Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu tham khảo đồ án tốt nghiệp chuyên ngành viễn thông giải pháp điều khiển nghẽn mạng trong OBS bằng phương pháp làm lệch hướng
CHƯƠNG 2: MẠNG CHUYỂN MẠCH CHÙM QUANG (OBS) CHƯƠNG : MẠNG CHUYỂN MẠCH CHÙM QUANG (OBS) Gới thiệu chương Chuyển mạch chùm quang giải pháp cho phép truyền tải lưu lượng cách trực tiếp qua mạng WDM mà không cần đệm quang OBS thiết kế để đạt cân chuyển mạch kênh chuyển mạch gói OBS sử dụng sơ đồ định trước hướng với trình truyền tức thời, chùm liệu truyền sau gói điều khiển tương ứng mà không đợi phản hồi (báo nhận) từ nút đích Thực chất, OBS xem xét lớp quang học đơn phương tiện truyền thông suốt cho ứng dụng Tuy nhiên chưa có định nghĩa chung cho chuyển mạch chùm quang Một số đặc trưng chung OBS sau: Tách biệt kênh diều khiển kênh liệu: thông tin điều khiển truyền bước sóng (kênh) riêng biệt Sự dành riêng chiều: tài nguyên cấp phát sử dụng dành riêng chiều Nghĩa nút nguồn không cần đợi thông tin phản hồi từ nút đích trước bắt đầu truyền chùm Độ dài chùm thay đổi được: kích thước chùm thay đổi theo yêu cầu Không cần đệm quang: nút trung gian mạng quang không yêu cầu phải có đệm quang Các chùm xun qua nút trung gian mà khơng có trễ Bảng tổng kết ưu nhược điểm chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói chuyển mạch chùm quang Chuyển Khả Mức trễ Đệm quang Xử lí/đồng Khả CHƯƠNG 2: MẠNG CHUYỂN MẠCH CHÙM QUANG (OBS) thích ứng mạch tận dụng hóa mào (với lưu băng thông đầu lượng lỗi) Kênh Thấp Cao Gói Cao Thấp OBS Cao Thấp Khơng u cầu Yêu cầu Không yêu cầu Thấp Thấp Cao Cao Thấp Cao Bảng Những đặc trưng OBS xử lí điện thơng tin mào đầu liệu dạng quang toàn thời gian truyền, dành riêng chiều, độ dài chùm thay đổi được, khơng bắt buộc phải có đệm Sau xem xét số kiến trúc mạng chuyển mạch chùm quang 2.1 Kiến trúc mạng chuyển mạch chùm quang 2.1.1 Kiến trúc mạng OBS dạng mắc lưới: Trong mạng chuyển mạch chùm quang chùm liệu bao gồm tổ hợp nhiều gói chuyển qua nút mạng dạng tồn quang Một thơng báo điều khiển (gói mào đầu) truyền trước chùm liệu với mục đích thiết lập chuyển mạch dọc theo đường chùm Chùm liệu truyền theo sau gói mào đầu mà khơng đợi báo nhận để thiết lập kết nối Hình 2.1 thể mạng OBS dạng mắc lưới bao gồm nút rìa nút lõi Mạng OBS bao gồm chuyển mạch chùm quang nối với tuyến WDM OBS phát chùm từ cổng đầu vào tới cổng đầu ra, dựa thiết kế chuyển mạch có khơng trang bị đệm quang Các tuyến WDM mang tổ hợp nhiều bước sóng bước sóng coi kênh truyền Gói điều khiển kết hợp với chùm truyền băng tần qua kênh liệu, kênh điều khiển riêng biệt Chùm cố định để mang nhiều gói IP CHƯƠNG 2: MẠNG CHUYỂN MẠCH CHÙM QUANG (OBS) Hình 2.1 Mơ hình mạng OBS dạng mắt lưới Một nút chuyển mạch đặc trưng bao gồm thành phần sau: Giao diện đầu vào: Tiếp nhận gói mào đầu chùm liệu, chuyển đổi gói mào đầu thành tín hiệu điện Đơn vị điều khiển chuyển mạch: Phiên dịch gói mào đầu, đặt lịch trình giải xung đột, định tuyến, điều khiển ma trận chuyển mạch, tạo gói mào đầu điều khiển biến đổi bước sóng Các biến đổi bước sóng đường trễ quang (ODL): đường trễ quang sử dụng đệm để chứa chùm khoảng thời gian trễ định Đơn vị chuyển mạch quang: Các chuyển mạch không gian làm nhiệm vụ chuyển chùm liệu Các nút rìa có thêm chức tạo chùm kết hợp giải kết hợp Với cách thực khác sử dụng ngưỡng khoảng thời gian quy định để kết hợp gói liệu tạo chùm quang gửi chùm vào mạng Các nút lõi có thu WDM, phát WDM, ghép kênh, cácbộ giải ghép kênh khuếch đại nút, đơn vị điều khiển chuyển mạch, biến đổi bước sóng, đường tạo trễ, chuyển mạch phân chia không gian 2.1.2 Kiến trúc mạng OBS dạng Ring CHƯƠNG 2: MẠNG CHUYỂN MẠCH CHÙM QUANG (OBS) Chúng ta xem xét mạng gồm N nút OBS tổ chức Ring đơn hướng hình vẽ 2.2 Hình 2.2 Mơ hình mạng OBS dạng Ring Ring mạng vùng đô thị (MAN) phục vụ mạng Backbone kết nối số mạng truy nhập, truyền dẫn nhiều kiểu lưu lượng từ nhiều người dùng giao thức IP, giao thức ATM, Frame Relay, … Mỗi sợi kết nối hai nút OBS liên tiếp Ring hỗ trợ N+1 bước sóng Trong N bước sóng sử dụng để truyền chùm, bước sóng thứ N+1 sử dụng kênh điều khiển Mỗi nút OBS gắn với nhiều mạng truy cập Theo chiều hướng mạng truy cập đến Ring, nút OBS hoạt động tập trung Dữ liệu từ người sử dụng cần chuyển qua mạng Ring tập hợp, lưu trữ (đệm) dạng điện sau nhóm lại truyền chùm tới nút OBS đích Mỗi chùm có kích thước giá trị cực đại cực tiểu Các chùm truyền dạng tín hiệu quang dọc theo Ring mà khơng phải qua chuyển đổi quang điện nút trung gian Theo hướng từ Ring đến mạng truy nhập, nút OBS ngắt chùm quang định sẵn tới nó, chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu điện, xử lí liệu 10 CHƯƠNG 2: MẠNG CHUYỂN MẠCH CHÙM QUANG (OBS) điện chứa đựng chùm chuyển giao chúng tới người dùng mạng truy nhập gắn liền với Kiến trúc nút OBS cho thấy hình 2.3, nút trang bị tách ghép kênh quang (OADM), hai cặp thu phát quang Cặp gồm có máy thu máy phát cố định điều khiển bước sóng điều khiển, phận module điều khiển Từ mạng truy nhập Hàng đợi truyền dẫn … N-1 Module định trình Bước sóng điều khiển Module điều khiển Module thu Module phát Từ nút trước Bước sóng chủ nút Tới nút Hình 2.3 Kiến trúc nút chuyển mạch quang Bước sóng điều khiển tách OADM nút, ghép trở lại sau module điều khiển đọc thông tin điều khiển chèn thơng tin vào Cặp thứ hai phận thu phát cố định để điều chỉnh tới bước sóng chủ máy thu nhanh (hoặc mảng máy thu) để nhận chùm từ tất N bước sóng truyền tới Mỗi nút OBS có bước sóng chủ chun dụng để truyền chùm Bộ OADM nút loại bỏ tín hiêu quang từ bước 11 CHƯƠNG 2: MẠNG CHUYỂN MẠCH CHÙM QUANG (OBS) sóng chủ nút cách tách bước sóng tương ứng, minh họa hình 2.2 Bộ OADM tách tín hiệu quang bước sóng khác nhau, bước sóng chứa đựng chùm cho nút Trong trường hợp có nhiều chùm đến, chùm bước sóng khác nhau, nút OBS, module thu hình 2.3 sử dụng chiến lược giải xung đột để xác định chùm chấp nhận Dữ liệu đợi truyền tổ chức thành hàng đợi truyền (logic) dựa theo đích chúng Bộ đệm liệu nút OBS chia sẻ thành N-1 hàng đợi, hàng đợi tương ứng với số N-1 nút đích 2.1.3 Hoạt động bước sóng điều khiển Bước sóng điều khiển sử dụng để truyền khe điều khiển (slot control) Trong Ring có N nút, có N khe điều khiển, khe cho nút, nhóm lại khung điều khiển liên tục lưu thông quanh Ring Phụ thuộc vào độ lớn Ring, có vài khung điều khiển lưu thông đồng thời Mỗi nút chủ khe điều khiển khung điều khiển Mỗi khe điều khiển chứa số trường hình 2.4 Khung điều khiển Slot Slot Địa đích Offset Slot i Độ dài chùm Slot N Trường khác Hình 2.4 Cấu trúc khung điều khiển Khuôn dạng kiểu trường phụ thuộc vào giao thức OBS sử dụng Thông thường khe điều khiển bao gồm trường như: địa đích, giá trị offset kích thước chùm Các trường khác trường thẻ (token) số giao thức cần 12 CHƯƠNG 2: MẠNG CHUYỂN MẠCH CHÙM QUANG (OBS) Khi hoạt động nút nguồn, đợi khung điều khiển ghi thơng tin chùm (địa đích, chiều dài chùm, giá trị offset) vào khe điều khiển Nếu khơng có nhu cầu truyền, việc xóa tất trường khe điều khiển Ở nút, trước tiên tồn khung điều khiển đọc để xác định liệu có phải khe điều khiển thị truyền chùm tới nút hay không Như với giả sử nút khơng phải q trình nhận chùm khác, báo cho máy thu điều chỉnh tới bước sóng thích hợp để nhận chùm đến Trong trường hợp có xung đột máy thu (nghĩa địa nút ghi rõ nhiều khe điều khiển), nút đích lựa chọn chùm để thu Chúng ta ý nút Ring hoạt động nút nguồn (chèn chùm bước sóng chủ), nút trung gian (cho chùm qua tới nút Ring), nút đích (nhận chùm gởi cho nó) Vì nút phải đọc tồn khung điều khiển chuyển đến trước định hoạt động (ví dụ, ghi vào khe điều khiển để báo dự định muốn truyền chùm, thừa nhận yêu cầu cho truyền chùm) Bởi vậy, mạng Ring thời gian để xử lí khung điều khiển cho nút đích nút trung gian (nghĩa Ti ( P ) Td( P ) ) Khung điều khiển bị trễ lượng thời gian qua nút Giá trị trễ tổng thời gian truyền khung điều khiển cộng với thời gian để xử lí khung điều khiển, giá trị trễ tối thiểu hóa việc dùng giao thức đơn giản thực phần cứng 2.2 Các thành phần mạng chuyển mạch chùm quang 2.2.1 Thiết bị đầu cuối(OLT) Thiết bị đầu cuối thiết bị mạng tương đối đơn giản mặt cấu trúc Chúng dùng đầu cuối liên kết điểm nối điểm để ghép phân kênh bước sóng Hình 2.5 ba phần tử chức bên OLT: tiếp sóng (transponder), ghép kênh bước sóng (wavelength multiplexer) khuếch đại (optical amplifier) khơng vẽ hình Bộ tiếp sóng làm thích ứng tín 13 CHƯƠNG 2: MẠNG CHUYỂN MẠCH CHÙM QUANG (OBS) hiệu vào từ người sử dụng mạng thành tín hiệu phù hợp sử dụng mạng Tương tự, hướng ngược lại, làm thích ứng tín hiệu từ mạng quang thành tín hiệu phù hợp cho người sử dụng Giao diện người sử dụng chuyển tiếp thay đổi phụ thuộc vào người sử dụng, tốc độ bit khoảng cách suy hao người dùng chuyển tiếp Giao diện phổ biến SONET/SDH Hình 2.5.Thiết bị đầu cuối Sự thích nghi bao gồm nhiều chức Tín hiệu cần chuyển thành bước sóng thích hợp mạng quang Các bước sóng tạo tiếp sóng tuân theo tiêu chuẩn đưa ITU cửa sổ 1.55 µm, tín hiệu đến tín hiệu 1.3 µm Bộ tiếp sóng thêm vào phần mào đầu (overhead) nhằm mục đích quản lý mạng Nó thêm vào phần sửa lỗi hướng tới (FEC), đặc biệt cho tín hiệu 10 Gbps tốc độ cao Bộ tiếp sóng điển hình giám sát tỉ lệ lỗi bit tín hiệu điểm vào mạng Vì lí này, thích nghi thực qua trình chuyển đổi quang – điện – quang (O/E/O) Trong số tình huống, làm thích nghi cho theo hướng vào bước sóng ITU hướng ngược lại gửi trực tiếp đến thiết bị người dùng, hình 2.5 Trong số trường hợp khác, ta tránh sử dụng tiếp sóng cách thực chức thích nghi bên thiết bị người sử dụng, phần tử mạng SONET cuối hình 2.5 Điều làm giảm chi phí giải 14 CHƯƠNG 2: MẠNG CHUYỂN MẠCH CHÙM QUANG (OBS) pháp hiệu Tuy nhiên, chi tiết kỹ thuật giao diện WDM thuộc quyền sở hữu nhà sản xuất tiêu chuẩn chung Tín hiệu khỏi tiếp sóng ghép kênh với tín hiệu khác bước sóng khác sử dụng ghép kênh theo bước sóng sợi quang Thêm vào đó, khuếch đại quang dùng để đẩy cơng suất tín hiệu lên cần thiết trước chúng gửi đến phân kênh Những bước sóng lại kết thúc transponder (nếu có) kết thúc trực tiếp thiết bị người sử dụng Cuối cùng, OLT kết thúc kênh giám sát quang (OSC) OSC mang bước sóng riêng rẽ, khác với bước sóng mang lưu lượng thật Nó dùng để giám sát thực khuếch đại dọc theo liên kết cho chức quản lý 2.2.2 Bộ khuếch đại quang Các khuếch đại triển khai kết nối sợi quang khoảng cách định kì, điển hình từ 80 km đến 200 km Hình 2.6 sơ đồ khối khuếch đại đường dây chuẩn Phần tử khối EDF Các khuếch đại tiêu biểu sử dụng hai khối nhiều nối liên tiếp Đặc điểm cho phép vài phần tử có mát đặt hai giai đoạn khuếch đại mà không ảnh hưởng đáng kể toàn nhiễu khuếch đại Các phần tử bao gồm bù tán sắc tán sắc sắc thể tích lũy dọc theo liên kết ghép kênh xen/rớt quang Hình 2.6 Sơ đồ khuếch đại quang 2.2.3 Bộ ghép kênh xen/rớt quang (OADM) 15 CHƯƠNG 2: MẠNG CHUYỂN MẠCH CHÙM QUANG (OBS) Bộ ghép kênh xen/rớt quang cung cấp phương tiện điều khiển lưu lượng mạng hiệu kinh tế OADM dùng vị trí khuếch đại mạng đường dài sử dụng phần tử mạng độc lập Để hiểu lợi ích xen/rớt quang, ta xét mạng ba nút A, B, C hình 2.7, với định tuyến IP đặt node A, B, C Dựa vào cấu trúc mạng, lưu lượng A C xuyên qua node B Để đơn giản, ta giả thuyết tuyến liên kết hoàn toàn song công kết nối song công Đây trường hợp hầu hết mạng ngày Giả sử yêu cầu lưu lượng sau: bước sóng A B, bước sóng B C, ba bước sóng A C Bây ta triển khai hệ thống WDM điểm nối điểm để cung cấp nhu cầu lưu lượng Giải pháp đưa hình 2.7a Hai hệ thống điểm nối điểm triển khai, A B, B C Như ta thấy trên, hệ thống điểm nối điểm sử dụng OLT cuối liên kết OLT gồm có ghép kênh, phân kênh, tiếp sóng Các tiếp sóng cấu thành phần quan trọng chi phí mạng 16 ... Kiến trúc mạng OBS dạng Ring CHƯƠNG 2: MẠNG CHUYỂN MẠCH CHÙM QUANG (OBS) Chúng ta xem xét mạng gồm N nút OBS tổ chức Ring đơn hướng hình vẽ 2.2 Hình 2.2 Mơ hình mạng OBS dạng Ring Ring mạng vùng... điều khiển, khe cho nút, nhóm lại khung điều khiển liên tục lưu thông quanh Ring Phụ thuộc vào độ lớn Ring, có vài khung điều khiển lưu thơng đồng thời Mỗi nút chủ khe điều khiển khung điều khiển. .. N+1 bước sóng Trong N bước sóng sử dụng để truyền chùm, bước sóng thứ N+1 sử dụng kênh điều khiển Mỗi nút OBS gắn với nhiều mạng truy cập Theo chiều hướng mạng truy cập đến Ring, nút OBS hoạt động
