Đang tải... (xem toàn văn)
KHẢO SÁT TRUYỀN TẢI MẠNG VÒNG CHUYỂN MẠCH BURST QUANG SỬ DUNG BÁO HIỆU QUAY VÒNG Hiện tại chuyển mạch Burst quang được coi là một giải pháp hiệu quả trong việc truyền tải lưu lượng IP trên mạng quang. Chuyển mạch burstquang là sự kết hợp các ưu điểm của chuyển mạch kênh quang và chuyển mạch gói quang. Chính vì thế, mạng chuyển mạch burst quang OBS đã và đang được nghiên cứu như nền tảng công nghệ cho mạng Internet quang trong tương lai.
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Dương Văn Tiến KHẢO SÁT TRUYỀN TẢI MẠNG VÒNG CHUYỂN MẠCH BURST QUANG SỬ DUNG BÁO HIỆU QUAY VÒNG Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông Mã số: 60.52.0.80 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2013 Luận văn được hoàn thành tại: HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Bùi Trung Hiếu Phản biện 1: …………………………………………………………………………… Phản biện 2: ………………………………………………………………………… Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông Vào lúc: giờ ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông 1 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, với sự phát triển nhanh chóng của mạng Internet đã dẫn đến một nhu cầu ngày càng tăng cho dung lượng truyền dẫn trong các mạng đường trục. Sự phát triển của các nhu cầu này đang thách thức khả năng của các chuyển mạch điện và các kỹ thuật truyền dẫn truyền thống, chính vì thế các mạng lõi cần phải phát triển các kiến trúc mới dựa trên công nghệ chuyển mạch toàn quang và ghép kênh phân chia bước sóng WDM. Trong điều kiện hiện nay thì chuyển mạch kênh quang đã được ứng dụng nhưng vẫn còn nhiều hạn chế vốn có, còn chuyển mạch gói quang thì đang trong giai đoạn nghiên cứu vì công nghệ hiện tại chưa thể đáp ứng được các yêu cầu của chuyển mạch quang. Hiện tại chuyển mạch Burst quang được coi là một giải pháp hiệu quả trong việc truyền tải lưu lượng IP trên mạng quang. Chuyển mạch burst quang là sự kết hợp các ưu điểm của chuyển mạch kênh quang và chuyển mạch gói quang. Chính vì thế, mạng chuyển mạch burst quang OBS đã và đang được nghiên cứu như nền tảng công nghệ cho mạng Internet quang trong tương lai. Trong quá trình nghiên cứu về mạng OBS, có nhiều vấn đề đã được đặt ra như: thiết kế hệ thống, cách kết hợp các burst dữ liệu, báo hiệu, giải quyết xung đột, … Luận văn “Khảo sát truyền tải qua mạng vòng chuyển mạch burst quang sử dụng báo hiệu quay vòng” đi vào tìm hiểu được một số vấn đề cơ bản về OBS. Xây dựng chương trình để khảo sát truyền tải burst qua mạng vòng chuyển mạch, thông qua đó đánh giá được hiệu quả của việc sử dụng báo hiệu quay vòng để truyền tải burst qua mạng vòng chuyển mạch. Để hoàn thành tốt luận văn, tôi đã nhận được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS.TS. Bùi Trung Hiếu trong quá trình nghiên cứu. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy. Tôi cũng xin chân thành cám ơn các thầy cô trong khoa Quốc tế và Đào tạo sau đại học – Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập cũng như trong quá trình hoàn thành luận văn này. 2 CHƯƠNG 1 – CHUYỂN MẠCH BURST QUANG Ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) xuất hiện như một giải pháp cung cấp cơ sở hạ tầng mạng dung lượng lớn, đáp ứng sự bùng nổ về băng thông của mạng Internet. Một vài công nghệ khác nhau đã được phát triển cho truyền tải dữ liệu qua WDM,chuyển mạch kênh quang (OCS), chuyển mạch gói quang (OPS), và chuyển mạch Burst quang (OBS). Mạng chuyển mạch kênh quang đã thực sự được triển khai. Tuy nhiên, các mạng quang định tuyến bước sóng, mà tiêu biểu là mạng chuyển mạch kênh có thể không phải là công nghệ phù hợp nhất cho các ứng dụng khác nhau mới xuất hiện trên mạng quang Internet. Chuyển mạch gói quang là một công nghệ thay thế ra đời đem lại sự lựa chọn tối ưu. Nhưng tại thời điểm này công nghệ vẫn chưa chín muồi để cung cấp một giải pháp khả thi. Chuyển mạch Burst quang mượn ý tưởng từ cả hai công nghệ chuyển mạch OCS và OPS để đưa ra một phương thức chuyển mạch hoàn toàn mới. Và nó đang được nghiên cứu như là một giải pháp hứa hẹn cho các mạng đường trục Internet quang trong tương lai gần. 1.1 Giới thiệu chung các phương pháp chuyển mạch quang Các phương pháp chuyển mạch quang căn bản bao gồm: chuyển mạch kênh quang OCS, chuyển mạch gói quang OPS và chuyển mạch burst quang OBS. Hình 1.1: Nút chuyển mạch kênh quang OCS Sợi quang vào Sợi quang vào Sợi quang ra Sợi quang ra Tín hiệu thiết lập kết nối Demux OXC Mux 3 Hình 1.2: Nút OCS có chuyển đổi O/E/O Hình 1.3: Nút chuyển mạch gói quang OPS Trong phương pháp chuyển mạch burst quang OBS, chỉ một vài kênh điều khiển đi qua chuyển đổi O/E/O (hình 1.4). Dữ liệu được chuyển mạch toàn quang ở mức burst, do đó có thể đồng thời đạt được sự trong suốt dữ liệu và khả năng ghép kênh thống kê. OBS có thuận lợi về dung lượng khổng lồ của sợi quang trong chuyển mạch hay truyền dẫn và khả năng xử lý tinh vi của điện tử, nên nó có thể làm giảm chi phí và nâng cao các tiến bộ kỹ thuật trong cả lĩnh Sợi quang vào Sợi quang vào Sợi quang ra Sợi quang ra Demux Mux Chuyển mạch điện O/E E/O Sợi quang vào Sợi quang vào Sợi quang ra Sợi quang ra Mux Demux FDL Khung chuyển mạch quang E/O Đơn vị điều khiển chuyển mạch SCU O/E Tách tiêu đề gói Chèn tiêu đề gói 4 vực quang và điện. Chính vì thế, mạng chuyển mạch burst quang OBS là một công nghệ khả thi cho mạng Internet quang thế hệ tiếp theo. Hình 1.4: Nút chuyển mạch burst quang OBS 1.2 Chuyển mạch burst quang Chuyển mạch Burst quang (Optical Burst Switching: OBS) được thiết kế nhằm kết hợp những ưu điểm của chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. Đơn vị truyền tải của mạng OBS là burst. Những đặc trưng chính của OBS là cách tiếp cận lai giữa báo hiệu ngoài băng và xử lý điện tử các thông tin tiêu đề trong khi dữ liệu vẫn ở dạng quang trong toàn bộ thời gian truyền, sự dành riêng một chiều, độ dài burst có thể thay đổi được, và không bắt buộc phải có bộ đệm. Sợi quang vào Sợi quang vào Sợi quang ra Sợi quang ra Đơn vị điều khiển chuyển mạch SCU Demux Mux O/E E/O Khung chuyển mạch quang Gói điều khiển Burst dữ liệu Kênh điều khiển Kênh điều khiển 5 1.2.1 Kiến trúc mạng OBS Hình 1.5: Kiến trúc mạng OBS Kiến trúc của mạng OBS được thể hiện trong hình 1.5. Một mạng OBS bao gồm các nút chuyển mạch khối quang được kết nối với nhau thông qua các liên kết sợi quang WDM. Các nút trong một mạng OBS có thể là nút biên hoặc nút lõi. Hình 1.6: Sơ đồ các khối chức năng của mạng OBS Liên kết WDM Nút lõi Nút biên Mạng lõi OBS Mạng truy nhập Mạng truy nhập Lưu lượng vào Lưu lượng ra Lập burst Định tuyến và gán bước sóng Lập lịch biên Nút biên đầu vào Báo hiệu Lập lịch Giải quyết xung đột Nút lõi Giải lập burst Chuyển tiếp gói Nút biên đầu ra 6 1.2.2 Lập burst Lập burst là tiến trình tập hợp và đóng các gói ở đầu vào từ lớp cao hơn thành burst tại nút biên đầu vào của mạng OBS. Khi các gói đến từ lớp cao hơn, chúng được lưu trữ trong các bộ đệm điện theo đích và loại của chúng. Sau đó cơ chế lập burst phải kết hợp những gói này thành các burst dựa trên cùng một chính sách lập. Người ta đã đưa ra nhiều kỹ thuật cho việc lập burst trong mạng OBS. Hai kỹ thuật được quan tâm nhiều nhất là lập burst dựa theo bộ định thời (timer-based) và dựa trên mức ngưỡng (threshold-based). 1.2.3 Định tuyến và gán bước sóng Định tuyến: Định tuyến là một trong những vấn đề cơ bản cho bất kỳ phương thức truyền tải nào. Trong các nghiên cứu, hầu hết các nhà nghiên cứu về OBS đều giả sử là định tuyến cố định được tính toán bởi nguồn. Trong định tuyến nguồn, đường đi được tính toán tại nút biên và tận dụng việc biết trước chiều dài đường đi, do đó có thể tính toán được giá trị tối ưu của thời gian lệch. Vì vậy, trong hầu hết các nghiên cứu người ta đều giả sử rằng một con đường ngắn nhất cố định tới đích được tính toán tại nguồn. Con đường ngắn nhất có thể là ngắn nhất về mặt thời gian trong trường hợp có yêu cầu nghiêm ngặt về độ trễ, hay có thể là có số lượng chặng tối thiểu khi có yêu cầu về mặt mất mát dữ liệu. Gán bước sóng: 1.2.4 Lập lịch kênh truyền Khi một burst đến một nút, nó phải được gán một bước sóng trên liên kết đầu ra thích hợp. Trong vấn đề này, việc chuyển đổi bước sóng toàn quang được giả sử là khả thi ở tất cả các nút và việc lập lịch diễn ra ở nút lõi trung gian và những nút đầu vào. Mục đích cơ bản trong việc lập lịch kênh truyền này là tối thiểu khoảng cách (gap) của mỗi lập lịch trên mỗi kênh, trong đó khoảng cách là khoảng rỗi giữa hai burst được truyền trên cùng một bước sóng đầu ra, là sai lệch thời gian giữa một burst đến chưa được lập lịch với thời điểm cuối của một burst đã được lập lịch trước đó. Một số giải thuật được trình bày trong luận văn: 7 Giải thuật FFUC Giải thuật LAUC Giải thuật FFUC-VF Giải thuật LAUC-VF 1.2.5 Các phương pháp giải quyết vấn đề xung đột Các phương pháp cơ bản để giải quyết vấn đề xung đột trong truyền tải burst: Bộ đệm quang Chuyển đổi bước sóng Định tuyến chuyển hướng Phân đoạn burst Phân đoạn kết hợp với chuyển hướng 1.3 Kết luận chương Trong chương này đã giới thiệu được các phương pháp chuyển mạch quang căn bản bao gồm: chuyển mạch kênh quang OCS, chuyển mạch gói quang OPS và chuyển mạch burst quang OBS. Trong đó chuyển mạch burst quang với những ưu điểm nổi trội hơn đang được kỳ vọng là một công nghệ cho mạng quang trong tương lai. 8 CHƯƠNG 2 – BÁO HIỆU TRONG CHUYỂN MẠCH BURST QUANG 2.1 Giới thiệu một số báo hiệu đã có trong chuyển mạch burst quang Các điểm khác nhau của các giao thức báo hiệu chuyển mạch burst quang được xem xét dựa trên việc các tài nguyên cùng với tuyến được phục vụ cho burst khi nào và như thế nào. Thông thường lược đồ báo hiệu được đặc trưng theo các đặc điểm sau: + Một chiều, hai chiều, hoặc lai ghép. + Dành trước tài nguyên tức thời hoặc trễ. + Giải phóng tài nguyên hiện hoặc ngầm định. 2.1.1 Báo hiệu một chiều, hai chiều, lai ghép Một lược đồ báo hiệu có thể được mô tả hoạt động sử dụng dành trước tài nguyên một chiều, hai chiều, hoặc là lai ghép. 2.1.2 Dành trước tài nguyên tức thời, dành trước tài nguyên có trễ Căn cứ vào quá trình dành trước tài nguyên trên kênh, kỹ thuật báo hiệu có thể phân loại thành dành trước tài nguyên tức thời hoặc dành trước tài nguyên có trễ. 2.1.3 Giải phóng tài nguyên hiện hoặc ngầm định Với các tài nguyên dành trước đang tồn tại có thể được giải phóng theo hai cách, hoặc là hiện hoặc là ngầm định. 2.1.4 Kỹ thuật báo hiệu Just-Enough-Time Hình 2.2 mô tả về kỹ thuật báo hiệu Just-Enough-Time (JET). Có hai phương thức báo hiệu một chiều khác đó là Tell-and-Go (TAG) và Just-in-Time (JIT). Trong phương thức TAG, burst dữ liệu theo sau gói điều khiển ngay khi gói này vừa phát đi chứ không chờ một khoảng thời gian lệch như trong JET; do đó burst dữ liệu phải được trì hoãn tại mỗi nút trung gian để có thời gian cho các nút này xử lý gói điều khiển và các chuyển mạch được cấu hình. Việc trì hoãn được thực hiện nhờ các dây trễ FDL. JIT tương tự như JET ngoại trừ JIT là phương thức báo hiệu dành trước tài nguyên tức thời và giải phóng tài nguyên hiện thay vì là dành trước tài nguyên có trễ và giải phóng tài [...]... thấy hiệu quả của việc sử dụng báo hiệu quay vòng trong mạng vòng chuyển mạch burst quang 24 KẾT LUẬN Luận văn Khảo sát truyền tải qua mạng vòng chuyển mạch burst quang sử dụng báo hiệu quay vòng đã tìm hiểu các công nghệ chuyển mạch quang, tập trung vào công nghệ chuyển mạch burst quang, đồng thời giới thiệu một đề xuất về một mạng chuyển mạch burst quang cấu hình vòng tránh tắc nghẽn bằng cách sử. .. và mạng truyền tải toàn quang dựa trên chuyển mạch burst quang 16 CHƯƠNG 3 – KHẢO SÁT TRUYỀN TẢI QUA MẠNG VÒNG CHUYỂN MẠCH BURST QUANG SỬ DỤNG BÁO HIỆU QUAY VÒNG 3.1 Mô hình mạng khảo sát Khảo sát truyền tải burst quang qua mạng OBS sử dụng RSP với cấu hình vòng (RSPOBSR) Cấu hình RSP-OBSR có N nút, truyền dẫn quang có thể hoạt động song hướng với W bước sóng, trong đó bước sóng λ0 dành riêng cho báo. .. cách sử dụng báo hiệu quay vòng Đây là một trong những vấn đề nhận được nhiều sự quan tâm của các nhà nghiên cứu khi nghiên cứu xây dựng mạng OBS Luận văn cũng đã đưa ra được kết quả khảo sát truyền tải sử dụng báo hiệu quay vòng qua mạng vòng chuyển mạch burst quang Kết quả cho thấy việc sử dụng báo hiệu quay vòng là rất khả quan, nó giải quyết được vấn đề tranh chấp và mất burst trong mạng vòng OBS Với... khả năng truyền tải tốt hơn, trễ và mất burst ít hơn mạng đơn hướng 3.4 Kết luận chương Trong chương này, luận văn đã tập trung vào việc xây dựng chương trình để khảo sát truyền tải qua mạng vòng chuyển mạch burst quang sử dụng báo hiệu quay vòng Thông qua việc khảo sát truyển tải, Ring song hướng sẽ có khả năng truyền tốt hơn Ring đơn hướng do có thể truyền tải trên hướng còn lại khi lượng burst phát... chương Chương đã giới thiệu được một số đặc điểm chính của các giao thức báo hiệu, đồng thời cũng giới thiệu được hai kỹ thuật báo hiệu thường dùng cho mạng OBS đó là JET và TAW Chương cũng đã đưa ra được giao thức báo hiệu mới đó là báo hiệu quay vòng RSP cho mạng OBS Với giao thức báo hiệu này, việc truyền tải burst qua mạng quang không có tranh chấp, không gây mất burst và nghẽn mạng Điều này có thể... mạng theo chu kỳ Để thực hiện như vậy, một vòng báo hiệu phải được tạo lập trên mạng Vòng báo hiệu đi qua mỗi nút chỉ một lần, không lặp lại Với một mạng WDM có thể hình thành nhiều hơn một vòng báo hiệu thì một vòng được chọn sử dụng (chẳng hạn, theo tiêu chí tổng đường đi ngắn nhất), các vòng khác để dự phòng Gói thông tin điều khiển burst truyền trên vòng báo hiệu, với thời gian truyền hết một vòng. .. gian lập burst Đích BHP Giai đoạn thiết lập Thời gian lan truyền Giai đoạn xác nhận Thời gian truyền burst dữ liệu Burst Thời gian lan truyền Giai đoạn truyền Thời gian Giai đoạn giải phóng Hình 2.3: Kỹ thuật báo hiệu TAW 2.2 Báo hiệu quay vòng RSP Mạng xem xét là mạng vòng WDM chuyển mạch burst quang có N nút A1, A2,… AN (hình 2.4) Từ nút Ai đến nút Aj (i=1,…,N; j=1,…N; i≠j) có thể có truyền dẫn quang. .. dành riêng cho báo hiệu, các bước sóng λ1,…, λW để truyền tải Vòng báo hiệu được thiết lập ngay trên cấu hình mạng vòng đã có Mô hình mạng khảo sát thể hiện trên hình 3.1 (mạng vòng gồm 5 nút) Các nút mạng có cấu trúc giống nhau Các burst được giả thiết xuất hiện ngẫu nhiên tại mỗi nút, có đích đến ngẫu nhiên, độ dài như nhau Số nút mạng N = 5, số bước sóng truyền tải W, độ dài đoạn sợi quang giữa các... (W+1) Bước sóng λ0 chỉ để truyền báo hiệu, các bước sóng khác (λ1, λ2,…, λW) để truyền tải Mô hình tổng quát của mạng được chỉ ra trên hình Ngoài vòng báo hiệu, truyền tải qua mạng được thực hiện bởi các liên kết WDM giữa các nút mạng 11 A2 A1 A3 A4 λ0,λ1,…λw AN IP, Hình 2.4: Mô hình mạng sử dụng RSP XỬ LÝ VÀ ĐIỀU KHIỂN λ0 λ0… λw λ0 λW λ0 λ0… λw CHUYỂN MẠCH QUANG λW LẬP/TÁCH BURST IP… λW λ0 λW RX λ0…... tin điều khiển burst mang tất cả thông tin bận (thời gian bận, hướng nối bận ở mỗi nút mạng) của mọi bước sóng truyền tải Một nút mạng An khi nhận được BCP sẽ nhận biết toàn cảnh sử dụng bước sóng truyền tải trên mạng Thông tin các bước sóng chiếm dụng chuyển mạch quang (hướng kết nối, thời gian kết nối) của A n sẽ được nó sử dụng để điều khiển trường chuyển mạch Nếu có nhu cầu truyền burst, An sẽ phải . quang. 16 CHƯƠNG 3 – KHẢO SÁT TRUYỀN TẢI QUA MẠNG VÒNG CHUYỂN MẠCH BURST QUANG SỬ DỤNG BÁO HIỆU QUAY VÒNG 3.1 Mô hình mạng khảo sát Khảo sát truyền tải burst quang qua mạng OBS sử dụng RSP với cấu hình vòng. Nút chuyển mạch burst quang OBS 1.2 Chuyển mạch burst quang Chuyển mạch Burst quang (Optical Burst Switching: OBS) được thiết kế nhằm kết hợp những ưu điểm của chuyển mạch kênh và chuyển mạch. được các phương pháp chuyển mạch quang căn bản bao gồm: chuyển mạch kênh quang OCS, chuyển mạch gói quang OPS và chuyển mạch burst quang OBS. Trong đó chuyển mạch burst quang với những ưu điểm