Khảo sát kỹ thuật lưu lượng ip trên mạng quang wdm

Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP trên mạng quang WDM

KHOA CÔNG NGHỆ
-----------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề tài

KHẢO SÁT KỸ THUẬT LƢU LƢỢNG IP
TRÊN MẠNG QUANG WDM
Ngƣời hƣớng dẫn

KS. NGUYỄN ANH QUỲNH

Sinh viên thực hiện NGUYỄN ĐĂNG TUẤN
Lớp

46K - ĐTVT

Vinh, tháng 5/2010

Nguyễn Đăng Tuấn

5


Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP trên mạng quang WDM
MỤC LỤC
MỤC LỤC...........................................................................................................................5
LỜI NĨI ĐẦU............................................................................................................7
DANH MỤC HÌNH VẼ.....................................................................................................9

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT................................................................................................10
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ IP/WDM.....................................................................15
1.1. Khái niệm mạng IP/WDM....................................................................................15
1.2. Các xu hƣớng truyền tải lƣu lƣợng trên mạng IP/WDM.....................................16
1.2.1. IP/ATM/SONET/WDM.....................................................................................16
1.2.2. IP/SONET/WDM...............................................................................................17
1.2.3. IP/MPLS/WDM và IP/WDM............................................................................17
1.3. Các kiến trúc mạng IP/WDM................................................................................19
1.3.1. Kiến trúc mạng điểm - điểm...............................................................................19
1.3.2. Kiến trúc mạng IP/WDM cấu hình....................................................................19
1.3.3. Kiến trúc mạng IP/WDM chuyển mạch............................................................20
1.4. lí do chọn IP/WDM...............................................................................................22
CHƢƠNG 2. KỸ THUẬT LƢU LƢỢNG IP/WDM....................................................24
2.1. Mơ hình hố lƣu lƣợng viễn thơng........................................................................24
2.1.1. Mơ hình lƣu lƣợng dữ liệu và thoại cổ điển.......................................................24
2.1.2. Một mơ hình tham chiếu băng thơng.................................................................26
2.2. Bảo vệ và tái cấu hình............................................................................................33
2.3. Khái niệm kỹ thuật lƣu lƣợng IP/WDM...............................................................34
2.4. Mơ hình hố kỹ thuật lƣu lƣợng IP/WDM...........................................................35
2.4.1. Kỹ thuật lƣu lƣợng chồng lấp.............................................................................35
2.4.2. Kỹ thuật lƣu lƣợng tích hợp...............................................................................37
2.5. Mơ hình chức năng của kỹ thuật lƣu lƣợng IP/WDM..........................................38
2.5.1. Cơ sở dữ liệu thông tin trạng thái mạng IP/WDM............................................41
2.5.2. Quản lí giao diện IP với WDM..........................................................................44
2.5.3. Khởi tạo tái cấu hình...........................................................................................44
2.5.4. Đo kiểm và giám sát lƣu lƣợng..........................................................................46
2.6. Kỹ thuật lƣu lƣợng MPLS.....................................................................................51
Nguyễn Đăng Tuấn

6

Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP trên mạng quang WDM
2.6.1. Cân bằng tải.........................................................................................................51
CHƢƠNG 3. TÁI CẤU HÌNH TRONG KỸ THUẬT LƢU LƢỢNG IP/WDM.........57
3.1. Tái cấu hình mơ hình ảo đƣờng đi ngắn nhất.......................................................57
3.2. Mơ hình ảo có quy tắc và bất quy tắc....................................................................59
3.3. Thiết kế mơ hình....................................................................................................60
3.4. Một số thuật tốn...................................................................................................60
3.4.1. Thuật tốn thiết kế mơ hình đƣờng đi ngăn nhất...............................................61
3.4.2. Một số thuật tốn thiết kế mơ hình cây mở rộng...............................................62
3.4.3. Thuật tốn dựa trên nhu cầu cịn lại (RD)..........................................................64
3.4.4. Thuật tốn dựa trên tích đếm hop và nhu cầu cịn lại(RDHP)..........................65
3.4.5. Tốn dựa trên tích nhu cầu và số đếm hop (DHP)............................................66
3.5. Dịch chuyển mơ hình ảo........................................................................................67
3.6. Tổng quan về tái cấu hình WDM chuyển mạch gói.............................................70
3.7. Kiến trúc phần mềm cho kỹ thuật lƣu lƣợng chồng lấp.......................................73
3.8. Kiến trúc phần mềm cho kỹ thuật lƣu lƣợng tích hợp..........................................76
3.9. Giao thức điều khiển mạng (IP TECP).................................................................78
3.10. Giao diện ngƣời sử dụng - mạng IP/WDM (UNI).............................................79
CHƢƠNG 4. CÁC YÊU CẦU VÀ ỨNG DỤNG TRÊN IP/WDM..............................82
4.1. Các yêu cầu đối với mạng IP/WDM....................................................................82
4.2. Các tiêu chí phân tích và đánh giá........................................................................86
4.3. Ứng dụng kỹ thuật IP/WDM................................................................................87
4.3.1. Internet................................................................................................................87
4.3.2. Chuyển mạch burst quang (OBS).....................................................................88
4.3.3. Cơng nghệ mạng NGN......................................................................................91
4.4. Tình hình triển khai IP/WDM của tổng công ty VNPT......................................92
4.4.1. Giai đoạn trƣớc năm 2004.................................................................................92
4.4.2. Giai đoạn từ năm 2004 đến 2005......................................................................93

4.4.3. Giai đoạn 2006 đến 2010...................................................................................94
4.4.4. Giai đoan sau năm 2010....................................................................................95
KẾT LUẬN.......................................................................................................................96
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................98
Nguyễn Đăng Tuấn

7


Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP trên mạng quang WDM
LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây nền kinh tế nƣớc ta phát triển nhanh, tiến đến hội
nhập toàn cầu dẫn tới nhu cầu trao đổi thông tin tăng mạnh. Sự bùng nổ của mạng
Internet đã làm một cuộc cách mạng hố đến rất nhiều khía cạnh trong cuộc sống
của chúng ta. Nó làm thay đổi hẳn các hoạt động mang tính chất truyền thống của
con ngƣời. Bằng cách sử dụng Internet ngƣời ta có thể đọc một tờ báo ở một thành
phố rất xa, hoặc tìm kiếm một bộ phim hành động đang chiếu ở đâu đó, nói chuyện
với một ngƣời lạ ở bất kỳ nơi nào ta muốn… Chính sự đơn giản trong sử dụng, và
dịch vụ cung cấp tƣơng đối rẻ so với các loại hình thức dịch vụ khác, Internet đã
phát triển một cách mạnh mẽ và nhanh chóng tại các quốc gia trên thế giới.
Bên cạnh đó, các loại hình dịch vụ nhƣ: thoại, âm thanh, hình ảnh đều có thể
sử dụng giao thức Internet (IP) nhờ tính phổ thơng và giá thành của nó. Nên xu
hƣớng 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 ƣu thế nổi trội của lƣu lƣợng IP đang đặt ra vấn đề
là các hoạt động thực tiễn kỹ thuật của hạ tầng mạng nên đƣợc tối ƣu hố cho IP.
Mặt khác, quang sợi, nhƣ một cơng nghệ phân tán, đang cách mạng hố ngành
cơng nghiệp viễn thơng và công nghiệp mạng nhờ dung lƣợng 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 bƣớc sóng WDM dựa trên nền mạng hiện tại sẽ có thể cho

phép nâng cao đáng kể băng thơng mà vẫn duy trì đƣợc hiện trạng hoạt động của
mạng. Nó cũng đã đƣợc chứng minh là một giải pháp hiệu quả về mặt chi phí cho
các mạng đƣờng dài. Điều đó có nghĩa việc tích hợp IP và WDM để truyền tải lƣu
lƣợng IP qua các mạng quang WDM sao cho hiệu quả đang trở thành một nhiệm vụ
cấp thiết.
Đồ án tốt nghiệp của em với đề tài: “Khảo sát kỹ thuật lƣu lƣợng IP trên
mạng quang WDM” sẽ xem xét về IP trên nền các mạng quang WDM đặc biệt sẽ
tập trung vào kỹ thuật lƣu lƣợng về sự kết hợp giữa IP/WDM.

Đồ án gồm bốn chƣơng:
Nguyễn Đăng Tuấn

8


Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP trên mạng quang WDM
 Chƣơng 1. Tổng quan về IP/WDM. Chƣơng này sẽ trình bày khái niệm
mạng IP/WDM, các xu hƣớng truyền tải lƣu lƣợng trên mạng IP/ WDM,
kiến trúc mạng IP/ WDM, lí do chọn mạng IP/WDM.
 Chƣơng 2. Kỹ thuật lƣu lƣợng IP/WDM. Trình bày một số vấn đề chung,
khái niệm, hai phƣơng pháp triển khai, mơ hình chức năng của kỹ thuật lƣu
lƣợng IP/WDM và kỹ thuật lƣu lƣợng MPLS áp dụng cho IP/WDM.
 Chƣơng 3. Tái cấu hình và phần mềm trong kỹ thuật lƣu lƣợng
IP/WDM. Chƣơng này đi sâu vào: tái cấu hình mơ hình ảo đƣờng đi ngắn
nhất, mơ tả và thảo luận về một thuật tốn cụ thể cho kỹ thuật lƣu lƣợng
IP/WDM.
 Chƣơng 4. Các yêu cầu và ứng dụng trên IP/WDM. Trình bày các yêu
cầu, các tiêu chí, ứng dụng của kỹ thuật lƣu lƣợng IP/WDM, đồng thời đƣa
ra tình hình triển khai IP/WDM của VNPT.
Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp, em đã nhận đƣợc sự giúp đỡ của các

thầy, cô giáo khoa công nghệ trƣờng Đại học Vinh, trực tiếp là KS. Nguyễn Anh
Quỳnh đã hƣớng dẫn, khuyến khích, chỉ bảo tận tình để em hồn thành đồ án tốt
nghiệp này. Em xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn đối với cơng lao dìu dắt giúp đỡ của
các thầy cơ.
Tuy đã cố gắng rất nhiều trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp nhƣng vì trình
độ và thời gian cịn hạn chế nên đồ án tốt nghiệp này không tránh khỏi những thiếu
sót, mong các thầy cơ quan tâm giúp đỡ.
Em xin chân thành cảm ơn!
Vinh, ngày 15 tháng 5 năm 2010
Sinh viên
Nguyễn Đăng Tuấn

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Truyền tải gói tin IP trên các kênh bƣớc sóng..........................................15
Nguyễn Đăng Tuấn

9


Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP trên mạng quang WDM
Hình 1.2. Mạng IP/ATM/SONET/WDM.................................................................16
Hình 1.3. Mạng IP/SONET/WDM...........................................................................17
Hình 1.4. Mạng IP/MPLS/WDM..............................................................................17
Hình 1.5. Mơ tả kiến trúc mạng IP/WDM điểm –điểm............................................19
Hình 1.6. Kiến trúc mạng IP/WDM tái định cấu hình.............................................20
Hình 1.7. Kiến trúc mạng IP/WDM chuyển mạch....................................................21
Hình 2.1. Bảo vệ đƣờng và bảo vệ tuyến..................................................................33
Hình 2.2. Kỹ thuật lƣu lƣợng IP/WDM (TE)............................................................34
Hình 2.3. Kỹ thuật lƣu lƣợng chồng lấp...................................................................36
Hình 2.4. Kỹ thuật lƣu lƣợng tích hợp......................................................................38

Hình 2.5. Mơ hình khối chức năng kỹ thuật lƣu lƣợng IP/WDM.............................40
Hình 2.6. Tái cấu hình trong mạng IP/WDM...........................................................45
Hình 2.7. Hiện tƣợng trên mạng khi khơng có cân bằng tải....................................52
Hình 2.8. OSPF-OMP...............................................................................................54
Hình 2.9. MPLS-OMP..............................................................................................55
Hình 3.1. Thiết kế và định tuyến mơ hình ảo............................................................58
Hình 3.2. Tái cấu hình trong mạng WDM chuyển mạch gói....................................71
Hình 3.3. Kiến trúc phần mềm cho kỹ thuật lƣu lƣợng chồng lấp trong mạng
IP/WDM....................................................................................................................74
Hình 3.4. Kiến trúc phần mềm cho kỹ thuật lƣu lƣợng tích hợp trong mạng
IP/WDM....................................................................................................................77
Hình 4.1. Cấu trúc mạng chuyển mạch burst quang.................................................88
Hình 4.2. Mạng NGN...............................................................................................91
Hình 4.3. Giai đoạn trƣớc năm 2004.........................................................................92
Hình 4.4. Giai đoạn từ năm 2004 đến nay................................................................93
Hình 4.5. Giai đoạn 2005-2006.................................................................................94
Hình 4.6. Giai đoạn sau năm 2010...................................................................................95

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Nguyễn Đăng Tuấn

10


Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP trên mạng quang WDM
Viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

ARP

Address Resolution Protocol

Giao thức phân giải địa chỉ

ATM

Asynchronous Transfer Mode

Chế độ truyền dẫn không đồng
bộ

CRC

Cyclic Redundancy Check

Kiểm tra phát hiện lổi

CSPF

Constraint-based Shortest Path

Định tuyến đƣờng đi ngắn nhất

First Routing

trƣớc tiên dựa trên ràng buộc

DCN

Data Communication Network

Mạng truyền thơng dữ liệu

DHP

Demand Hop-count Product

Thuật tốn dựa trên kinh nghiệm

heuristic algorithm

tích đếm hop nhu cầu

Dense Wavelength Division

Ghép kênh bƣớc sóng mật độ cao

DWDM

Multiplexing
ECMP
FBM

Equal Cost Multiple Path

Đa đƣờng đồng chi phí

Fractional Brownian Motion

Chuyển động phân mảnh
Brownian

FEC

Forwarding Equivalence Class

Trƣờng tƣơng đƣơng chuyển tiếp
FEC

GMPLS

Generalized Multiprotocol Label Chuyển mạch nhãn đa giao thức
Switching

tổng quát

Graphical User Interface

Giao diện ngƣời sử dụng đồ hoạ

Heuristic Topology Design

Thuật tốn thiết kế mơ hình dựa

Algorithm

trên kinh nghiệm

HTTP

Hypertext Transfer Protocol

Giao thức truyền siêu văn bản

ICMP

Internet Control Message

Giao thức bản tin điều khiển

GUI
HTDA

Nguyễn Đăng Tuấn

11


Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP trên mạng quang WDM
Protocol

Internet

Identifier

Bộ nhận dạng

Internet Engineering Task Force

Nhóm kỹ sƣ Internet

Internet Protocol

Giao thức Internet

Local Area Network

Mạng cục bộ

Link Elimination via Matching

Loại bỏ tuyến nối thông qua lƣợc

Scheme

đồ ghép

LMP

Link Management Protocol

Giao thức quản lí tuyến nối

LOH

Line Overhead

Mào đầu tuyến

LSA

Link State Advertisement

Quảng bá trạng thái tuyến nối

LSP

Label Switched Path

Đƣờng chuyển mạch nhãn

MAC

Medium Access Control

Điều khiển truy nhập môi trƣờng

MIB

Management Information Base

Cơ sở thông tin quản lí

Minimum-delay Logical

Thuật tốn thiết kế mơ hình logic

Topology Design Algorithm

tối thiểu hoá trễ

MPLS

Multiprotocol Label Switching

Chuyển mạch nhãn đa giao thức

MSN

Manhattan Street Network

Mạng phố Manhattan

MTU

Maximum Transmission Unit

Đơn vị truyền dẫn tối đa

Network Control and

Quản lí và điều khiển mạng

ID
IETF
IP

LAN
LEMS

MLDA

NC&M

Management
NE

Network Element

Phần tử mạng

NGI

Next Generation Internet

Internet thế hệ kế tiếp

Nguyễn Đăng Tuấn

12


Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP trên mạng quang WDM
NGN

Next Generation Network

Mạng thế hệ sau

NMS

Network Management System

Hệ thống quản lí mạng

OADM

Optical Add/Drop Multiplexer

Khối xen/tách quang

OAM

Operation and Maintenance

Hoạt động và bảo trì

OAM&P

Operation, Administration,

Hoạt động, quản trị, bảo trì và

Maintenance and Provisioning

giám sát

Optical Carrier Level 3

Mức mang quang 3

OC-3

(155,52Mb/s)
OC-192

Optical Carrier Level 192
(9953,28 Mb/s)

OHTMS

OIF

(155,52Mb/s)
Mức mang quang 192
(9953,28 Mb/s)

LP-based One-Hop Traffic

Lƣợc đồ tối ƣu hoá lƣu lƣợng

Maximisation Scheme

đơn hop dựa trên LP

Optical Internetworking Forum

Diễn đàn liên mạng Internet
quang

OLS

Optical Label Switching

Chuyển mạch nhãn quang

OMP

Optimized Multi Path

Đa đƣờng tối ƣu

OSCP

Optical Switch Control Protocol

Giao thức điều khiển chuyển
mạch quang

Open Systems Interconnection

Kết nối các hệ thống mở

Open Shortest Path First

Giao thức đƣờng đi ngắn nhất

Protocol

trƣớc tiên mở

OXC

Optical Cross Connect

Đấu chéo quang

POH

Path Overhead

Mào đầu đoạn

OSI
OSPF

Nguyễn Đăng Tuấn

13


Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP trên mạng quang WDM
PC

Personal Computer

Máy tính cá nhân

QoS

Quality of Service

Chất lƣợng dịch vụ

RAM

Random Access Memory

Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên

RARP

Reverse Address Resolution

Giao thức phân giải địa chỉ

Protocol

ngƣợc

Residual Demand heuristic

Thuật toán dựa trên kinh nghiệm

algolrithm

nhu cầu dƣ thừa

Residual Demand Hop-count

Thuật toán dựa trên kinh nghiệm

Product heuristic algolrithm

tích đếm hop nhu cầu dƣ thừa

RSVP

Resource Reservation Protocol

Giao thức đặt trƣớc tài nguyên

SCSI

Small Computer Systems

Giao diện các hệ thống máy tính

Interface

nhỏ

SDH

Synchronous Digital Hierarchy

Phân cấp số đồng bộ

SNMP

Simple Network Management

Giao thức quản lí mạng đơn giản

RD

RDHP

Protocol
SNR

Signal-to-Noise Ratio

Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu

SOH

Section Overhead

Thơng tin quản lý

Synchronous Optical Network

Mạng quang đồng bộ

Shortest Path First

Đƣờng đi ngắn nhất trƣớc tiên

Shared Risk Link Group

Nhóm tuyến nối nguy hiểm chia

SONET
SPF
SRLG

sẻ
TCP
TE

Transmission Control Protocol

Giao thức điều khiển truyền dẫn

Terminal Equipment, Traffic

Thiết bị đầu cuối, kỹ thuật lƣu

Nguyễn Đăng Tuấn

14


Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP trên mạng quang WDM

TECP

TELNET
TILDA

TMN

Engineering

lƣợng

Traffic Engineering to Control

Kỹ thuật lƣu lƣợng cho giao thức

Protocol

điều khiển

Remote Telminal protocol

Giao thức đầu cuối ở xa

Traffic Independent Logical

Thuật tốn thiết kế mơ hình logic

Topology Design Algorithm

độc lập lƣu lƣợng

Telecommunications

Mạng quản lí viễn thơng

Management Network
TTL

Time To Live

Thời gian sống

UDP

User Datagram Protocol

Giao thức Datagram ngƣời sử
dụng

UNI

User to Network Interface

Giao diện ngƣời sử dụng-mạng

VPC

Virtual Path Connection

Kết nối đƣờng ảo

VPN

Virtual Private Network

Mạng cá nhân ảo

WADM

Wavelength Add/Drop

Bộ ghép kênh xen/tách bƣớc

Multiplexer

sóng

WAN

Wide Area Network

Mạng diện rộng

WAM

Wavelength Amplifier

Bộ khuếch đại bƣớc sóng

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ IP/WDM
1.1. Khái niệm mạng IP/WDM

Nguyễn Đăng Tuấn

15


Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP trên mạng quang WDM
Mạng IP/WDM đƣợc thiết kế để truyền dẫn lƣu lƣợng IP trong một mạng
quang cho phép WDM để tận dụng sự phổ biến của kết nối IP và dung lƣợng băng
thơng cực lớn của WDM. Hình 1.1 dƣới 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 trị là cơng nghệ ở
lớp mạng, sẽ dựa trên tầng dữ liệu để cung cấp:
 Đóng khung (ví dụ nhƣ SONET hay Ethernet).
 Phát hiện lỗi (ví dụ nhƣ kiểm tra CRC).
 Sửa lỗi (ví dụ nhƣ yêu cầu phát lại tự động ARQ).
Một vài các chức năng tầng liên kết đƣợc thể hiện trong giao diện ví dụ nhƣ
các giao diện khách xen/tách hay các giao diện truyền dẫn nhờ vật lí.
KHỐI ĐIỀU KHIỂN

Sợi quang

Các kênh bước
sóng

MUX

MUX

Bộ phát đáp

Gigabit, Ethernet
SONET

Ma trận
chuyển mạch
Các cổng đầu ra tín hiệu
(Giao diện khách)

IP

IP

SONET/SDH

Các cổng đầu vào tín hiệu
(Giao diện khách)

IP

IP

SONET/SDH

Lưu lượng vào ra

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 địi hỏi các giao diện tồn
quang và các ma trận chuyển mạch toàn quang cho các thành phần mạng trung gian
và biên giới mạng. Bộ phát đáp đƣợc sử dụng để khuyếch đại tín hiệu quang. Tồn

tại các bộ phát đáp toàn quang (các laser biến đổi đƣợc) và các bộ phát đáp quangđiện-quang (O-E-O). Hình cũng chỉ ra hai loại lƣu lƣợng là IP (ví dụ nhƣ Gigabit
Ethernet) và SONET/SDH và do đó địi hỏi các giao diện giữa Gigabit Ethernet và
SONET/SDH. Trong trƣờng hợp các kết nối đa truy nhập, một tầng con của tầng

Nguyễn Đăng Tuấn

16


Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP trên mạng quang WDM
liên kết dữ liệu là giao thức truy nhập môi trƣờng (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 hƣớng chính để truyền dẫn IP trên nền WDM.
1.2. Các xu hƣớng truyền tải lƣu lƣợng trên mạng IP/WDM
1.2.1. IP/ATM/SONET/WDM

IP
ATM
SONET/SDH
Hình 1.2. Mạng
Mạng

WDM

IP/ATM/SDH/WDM
IP/ATM/SDH/WDM đƣợc

minh họa ở Hình 1.2. Trong mơ hình mạng này, Lớp ATM đƣợc đối xử nhƣ lớp liên
kết dữ liệu của lớp IP bằng cách đƣa các gói IP và các segment vào các tế bào ATM
và đƣợc gán cho các kết nối ảo khác nhau thông qua SDH/ATM line-card trong

router IP. Lớp SDH đƣợc đối xử nhƣ lớp liên kết dữ liệu của lớp ATM bằng cách
đóng gói các tế bào ATM thành các khung SDH, có thể đƣợc truyền đi tới một
chuyển mạch ATM hay trực tiếp đến bộ chuyển tiếp WDM để truyền trên lớp
quang.
Với giải pháp này, WDM đƣợc sử dụng nhƣ công nghệ truyền song song trên
lớp vật lý. Ƣu điểm của giải pháp này là sử dụng ATM có khả năng truyền nhiều
loại tín hiệu khác nhau trong cùng đƣờng truyền với yêu cầu chất lƣợng dịch vụ
khác nhau. Một ƣu điểm khác khi sử dụng ATM là tính mềm dẻo khi cung cấp dịch
vụ mạng. Tuy nhiên, giải pháp này rất phức tạp, quản lý và điều khiển IP/ATM
phức tạp hơn so với quản lý và điều khiển IP qua mạng thuê riêng (IP – Leased
line).

Nguyễn Đăng Tuấn

17


Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP trên mạng quang WDM
1.2.2. IP/SONET/WDM

IP
SONET/SDH
WDM
Hình 1.3. Mạng IP/SONET/WDM
Cơng nghệ SONET/SDH với những ƣu điểm nhƣ:
- Thứ nhất, SONET/SDH có cấu trúc tách ghép tín hiệu quang tiêu chuẩn, nhờ
đó các tín hiệu có tốc độ thấp có thể ghép, tách thành tín hiệu có tốc độ cao.
- Thứ hai, SONET/SDH cung cấp khung truyền dẫn chuẩn.
- Thứ ba, Mạng SONET/SDH có khả năng bảo vệ, khơi phục, nhờ đó tín hiệu
đƣợc truyền trong suốt tới lớp cao hơn (Nhƣ lớp IP).

Trong mơ hình mạng này, Lớp SDH đƣợc đối xử nhƣ lớp liên kết liên dữ liệu
của lớp IP bằng cách đóng gói các gói IP thành khung SDH, truyền tới bộ chuyển
tiếp WDM để truyền trên sợi quang. Nhƣ vậy, khi mạng phát triển, ATM dần bị
thay thế một phần bởi IP và một phần bởi SONET, trong khi đó các bộ định tuyến
IP có khả năng giao tiếp trực tiếp với các thiết bị SONET/SDH.
Hiện tại SDH có thể sử dụng để bảo vệ liên kết lƣu lƣợng IP chống lại sự đứt
cáp bằng chuyển mạch tự động ASP, việc này đƣợc thực hiện tại lớp quang.
1.2.3. IP/MPLS/WDM và IP/WDM

IP/MPLS
WDM

Hình 1.4. Mạng IP/MPLS/WDM và IP/WDM
Mặc dù các mạng IP cung cấp khản năng linh hoạt và co giản nhƣng cần đƣợc
nâng cấp về mặt khả năng sử dụng, độ tin cậy và chất lƣợng dịch vụ QoS. Chuyển
Nguyễn Đăng Tuấn

18


Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP trên mạng quang WDM
mạch nhãn phát triển từ các giải pháp của chuyển mạch IP nhanh với các các đặc
điểm sau:
- Sử dụng nhãn đơn giản, có độ dài cố định để nhận dạng đƣờng dẫn -Tách biệt
đƣờng điều khiển và đƣờng truyền số liệu. Trong đó, đƣờng điều khiển đƣợc sử
dụng để khởi tạo đƣờng dẫn, các gói tin đƣợc chuyển tới các nút mạng kế tiếp theo
nhãn trong bảng chuyển tiếp.
- Nhãn đơn giản và duy nhất, mào đầu IP đƣợc xử lý và kiểm tra tại biên của
nút mạng MPLS, sau đó các gói tin MPLS đƣợc chuyển tiếp dựa vào nhãn (Thay vì
phân tích mào đầu gói tin IP).

- Cung cấp khả năng điều khiển lƣu lƣợng, nhờ đó có thể sử dụng để cân bằng
tải bằng cách giám sát lƣu lƣợng và điều khiển luồng trực tiếp hoặc theo tiến trình
định trƣớc.
- MPLS cung cấp định tuyến nguồn (explicit path routing) vì vậy nó có tính hội
tụ cao và có khả năng chuyển tiếp theo nhóm. Ngồi ra, MPLS cịn có một số cơng
cụ khác nhƣ tạo kênh an tồn (Tunneling), ngăn ngừa, tránh vịng lặp (loop), hợp
nhất các luồng để điều khiển lƣu lƣợng.
Từ những đặc điểm trên đã cho thấy rằng MPLS đã làm giàu thêm các chức
năng của IP. Việc tăng tốc độ dữ liệu và dung lƣợng của bộ định tuyến IP làm cho
chúng có thể sử dụng trực tiếp các bƣớc sóng nhƣ liên kết các Router.
Do đó mạng IP/WDM sử dụng IP/MPLS trực tiếp trên WDM đƣợc xem là hiệu
quả nhất trong các giải pháp trên. Tuy nhiên nó yêu cầu các lớp IP phải kiểm tra
đƣờng bảo vệ và khôi phục. Nó cũng cần dạng khung đơn giản để xử lý lỗi đƣờng
truyền. Một trong những khung dạng đó là Slim SONET/WDM. Dạng khung này có
chức năng tƣơng tự nhƣ SONET/WDM nhƣng với kỹ thuật mới hơn khi thay thế
mào đầu và tƣơng thích kích thƣớc khung với kích thƣớc gói. Từ đó ta có thêm một
giải pháp mới IP/MPLS/SONET/WDM.
Trong mạng IP/MPLS/SONET/WDM, các gói tin IP sẽ ánh xạ trên các khung
SONET/SDH sử dụng gói tin trên SONET PoS và sau đó chúng đƣợc truyền tải bởi
một kiến trúc mạng SONET/SDH bao gồm các bộ xen/rớt SONET/SDH và các kết nối
chéo OXC, hoặc bởi một kiến trúc WDM ánh xạ các khung SONET/SDH trên các
bƣớc sóng quang. Các gói tin IP đƣợc đóng gói thành các giao thức điểm nối điểm
Nguyễn Đăng Tuấn

19


Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP trên mạng quang WDM
PPP. Giao thức PPP cung cấp các đặc trƣng đóng gói đa giao thức, điều khiển lỗi và
khởi tạo liên kết. Sau đó các gói tin IP đƣợc đóng gói PPP và định khung bằng cách sử

dụng điều khiển liên kết dữ liệu lớp cao HDLC và đƣợc ánh xạ byte một cách đồng bộ
thành gói tải trọng đồng bộ SONET SPE. Chức năng của HDLC là cung cấp cho sự
phân phát các gói tin đƣợc đóng gói PPP truyền qua liên kết truyền tải đồng bộ.
1.3. Các kiến trúc mạng IP/WDM
1.3.1. Kiến trúc mạng IP/WDM điểm-điểm
IP Router

IP Router

Các bƣớc sóng

Các card Line

Giao diện
truy cập

Đƣờng sợi vật lý

Mux/Demux
IP Router

IP Router

Hình 1.5. Mô tả kiến trúc mạng IP/WDM điểm-điểm
Trong kiến trúc mạng điểm-điểm, kỹ thuật WDM đƣợc sử dụng trên các liên kết
quang, mỗi bƣớc sóng trên sợi quang đƣợc xem nhƣ là một liên kết vật lý giữa các
Router. SONET có thể đƣợc sử dụng cho truyền tải khung trên các kênh quang WDM.
Gói IP có thể đƣợc đóng gói trong khung SONET, gọi là IP/SONET.Với kiến trúc này,
topo mạng coi nhƣ cố định, cấu hình mạng là tĩnh, băng tần của các liên kết sợi quang
đƣợc tăng bởi kỹ thuật WDM, điều này không đủ để giải quyết sự bùng nhu cầu về lƣu

lƣợng. Nó thích hợp với các mạng có khoảng cách xa.
1.3.2. Kiến trúc mạng IP/WDM cấu hình
Kiến trúc mạng IP/WDM cấu hình lại đƣợc minh họa ở Hình 1.6. Trong kiến trúc
này, các giao tiếp OXC và ADM kết nối với nhau trong mạng WDM thông qua các kết
nối sợi quang đa bƣớc sóng , cịn giao tiếp giữa các router đƣợc kết nối trên các liên kết

Nguyễn Đăng Tuấn

20


Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP trên mạng quang WDM
bƣớc sóng quang gọi là các lightpaths. Mỗi node trung gian của các lightpaths có các
OXC để kết nối kênh bƣớc sóng ngõ vào đến kênh bƣớc sóng ngõ ra đƣợc chỉ định.
IP

OADM

OXC

Route
rrrrrrr
rrr

IP
Route
r

Đƣờng truy cập
(sợi bƣớc sóng

đơn)
IP

OADM
OXC

OADM

Route
rrr

Sợi đa bƣớc
sóng

OXC

IP

OADM

IP

OADM

Route
r

Route
r

Giao diện
khách
hàng
Hình 1.6. Kiến trúc mạng IP/WDM tái định cấu hình
Các gói tin IP trên các lightpaths đƣợc chuyển tiếp mà không có q trình xử lý
điện tử ở bộ định tuyến IP trong các nodes trung gian dẫn đến các lightpaths giảm đáng
kể tải của các bộ định tuyến IP. Vì vậy, mạng IP/WDM định cấu hình có thể cung cấp
dung lƣợng lƣu lƣợng nhiều hơn IP/WDM điểm-điểm vì IP/WDM định cấu hình làm
giảm hiện tƣợng cổ chai điện tử - Đó là khả năng xử lý của các bộ định tuyến IP.
1.3.3. Kiến trúc mạng IP/WDM chuyển mạch
Trong kiến trúc IP/WDM chuyển mạch, cơ sở hạ tầng WDM trực tiếp cung cấp
khả năng chuyển mạch gói, tƣơng phản với việc cung cấp đơn giản các tuyến quang từ

Nguyễn Đăng Tuấn

21


Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP trên mạng quang WDM
đầu vào đến đầu ra. Vì vậy nó có khả năng làm mịn tốt hơn nhiều so với WDM cấu
hình lại. Các phƣơng pháp WDM chuyển mạch khác nhau đã đƣợc giới thiệu gồm có:
-

Chuyển mạch đột phát quang (OBS).

-

Chuyển mạch nhãn quang (OLS).

-

Định tuyến gói quang (OPR).
IP

IP

IP

IP

Route
r

Route
r

Route
r

Route
r

Sợi đơn bƣớc
sóng

OLS
R

IP
Route

r

OLS
R

Bộ định tuyến
Sợi ghép

OLS
OL
R
SR

đa bƣớc sóng

gói quang

OLS
R

OLS
R

Giao diện
Bộ định tuyến

IP

IP

Route
r

Route
r

OP
R

khách hàng

IP

chuyển mạch

IP

IP

Route
r

nhãn quang

Route
r

Route
r

OP
R

Hình 1.7. Kiến trúc mạng IP/WDM chuyển mạch
Hình 1.7 biểu diễn kiến trục mạng IP/WDM chuyển mạch . OBS và OLS đƣợc
xem nhƣ là các OLSR. Sự khác nhau chính giữa OBS và OLS là OBS sử dụng chuyển
mạch gói nhanh nhƣng OLS sử dụng chuyển mạch luồng. OLS thƣờng sử dụng một
bƣớc sóng mang phụ trong băng để mang thông tin điều khiển, nghĩa là header luồng.
Nhƣ đã chỉ rõ trong hình, OLSR thƣờng đƣợc triển khai trong một cụm. Bên trong một
cụm, chỉ có OLSR biên yêu cầu bổ sung đầy đủ ngăn xếp giao thức IP. OLSR biên
cũng cung cấp đệm điện tử nên các gói tin IP đi đến có thể xếp hàng chờ đợi tại biên
trong trƣờng hợp thiết lập LSP động.

Nguyễn Đăng Tuấn

22


Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP trên mạng quang WDM
Các OLRS đƣợc kết nối bởi các sợi quang hỗ trợ các kênh bƣớc sóng. OPR có thể
đƣợc triển khai đúng nhƣ các bộ định tuyến IP điện tử, ngoại trừ OPR có một số các
giao diện (nghĩa là nhiều giao diện hơn bộ định tuyến IP thông thƣờng). Trong thực tế
giao diện dành sẵn là một trong các bộ điều khiển chính phía sau trên bộ định tuyến IP.
1.4. Lí do chọn IP/WDM
IP là giao thức đƣợc thiết kế để xác định địa chỉ mạng lớp ba và từ đó định
tuyến qua các mạng con với các cơng 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 dƣới lớp IP thì sợi quang sử dụng cơng nghệ WDM là cơng nghệ truyền dẫn
cho phép dung lƣợng mạng vô cùng lớn để đáp ứng đƣợc sự phát triển của Internet.
Mặt phẳng điều khiển có nhiệm vụ truyền dẫn các bản tin điều khiển để

chuyển đổi các thơng tin sẵn có và có thể tiếp cận đƣợc, tính tốn cũng nhƣ thiết lập
đƣờng truyền dẫn dữ liệu. Mặt phẳng dữ liệu có nhiệm vụ truyền dẫn lƣu lƣợng ứng
dụng và lƣu lƣợng ngƣời 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 địi 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 đƣợc 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, đƣợc
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 lƣu lƣợng 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 lƣu lƣợng Internet đang phát
triển bằng cách khai thác cơ sở hạ tầng sợi quang sẵn có. Sử dụng cơng nghệ
WDM có thể tăng một cách đáng kể việc tận dụng băng thông sợi quang.

Nguyễn Đăng Tuấn

23


Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP trên mạng quang WDM
 Hầu hết lƣu lƣợng dữ liệu qua các mạng là IP. Gần nhƣ tất cả các ứng dụng
dữ liệu đầu cuối ngƣời sử dụng đều sử dụng IP. Lƣu lƣợng thoại truyền
thống cũng có thể đóng gói nhờ các kĩ thuật VoIP.
 IP/WDM thừa hƣởng sự mềm dẻo và khả năng thích ứng mà các giao thức

điều khiển IP cho phép.
 IP/WDM có thể đạt đƣợc hoặc nhắm vào sự phân bố băng thông động theo
nhu cầu (hay giám sát thời gian thực) trong các mạng quang. Bằng 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 khơng 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
đƣợc 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 đƣợc cung cấp bởi các nhà khai thác WDM khác nhau.
Các giao thức điều khiển IP đã đƣợc triển khai rất rộng rãi và đƣợc chứng minh là
có khả năng phân cấp. Sự xuất hiện của MPLS không chỉ bổ sung cho IP truyền
thống kỹ thuật lƣu lƣợng và khả năng QoS biến đổi mà còn đƣa 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 nhƣ các WADM khơng trong suốt địi hỏi các khn dạng tín
hiệu nhất định ví dụ nhƣ 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 đƣợc sự phục hồi động bằng cách phân mức các cơ chế
điều khiển phân tán đƣợc dùng trong mạng.
 Từ quan điểm dịch vụ, các mạng IP/WDM có thể lợi dụng các cơ chế, chính
sách, mơ hình, cơ cấu QoS đƣợc 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.

Nguyễn Đăng Tuấn

24

Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP trên mạng quang WDM

CHƢƠNG 2. KỸ THUẬT LƢU LƢỢNG IP/WDM
2.1. Mơ hình hố lƣu lƣợng viễn thông
Kỹ thuật lƣu lƣợng phải đƣợc thực hiện trên một mơ hình cụ thể mà ở đây là
mơ hình mạng viễn thơng hoặc mạng máy tính. Do đó, khơng thể khơng xem xét
các phƣơng pháp mơ hình hố mạng. Để mơ hình hố mạng viễn thơng hay mạng
máy tính cần hai bƣớc là mơ hình hố lƣu lƣợng và mơ hình hố hệ thống. Mơ hình
hố lƣu lƣợng đƣợc sử dụng để mô tả luồng lƣu lƣợng đến hệ thống ví dụ nhƣ tốc
độ đến, phân bố lƣu lƣợng và tận dụng tuyến nối, trong khi mô hình hệ thống đƣợc
sử dụng để mơ tả chính bản thân hệ thống kết mạng của nó ví dụ nhƣ cấu hình và
mơ hình hàng đợi. Kiểu hệ thống hồn tồn tổn thất có thể đƣợc sử dụng để làm mơ
hình cho các mạng chuyển mạch kênh vì trong đó khơng có vị trí đợi. Vì thế, khi hệ
thống đã đầy thì nếu nhƣ khi đó có một khách hàng mới, khách hàng đó sẽ khơng
đƣợc phục vụ. Hệ thống có tổn thất dựa trên việc giám sát để chỉ ra nhu cầu của
khách hàng. Cịn hệ thống đợi hồn tồn đƣợc sử dụng để mơ hình hố các mạng
chuyển mạch gói với giả thiết rằng hàng đợi là vơ 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 khơng có tổn thất nhƣng khách hàng phải đợi một khoảng thời gian
nhất định trƣớc khi đƣợc phục vụ. Lúc này mối quan tâm sẽ chuyển sang kích thƣớc
của bộ đệm và chính sách đƣợc sử dụng trong hàng đợi.
Ở đây, đồ án em chỉ xem xét vấn đề mơ hình hố lƣu lƣợng cịn mơ hình hố
hệ thống phải dựa trên các hệ thống cụ thể. Đồ án sẽ tìm hiểu các ngun lí dự đốn
lƣu lƣợng đƣợc sử dụng trong mơ hình hố lƣu lƣợng cũng nhƣ các thơng số để
thực hiện mơ hình hố.
2.1.1. Mơ hình lƣu lƣợng dữ liệu và thoại cổ điển
a) Mơ hình lƣu lƣợng thoại
Lƣu lƣợng thoại có thể đƣợc mơ hình hố nhờ sử dụng mơ hình Erlang. Đây là

mơ hình tổn thất hoàn toàn. Giả thiết rằng tổng lƣu lƣợng là α thì:
  xh

Nguyễn Đăng Tuấn

(2.1)

25


Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP trên mạng quang WDM
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 cƣờng độ lƣu lƣợng là Erlang (erl). Lƣu lƣợng một
erlang có nghĩa rằng trung bình thì kênh ln bị chiếm. Nghẽn trong mơ hình
Erlang xảy ra khi cuộc gọi bị tổn thất. Có hai đại lƣợng 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 Bc thể 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
lƣu lƣợng và thời gian chiếm trung bình đƣợc cho bởi biểu thức nghẽn Erlang nhƣ
sau:

n
Bc = Erlang (n,α) =

n!
n


i 0



i

(2.2)

i!

b) Mô hình lƣu lƣợng dữ liệu
Lƣu lƣợng dữ liệu có thể đƣợc mơ tả nhờ sử dụng các mơ hình hàng đợi. Lƣu
lƣợng dữ liệu đƣợc 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 lƣu lƣợng sẽ đƣợc thể hiện bởi tải
lƣu lƣợng ρ:


 .L


R

(2.3)

Từ quan điểm của ngƣời sử dụng thì đặc tính quan trọng là QoS. QoS đƣợc
biểu diễn bởi Pz, là xác suất một gói tin phải đợi lâu hơn một giá trị tham chiếu z.

Nguyễn Đăng Tuấn

26


Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP trên mạng quang WDM
Giả thiết một hệ thống hàng đợi M/M/1, có các gói tin đến tn theo q 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 lƣu lƣợng hệ thống, QoS đƣợc cho bởi
công thức sau:
1, L  R (   1)

Pz  Wait(R,  , L, z)   L
 R
 
 R exp -  L    z , L  R(   1)
 
 


(2.4)

2.1.2. Mơ hình tham chiếu băng thơng
Kỹ thuật lƣu lƣợng vịng kín có thể đƣợc thực hiện dựa trên phản hồi và tham
chiếu băng thơng. Các dự đốn băng thơng trong tƣơng lai có thể đƣợc sử dụng để
khởi tạo tái cấu hình mức mạng. Nhờ việc dự đốn băng thơng của dịng lƣu lƣợng,
có thể xác định đƣợc các đòi hỏi về dung lƣợng của tuyến nối IP/WDM và do vậy
sẽ quyết định có thực hiện tái cấu hình hay khơng.
Dịng lƣu lƣợng IP là một dịng các gói tin IP đơn hƣớng (của cùng một lớp
lƣu lƣợng) giữa hai đầu cuối. Các đầu cuối có thể là các bộ định tuyến liền kề trong

trƣờng hợp các dòng lƣu lƣợng IP là lƣu lƣợng chạy trên tuyến nối nằm giữa hai bộ
định tuyến. Tƣơng ứng nhƣ thế, các đầu cuối cũng có thể khơng phải là các bộ định
tuyến liền kề. Một dòng lƣu lƣợng IP là đơn hƣớng và điều này sẽ dẫn tới tính
khơng đối xứng của lƣu lƣợng giữa các đầu cuối. Cho trƣớc một dịng lƣu lƣợng thì
điều ta mong muốn là xác định các tính chất và ƣớc lƣợng đƣợc băng thơng của nó.
Khoảng thời gian dự đốn xác định độ lớn thời gian dự đoán trong tƣơng lai và
khoảng thời gian cho tái cấu hình mức mạng đƣợc xác định bởi nhiều yếu tố. Ngƣời
ta mong muốn tái cấu hình mức mạng có khả năng phản ứng trƣớc các thay đổi
trong xu hƣớng lƣu lƣợng (chẳng hạn nhƣ các thay đổi tải trong một ngày). Mặt
khác khoảng 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 đốn.
 Thời gian để tính tốn một mơ hình mới.
 Thời gian để dịch chuyển từ mơ hình hiện tại tới mơ hình mới.

Nguyễn Đăng Tuấn

27


Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP trên mạng quang WDM
Thời gian để thực hiện dự đốn băng thơng phụ thuộc vào độ phức tạp tính
tốn của mơ hình dự đốn. Thời gian để tính tốn mơ 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 mơ hình đó. Cịn thời gian để dịch chuyển từ cấu hình hiện tại sang cấu hình
mới lại phụ thuộc vào chu trình dịch chuyển đƣợc 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 mơ hình.

Dựa trên các nhận xét trên, ngƣời ta thừa nhận một khoảng thời gian tái cấu
hình nhất định. Đây là khoảng thời gian xác định tính thƣờng xuyên thực hiện tái
cấu hình mức mạng. Thời gian này đƣợc gọi là khoảng thời gian thô (khác với
khoảng thời gian mịn - thời gian cho các phép đo lƣu lƣợng). Khoảng thời gian thơ
là một thơng số có thể thay đổi đƣợc tuỳ theo thiết kế. Ảnh hƣởng của các giá trị
khác nhau của thông số thời gian thơ đã đƣợc đánh giá.
Dự đốn băng thơng cho dịng lƣu lƣợng trong khoảng thời gian kế tiếp phụ
thuộc vào một số yếu tố sau:
 Giờ trong ngày và ngày trong tuần: tồn tại mối tƣơng quan giữa ngày trong
tuần và giờ trong ngày với độ lớn lƣu lƣợng Internet.
 Các mối tƣơng quan từ các mẫu thời gian trƣớc đó: độ lớn lƣu lƣợng trong
quá khứ gần sẽ ảnh hƣởng tới độ lớn lƣu lƣợng trong tƣơng lai.
 Quá trình đến của lƣu lƣợng: khơng thể chỉ dự đốn các quá trình này là các
quá trình Poisson. Cần phải tính đến các đặc tính tự tƣơng quan của dịng lƣu
lƣợng trong đó.
 Mục đích là tìm kiếm một mơ hình thơng số dựa trên kinh nghiệm để có thể
dự đốn đƣợc băng thơng lƣu lƣợng trong khoảng thời gian kế tiếp. Mơ hình
sẽ tận dụng các thơng tin đo đạc lƣu lƣợng và giả thiết rằng quá trình đến của
lƣu lƣợng là q trình tự tƣơng quan. Mơ hình dƣới đây đã đƣợc đề xuất bởi
A. Neidhardt và J. Hodge tại Bellcore và đƣợc dùng để dự đoán dung lƣợng
của một ATM VPC mang lƣu lƣợng IP và đƣợc mở rộng trong dự án NGI
Supernet NC&M tại Bellcore/Telcordia.
Nguyễn Đăng Tuấn

28


Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP trên mạng quang WDM
Quá trình chuyển động phân mảnh Brownian
Quá trình chuyển động phân mảnh Brownian (FBM) là một quá trình tự tƣơng

quan đƣợc mô tả bởi ba thông số là: tốc độ đến trung bình m, tham số dao động a và
thơng số Hurst(H). Một mạng IP/WDM có thể mơ hình hố tốc độ đến nhƣ FBM để
xem xét đến sự dao động của tổng lƣu lƣợng mịn hoá trong khoảng thời gian thơ.
FBM đƣợc định nghĩa nhƣ sau:
am Z(t) trong đó    t  

A(t) = mt +

(2.6)

Trong đó Z(t) là quá trình chuyển động phân mảnh Brownian bình thƣờng hố
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) đƣợc thể hiện bởi:
V[A(t)] = am t

2H

(2.7)

Hãy xem xét một hàng đợi với quá trình đến FBM nhƣ trên và với tốc độ dịch

vụ C. Hệ thống này có bốn thơng số: m là tốc độ đến trung bình, a là tham số biến
thiên của q trình đến, H là thơng số tự tƣơng quan và C là tốc độ dịch vụ. Xác
xuất tràn dịng của hàng đợi trên hay chính là P(Q>B) trong đó B là kích thƣớc bộ
đệm đƣợc cho bởi công thức gần đúng sau:
1
P (Q  B )  exp(  (am) 1 (C  m) 2 H H  2 H (1  H )  2 (1 H ) B 2 (1 H ) )
2

(2.8)

Giả thiết rằng ngƣời ta cần xác xuất tràn dòng ở trên bị chặn nghĩa là:

z2
P(Q > B)  exp ()
2

Nguyễn Đăng Tuấn

(2.9)

29