Nghiên cứu công nghệ chuyển mạch gói quang

Đồ án tốt nghiệp đại học
MỤC LỤC
CH NG I: T NG QUAN   ........................................................................................... 3
1.1 S phát tri n c a m ng quang    ......................................................................... 3
1.1.1 S phát tri n c a topo m ng    .......................................................... 3
1.1.2 S phát tri n c a dung l ng truy n d n      ..................................... 3
1.1.3 S phát tri n c a m ng    .................................................................. 4
1.2 Chuy n m ch quang  ........................................................................................ 5
1.2.1 Phân lo i chuy n m ch quang   ....................................................... 7
1.2.1.1 K thu t chuy n m ch kênh quang     ................................. 7
1.2.1.2 Chuy n m ch gói quang   ................................................... 8
1.2.1.3 Chuy n m ch burst quang  .................................................. 11
1.3 So sánh ........................................................................................................... 11
1.3.1 Gi a chuy n m ch kênh v góià   .................................................... 11
1.3.2 Gi a chuy n m ch gói v chuy n m ch burst à     .......................... 11
CH NG II: CHUY N M CH GÓI QUANG   ............................................................. 9
2.1 Gi i thi u chung  .............................................................................................. 9
2.2 Vai trò c a m ng chuy n m ch gói quang    ..................................................... 9
2.3 c tính l u l ng c a chuy n m ch gói quang      ........................................ 11
2.3.1 c tính l u l ng c a chuy n m ch không có ch c n ng tách -       
ghép ............................................................................................................... 11
2.3.1.1 M ng v ki n trúc chuy n m ch c a h th ng WDMà       ..... 11
2.3.1.2 nh h ng c a các b chuy n i b c sóng kh ch nh      !   " 12
2.3.2 c tính l u l ng c a chuy n m ch v i ch c n ng tách ghép         15
2.3.2.1 L u l ng c a m ng chuy n m ch gói tách- ghép WDM      17
2.3.2.2 Thu t toán nh tuy n v ki u ki m traà# $%    ............................ 20
2.4 B m trong chuy n m ch gói quang    ......................................................... 23
2.4.1 Các k thu t m   ........................................................................ 23
2.4.1.1 B m u ra  & .................................................................. 25
2.4.1.2 B m chia x  ' ................................................................. 26
2.4.1.3 B m vòng  ...................................................................... 26

2.4.1.4 B m u v oà( $ $) ................................................................ 26
2.4.2 Chuy n m ch n t ng  * & ............................................................... 27
2.4.2.1 OASIS ................................................................................ 27
2.4.2.2 Chuy n m ch l a ch n v qu ng bá à  + , - ................................ 30
2.4.2.3 m vòng l p a b c sóng   ............................................ 31
2.4.2.4 Chuy n m ch gói quang dùng chung b nh     ................... 32
2.4.3 Chuy n m ch a t ng   & ................................................................. 34
2.4.3.1 Chuy n m ch ghép b c sóng Wave-Mux    ...................... 34
2.4.3.2 Chuy n m ch ghép t ng s d ng các ph n t chuy n m ch 2 x  & . / & .  
2 ............................................................................................................... 36
2.4.3.3 Chuy n m ch v i b m quang l n SLOB       .................... 39
2.5 Ki n trúc nh tuy n th c nghi m gói quang có kh n ng hoán i nh n0 1 0     ! 2
OPERA ................................................................................................................... 39
2.5.1 Ki n trúc m ng0  ............................................................................ 39
2.5.2 B nh tuy n giao di n m ng quang 1 0   ........................................ 41
2.6 Ki n trúc chuy n m ch gói0   ........................................................................... 42
2.6.1 Chuy n m ch d a trên tr ng chuy n m ch không gian   3   ........... 42
Đồ án tốt nghiệp đại học
2.6.1.1 Chuy n m ch xen k  4 ......................................................... 43
2.6.1.2 Chuy n m ch gói photonic b m u ra    & ...................... 43
2.6.1.3 Chuy n m ch d a trên chuy n m ch không gian không b m      
................................................................................................................. 44
2.6.1.4 Chuy n m ch DAVID   ...................................................... 45
2.6.2 Chuy n m ch nh tuy n b c sóng   1 0  ......................................... 46
2.6.2.1 Chuy n m ch nh tuy n b c sóng b m u ra  1 0    & ...... 46
2.6.2.2 Chuy n m ch nh tuy n b c sóng m u v oà  $%  56 $ $) ................ 48
2.6.3 Chuy n m ch l a ch n v qu ng báà  + , - ........................................... 50
2.6.3.1 Chuy n m ch l a ch n v qu ng bá KEOPSà  + , - ................... 50
2.6.3.2 Chuy n m ch l a ch n v qu ng bá ULPHAà  + , - ................... 52
2.6.3.3 Chuy n m ch b nh l p s i      ............................................ 52

2.6.5 Chuy n m ch nh tuy n quang phân khe th i gian  1 0 3 .................. 53
CH NG III: CÁC MÔ HÌNH CHUY N M CH   .................................................... 53
3.1 Ki n trúc chuy n m ch ATMOS0   ................................................................... 53
3.2 Ki n trúc chuy n m ch KEOPS 0   ................................................................... 53
3.3 Ki n trúc chuy n m ch WASPNET0   .............................................................. 54
3.3.1 Chuy n m ch WASPNET  ............................................................ 55
3.3.2 i u khi n m ng    ......................................................................... 56
3.3.3 nh d ng gói1  ............................................................................... 56
3.4 M ng ng d ng cho chuy n m ch gói quang  /   ............................................... 56
3.4.1 Chuy n m ch gói quang trong su t  7 ............................................. 56
3.4.1.1 Các m ng gói quang ........................................................... 56
3.4.1.2 Node chuy n m ch gói quang  ............................................ 62
3.4.2 M ng k t n i quang v i b nh tuy n IP terabit 0 7   1 0 ...................... 63
3.4.2.1 Ki n trúc b nh tuy n IP terabit.0  1 0 .................................... 64
3.4.2.2 B i u khi n tuy n v module b nh tuy nà( $ 8   ( $%  ................ 67
3.4.2.3 M ng k t n i quang 0 7 ........................................................... 70
3.4.2.4 Kh i phân x Ping –Pong7 . ................................................. 75
K T LU N9 : ..................................................................................................................... 75
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1: Tổng quan
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1 Sự phát triển của mạng quang
1.1.1 Sự phát triển của topo mạng
Kiến trúc điểm - điểm là loại đơn giản của topo mạng. Các gói được truyền giữa các node
quang, nhưng sự chuyển đổi quang điện tử được thực hiện ở mọi node. SONET/SDH là một ví
dụ. Một lựa chọn khác có ưu điểm hơn là sử dụng các topo mạng kiểu bus, vòng và sao.
Hình1.1: Các topo mạngdạng Điểm - điểm, vòng, sao, lưới.
Trong mạng WDM topo kiểu vòng được ưa dùng hơn. Topo kiểu mạng lưới có
nhiều ưu điểm hơn khi so sánh với các loại trước bởi vì dung sai cắt sợi tốt hơn, khi có
nhiều lựa chọn định tuyến. Thêm nữa, một node với tốc độ lưu lượng cao được nối với
vài node, và một node với lưu lượng dữ liệu trên một node đơn chỉ có thể nối với node

đơn này. Đáng tiếc, một mạng topo dạng mạng lưới gặp nhiều khó khăn khi triển khai
do yêu cầu phức tạp trong định tuyến và chuyển mạch. Mạng WDM đầu tiên xuất hiện
giữa những năm 1990 là mạng kiểu điểm - điểm. Sau đó các phần tử tách-ghép được sử
dụng và cuối những năm 1990 topo mạng kiểu vòng trở nên ưa dùng. Ngày nay đã sử
dụng các mạng có topo mạng kiểu mạng lưới. Một phần các mạng gói quang được thực
hiện trong môi trường phòng thí nghiệm. Chắc chắn các mạng gói thương mại sẽ theo sự
phát triển giống như các mạng WDM trước đó.
1.1.2 Sự phát triển của dung lượng truyền dẫn
Tốc độ phát triển của dung lượng truyền dẫn nhanh hơn trong các năm trước đây.
Giữa thập niên 90 tốc độ tăng là 30% trên năm, ngày nay là 60%. Bảng mô tả dự báo sự
phát triển của tổng dung lượng và tốc độ bít người sử dụng.
1995 2000 2005 2010
Dung lượng
tổng
20-40 Gbit/s 800 Gbit/s
≥ 1Tbit/s
Tốc độ bít
người sử
dụng
POTS
64kbit/s
ADSL
2-8Mbit/s
Quang, ADSL
155Mbit/s
2,10,50 Mbit/s
Quang, điện
622Mbit/s
100Mbit/s

3
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1: Tổng quan
1.1.3 Sự phát triển của mạng
Mạng quang đầu tiên được thực thi cách đây hơn thập kỷ, nhưng sự khai thác thực
tế của mạng quang lại liên quan với hiện tượng mới. Mạng sử dung công nghệ WDM sẽ
tới đỉnh điểm của nó trong nửa cuối năm nhưng năm 2000. Sự phát triển vẫn tăng nhanh
nếu như tốc độ phát triển của dung lượng vẫn tăng 60% trên năm.
Hiện nay phương pháp ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) là công nghệ
ghép kênh ưa chuộng nhất cho các mạng thông tin quang, bởi vì mọi thiết bị đầu cuối sử
dụng chỉ cần hoạt động tại tần số của một kênh WDM. WDM là một cách ghép, trong
đó ta có thể lợi dụng sự không đối xứng băng tần quang điện rộng lớn bằng cách yêu
cầu mỗi đầu cuối của mỗi người sử dụng chỉ hoạt động tại tốc độ điện tử và các kênh
ghép WDM từ các đầu cuối của người sử dụng khác sẽ được ghép vào trong cùng một
cáp. Trong ghép kênh theo bước sóng WDM, mỗi bước sóng hỗ trợ một kênh thông tin
hoạt động tại bất kỳ tốc độ được thiết kế này.
Ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) xuất hiện như một giải pháp được
lựa chọn để cung cấp một cơ sở hạ tầng mạng nhanh hơn, đáp ứng được sự bùng nổ của
Internet. Thế hệ đầu tiên của WDM chỉ cung cấp các liên kết vật lý điểm tới điểm được
sử dụng hạn chế trong các trung kế WAN. Các cấu hình mạng WDM, WAN là các cấu
hình tĩnh.
Thế hệ thứ hai của WDM có khả năng thiết lập các tuyến quang kết nối từ đầu cuối
tới đầu cuối trong lớp quang sử dụng kết nối chéo lựa chọn bước sóng WSXC. Các
tuyến quang tạo ra một tôpô ảo trên tôpô sợi quang vật lý. Cấu hình bước sóng ảo có thể
thay đổi động theo sự thay đổi quy hoạch mạng.
Kỹ thuật sử dụng trong thế hệ WDM thứ hai bao gồm các thiết bị kết nối chéo và bộ
tách ghép bước sóng với khả năng chuyển đổi bước sóng, định tuyến động và phân bố
bước sóng tại các node nối chéo.
WDM thế hệ thứ ba được sử dụng trong các mạng quang chuyển mạch gói phi kết
nối, trong đó các tiêu đề hay các nhãn được gắn với dữ liệu, truyền đi cùng với tải và
được xử lý tại mỗi chuyển mạch quang WDM. Dựa trên tỷ lệ giữa thời gian xử lý tiêu

đề gói và chi phí truyền dẫn gói, chuyển mạch WDM có thể được sử dụng hiệu quả
bằng cách sử dụng chuyển mạch nhãn hay chuyển mạch burst quang. Chuyển mạch gói
quang vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu.
Sự phát triển mạng của WDM được chỉ ra như hình vẽ .

4
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1: Tổng quan






Chuyển mạch kênh quang được sử dụng cho lưu lượng được tập hợp lại có kích
thước lớn, một kênh truyền sẽ được thiết lập trước và không thay đổi trong quá trình
truyền dữ liệu. Chuyển mạch gói quang sử dụng cho các gói dữ liệu có kích thước nhỏ.
1.2 Chuyển mạch quang
Chuyển mạch là từ dùng để chỉ hai nghĩa khác nhau. Một là để định nghĩa tóm tắt
khái niệm chuyển mạch tức là thiết bị sử dụng chuyển mạch các tín hiệu từ các cổng đầu
vào tới các cổng đầu ra. Hai là chuyển mạch chỉ một thiết bị với một vài thiết bị hoặc là
một thiết bị phức hợp mà gồm khối điều khiển phức tạp, các bộ đệm đường dây trễ, các
bộ lọc, các bộ chuyển đổi bước sóng và các chuyển mạch đơn giản.
Các chuyển mạch không gian và các bộ định tuyến bước sóng là các thành phần cơ
bản của một chuyển mạch quang. Một chuyển mạch không gian chỉ chuyển theo cách
đơn giản các tín hiệu từ mỗi đầu vào tới một đầu ra. Có một vài cách để thực hiện một
chuyển mạch không gian nhưng lựa chọn tốt nhất là sử dụng các SOA (các bộ khuyếch
đại quang bán dẫn). Như hình 1.3 mô tả một chuyển mạch không gian.

5
Thế hệ thứ 3Thế hệ thứ 1 Thế hệ thứ 2

Chuyển mạch kênh WDM
Chuyển mạch
burst quang
Chuyển mạch
gói quang
Các kênh tĩnh tới động
Các đường ảo và lưu giữ và chuyển tiễp
Hình 1.2 Sự phát triển mạng WDM
WADM
WAMP
DCX
WSXC(OCX)
OPR
OBS
OLS
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1: Tổng quan
Bé t¸ch Bé trén
Cæng SOA
1
2
N
Hình 1.3: Chuyển mạch dựa trên cổng SOA.
Chuyển mạch dựa trên cổng SOA N×N như mô tả ở trên gồm N bộ tách 1×N, N
2
cổng SOA và N bộ trộn 1×N. Nếu tín hiệu được chuyển tới đầu ra j, cổng j ở trạng thái
mở và các cổng khác ở trạng thái đóng. Tất cả các cổng có cùng chỉ mục sẽ được kết
nối tới một bộ trộn.
Một bộ định tuyến bước sóng có thể được cấu hình trước hoặc không. Như hình
1.4 mô tả bộ định tuyến bước sóng không cấu hình trước. Mỗi tín hiệu từ đầu vào i với
bước sóng j luôn được truyền trực tiếp tới đầu ra k. Một ví dụ của bộ định tuyến lại này

là AWGM. Một AWGM gồm hai coupler sao và một AWG giữa chúng. Coupler sao
tách các tín hiệu từ các cổng đầu vào và đưa tới tất cả các lưới ống dẫn sóng mà các lưới
ống dẫn sóng này có độ dài khác nhau. Độ trễ tín hiệu phụ thuộc vào độ dài của ống dẫn
sóng và bước sóng. Coupler sao thứ hai chỉ phối hợp theo cấu trúc các tín hiệu có pha
khác nhau tại một cổng đầu ra đơn.
Mặc dù một bộ định tuyến bước sóng không cấu hình trước không có thuộc tính
chuyển mạch thì vẫn được sử dụng rộng rãi trong các chuyển mạch gói quang định tuyến
theo bước sóng. Y tưởng chính để mọi gói được chuyển đổi đầu tiên thành một bước sóng
chính xác và sau đó truyền trực tiếp tới AWGM. Bởi vì AWGM chọn cổng ra của mỗi gói
tuỳ thuộc cổng ra và bước sóng, mỗi gói sẽ được chuyển tới cổng ra đã định.

6
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1: Tổng quan
λ
1
λ
2
....λ
Ν
λ
1
λ
2
....λ
Ν
λ
1
λ
2
....λ

Ν
λ
1
λ
2
....λ
Ν
λ
1
λ
2
....λ
Ν
λ
1
λ
2
....λ
Ν
1
2
N
1
2
N
λ
1
λ
2
λ

Ν
λ
Ν−1
λ
2
λ
3
λ
Ν
λ
1
λ
1
Hình 1.4: Bộ định tuyến bước sóng.
1.2.1 Phân loại chuyển mạch quang
Chuyển mạch có thể được chia thành chuyển mạch điện và chuyển mạch quang.
Các chuyển mạch điện có thiết bị phát triển hơn chuyển mạch quang và việc thực thi
chúng dễ dàng hơn. Chuyển mạch quang lại được chia thành:
 Chuyển mạch kênh quang.
 Chuyển mạch gói quang.
 Chuyển mạch burst quang.
1.2.1.1 Kỹ thuật chuyển mạch kênh quang
Chuyển mạch kênh quang hoạt động theo kiểu định tuyến theo bước sóng. Trong
mạng chuyển mạch kênh quang, một đường dẫn bước sóng riêng được thiết lập trong
khoảng thời gian kết nối. Để một mạng chuyển mạch kênh hoạt động, một kênh sẽ được
ấn định từ đầu tới cuối cho một kết nối. Kênh này sau đó chỉ được đăng ký phục vụ cho
một kết nối.
A
R 1
R 2

R 3 R 4
R 5
R 6
B
S w i t c h / R o u t e r
T u y Õ n h o ¹ t ® é n g
Hình 1.5 Mạng chuyển mạch kênh.

7
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1: Tổng quan
Trong mạng chuyển mạch kênh trên đây yêu cầu nối giữa điểm A và B. Một kênh
được thiết lập thông qua các node R1, R3, R4 và R5. Ta cũng có thể thành lập các tuyến
liên kết khác giữa A và B. Giữa các node chuyển mạch có thể cho phép nhiều kênh
được thiết lập.
Chuyển mạch kênh gồm có 3 giai đoạn: Thiết lập kênh, truyền dữ liệu, và giải phóng
kênh.
 Thiết lập kênh: Đăng ký một bước sóng cố định theo đường dẫn lựa chọn, mỗi
liên kết trên đường dẫn được định hướng từ nguồn tới đích tương ứng của nó.
 Truyền dữ liệu: Dữ liệu được gửi trên một đường riêng. Khi phân phối điều
khiển được sử dụng trong giai đoạn định tuyến, một khoảng thời gian yêu cầu
giữa giai đoạn thiết lập và giai đoạn truyền dẫn là T, có giá trị T=2p+delta (p là
thời gian truyền một chiều), delta là tổng trễ xử lý do yêu cầu thiết thiết lập trên
đường truyền). Dữ liệu trong chuyển mạch kênh không cần đệm ở các node trung
gian do kênh chỉ sử dụng phục vụ cho việc truyền dữ liệu này tại thời điểm cụ
thể.
 Giải phóng kênh: Sau khi dữ liệu gửi đi tới đích, kênh truyền dẫn sẽ được giải
phóng. Đích gửi về nguồn một bản tin xác nhận. Các node trên đường truyền lần
lượt được giải phóng để phục vụ cho kết nối khác.
Hình 1.6 Tín hiệu trong chuyển mạch kênh.
1.2.1.2 Chuyển mạch gói quang

Chuyển mạch gói quang là công nghệ tiếp theo được lựa chọn phục vụ cho việc
truyền tải dữ liệu qua WDM. Hoạt động trong chuyển mạch gói: Các gói thông tin được
gửi đi trên tuyến thích hợp được lựa chọn bởi bộ định tuyến tại node khi gói đến. Trong
chuyển mạch gói, mỗi gói có một tiêu đề tương ứng mang thông tin về gói cũng như địa
chỉ của gói, và mỗi node chuyển mạch trong mạng (các bộ định tuyến) sẽ nhận thông
tin này và gửi đi trên tuyến thích hợp.

Giữ liệu người dùng
ACK
Tín hiệu chấp
nhận cuộc gọi
Trễ xử lý
Trễ đường truyền
Yêu cầu
cuộc gọi
8
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1: Tổng quan
C R 1
R 2
R 3
R 4
R 5
R 6
D
S w i t c h / R o u t e r
T u y Õ n h o ¹ t ® é n g
Hình 1.7 Mạng chuyển mạch gói
Hình vẽ 1.7 mô tả một mạng chuyển mạch gói. Gói được gửi từ điểm C tới đích D.
Một gói thông tin rời C và được gửi đi trên tuyến R1 tới R3, sau đó từ R3 gửi tới R4 và
tới D. Tuy nhiên gói cũng có thể được truyền tới D theo hướng khác. Nếu việc truyền

dẫn từ R1 tới R3 chậm hoặc bị mất, gói từ R1 sẽ được gửi tới R2, từ R2 tới R5 và cứ
tiếp tục cho tới khi tới đích.
Trong chuyển mạch gói, độ dài mỗi gói là Lp, có thể cố định hoặc thay đổi từ giá trị
nhỏ nhất Smin tới giá trị lớn nhất S max. Trường hợp gói có độ dài cố định, một bản tin
kích thước Lb sẽ được chia thành các gói nhỏ hơn có kích thước giống nhau. Trường
hợp gói có độ dài khác nhau, bản tin được chia thành Lb/Smax gói và đệm chỉ cần thiết
đối với gói nhỏ hơn Smin.
Một đặc điểm chính của chuyển mạch gói là lưu giữ và chuyển tiếp. Tức là một gói
cần phải được tập hợp đầy đủ tại một node nguồn và mỗi node trung gian trước khi nó
được chuyển đi. Đặc điểm này sẽ dẫn đến gói phải trải qua một khoảng thời gian trễ
tương ứng với Lb tại mỗi node, khi đó cần phải có bộ đệm tại mỗi node trung gian của
mạng có kích thước nhỏ nhất là Smax.
Mặc dù vậy với công nghệ hiện tại chưa thể thực hiện chuyển mạch quang một cách
có hiệu quả do:
 Chuyển mạch gói quang thường sử dụng cho trường hợp không đồng bộ. Ví dụ,
các gói tới tại các cổng đầu vào khác nhau phải được xếp hàng trước khi truy
nhập vào trường chuyển mạch. Tuy nhiên để ứng dụng cho trường hợp không
đồng bộ là rất khó và chi phí cao.
 Một khó khăn nữa đối với chuyển mạch gói quang là sự thiếu vắng các bộ đệm
quang. Đặc điểm chính của chuyển mạch gói là lưu đệm và chuyển tiếp. Đặc
điểm này cần thiết để giải quyết vấn đề tranh chấp cổng đầu ra. Tuy nhiên hiện
tại chưa có các bộ đệm truy nhập quang ngẫu nhiên cần thiết để thực hiện lưu giữ
và chuyển tiếp.

9
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1: Tổng quan
 Khó khăn nữa cho việc sử dụng chuyển mạch gói quang là thời gian yêu cầu để
định cấu hình cơ cấu chuyển mạch quang.

10

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1: Tổng quan
1.2.1.3 Chuyển mạch burst quang
Khái niệm chuyển mạch quang xuất hiện từ đầu những năm 1980. Gần đây, chuyển
mạch burst quang được nghiên cứu trở lại và được biết đến như một giải pháp kế tiếp
của chuyển mạch gói quang. Thực chất chuyển mạch burst quang được xem xét trong
tầng quang đơn thuần như một môi trường truyền dẫn trong suốt không bộ đệm cho các
ứng dụng. Tuy nhiên không có một định nghĩa tổng quát cho chuyển mạch burst quang.
Sự bùng nổ lưu lượng mạnh mẽ trong mạng Internet, sự phát triển nhanh chóng các
lớp lưu lượng là những vấn đề quan trọng cần phải được xử lý. Để hỗ trợ cho việc sử
dụng độ rộng băng có hiệu quả, phương pháp truyền tải toàn quang cho phép đệm quang
trong khi vẫn xử lý sự bùng nổ lưu lượng, và hỗ trợ cho việc cung cấp tài nguyên nhanh
và truyền dẫn không đồng bộ các gói có kích thước khác nhau cần phải được phát triển.
Chuyển mạch burst quang (OBS) như một giải pháp cho sự truyền tải lưu lượng trực
tiếp qua mạng WDM quang mà không cần bộ đệm.
Chuyển mạch burst quang là phương pháp kết hợp cả hai kỹ thuật chuyển mạch
kênh quang và chuyển mạch gói quang. Nó được thiết kế đạt được cân bằng giữa những
ưu điểm của chuyển mạch kênh quang và nhược điểm của chuyển mạch gói quang.
1.3 So sánh
1.3.1 Giữa chuyển mạch kênh và gói
Các mạng toàn quang hiện nay là các chuyển mạch kênh. Các mạng chuyển mạch
gói quang vẫn đang tiếp tục nghiên cứu và trên thế giới chuyển mạch kênh quang là lựa
chọn thích hợp hơn chuyển mạch gói quang. Nói cách khác, lưu lượng viễn thông trong
tương lai vẫn còn tiếp tục bùng nổ. Trong bất cứ trường hợp nào, thì lưu lượng dạng gói
sẽ ở mức lựa chọn cao hơn. Nếu tìm thấy một cách để thực hiện thương mại chuyển
mạch gói quang, thì rõ ràng đó có thể là một kỹ thuật tốt hơn. Tuy nhiên, chừng nào mà
các thiết bị quang cũng như kỹ thuật chuyển mạch vẫn chưa đáp ứng được yêu càu thì
chuyển mạch kênh vẫn là lựa chọn số 1.
1.3.2 Giữa chuyển mạch gói và chuyển mạch burst
Ưu điểm của chuyển mạch gói là một gói bao gồm cả tiêu đề và tải gửi đi mà không
cần thiết lập kênh và chúng chia sẻ các bước sóng liên kết giữa các gói với các nguồn và

các đích khác nhau. Tuy nhiên do cơ cấu lưu đệm và chuyển tiếp, mọi node đều phải xử
lý tiêu đề của gói tới để xác định tuyến truyền của gói, vì vậy cần phải sử dụng bộ đệm
tại các node.

11
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1: Tổng quan
Chuyển mạch burst quang không cần phải có bước sóng riêng cho mỗi kết nối đầu
cuối tới đầu cuối vì vậy ngay sau khi burst đi qua một tuyến liên kết thì bước sóng sẽ
được giải phóng ngay. Khác với chuyển mạch gói, chuyển mạch burst không nhất thiết
phải sử dụng các bộ đệm.
Chuyển mạch burst quang là chuyển mạch hứa hẹn nhiều triển vọng, nó sẽ thay thế
các chuyển mạch hiện tại, và sẽ mang tính thương mại cao hơn chuyển mạch gói quang,
nó tránh được hai vấn đề chính là: Tốc độ chuyển mạch cao và bộ đệm quang. Nghẽn
cổ chai trong mạng chuyển mạch gói quang khi xử lý tiêu đề gói tin trong trường
chuyển mạch. Bởi vì dữ liệu được móc nối vào nhau bên trong các phần tử lớn hơn
trong các mạng chuyển mạch burst, có nhiều dữ liệu / tiêu đề hơn so với các mạng
chuyển mạch gói. Trước tiên, là đạt được tốc độ dữ liệu cao hơn với cùng một tốc độ xử
lý tiêu đề. hơn nữa, không cần thiết phải triển khai các bộ đệm quang phức tạp. Các
burst có thể được đệm trong miền điện tại cạnh của mạng thay cho bộ đệm tại mỗi node
vì thời gian mao đầu đã được xử lý. Các trường chuyển mạch có thể được triển khai mà
không cần bộ đệm hoặc với một vài đường trễ để giải quyết xung đột. Chuyển mạch
burst đã tránh được những vấn đề của chuyển mạch gói, và phù hợp cho yêu cầu lưu
lượng hiện nay. Trong thời gian tới, chuyển mạch burst rõ ràng sẽ hấp dẫn hơn chuyển
mạch gói quang, và trong cuộc đua đường dài chuyển mạch burst dường như là đối thủ
mạnh nhất của chuyển mạch gói quang.

12
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2: Chuyển mạch gói quang
CHƯƠNG II: CHUYỂN MẠCH GÓI QUANG
2.1 Giới thiệu chung

Mạng với các thiết bị quang hiện đang có triển vọng lớn trong việc cung cấp các
ứng dụng đa phương tiện thời gian thực cao, vì nó có khả năng truyền dẫn ở tốc độ cao
hơn rất nhiều với độ tin cậy lớn hơn so với mạng điện thông thường. Hiện nay, các liên
kết quang đã thay thế cho cáp đồng trong rất nhiều mạng, tuy nhiên mạng quang theo
đúng nghĩa mới chỉ được bắt đầu phát triển, nó bao gồm truyền dẫn quang, chuyển
mạch quang và cả khả năng xử lí gói tin bằng công nghệ quang. Dưới đây sẽ nghiên cứu
một kĩ thuật mới, hiện chưa được triển khai trên thực tế, song lại là một giải pháp có rất
nhiều ưu điểm, và có khả năng đáp ứng được các yêu cầu của mạng thế hệ mới về mọi
mặt, đó là "chuyển mạch gói quang". Chuyển mạch gói quang là kĩ thuật chuyển mạch
gói được thực hiện bởi hoàn toàn công nghệ quang thông qua các thiết bị quang. Mạng
chuyển mạch gói quang hoàn toàn có khả năng truyền tải mọi loại thông tin, từ tốc độ
bit thấp như thoại cho tới tốc độ bit cao là video rõ nét, và có thể đáp ứng các yêu cầu
khác nhau của mỗi loại dịch vụ có về tốc độ bit, đặc tính, kiểu tốc độ (cố định hay thay
đổi), độ chính xác thông tin (như độ mất gói và tỉ lệ lỗi bit) và đảm bảo thời gian (độ trễ
và jitter).
Chuyển mạch gói quang có thể đáp ứng mọi yêu cầu và ta có thể phân loại các yêu
cầu thông tin của chuyển mạch đó là:
 Khả năng quản lí các loại tốc độ thông tin khác nhau.
 Có thể chuyển mạch đa phương hoặc quảng bá.
 Có hiệu năng cao về độ trễ, khả năng thông qua và tỉ lệ lỗi bit (BER)
Hiện nay mạng chuyển mạch gói quang vẫn chưa hoàn toàn quang, các tín hiệu
đều cần chuyển đổi trở lại dạng điện trước khi chuyển mạch và xử lí. Như vậy, các ưu
điểm lớn của thông tin quang như tốc độ và hiệu quả vẫn chưa được phát huy cao do độ
trễ vẫn lớn. Mạng chuyển mạch gói quang có thể chưa được áp dụng vào cuộc sống
trong một vài năm tới do giới hạn về công nghệ quang. Tuy nhiên với sự phát triển
nhanh chóng và rất nhiều các mô hình nghiên cứu chuyển mạch gói quang, mạng viễn
thông sẽ có thể áp dụng công nghệ này vào thực tiễn để đáp ứng được đòi hỏi ngày càng
cao của các dịch vụ người dùng.
2.2 Vai trò của mạng chuyển mạch gói quang
Sự phát triển của các dịch vụ hiện có và các dịch vụ mới băng thông cao đã làm

cho lưu lượng viễn thông không ngừng tăng nhanh, và từ đó băng thông yêu cầu cũng

9
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2: Chuyển mạch gói quang
tăng lên ngày càng lớn. Bước đầu để đáp ứng băng thông là sự triển khai hệ thống
truyền dẫn WDM. Và bước tiếp theo, mạng thế hệ mới cần phải tận dụng được kĩ thuật
WDM bằng cách thực hiện các chức năng quang trong điều khiển và quản lí các tín hiệu
hàng megabit, như thế sẽ làm giảm sự phức tạp trong hệ thống điện và giảm giá thành.
Sự nâng cấp mạng từ điện sang quang làm phát sinh vấn đề nghẽn cổ chai về khả
năng thông qua. Vấn đề này đã thấy được trên mạng đường trục kết nối chéo quang, và
người ta cần sử dụng tầng chuyển mạch gói quang giữa tầng chuyển mạch điện và tầng
truyền dẫn. Như vậy tầng chuyển mạch gói quang sẽ kết nối, lấp khe trống giữa tầng
điện đang tồn tại và các kênh quang ở đường trục, đồng thời cho phép chuyển mạch gói
nhanh các kết nối đổi tần ở tốc độ cao hơn nhiều so với tầng điện mà không ảnh hưởng
trực tiếp lên kết nối chéo. Ta có mô hình phân tầng tham khảo như hình 2.1.
Các xu hướng phát triển của các mạng viễn thông chủ yếu phụ thuộc vào những
yêu cầu của các dịch vụ tương lai. Qua thực tế người ta dự đoán môi trường mạng sẽ
biến đổi hoàn toàn theo những xu hướng chủ đạo là:

Chuyển mạch gói quang
Tầngtruyền dẫn quang
TẦNG CHUYỂN MẠCH ĐIỆN
Truy nhập
Truy nhập
ATM -
ADM
ATM -
ADM
Tầng gói quang
OPS

OPS
OPS
OPS
OPS
GÓI QUANG
(MAN)
OXCOXC
OXCOXC
Xen rẽ ATM điện
ATM -
ADM
OPS
OXC
Kết nối chéo quang
Hình 2.1: Mô hình mạng phân tầng tham chiếu.
10
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2: Chuyển mạch gói quang
 Lưu lượng internet trong đó thông tin dữ liệu chiếm ưu thế.
 Sự phát triển kỹ thuật WDM dựa trên liên kết điểm - điểm sẽ tận dụng được băng
thông cũng như số lượng kênh bước sóng và tốc độ bít trên một kênh.
 Mạng truyền tải WDM kết nối chéo quang có độ linh hoạt cao.
Các nghiên cứu cho thấy mạng chuyển mạch gói là mạng chủ đạo trong tương lai
và có thể đáp ứng được các yêu cầu dịch vụ, một trong số đó có mạng chuyển mạch gói
quang. Mạng chuyển mạch gói quang đã được nghiên cứu cách đây khoảng chục năm.
Từ đó đến nay có rất nhiều thay đổi, các thiết bị đã được cải thiện cũng như đặc tính lưu
lượng có nhiều biến đổi. Có rất nhiều vấn đề chưa được giải quyết, song công nghệ
quang đã bắt đầu có những dấu hiệu trưởng thành. Mạng quang có thể được trải rộng từ
mạng đường trục với khoảng cách lớn tới mạng truy cập, và mạng đã càng ngày càng
phức tạp hơn, hiệu quả hơn và độ tin cậy cao hơn trước đây. Chuyển mạch gói quang có
thể vẫn chỉ trong phòng thí nghiệm nhiều năm nữa, song với công nghệ phát triển ngày

càng cao để đáp ứng cho các phương thức chuyển mạch hiện có như chuyển mạch kênh
quang, sẽ tạo bước xúc tiến cho mạng chuyển mạch gói quang ra đời.
2.3 Đặc tính lưu lượng của chuyển mạch gói quang
2.3.1 Đặc tính lưu lượng của chuyển mạch không có chức năng tách -
ghép
2.3.1.1 Mạng và kiến trúc chuyển mạch của hệ thống WDM
Mạng gói quang WDM xác định ở đây được chỉ ra trong hình 2.2.
M¹ng con
M¹ng con
M¹ng con
M¹ng con
ChuyÓn m¹ch gãi cña hÖ
thèng WDM
Hình 2.2 : Chuyển mạch gói của hệ thống WDM
Chuyển mạch gói quang chuyển dữ liệu giữa các mạng con như MAN, LAN....
Mạng giống với một mạng sao và N bước sóng khác nhau, λ
1
.... λ
N-1
,λ
N
trên một sợi và
các bước sóng này được sử dụng để mang lưu lượng mạng.
Kiến trúc chuyển mạch ATMOS và KEOPS với các cổng đầu vào kênh đơn được
mô tả. Ơ đây, thực hiện chung của một node chuyển mạch gói WDM được xác định như
trong hình 2.3.

11
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2: Chuyển mạch gói quang
 Phần đầu vào: Tại đây, khối tách kênh lựa chọn các gói đến ở N bước sóng cố

định λ
1
, λ
2
,…, λ
N
và bộ chuyển đổi bước sóng quang khả chỉnh (TOWC's) sẽ
đánh địa chỉ các gói theo không gian trống trong bộ đệm đầu ra đường dây trễ.
 Khối chuyển mạch không gian không nghẽn (nonblocking) có chức năng chuyển
gói tới đầu ra yêu cầu cũng như đệm đầu ra đường dây trễ thích hợp.
 Khối đệm gói bằng các đường dây trễ. Như trên hình ta có kích thước chuyển
mạch là






+
1
N
B
M. x N.M
, trong đó B là số vị trí gói trong bộ đệm, N là số bước
sóng, M là số đầu vào và đầu ra, B/N là số lượng đường dây trễ. Các kết nối cuối
B/N +1 từ chuyển mạch không gian qua bộ đệm tới đầu ra là một đoạn cáp có
chiều dài rất nhỏ. Đặt B/N+1 = α để nhấn mạnh rằng với số đường đường dây trễ
cho trước, thì số vị trí gói B là bội số của N hay α là số nguyên.
Kiến trúc này không thể hiện giao diện quang/điện đặt ngay sau bộ tách kênh ở
đầu vào của chuyển mạch. Giao diện này được dùng để tách tiêu đề mỗi gói tìm đầu ra,

sau đó xác định vị trí hay trạng thái hàng đợi để điều khiển bộ chuyển đổi bước sóng
cũng như trạng thái cổng ở chuyển mạch không gian.
2.3.1.2 ảnh hưởng của các bộ chuyển đổi bước sóng khả chỉnh
1 Lưu lượng kiểu ngẫu nhiên
Bộ biến đổi bước sóng khả chỉnh TOWC (Tunable Optical Wavelength Converter)
làm giảm rõ rệt số lượng đường dây trễ vì TOWC cho phép lưu chuyển nhiều gói quang
ở nhiều bước sóng khác nhau trên cùng một đường dây trễ. Mặc dù sử dụng TOWC có
thể làm đảo lộn thứ tự gói, song ta có thể bỏ qua vì ảnh hưởng lên độ lưu thoát lưu

λ
N
λ
1
λ
N
λ
1
M
1
λ
1
…λ
N
λ
1
…λ
N
λ
1
…λ

N
Vị trí
Chuyển mạch
không gian
Tách bước sóng
Đổi bước sóng khả
chỉnh
Đệm B vị trí
λ
1
…λ
N
1
M
Hình 2.3: Khối chuyển mạch gói quang WDM.
12
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2: Chuyển mạch gói quang
lượng là rất nhỏ, ngay cả trong trường hợp xấu nhất. Hình 2.4 trình bày việc xử lí đệm
trong trường hợp có và không có bộ biến đổi bước sóng TOWC.
Có thể minh họa tác dụng giảm số lượng đường dây trễ trên hình 3.5, mẫu lưu
lượng đã được công nhận và đang được phát triển cho một số mô hình khác.
Đồ thị chỉ ra xác xuất mất gói với số đường dây trễ là B/N, trong đó B là số lượng
gói tin lớn nhất có thể lưu trên bộ đệm, N là số lượng bước sóng. Trường chuyển mạch
16 x 16, tải 0,8 cho mỗi kênh trên N kênh đầu vào. Nếu không có bộ biến đổi bước
sóng, hiệu năng là độc lập với N, hàng đợi có thể coi như gồm N hàng riêng biệt và độc

λ
1
λ
1

λ
1
λ
1
TOWC
TOWC
λ
1
λ
2
λ
1
λ
2
Không chuyển đổi bước
sóng
Có chuyển đổi
bước sóng
λ
1
λ
1
Gói 1:
Gói 2:
λ
1
λ
1
Gói 1:
Gói 2:

Hình 2.4: Xử lí đệm khi có và không có chuyển đổi bước sóng .sss
X
á
c
s
u
ấ
t
m
ấ
t
g
ó
i
ti
nn
10
-1
10
-3
10
-5
10
-7
10
-9
10
-11
10
-13

0 2 4 6 8 10 12 14 16
Không có TOWC's
(độc lập với N)
N = 4
N = 8
Có TOWC''s
Hình 2.5: Xác suất mất gói tin khi có và không có TOWC's.
Số đường dây trễ
13
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2: Chuyển mạch gói quang
lập, mỗi hàng chỉ tương ứng với 1 bước sóng, và các tính toán chỉ cần đặt N=1. Khi có
bộ biến đổi, xác suất mất gói PLR được cải thiện khi số lượng bước sóng tăng tức là khi
N tăng, tổng số lượng kênh đầu vào và đầu ra cũng tăng do đó dung lượng chuyển mạch
không gian tăng làm giảm tỉ lệ mất gói tin. Mặc dù số kênh đầu vào tăng, nhưng mỗi
đầu ra có thể nhận cùng tỉ lệ tải tin ρ độc lập với N, và do đó với cùng một tỉ lệ mất gói
PLR mà độ sâu bộ đệm không đổi. Mặt khác nếu B/N cố định, thì độ sâu bộ đệm sẽ tăng
theo N. Do vậy, xác suất mất gói giảm với số kênh bước sóng khi TOWC's được sử
dụng. Ta cũng có thể so sánh như sau: với PLR = 10
-10
, N=4/ 8 nếu có bộ chuyển đổi thì
cần số đường dây trễ là 12/6, trong khi đó nếu không có bộ chuyển đổi thì cần số đường
dây trễ là 48.
2 Lưu lượng biến đổi đột ngột
Mô hình tính toán cho lưu lượng biến đổi đột ngột đã được thực hiện và xác nhận.
Các tính toán cơ bản khi áp dụng trên đơn kênh, đã chỉ ra rằng tải chấp nhận được thấp
hơn nhiều khi so sánh với lưu lượng ngẫu nhiên. Tuy nhiên, với hệ thống WDM thì vấn
đề này cũng được giản quyết như trường hợp tải ngẫu nhiên.
Hình 2.6 (a) mô tả số lượng đường dây trễ giảm nhờ có TOWC's trong chuyển
mạch gói WDM với tỉ lệ mất gói tin PLR = 10
-10

.
Ta thấy rất rõ số lượng đường dây trễ giảm khi số bước sóng tăng lên. Một điểm
quan trọng khác là cấu hình chuyển mạch không gian gần như không đổi, được minh
họa trong hình 3.6(b) giữa






+=⋅
1
N
B
N
αα
đối với tải tin, trong điều kiện chuyển mạch

25
21
17
13
9
5
1
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
Tải trên mỗi kênh
S
ố

đ
ư
ờ
n
g


d
â
y

Không đổi
bước sóng
Có đổi
bước sóng
N = 2
N = 4
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
Tải trên mỗi kênh
N

.
αααα
N = 2
N = 4
N = 1
Hình 2.6: Số đường dây trễ yêu cầu.
(a) (b)
14
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2: Chuyển mạch gói quang
4 x 4 ứng với số kênh bước sóng là 1, 2 & 4. Do đó, khả năng thông qua được tăng khi
tăng số kênh bước sóng mà không cần tăng số cổng.
Gọi burstness là số gói thành công trung bình từ nguồn lưu lượng. Nếu burstness
tăng thì số đường dây trễ cũng cần tăng. Nếu giữ số đường dây trễ không đổi thì tỉ lệ tải
có thể giảm khi burstness tăng. Đối với chuyển mạch 4 x 4, số đường dây trễ không đổi
bằng 7, hình 2.7 chỉ ra vai trò quan trọng của TOWC khi tốc độ kênh là10 Gb/s.
Nếu không có TOWC, thì tỉ lệ tải trên mỗi kênh là hàm số của burstness, khả năng
thông qua (N.M.ρ) là 160 Mb/s, M là số lượng đầu vào/đầu ra. Nếu có TOWC, khi
bustness tăng thì tỉ lệ tải lớn hơn nhiều, khả năng thông qua lên tới 60 Gb/s.
2.3.2 Đặc tính lưu lượng của chuyển mạch với chức năng tách ghép
Như mô tả trong hình 3.8, các node chuyển mạch gói tách ghép được sử dụng từ
cấu trúc của node mạng con hoặc phân chia thì nhận được các mạng khác nhau ví dụ
MAN, WAN. Kiến trúc chuyển mạch gói cũng được chuyển đổi trực tiếp thành chuyển
mạch tách ghép bằng cách dành ghép một số đầu vào và tách ở phía đầu ra. Tuy nhiên,
có vài điểm khác nhau trong kiến trúc xuất hiện như trình bày dưới đây.
Ví dụ một mạng sử dụng chuyển mạch tách ghép là Shufflenetwork như chỉ trong hình 2.8.

1,0
0,8
0,6
0,4

0,2
0,0
1.0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0
T
ả
i
c
h
o

p
h
é
pp
Burstiness , β
N = 2 N = 4
Có TOWC's
Không có
TOWC's
Hình 2.7 : Đồ thị tải kênh lớn nhất với số burstiness.
15
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2: Chuyển mạch gói quang
1
2
3
4
5
6
7
8

1
2
3
4
λ
1
....λ
Ν
λ
1
....λ
Ν
λ
1
....λ
Ν
λ
1
....λ
Ν
λ
1
....λ
Ν
λ
1
....λ
Ν
λ
1

....λ
Ν
λ
1
....λ
Ν
Hình 2.8: Chuyển mạch tách ghép Shufflenetwork
Hình vẽ mô tả Shufflenetwork WDM thông thường với 8 node chuyển mạch tách
ghép. Mạng gồm node chuyển mạch 2×2 ( không tách ghép) và có hai cột (cột cuối không
tính khi nó là mô hình của cột đầu tiên). Chú ý tới các Shufflenetwork tổng quát (được
tổng quát hoá của Shuffle hoàn hảo) xây dựng từ các chuyển mạch M×M và k cột thì gồm
k.M
k
node. Điều đó chỉ ra Shufflenetwork ít tính modul ví dụ với M = 4 thì số node là 32
khi k = 2 và 192 khi k = 3. Tính modul nhận được bằng cách thêm cột vào Shufflenet
chuẩn nghĩa là có k và M thì khi thêm cột thì nhận được tổng số node là (k + c). M
k
. Với
mạng trong hình 12 đã được thêm vào một cột và có số node là 12.
Kiểu kết nối theo hình trụ của Shufflenetworks nhận được sự phối hợp địa chỉ theo
cách thông thường, cho phép khả năng tự định tuyến và lựa chọn định tuyến trả lời từ
tắc nghẽn và lỗi mạng. Hơn nữa, vấn đề quan trọng của đặc tính lưu lượng sẽ trình bày
ở sau. Các mạng đó đảm bảo số lượng nhỏ các hop giữa các node thu và phát.
Trước khi truyền sự mô tả, phân tích rất quan trọng để xác định mạng và kích cỡ
chuyển mạch ưa thích. Mạng nội hạt và mạng trung tâm ít khi có hơn 250 node. Tham
khảo mạng RAINBOW II , nó như một WDM MAN, gồm 32 node hoạt động tại
800Mb/s trong khi mạng STARNET (như LAN) hỗ trợ tới gần 200 node, có tốc độ 1Gb/
s hoặc 80 node tại tốc độ 2,5 Gb/s. Thông qua các ví dụ đó chúng chỉ ra kích cỡ mạng
ưa dùng.
Liên quan tới kích cỡ của các chuyển mạch gói tách ghép quang, kích cỡ quan

trọng do nó được giữ ở mức độ tương đối thấp, tức là 2×2 (M = 2), 4×4 (M = 4), 8×8 (M
= 8), để đảm bảo như là số bước sóng yêu cầu được hoạt động và cũng chắc chắn mức
độ phức tạp của thực thể mạng thấp.
Một kiến trúc chung của chuyển mạch gói tách ghép quang như hình 2.9.

16
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2: Chuyển mạch gói quang
O/E
ChuyÓn m¹ch
không gian
N
add
DMUX
C¸c bé chuyÓn ®æi
buíc sãng kh¶ chØnh C¸c bé ®Öm quang.
Tån t¹i M.N
Tån t¹i B/ N + 1
Bé ®Öm ®iÖn
M sîi
1
1
1
M
M
Hình 2.9: Chuyển mạch tách ghép gói quang.
Tại mỗi M đầu vào các gói đến từ các node mạng khác nhau trong khi các đầu vào
còn lại N
add
để sử dụng cho lưu lượng nội hạt. Tại các bộ ghép kênh đầu vào mạng sẽ lựa
chọn các gói đến tại N bước sóng, λ

1
.... λ
N-1
,λ
N
trong khi đó N
add
các kênh mang các gói
được ghép lưu lượng nội hạt. Tiếp theo, các bộ chuyển bước sóng khả chỉnh được sử
dụng để đánh điạ chỉ không gian trống trong các bộ đệm đầu ra đường trễ sợi . Một
chuyển mạch không gian được sử dụng để truy cập các đường trễ sợi quang và để định
tuyến các gói tới các đầu ra thích hợp. Một gói phải bị tách ra để định tuyến tới đầu ra
tách sau đó thực hiện chuyển đổi quang thành điện và bộ đệm điện (các đầu ra khác được
tham chiếu như các đầu ra của mạng). Chú ý rằng trong nguyên lý bộ đệm tại đầu ra tách
có thể là quang và được thực hiện như một bộ đệm WDM.
2.3.2.1 Lưu lượng của mạng chuyển mạch gói tách- ghép WDM
Để có được sự nhận dạng các kiến trúc chúng ta cần tiếp tục phát triển một kiểu
lưu lượng để tính toán cho các bộ chuyển đổi bước sóng, WDM và quan trọng là số các
hop giữa các node.
Sự phân tích kiểu lưu lượng được dựa trên kiểu chuyển mạch gói WDM . Phải chỉ
ra được những gì đã xem xét trong Shufflenetworks, kiểu ứng dụng với bất cứ mạng gói
tách ghép nào cung cấp theo giả thuyết :
 Tất cả các đầu vào phát ra tải trọng lưu lượng như nhau ρ
add
và lưu lượng thừa
nhận được phân phối một cách ngẫu nhiên.
 Tồn tại một thuật toán mặc dù lưu lượng trên mỗi kênh có sự phân phối giống
nhau và mang đi tải trọng ρ
add
trung bình giống nhau.

 Mỗi gói được phát có xác xuất tới đích giống nhau cho bất kỳ node nào trong
mạng chẳng hạn 1/ (N
nodes
– 1) nếu số node trong mạng là N
nodes
.

17
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2: Chuyển mạch gói quang
Nếu giả sử lưu lượng được phân phối một cách ngẫu nhiên. Vẫn còn lưu lượng
burstiness trong lớp gói quang khi so sánh với lớp chuyển mạch ATM bằng điện thường
thấp vì vậy giải thích cho giả định. Với liên quan tới giả thuyết thứ hai, chỉ ra sự phối
hợp định tuyến thích ứng đơn giản cho điều khiển tắc nghẽn ở mạng sóng ánh sáng đa
hop Shufflenet mà ở đó giả sử đúng nếu thuật toán định tuyến thích ứng được thực hiện
với Shufflenetwork.
Luồng lưu lượng ra chẳng hạn của bộ đệm tách điện được biểu thị bởi ρ
add
và do
đó giá trị lưu lượng khởi tạo được đưa đến đích như chỉ trên hình 3.10. Với ρadd có
nghĩa là tải trọng trên đầu vào ghép, toàn bộ gói mất trên mạng sẽ là
addadd
drop
N
ρ
ρ
⋅
−
1
, vì
vậy nhiệm vụ để từ kết quả ρ

drop
thu được giá trị của ρ
add
.
Thông lượng của các hàng đợi mạng (tất cả các hàng đợi khác nhiều hơn hàng đợi tách)
là N - ρ
o
λ
với ρ
o
λ
là số trung bình của số bước sóng được sử dụng. Với giả định ở trên ,
tải trọng trung bình của mỗi kênh đầu vào N.M là (N - ρ
o
λ
)/ N. Tải trọng này cũng là tải
trọng của mỗi kênh tại các đầu vào mạng của chuyển mạch ρ
net
(xem hình 2.10), khi giả
định tải trọng trên mỗi kênh trong mạng bằng nhau.
O/E
Chuyển mạch
không gian
λ
1
....λ
Ν
λ
1
....λ

Ν
λ
1
....λ
Ν
λ
1
....λ
Ν
Μ
Μ
λ
1
....λ
Ν
λ
1
....λ
Ν
λ
1
....λ
Ν
λ
1
....λ
Ν
1
1
1

1
Μ
Μ
1
1
N
add
N
add
T¶i trªn kªnh :
ρ
add
ρ
net
ρ
net
T¶i ®uîc t¸ch ra:
ρ
drop
T¶i trªn kªnh
Tån t¹i B/N+1
Tån t¹i M.N
Hình 2.10: Các tham số lưu lượng của node chuyển mạch tách ghép quang.
Để sử dụng kiểu hàng đợi mô tả trong kiến trúc chuyển mạch gói WDM và sự
phân tích ảnh hưởng của các bộ chuyển đổi bước sóng khả chỉnh lên hiệu năng, mà
được ứng dụng cho hàng đợi đầu ra WDM quang, việc xử lý gói đến tới mỗi hàng đợi
mạng phải được tìm thấy. Có hai điều kiện:

18
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2: Chuyển mạch gói quang

 các gói từ N.M kênh khởi nguồn từ các đầu vào mạng.
 các gói từ N
add
kênh khởi nguồn từ các đầu vào ghép.
Nếu số trung bình các hop giữa các node là E sau đó xác xuất của một gói từ đầu
vào mạng tới các đầu ra là
E
1
1
−
. Cụ thể tại một đầu ra, xác xuất của một gói chọn được
đầu ra là
E
E
net






−⋅
1
1
ρ
. giả thiết rằng các gói bằng nhau và tới M đầu ra có xác xuất
bằng nhau. Bằng cách ấy, xác xuất c
net,j
của j gói đến:
jMN

net
j
net
jnet
M
EE
j
MN
c
−


















−
−⋅



















−⋅
⋅








⋅
=

.
,
1
1
1
1
1
ρρ
.






−==
∑
=
E
Njcjc
net
MN
i
netnet
1
1..,.
.
0
ρ
. (1)

Biểu thức cuối cùng là số trung bình của các gói đến. Như thế, các gói đến từ các
đầu vào ghép N
add
tới hàng đợi đầu ra mạng có tải trọng là ρ
add
/M và xác xuất c
add,i
của i
gói đến từ các đầu vào đó là:
iN
add
i
addadd
iadd
add
MMi
N
c
−






−













=
ρρ
1
,
.
M
Nicic
add
add
MN
i
addadd
ρ
.,.
.
0
==
∑
=
(2).
Phối hợp với biểu thức ở trên, xác xuất c
l

của tổng số l gói đến :
∑
−=
−
−=
),,min(
),0max(
,,
MNl
Nli
ilnetjaddl
add
ccc
.






−+=
E
N
M
Nc
net
add
add
1
1..

ρ
ρ
(3).
Tính toán tổng cho các điều kiện kèm theo và công thức ở dưới nhận được số gói
trung bình truyền cho bộ đệm của một đầu ra.

19
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2: Chuyển mạch gói quang
Số gói đến hàng đợi tách thì giống với mô tả trong nối chéo toàn quang cho mạng
truyền tải quang đa bước sóng dung lượng cao, chỉ khác xác xuất
M
E
1
1
−
được thay bởi
E
1
vì vậy xác xuất c
drop,p
của p gói tách là:
pMN
net
p
net
pdrop
EEp
MN
c
−







−














=
.
,
1
.
ρρ
E
MNcpc
net

MN
p
pdropdrop
1
....
.
0
,
ρ
==
∑
=
(4).
Với các xác xuất nhận được từ tính toán ở trên, xác xuất phát cho số gói trong hàng đợi
quang có thể tìm thấy tuỳ thuộc vào cách mô tả trong 3.3.1.2 và PLR có thể được tính toán.
Với một trong các phương pháp tính đó chúng ta có thể tính toán ρ
drop
và sau đó là
PLR cho cả mạng.Tuy nhiên, các phương pháp đó đầu tiên cần tìm được giá trị ρ
net
.
Tóm tắt lại vấn đề đối với hàng đợi: Trong mỗi bước, một giá trị mới cho thông lượng
của hàng đợi mạng được tìm thấy bằng cách tính toán PLR cho các hàng đợi đó.
2.3.2.2 Thuật toán định tuyến và kiểu kiểm tra
Sự chính xác của kiểu phân tích thì đã được kiểm tra với hai kích cỡ khác nhau
của Shufflenetwork. Tuy nhiên, trước khi mô tả kết quả cần giải thích về thuật toán định
tuyến sử dụng. Thuật toán định tuyến phải kết nối các node mà tài nguyên mạng được
tận dụng tốt nhất và trễ đầu cuối là nhỏ nhất. Để giữ trễ thấp nhất chỉ có cách sử dụng
kênh ngắn nhất tức là các kênh mà sử dụng số lượng các hop ít nhất. Cũng cần chú ý
trong một vài trường hợp sử dụng các kênh lớn hơn có thể cải thiện được đặc tính lưu

lượng.
Trong các kiểu mô phỏng, hai thuật toán định tuyến được xem xét. Thuật toán hữu
dụng nhất là thuật toán có nhiều hơn một đường ngắn nhất giữa hai node. Thuật toán
đầu tiên chọn các đường một cách đều đặn. Thuật toán thứ hai rắc rối hơn và liên quan
chặt chẽ với định toán thích ứng đơn giản để điều khiển tắc nghẽn trong mạng sóng ánh
sáng đa hop Shufflenet. Dựa vào tình hình lưu lượng truyền , các gói được định tuyến
dọc theo đường nơi có trễ hàng đợi lớn nhất trên một node thuộc về đường ngắn nhất
(xem hình 3.11). Phương pháp này giống với thuật toán định tuyến lớn nhất – nhỏ nhất.

20
ỏn tt nghip i hc Chng 2: Chuyn mch gúi quang
Đuờng thứ nhất
Trễ tổng =
3+2++6=11
Trễ lớn nhất trong
một node = 6
Đừơng thứ hai =
4+4+5=13
Trễ lớn nhất trong
một node = 5
3 gói trong
hàng đợi
2 gói trong
hàng đợi
6 gói trong
hàng đợi
4 gói trong
hàng đợi
4 gói trong
hàng đợi

5 gói trong
hàng đợi
Ghép Tách
Ghép Tách
Chuyển mạch
tách ghép
hỡnh 2.11 : Thut toỏn nh tuyn ln nh
Trong mụ phng u tiờn ch thut toỏn nh tuyn tiờn tin c s dng. Kt qu
c th hin trong hỡnh 2.12(a), m em li PLR ngc vi ti trng cung cp,
add
.
Mng Shufflenetwork 8 node xõy dng t cỏc chuyn mch 2ì2 vi mt kờnh bc
súng trờn si N= 1 v ú mt kờnh c ghộp vo node, N
add
= 1. Gúi mt trờn ton
mng cng nh trờn hng i mng cho mt chuyn mch n tng thỡ cựng c xem
xột.
Chỳ ý vi kớch c b m trong hng i mng l ba gúi trong khi b m in
vi hng i tỏch cú th lu gi 128 gúi. Kớch c b m ny c chn bi vỡ mt
hng i tỏch ln hn 100 m bo xỏc xut mt gúi di 10
-10
vi ti trng tỏch l 0,9 .
kim tra kiu mụ phng trong mng ln hn v so sỏnh vi cỏc thut toỏn nh
tuyn. Hỡnh 2.12 (b) ch ra kt qu cho Shufflenet 24 node vi c hai u im v s phi
hp nh tuyn ln lt .
1
Xác xuất mất gói
10
-5
10

-4
10
-3
10
-2
10
-1
10
0
0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
node mất theo tính toán
tổng số node mất theo
tính toán
Tổng node mất nhu mô
phỏng
Node mất nhu mô phỏng
Tải đuợc cung cấp
10
-5
10
-4
10
-3
10
-2
10
-1
10
0
0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

node mất theo tính toán
tổng số node mất theo
tính toán
Tổng node mất nhu mô
phỏng
Node mất nhu mô phỏng
Tải đuợc cung cấp

21