dụng đều sử dụng IP. Lưu lượng thoại
truyền thống cũng có thể đóng gói nhờ các kĩ thuật VoIP.
 IP/WDM thừa hưởng sự mềm dẻo và khả năng thích ứng mà các giao thức
điều khiển IP cho phép.
 IP/WDM có thể đạt được hoặc nhắm vào sự phân bố băng thông động
theo nhu cầu (hay giám sát thời gian thực) trong các mạng quang. Bằng
Nguyễn Thế Cương, D2001VT

7

Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I. Tổng quan về IP/WDM

cách phát triển từ các mạng quang điều khiển tập trung truyền thống sang
mạng tự điều khiển phân bố, mạng IP/WDM tích hợp không những giảm
thiểu chi phí quản lý mạng mà còn cung cấp phân bố tài nguyên động và
giám sát dịch vụ theo nhu cầu.
 Với sự giúp đỡ của các giao thức IP, IP/WDM có thể hy vọng đánh địa chỉ
được WDM hay các nhà khai thác hoạt động trung gian NE.
 Các mạng quang WDM đòi hỏi mặt phẳng điều khiển thống nhất và có
khả năng phân cấp giữa các mạng con được cung cấp bởi các nhà khai
thác WDM khác nhau. Các giao thức điều khiển IP đã được triển khai
rất rộng rãi và được chứng minh là có khả năng phân cấp. Sự xuất
hiện của MPLS không chỉ bổ sung cho IP truyền thống kĩ thuật lưu
lượng và khả năng QoS biến đổi mà còn đưa ra một mặt phẳng điều
khiển trung tâm IP thống nhất giữa các mạng.
 Sự khác biệt giữa các thiết bị mạng WDM đòi hỏi sự liên kết giữa các
nhà khai thác trung gian. Ví dụ như các WADM không trong suốt đòi
hỏi các khuôn dạng tín hiệu nhất định ví dụ như tín hiệu SONET/SDH
ở các giao diện khách xen/tách của chúng. Sự liên kết hoạt động giữa
WDM đòi hỏi sự xuất hiện của tầng mạng mà ở đây là IP.
 IP/WDM có thể đạt được sự phục hồi động bằng cách phân mức các cơ
chế điều khiển phân tán được dùng trong mạng.
 Từ quan điểm dịch vụ, các mạng IP/WDM có thể lợi dụng các cơ chế,
chính sách, mô hình, cơ cấu QoS được đề nghị và phát triển trong mạng
IP.
 Rút kinh nghiệm từ tích hợp IP và ATM, IP và WDM cần một sự tích hợp
mạnh hơn nữa để tăng tính hiệu quả và khả năng mềm dẻo. Ví dụ như, IP

trên nền ATM cổ điển là tĩnh và phức tạp và chuyển đổi địa chỉ IP sang
ATM là bắt buộc phải chuyển đổi giữa các địa chỉ IP và các địa chỉ ATM.
Tích hợp IP/WDM sẽ cho phép truyền dẫn mạng quang một cách hiệu quả, làm
giảm chi phí cho lưu lượng IP và tăng cường sự tận dụng mạng quang.

Nguyễn Thế Cương, D2001VT

8


Đồ án tốt nghiệp đại học
IP/WDM

Chương II. Kĩ thuật lưu lượng

CHƯƠNG II KĨ THUẬT LƯU LƯỢNG IP/WDM
2.1 Mô hình hoá lưu lượng viễn thông
Kĩ thuật lưu lượng phải được thực hiện trên một mô hình cụ thể mà ở đây là mô
hình mạng viễn thông hoặc mạng máy tính. Do đó, không thể không xem xét các
phương pháp mô hình hoá mạng. Để mô hình hoá mạng viễn thông hay mạng máy tính
cần hai bước là mô hình hoá lưu lượng và mô hình hoá hệ thống. Mô hình hoá lưu
lượng được sử dụng để mô tả luồng lưu lượng đến hệ thống ví dụ như tốc độ đến, phân
bố lưu lượng và tận dụng tuyến nối trong khi mô hình hệ thống được sử dụng để mô tả
chính bản thân hệ thống kết mạng của nó ví dụ như cấu hình và mô hình hàng đợi.
Kiểu hệ thống hoàn toàn tổn thất có thể được sử dụng để làm mô hình cho các mạng
chuyển mạch kênh vì trong đó không có vị trí đợi. Vì thế, khi hệ thống đã đầy thì nếu
như khi đó có một khách hàng mới, anh/chị ta sẽ không được phục vụ. Hệ thống có tổn
thất dựa trên việc giám sát để chỉ ra nhu cầu của khách hàng. Còn hệ thống đợi hoàn
toàn được sử dụng để mô hình hoá các mạng chuyển mạch gói với giả thiết rằng hàng
đợi là vô hạn. Khi đó nếu tất cả các máy chủ đều đang bận thì một khách hàng đến vào

thời điểm đó sẽ chiếm một vị trí trong hàng đợi. Ở đây không có tổn thất nhưng khách
hàng phải đợi một khoảng thời gian nhất định trước khi được phục vụ. Lúc này mối
quan tâm sẽ chuyển sang kích thước của bộ đệm và chính sách được sử dụng trong
hàng đợi.
Ở đây, đồ án sẽ chỉ xem xét vấn đề mô hình hoá lưu lượng còn mô hình hoá hệ
thống phải dựa trên các hệ thống cụ thể. Báo cáo sẽ tìm hiểu các nguyên lí dự đoán lưu
lượng được sử dụng trong mô hình hoá lưu lượng cũng như các thông số để thực hiện
mô hình hoá.

2.1.1 Mô hình lưu lượng dữ liệu và thoại cổ điển
a) Mô hình lưu lượng thoại
Lưu lượng thoại có thể được mô hình hoá nhờ sử dụng mô hình Erlang. Đây là
mô hình tổn thất hoàn toàn. Giả thiết rằng tổng lưu lượng là α thì:
 xh
trong đó λ biểu thị tốc độ cuộc gọi đến và h biểu thị thời gian chiếm (gọi) trung
bình (thời gian dịch vụ). Đơn vị của cường độ lưu lượng là Erlang (erl). Lưu lượng
một erlang có nghĩa rằng trung bình thì kênh luôn bị chiếm. Nghẽn trong mô hình
Erlang xảy ra khi cuộc gọi bị tổn thất. Có hai đại lượng nghẽn là nghẽn cuộc gọi và
nghẽn thời gian. Nghẽn cuộc gọi là xác suất một cuộc gọi (một khách hàng) thực hiện
cuộc gọi khi tất cả các kênh đều đã bị chiếm. Nghẽn thời gian là xác suất mà tất cả các
kênh bị chiếm trong một khoảng thời gian bất kì. Rõ ràng là nghẽn cuộc gọi, B c, thể

Nguyễn Thế Cương, D2001VT

9


Đồ án tốt nghiệp đại học
IP/WDM

Chương II. Kĩ thuật lưu lượng

hiện QoS tốt hơn từ quan điểm của khách hàng. Giả sử có một hệ thống tổn thất
M/G/n/n, trong đó n là số kênh trên một tuyến nối, cuộc gọi đến tuân theo quá trình
Poisson với tốc độ λ và các thời gian chiếm cuộc gọi là phân bố độc lập và bằng nhau
theo phân bố h thì mối quan hệ giữa nghẽn cuộc gọi, mức độ tập trung lưu lượng và
thời gian chiếm trung bình được cho bởi biểu thức nghẽn Erlang như sau:

n
Bc = Erlang (n,α) =

n!
n


i 0

i
i!

b) Mô hình lưu lượng dữ liệu
Lưu lượng dữ liệu có thể được mô tả nhờ sử dụng các mô hình hàng đợi. Lưu
lượng dữ liệu được biểu diễn bởi tốc độ đến của gói tin λ, chiều dài gói tin trung bình
L, và thời gian truyền dẫn gói tin 1/μ. Giả sử rằng R hệ thống biểu diễn tốc độ tuyến
nối hay nói cách khác là số đơn vị dữ liệu trong một đơn vị thời gian thì thời gian
truyền dẫn gói tin sẽ là L/R. Khi đó tổng số lưu lượng sẽ được thể hiện bởi tải lưu
lượng ρ:
 .L
 


R
Từ quan điểm của người sử dụng thì đặc tính quan trọng là QoS. QoS được biểu
diễn bởi Pz, là xác suất một gói tin phải đợi lâu hơn một giá trị tham chiếu z. Giả thiết
một hệ thống hàng đợi M/M/1, có các gói tin đến tuân theo quá trình Poisson với tốc
độ λ và chiều dài gói tin phân bố độc lập và bằng nhau theo phân bố luỹ thừa L thì mối
quan hệ giữa khả năng tải lưu lượng hệ thống, QoS được cho bởi công thức sau:
1, L R (  1)

Pz Wait(R,  , L, z)  L
 R
 
exp




 z , L  R (   1)
 R
L

 



2.1.2 Các mô hình lưu lượng dữ liệu lí thuyết
Lưu lượng LAN Ethernet đã được nghiên cứu một cách chính xác dựa trên hàng
trăm triệu gói tin Ethernet bao gồm cả thời gian đến và chiều dài của chúng. Các
nghiên cứu đó đã chỉ ra rằng lưu lượng Ethernet dường như biến đổi rất nhiều do sự
xuất hiện của tính bùng nổ trong các dải thời gian từ micro giây tới miligiây, giây,
phút, giờ và ngày. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng lưu lượng Ethernet có tính tự tương

quan thống kê. Điều này có nghĩa là lưu lượng sẽ trông giống nhau trong tất cả các dải
thời gian và có thể sử dụng một tham số duy nhất là tham số Hurst để miêu tả đặc tính

Nguyễn Thế Cương, D2001VT

10


Đồ án tốt nghiệp đại học
IP/WDM

Chương II. Kĩ thuật lưu lượng

phân mảnh. Các đặc tính lưu lượng Ethernet này không thể diễn tả nếu sử dụng các mô
hình lưu lượng cổ điển như là mô hình Poisson.
Lưu lượng WAN Internet cũng đã được nghiên cứu ở cả hai mức đo là mức gói
tin và mức kết nối. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng tại mức gói tin, phân bố thời gian đến
giữa các gói tin TELNET là không tăng nhanh theo hàm luỹ thừa như các mô hình cổ
điển. Còn tại mức kết nối đối với các phiên TELNET tích cực thì tốc độ đến kết nối
tuân theo quá trình Poisson (với tốc độ cố định theo từng tiếng đồng hồ). Tuy nhiên,
nghiên cứu cũng chỉ ra rằng tại mức kết nối, đối với các kết nối trong phiên khởi tạo
người sử dụng (FTP, HTTP) và máy khởi tạo thì tốc độ đến kết nối có tính bùng nổ,
đôi khi là tương quan và không tuân theo quá trình Poisson.
Để thể hiện được tính bùng nổ của lưu lượng dữ liệu Internet thì có thể cần phải
sử dụng các phân bố số mũ con như là các phân bố Log-normal, Weibull, Pareto. Đối
với các quá trình có phụ thuộc dải dài thì các quá trình tự tương quan như là chuyển
động Brownian phân mảnh có thể được sử dụng.

2.1.3 Một mô hình tham chiếu băng thông
Kĩ thuật lưu lượng vòng kín có thể được thực hiện dựa trên phản hồi và tham

chiếu băng thông. Kĩ thuật lưu lượng vòng kín dựa trên phản hồi sẽ được trình bày
trong phần 4.2. Tham chiếu băng thông là một công cụ hữu ích cho kĩ thuật lưu lượng.
Các dự đoán băng thông trong tương lai có thể được sử dụng để khởi tạo tái cấu hình
mức mạng. Nhờ việc dự đoán băng thông của dòng lưu lượng, có thể xác định được
các đòi hỏi về dung lượng của tuyến nối IP/WDM và do vậy sẽ quyết định có thực
hiện tái cấu hình hay không.
Dòng lưu lượng IP là một dòng các gói tin IP đơn hướng (của cùng một lớp lưu
lượng) giữa hai đầu cuối. Các đầu cuối có thể là các bộ định tuyến liền kề trong trường
hợp các dòng lưu lượng IP là lưu lượng chạy trên tuyến nối nằm giữa hai bộ định
tuyến. Tương ứng như thế, các đầu cuối cũng có thể không phải là các bộ định tuyến
liền kề. Một dòng lưu lượng IP là đơn hướng và điều này sẽ dẫn tới tính không đối
xứng của lưu lượng giữa các đầu cuối. Cho trước một dòng lưu lượng thì điều ta mong
muốn là xác định các tính chất và ước lượng được băng thông của nó. Mặc dù phương
pháp dưới đây có thể áp dụng cho nhiều kiểu lưu lượng nhưng nó được hi vọng là sẽ
có khả năng ước lượng được tải mong muốn của kết nối IP và sau đó các ước lượng
này sẽ được sử dụng để thực hiện các quyết định tái cấu hình.
Khoảng thời gian dự đoán xác định độ lớn thời gian dự đoán trong tương lai.
Khoảng thời gian cho tái cấu hình mức mạng được xác định bởi nhiều yếu tố. Người ta
mong muốn tái cấu hình mức mạng có khả năng phản ứng trước các thay đổi trong xu
hướng lưu lượng (chẳng hạn như các thay đổi tải trong một ngày). Mặt khác khoảng

Nguyễn Thế Cương, D2001VT

11


Đồ án tốt nghiệp đại học
IP/WDM

Chương II. Kĩ thuật lưu lượng

thời gian tái cấu hình ít nhất cũng phải bằng thời gian của một thủ tục tái cấu hình.
Khoảng thời gian tái cấu hình bao gồm các thành phần sau:
 Thời gian để thực hiện một dự đoán
 Thời gian để tính toán một mô hình mới
 Thời gian để dịch chuyển từ mô hình hiện tại tới mô hình mới
Thời gian để thực hiện dự đoán băng thông phụ thuộc vào độ phức tạp tính toán
của mô hình dự đoán. Thời gian để tính toán mô hình mới phụ thuộc vào độ phức tạp
của các thuật toán hay giải pháp dựa trên kinh nghiệm để thực hiện việc thiết kế mô
hình đó. Còn thời gian để dịch chuyển từ cấu hình hiện tại sang cấu hình mới lại phụ
thuộc vào chu trình dịch chuyển được sử dụng. Giả thiết rằng chu trình dịch chuyển
bao gồm một chuỗi các thiết lập và loại bỏ từng tuyến nối IP/WDM riêng rẽ. Khi đó
thời gian dịch chuyển sẽ bằng tổng thời gian để thiết lập và loại bỏ các tuyến nối
IP/WDM với thời gian để các giao thức định tuyến ổn định sau mỗi thay đổi mô hình.
Dựa trên các nhận xét trên, người ta thừa nhận một khoảng thời gian tái cấu hình
nhất định. Đây là khoảng thời gian xác định tính thường xuyên thực hiện tái cấu hình
mức mạng. Thời gian này được gọi là khoảng thời gian thô (khác với khoảng thời gian
mịn - thời gian cho các phép đo lưu lượng). Khoảng thời gian thô là một thông số có
thể thay đổi được tuỳ theo thiết kế. Ảnh hưởng của các giá trị khác nhau của thông số
thời gian thô đã được đánh giá.
Dự đoán băng thông cho dòng lưu lượng trong khoảng thời gian kế tiếp phụ
thuộc vào một số yếu tố sau:
 Giờ trong ngày và ngày trong tuần: tồn tại mối tương quan giữa ngày
trong tuần và giờ trong ngày với độ lớn lưu lượng Internet.
 Các mối tương quan từ các mẫu thời gian trước đó: độ lớn lưu lượng trong
quá khứ gần sẽ ảnh hưởng tới độ lớn lưu lượng trong tương lai.
 Quá trình đến của lưu lượng: không thể chỉ dự đoán các quá trình này là
các quá trình Poisson. Cần phải tính đến các đặc tính tự tương quan của
dòng lưu lượng trong đó.
Mục đích là tìm kiếm một mô hình thông số dựa trên kinh nghiệm để có thể dự

đoán được băng thông lưu lượng trong khoảng thời gian kế tiếp. Mô hình sẽ tận dụng
các thông tin đo đạc lưu lượng và giả thiết rằng quá trình đến của lưu lượng là quá
trình tự tương quan. Mô hình dưới đây đã được đề xuất bởi A. Neidhardt và J. Hodge
tại Bellcore và được dùng để dự đoán dung lượng của một ATM VPC mang lưu lượng
IP và được mở rộng trong dự án NGI Supernet NC&M tại Bellcore/Telcordia.
Quá trình chuyển động phân mảnh Brownian
Nguyễn Thế Cương, D2001VT

12


Đồ án tốt nghiệp đại học
IP/WDM

Chương II. Kĩ thuật lưu lượng

Quá trình chuyển động phân mảnh Brownian (FBM) là một quá trình tự tương
quan được mô tả bởi ba thông số là: tốc độ đến trung bình m, tham số dao động a và
thông số Hurst, H. Một mạng IP/WDM có thể mô hình hoá tốc độ đến như FBM để
xem xét đến sự dao động của tổng lưu lượng mịn hoá trong khoảng thời gian thô. FBM
được định nghĩa như sau:
A(t) = mt + am Z(t) trong đó    t  
Trong đó Z(t) là quá trình chuyển động phân mảnh Brownian bình thường hoá
với các tính chất sau:
 Z(t) đồng biến
 Z(0) = 0 và E[Z(t)] = 0 với mọi t
 E[Z(t)]2 = t

2H

với mọi t

 Z(t) có tính liên tục
 Z(t) có tính Gauss
Sự biến thiên của Z(t) được thể hiện bởi:
2H
V[A(t)] = am t
Hãy xem xét một hàng đợi với quá trình đến FBM như trên và với tốc độ dịch vụ
C. Hệ thống này có bốn thông số: m là tốc độ đến trung bình, a là tham số biến thiên
của quá trình đến, H là thông số tự tương quan và C là tốc độ dịch vụ. Xác xuất tràn
dòng của hàng đợi trên hay chính là P(Q>B) trong đó B là kích thước bộ đệm được
cho bởi công thức gần đúng sau:
P (Q  B ) exp(

1
( am)  1 (C  m) 2 H H  2 H (1  H )  2 (1 H ) B 2 (1 H ) )
2

Giả thiết rằng người ta cần xác xuất tràn dòng ở trên bị chặn nghĩa là:
z2
P(Q > B)  exp ()
2
thì biểu thức cho tốc độ dịch vụ của hàng đợi C sẽ có dạng như sau:
C m  m

1
2H

1
 21H 21H  11H

1 H
z a B
H (1  H )








Các nguyên lí tham chiếu lưu lượng
Nguyên lí đầu tiên là băng thông lưu lượng trong khoảng thời gian kế tiếp phụ
thuộc nhiều vào lưu lượng đã thấy trong dòng lưu lượng của cùng khoảng thời gian đó
của tuần trước đó.
Nguyên lí này phản ánh mô hình độ lớn lưu lượng phụ thuộc lớn vào giờ trong
ngày và ngày trong tuần được quan sát thấy trong các tuyến nối. Do vậy, độ lớn lưu
lượng trung bình trong khoảng thời gian kế tiếp sẽ gần như giống hệt như độ lớn đã
Nguyễn Thế Cương, D2001VT

13


Đồ án tốt nghiệp đại học
IP/WDM

Chương II. Kĩ thuật lưu lượng

xuất hiện trong cùng thời điểm của ngày, của cùng thứ hôm đó của tuần trước đó. Và
điều này có thể được biểu diễn bởi biểu thức:

F0  F  h, d 

Trong đó F[h,d] là lưu lượng quan sát thấy tại giờ h của ngày d trong tuần trước
đó. Giả sử rằng tốc độ phát triển của lưu lượng từ tuần này sang tuần khác được mô
hình bởi một hàm có thông số γ. Cũng giả thiết rằng hàm tăng trưởng này là hàm mũ:
F1 F0 e F
Trong đó γ là thông số mô hình được ước lượng từ các phép đo lưu lượng. Giả
thiết rằng W0 và W1 là tổng lưu lượng đo được trong hai tuần liền trước trong dòng lưu
lượng thì có thể xác định γ từ phương trình sau:
W1 W0 e w
0

0

Nguyên lí thứ hai là dự đoán băng thông lưu lượng trong khoảng thời gian kế
tiếp sẽ khác với lưu lượng đã được quan sát thực tế trong cùng một cách mà phép dự
đoán trong khoảng thời gian liền trước đó đã thực hiện.
Cho A(h-1) là độ lớn lưu lượng thực tế đo được trong khoảng thời gian (h-1). Giả
thiết F(h-1) là độ lớn lưu lượng dự đoán cho khoảng thời gian (h-1) thì:
 A(h  1)


  (1   )  là tỉ lệ để xem xét sự khác nhau giữa giá trị dự đoán và giá
 F (h  1)

trị thực tế trong khoảng thời gian liền trước. Do đó:
 A(h  1)

F2  F1 
  (1   ) 

 F (h  1)


trong đó ρ có thể được chọn bằng cách làm phù hợp với dữ liệu đã đo được trước
đó. Ví dụ như người ta có thể chọn giá trị ρ sao cho sai số do tỉ lệ được cho bởi:
 A(h)
A(h  1) 
 F (h)   F (h  1) 


là nhỏ nhất cho dữ liệu trong quá khứ. Nói cách khác, có thể chọn ρ sao cho tối
thiểu hoá giá trị:
2
 A(h)
A(h  1) 
E
 
F (h  1) 
 F ( h)
trong đó E là toán tử dự đoán. Nó sẽ cho kết quả là:
 A(h) A(h  1) 
E
F (h) F (h  1) 


2
 A(h  1) 
E

 F (h  1) 

Nguyễn Thế Cương, D2001VT

14


Đồ án tốt nghiệp đại học
IP/WDM

Chương II. Kĩ thuật lưu lượng

Giả thiết rằng một quá trình đến FBM với tốc độ trung bình F 2, kích thước bộ
định tuyến là B và xác xuất tổn thất gói tin sẽ bị chặn trên bởi  thì điều kiện cho
dung lượng sẽ được biểu diễn bởi:
1

F3 F2  F22 H  (a, H , B, z )
1
 21H 21H  11H

1 H
H (1  H ) 
trong đó  (a, H , B, z )  z a B


Dưới đây, đồ án sẽ trình bày hai phương pháp dùng để ước lượng các thông số a
và H từ lưu lượng đo được. Phương pháp đầu tiên giả định rằng đã có các kết quả đo
độ lớn lưu lượng cho mỗi một trong N khoảng thời gian mịn liên tiếp t. Biểu thị độ lớn
lưu lượng cho mỗi khoảng i là T(i). Khi đó giá trị ước lượng độ lớn lưu lượng trung
bình sẽ là:

N

 T (i)

m  i 1

N

và giá trị ước lượng của phương sai sẽ là:
N

Vt 

 (T (i)  m)

2

i1

N1
Các giá trị đo có thể được tổng hợp thành k khối không chồng lấn với kích thước
mỗi khối là kt và có phương sai là V kt. Khi cho trước hai giá trị ước lượng phương sai
Vt và Vkt thì các giá trị a và H là hoàn toàn có thể xác định được.
Trong phương pháp thứ hai, thông số H có thể ước lượng từ các điểm sai khác
thời gian như sau. Cho một vệt thời gian Xk, k = 1, 2,…., chúng ta sẽ có một vệt thời
gian tổng hợp Xk(m), k = 1, 2,… bằng cách lấy trung bình từ các chuỗi X k ban đầu nhờ
các khối không chồng lấn có độ lớn m. Nghĩa là:
1
X k( m )   X km  m 1  ...  X km 
m

Sau đó đối với các quá trình phụ thuộc dải dài thì ta sẽ có:
V  X ( m )  m  2 (1 H )
Do đó, nếu chúng ta vẽ logV  X (m)  theo log(m) thì độ dốc của đồ thị sẽ chính là
 2(1  H ) , trong đó H’ là giá trị ước lượng cho H.
Các thông số mô hình
Các thông số sau được định nghĩa cho mô hình dự đoán băng thông:
 Kích thước của thời gian thô: Lược đồ giám sát lưu lượng cho kết quả là
dữ liệu dưới dạng ma trận lưu lượng. Nó chứa độ lớn lưu lượng trung bình
trong một khoảng thời gian tinh. Độ lớn của thời gian thô chính là thời
gian sử dụng để tính trung bình lưu lượng trong một khoảng thời gian thô
Nguyễn Thế Cương, D2001VT

15


Đồ án tốt nghiệp đại học
IP/WDM

Chương II. Kĩ thuật lưu lượng

bằng cách kết hợp các dữ liệu lưu lượng trong khoảng thời gian tinh lại
với nhau.
 Kích thước bộ đệm bộ định tuyến: kích thước bộ đệm bộ định tuyến được
dùng trong mô hình để dự đoán độ lớn của một dòng lưu lượng.
 Giới hạn xác suất mất gói: thông số này được dùng để dự đoán băng thông
của một dòng lưu lượng.
 Thuật toán định tuyến, mô hình mạng: mô hình mạng và thuật toán định
tuyến giúp xác định dòng lưu lượng nào được yêu cầu đối với một kết nối
dựa trên kết quả của các phép đo dòng lưu lượng từ các bộ định tuyến
biên.

Thông số lưu lượng đo được chính là ma trận lưu lượng tinh từ bộ định tuyến
biên này tới bộ định tuyến biên khác. Từ thông số đo được này có thể rút ra được tất cả
các thông số khác. Các thông số sau được tính toán cho mục đích tái cấu hình tại thời
điểm bắt đầu của một khoảng thời gian thô:
 Trung bình thô cho các dòng lưu lượng của mỗi cặp bộ định tuyến biên
vào ra: được tính toán dựa trên dữ liệu lưu lượng tinh đã đo được.
 Độ phức tạp của tính toán trung bình thô là O(N 2) trong đó N là số lượng
bộ định tuyến biên trong mạng.
 Các trung bình thô và trung bình tinh của độ lớn lưu lượng yêu cầu cho
mỗi kết nối đơn hướng: độ lớn lưu lượng yêu cầu cho mỗi tuyến nối có thể
tính được cho cả khoảng thời gian thô và tinh dựa trên ma trận lưu lượng
từ bộ định tuyến biên này tới bộ định tuyến biên khác, mô hình mạng và
thuật toán định tuyến.
 Độ phức tạp tính toán là O(E2) trong đó E là số lượng kết nối trong mạng.
 Các thông số dự đoán lưu lượng F1, F2, F3: đối với mỗi dòng lưu lượng,
các thông số dự đoán băng thông F1, F2, F3 có thể tính toán từ các phương
trình ở trên. Việc tính toán này được thực hiện ở đầu mỗi khoảng thời gian
thô.
Độ phức tạp của phép tính là O(N2) trong đó N là số lượng bộ định tuyến biên
trong mạng.
Vì sự tái cấu hình làm thay đổi cấu hình của mạng IP nên một vài thông số sẽ cần
phải được tính toán lại sau khi cấu hình. Đặc biệt là trung bình thô và tinh cho các
dòng lưu lượng đối với mỗi tuyến nối sẽ cần tính toán lại sau khi xảy ra tái cấu hình.
Các thông số điều chỉnh a, H, ρ và α được sử dụng trong mô hình dự đoán lưu lượng
và được điều chỉnh phù hợp dựa trên dữ liệu lưu lượng đo được và dữ liệu lưu lượng
Nguyễn Thế Cương, D2001VT

16

Đồ án tốt nghiệp đại học
IP/WDM

Chương II. Kĩ thuật lưu lượng

tính toán. Sự phù hợp cho mỗi một trong số các thông số trên cần phải được tính toán
lại mỗi khi có tái cấu hình hoặc theo chu kì (chẳng hạn như một lần một tuần).

2.2 Bảo vệ và tái cấu hình
Để đảm bảo tính mềm dẻo của dịch vụ mạng trước các lỗi thì hai xu hướng được
xem xét để tìm ra một tuyến mới cho đường đi là: một đường đi bảo vệ thiết lập trước
và một đường đi tái cấu hình tính toán động. Các kĩ thuật bảo vệ phụ thuộc vào dung
lượng dư thừa trong mạng. Vì một tuyến bảo vệ cho mỗi tuyến đang làm việc được
thiết lập trước nên tái định tuyến sử dụng kĩ thuật này thì nhanh hơn (nhỏ hơn 50 ms
trong mạng SONET/SDH) và đơn giản hơn tái cấu hình.
Các kĩ thuật bảo vệ cũng được phân loại thành bảo vệ tuyến và bảo vệ đường. Sự
khác nhau của chúng được chỉ ra trong hình 2.1. Trong hình 2.1(a) thì dòng lưu lượng
từ A tới E sử dụng một đường đi A-B-E. Nếu như có lỗi trên kết nối từ A tới B thì một
bảo vệ tuyến sẽ tránh tuyến A-B bằng cách sử dụng một đường được thiết kế trước là
A-D-C-B và phần còn lại của đường vẫn được sử dụng bình thường như được chỉ ra
trong hình 2.1(b).

Hình 2.1 Bảo vệ đường và bảo vệ tuyến
Ngược lại, một bảo vệ đường sẽ hoàn toàn không sử dụng đường đã có lỗi nữa.
Nó sẽ dùng một đường khác hoàn toàn không liên quan tới đường ban đầu. Trong ví
dụ ở hình 2.1(c), nó sử dụng đường A-D-C-E thay vì đường A-B-E.
Trong khi đó tái cấu hình có thể được sử dụng để hoặc là cung cấp các tuyến nối
hiệu quả hơn sau khi bảo vệ hoàn thành hoặc là tăng cường tính mềm dẻo để chống lại
các lỗi nặng hơn trước khi lỗi đầu tiên được sửa. Thông thường thì cơ chế tái cấu hình
là khá chậm.

2.3 Các mô hình bảo vệ và tái cấu hình trong mạng IP/WDM
Tuỳ thuộc vào mục tiêu của các chức năng điều khiển và báo hiệu trong tầng
WDM mà bảo vệ và tái cấu hình trong mạng IP/WDM có thể được phân loại thành ba
mô hình.
Mô hình đầu tiên sử dụng một khối quản lí kết nối quang thông minh và tự quản
trị. Chính xác hơn thì một tầng quang có hầu hết các chức năng báo hiệu và điều
khiển, ví dụ như quản lí dung lượng và cấu hình, định tuyến, phát hiện mô hình, tái cấu

Nguyễn Thế Cương, D2001VT

17


Đồ án tốt nghiệp đại học
IP/WDM

Chương II. Kĩ thuật lưu lượng

hình và điều khiển ngoại lệ nhờ sử dụng các chức năng báo hiệu và điều khiển hoàn
toàn là của nó. Bất lợi lớn nhất của mô hình này là sự dư thừa các chức năng báo hiệu
và điều khiển vì các chức năng quản lí mạng như vậy đã có trong tầng IP.
Trong mô hình thứ hai, mỗi bộ định tuyến IP được kết nối nhờ sử dụng sợi quang
và WDM. Do đó không có khái niệm đường đi ngắn nhất trong mô hình này. Tất cả
các báo hiệu và điều khiển đều phụ thuộc vào tầng IP.
Mô hình thứ ba có thể gọi là “định tuyến thông minh – quang đơn giản” và là
phiên bản trung gian giữa hai mô hình trên. Hiện nay IETF và OIF đang nghiên cứu
mô hình này sử dụng chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát (GMPLS). Với mô
hình thứ ba thì vấn đề cấy mô hình IP trên nền mô hình WDM sẽ đóng vai trò quan
trọng trong bảo vệ IP/WDM đặc biệt là khi tầng WDM không hỗ trợ bảo vệ đường và

bảo vệ tuyến hoặc là tuyến bảo vệ không làm việc bình thường do sự xuất hiện nhiều
lỗi cùng lúc.

2.4 Khái niệm kĩ thuật lưu lượng IP/WDM
Kĩ thuật lưu lượng IP/WDM là kĩ thuật để tận dụng các tài nguyên IP/WDM (ví
dụ như các bộ định tuyến IP, các bộ đệm, các chuyển mạch WDM, các sợi quang và
các bước sóng) một cách hiệu quả, để truyền dẫn các gói tin và dòng lưu lượng IP. Kĩ
thuật lưu lượng IP/WDM bao gồm kĩ thuật lưu lượng IP/MPLS và kĩ thuật lưu lượng
WDM như được chỉ ra trên hình 2.2

Hình 2.2 Kĩ thuật lưu lượng IP/WDM (TE)
Kĩ thuật lưu lượng MPLS giải quyết các vấn đề về phân bổ dòng và thiết kế nhãn
đường. Sử dụng kĩ thuật điều khiển đường hiện MPLS, kĩ thuật lưu lượng MPLS cho
phép cân bằng tải trên mô hình IP hiện có. Các MPLS LSP làm việc như là các tuyến
ảo cùng chia sẻ một mô hình IP cố định.
Nguyễn Thế Cương, D2001VT

18


Đồ án tốt nghiệp đại học
IP/WDM

Chương II. Kĩ thuật lưu lượng

Trong khi đó kĩ thuật lưu lượng WDM lại đưa ra các giả định về một mô hình IP
tĩnh trên nền mạng WDM. Kĩ thuật lưu lượng WDM giải quyết các vấn đề về thiết kế
mô hình đường đi ngắn nhất và dịch chuyển mô hình IP. Trong các mạng WDM có khả
năng tái cấu hình, kĩ thuật lưu lượng MPLS và kĩ thuật lưu lượng WDM làm việc ở các
tầng khác nhau, nghĩa là một ở tầng IP và một ở tầng WDM. Trong các mạng chuyển

mạch gói quang, các kĩ thuật lưu lượng MPLS và WDM có thể được dùng theo mô
hình chồng lấn hoặc theo mô hình tích hợp. Xu hướng đầu tương tự như IP chồng lấn
trên nền các mạng WDM có khả năng tái cấu hình (mặt phẳng dữ liệu), trong khi các
MPLS LSP (các đường đi ảo) được ấn định cho các mạch quang WDM cố định. Xu
hướng thứ hai xây dựng các đường đi ngắn nhất, ấn định các dòng trên các đường đi
ngắn nhất đó và chuyển tiếp lưu lượng theo một mô hình tích hợp. Trong đồ án này các
kĩ thuật lưu lượng MPLS và WDM sẽ được trình bày.

2.5 Mô hình hoá kĩ thuật lưu lượng IP/WDM
Như đã trình bày ở trên kĩ thuật lưu lượng trong các mạng IP/WDM có thể thực
hiện theo hai phương pháp: kĩ thuật chồng lấn và kĩ thuật tích hợp.
Với kĩ thuật lưu lượng IP/WDM chồng lấn, mỗi tầng IP và WDM có một khối kĩ
thuật lưu lượng riêng. Sự hoạt động của mỗi mạng có thể độc lập với mạng còn lại.
Các giải pháp kĩ thuật lưu lượng được phát triển cho các mạng IP hoặc các mạng
WDM có thể được ứng dụng trực tiếp cho mỗi tầng một cách tương ứng. Về mặt tính
chất thì mạng khách-chủ chồng lấn là một ví dụ cho kĩ thuật lưu lượng chồng lấn.
Với kĩ thuật lưu lượng tích hợp, sự tối ưu hoá hiệu năng mạng đối với một mục
tiêu nhất định đạt được nhờ sự kết hợp giữa cả hai thành phần mạng IP và WDM. Với
sự xuất hiện của các phần cứng ngày càng tinh vi cho phép tích hợp chức năng của cả
IP và WDM tại mỗi thành phần mạng (NE) nên kĩ thuật lưu lượng tích hợp có thể hoạt
động hiệu quả hơn.

2.5.1 Kĩ thuật lưu lượng chồng lấn
Nguyên lí của kĩ thuật lưu lượng chồng lấn là sự tối ưu hoá đạt được ở từng tầng
một. Điều này có nghĩa là sự tối ưu hoá trong một không gian nhiều chiều là kết quả
của một quá trình tìm kiếm lần lượt theo các chiều khác nhau. Rõ ràng là kết quả tối
ưu hoá phụ thuộc vào thứ tự tìm kiếm và không đảm bảo đó là kết quả tối ưu hoá toàn
cục. Chiều nào càng xuất hiện sớm trong chuỗi tìm kiếm thì càng đạt được sự tối ưu
hoá tốt hơn. Một lợi thế của kĩ thuật lưu lượng chồng lấn là các cơ chế có thể được
điều chỉnh để đáp ứng tốt nhất nhu cầu của một tầng cụ thể (IP hoặc WDM) tuỳ theo

các mục tiêu được lựa chọn. Hình 2.3 mô tả kĩ thuật lưu lượng chồng lấn.

Nguyễn Thế Cương, D2001VT

19


Đồ án tốt nghiệp đại học
IP/WDM

Chương II. Kĩ thuật lưu lượng

Hình 2.3 Kĩ thuật lưu lượng chồng lấn
Kĩ thuật lưu lượng chồng lấn có thể xây dựng bằng việc kết nối các bộ định tuyến
IP với mạng WDM dựa trên OXC thông qua một OADM. Các mạng IP/WDM được
xây dựng theo phương pháp này thể hiện một mạng WDM dựa trên OXC, tầng chủ
được hỗ trợ bởi mạng vật lí trong đó tầng mạng vật lí này được tạo nên bởi các NE
quang và các sợi quang. Mỗi sợi quang mang nhiều bước sóng mà việc định tuyến
chúng là có khả năng tái cấu hình một cách mềm dẻo. Tầng khách (nghĩa là mạng ảo)
hình thành bởi các bộ định tuyến IP được kết nối bởi các đường đi ngắn nhất dựa trên
mạng vật lí đó. Mô hình của một mạng ảo có khả năng tái cấu hình được là nhờ khả
năng tái cấu hình các đường đi ngắn nhất trong tầng máy khách. Các giao diện của một
bộ định tuyến IP kết nối với OADM là các giao diện có khả năng tái cấu hình được.
Điều này có nghĩa là các IP lân cận kết nối với một giao diện có khả năng tái cấu hình
như vậy có thể được thay đổi bằng cách cập nhật cấu hình đường đi ngắn nhất cơ sở.
Trong các mạng IP/WDM, điều khiển tắc nghẽn không chỉ được thực hiện ở tầng dòng
sử dụng cùng một mô hình mà còn có thể được thực hiện ở tầng mô hình nhờ sử dụng
tái cấu hình đường đi ngắn nhất. Do đó, không chỉ một nguồn lưu lượng điều chỉnh
dòng các gói tin của nó trước khi gửi nó vào mạng mà chính bản thân mạng cũng có
khả năng thích ứng trước một kiểu lưu lượng sau một thời gian tuỳ chọn. Trong tầng

IP, điều khiển tắc nghẽn cung cấp nền tảng cho kĩ thuật lưu lượng, nghĩa là làm cách
Nguyễn Thế Cương, D2001VT

20