Qos trong mạng chuyển mạch burst quang

  • Số trang: 109 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 18 |
  • Lượt tải: 0
nganguyen

Đã đăng 34173 tài liệu

Mô tả:

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG KHOA VIỄN THÔNG I  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: QoS TRONG MẠNG ® edddddd CHUYỂN MẠCH BURST QUANG ddddddd Giáo viên hƣớng dẫn : T.S Bùi Trung Hiếu Ngƣời thực hiện : Nguyễn Kim Tuyến Hµ néi 11/2008 i HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG CỘNG HOÀ XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA VIỄN THÔNG 1 Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ---------o0o-------- ---------o0o------ ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Họ và tên : Nguyễn Kim Tuyến Lớp : D04VT1 Khoá : 2004 – 2008 Ngành : Điện tử - Viễn thông Tên đề tài : QoS trong mạng chuyển mạch burst quang Nội dung đồ án :  Giới thiệu kỹ thuật chuyển mạch burts quang  Giới thiệu QoS và các kiến trúc để đảm bảo QoS  Tìm hiểu các vấn đề trong việc tích hợp IP qua mạng WDM  Tìm hiểu các phƣơng pháp để cải thiện QoS trong các mạng OBS  Tìm hiểu tác động của các FDL đối với QoS trong các mạng OBS Ngày giao đề tài : …..tháng…..năm 2008 Ngày nộp đồ án : …..tháng ….năm 2008 Ngày ….. tháng …..năm 2008 Giáo viên hƣớng dẫn T.S BÙI TRUNG HIẾU i NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………………. Điểm : …………( Bằng chữ : ………………..) Ngày ……tháng …….năm 2008 T.S BÙI TRUNG HIẾU ii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………. Điểm : ……….( Bằng chữ : ……………………….) Ngày ……..tháng ……..năm 2008 iii Đồ án tốt nghiệp Mục lục MỤC LỤC MỤC LỤC .......................................................................................................................... I DANH MỤC HÌNH VẼ ..................................................................................................... III DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................................ V THUẬT NGỮ VIẾT TẮT .................................................................................................. VI LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................................... IX CHƢƠNG 1 : KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH QUANG................................................... 1 1.1. Các kỹ thuật chuyển mạch quang : .......................................................................... 1 1.1.1 Định tuyến bƣớc sóng quang (WR) : ................................................................. 1 1.1.1.1 Mạng định tuyến bƣớc sóng quang : ........................................................... 1 1.1.1.2 Các mạng chuyển mạch kênh quang : ........................................................ 2 1.1.2 Chuyển mạch gói quang (OPS) : ....................................................................... 3 1.1.2.1 Giới thiệu OPS : .......................................................................................... 3 1.1.2.2 Nguyên lý chuyển mạch OPS: .................................................................... 4 1.1.3 Chuyển mạch burst quang (OBS) : .................................................................... 6 1.1.3.1 Giới thiệu OBS : ......................................................................................... 6 1.1.3.2 Ƣu điểm của OBS so với WR và OPS :...................................................... 7 1.2. Kiến trúc và các kỹ thuật chuyển mạch burst quang (OBS): ................................... 9 1.2.1 Kiến trúc OBS :.................................................................................................. 9 1.2.2 Các kỹ thuật OBS : ............................................................................................ 12 1.2.2.1 Các sơ đồ tập hợp burst : ............................................................................ 12 1.2.2.2 Các sơ đồ giành trƣớc bƣớc sóng : ............................................................. 14 1.2.2.3 Giao thức báo hiệu JET : ............................................................................ 16 1.2.2.4 Các thuật toán lập lịch burst : ..................................................................... 18 1.2.2.5 Các giải pháp khắc phục tranh chấp burst: ................................................. 20 1.3. Kết luận chƣơng ....................................................................................................... 21 CHƢƠNG 2 : CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ ( QoS )............................................................ 23 2.1 Định nghĩa QoS : ...................................................................................................... 23 2.2 IntServ ....................................................................................................................... 26 2.2.1 Kiến trúc IntServ ................................................................................................ 26 2.2.2 Nguyên lí điều khiển luồng của IntServ ............................................................ 28 2.2.3 Nhƣợc điểm của IntServ .................................................................................... 30 2.3 DiffServ .................................................................................................................... 30 2.3 1 Các thành phần của kiến trúc DiffServ .............................................................. 31 2.3.1.1 DSCP .......................................................................................................... 31 2.3.1.2 PHB ............................................................................................................. 31 2.3.1.3 Miền DiffServ ............................................................................................. 31 2.3.1.4 Nút biên DiffServ........................................................................................ 32 2.3.1.5 Nút lõi DiffServ .......................................................................................... 33 2.3.2 Quá trình thực hiện DiffServ ............................................................................. 33 2.3.3 Các vấn đề trong việc khiển khai DiffServ ........................................................ 36 2.4 Kết luận chƣơng : ...................................................................................................... 38 CHƢƠNG 3 : TRUYỀN TẢI IP QUA MẠNG WDM ...................................................... 40 3.1 Tích hợp IP và các mạng quang ................................................................................ 40 3.1.1 Mô hình mạng quang : ....................................................................................... 40 3.1.2 Các vấn đề truyền tải IP qua WDM .................................................................. 41 3.1.3 Mặt phẳng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển : .................................................... 42 3.1.4 Các mô hình kiến trúc và định tuyến ................................................................. 44 3.1.5 So sánh giữa hai mô hình xếp chồng và mô hình ngang hàng ........................... 47 ____________________________________ Nguyễn Kim Tuyến - Lớp: D04VT1 I Đồ án tốt nghiệp Mục lục 3.2 Các kiến trúc lớp cho các mạng truyền tải IP qua WDM ......................................... 48 3.3 Kỹ thuật MPLS ......................................................................................................... 51 3.3.1 Giới thiệu kỹ thuật MPLS .................................................................................. 51 3.3.2 Các kỹ thuật MPLS ............................................................................................ 53 3.3.2.1 Các mạng định tuyến bƣớc sóng IP/MPLS ................................................. 54 3.3.2.2 Chuyển mạch quang OBS và MPLS ........................................................... 55 3.3.2.2.1 OBS sử dụng MPLS ............................................................................ 56 3.3.2.2.2 Lớp MAC ............................................................................................. 58 3.4 Kết luận chƣơng : ...................................................................................................... 61 CHƢƠNG 4 : HIỆU NĂNG QoS TRONG MẠNG OBS .................................................. 62 4.1 Giao thức báo hiệu hỗ trợ QoS : ............................................................................... 62 4.2 Thuật toán lập lịch hỗ trợ QoS trong các mạng OBS : ............................................. 64 4.3 Ảnh hƣởng của các FDL đến hiệu năng QoS của các mạng OBS : .......................... 68 4.3.1 Nút chuyển mạch quang và bộ đệm FDL .......................................................... 68 4.3.2 Sơ đồ QoS dựa trên thời gian cân bằng với FDL............................................... 70 4.3.2.1 Giới thiệu : .................................................................................................. 70 4.3.2.3 Tính toán thời gian cân bằng cần thiết : ...................................................... 73 4.3.3 Trễ hàng đợi và xác suất mất burst .................................................................... 74 4.3.3.1 Thời gian cân bằng và trễ đầu cuối - đầu cuối : .......................................... 74 4.3.3.2 Xác suất mất burst trong OBS : .................................................................. 75 4.3.4 FDL và hàng đợi trong mô hình (M/M/k/D) ...................................................... 78 4.4 Kết luận chƣơng : ...................................................................................................... 79 CHƢƠNG 5 : KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC FDL ĐẾN QoS CỦA CÁC MẠNG OBS ....................................................................................................................... 80 5.1 Khảo sát các biên trên và biên dƣới của xác suất mất burst trong mạng OBS ......... 80 5.1.1 Phân tích ............................................................................................................ 80 5.1.2 Kết quả ............................................................................................................... 81 5.2 Mô hình Yoo ............................................................................................................. 87 5.2.1 Ảnh hƣởng của thời gian trễ lớn nhất B lên xác suất mất burst ......................... 87 5.2.2 Hiệu quả thực tế của sơ đồ dựa trên thời gian cân bằng: ................................... 89 5.3 Kết luận chƣơng ........................................................................................................ 91 KẾT LUẬN......................................................................................................................... 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................. 94 ____________________________________ Nguyễn Kim Tuyến - Lớp: D04VT1 II Đồ án tốt nghiệp Danh mục hình vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Thiết lập lightpath ................................................................................. 1 Hình 1.2 Hiệu quả sử dụng đường dẫn ................................................................ 3 Hình 1.4 Mô hình chuyển mạch burst quang ....................................................... 7 Hình 1.5 So sánh giữa OPS (a) và OBS (b) ......................................................... 9 Hình 1.6 Mô hình mạng OBS ............................................................................... 10 Hình 1.7 Kiến trúc của router biên ...................................................................... 11 Hình 1.8 Kiến trúc của router lõi ......................................................................... 12 Hình 1.9 Kỹ thuật báo hiệu Just – Enough – Time (JET) .................................... 16 Hình 1.10 OBS sử dụng giao thức JET ................................................................ 17 Hình 1.11 Minh hoạ thuật toán FFUC ................................................................ 19 Hình 1.12 Minh hoạ thuật toán LAUC ................................................................. 19 Hình 1.13 Minh hoạ thuật toán LAUC – VF ........................................................ 20 Hình 2.1 Kiến trúc của IntServ ............................................................................ 26 Hình 2.2 Nguyên lí điều khiển của IntServ .......................................................... 29 Hình 2.3 Miền DiffServ ........................................................................................ 32 Hình 2.4 Cấu trúc của nút biên DiffServ ............................................................. 32 Hình 2.5 Cấu trúc của nút lõi DiffServ ................................................................ 33 Hình 2.6 DiffServ và điều chỉnh đầu vào với Broker dung lượng ....................... 36 Hình 3.1 Mô hình mạng quang ............................................................................ 41 Hình 3.2 Mặt phẳng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển trong mạng quang .......... 42 Hình 3.3 Nút quang .............................................................................................. 43 Hình 3.4 Mối quan hệ giữa các router IP và các OXC trên mặt phẳng điều khiển .............................................................................................................................. 45 Hình 3.5 Các mô hình dịch vụ : (a) mô hình dịch vụ miền ................................ 46 (b) mô hình dịch vụ hợp nhất ............................................................................... 46 Hình 3.6 Ngăn xếp giao thức cho bốn giải pháp IPoW ....................................... 49 Hình 3.7 Mối quan hệ giữa các mạng MPLS và MPλS ....................................... 54 Hình 3.8 Mô hình mạng định tuyến bước sóng IP/MPLS/MPλS ......................... 55 Hình 3.9 Truyền tải IP qua OBS WDM sử dụng MPLS ....................................... 56 Hình 3.10 Các chức năng của chuyển mạch quang hỗ trợ OBS và MPLS .......... 57 Hình 3.11 Giao diện MAC giữa các lớp IP và OBS WDM .................................. 58 Hình 3.12 Đồng bộ khi kết hợp luồng .................................................................. 59 Hình 4.1 Thời gian cân bằng cho dịch vụ ưu tiên ................................................ 63 Hình 4.2 Cấu trúc của nút lõi OBS ...................................................................... 66 Hình 4.3 Mối quan hệ giữa thời gian nhận của BHPi và DBi ............................. 67 Hình 4.4 Cấu trúc của nút chuyển mạch quang (OSN) ....................................... 69 Hình 4.5 Cấu trúc của các bộ đệm FDL .............................................................. 70 Hình 4.6 Sự phân loại lớp sử dụng thời gian cân băng mở rộng ........................ 72 Hình 4.7 Sự khác biệt giữa FDL và hàng đợi ...................................................... 78 ____________________________________ Nguyễn Kim Tuyến - Lớp: D04VT1 III Đồ án tốt nghiệp Danh mục hình vẽ Hình 5.1 Xác suất mất burst và thời gian trễ lớn nhất B ..................................... 83 Hình 5.2 Xác suất mất burst và số lượng các FDL .............................................. 84 Hình 5.3 Xác suất mất burst và số lượng k các bước sóng .................................. 85 Hình 5.4 Xác suất mất burst và mật độ lưu lượng tổng ....................................... 87 Hình 5.5 Xác suất mất burst và thời gian trễ lớn nhất ........................................ 88 Hình 5.6 Trễ hàng đợi trung bình và thời gian trễ lớn nhất B ............................ 89 Hình 5.7 Xác suất mất burst và số các mảng FDL .............................................. 90 Hình 5.8 Xác suất mất burst và số lượng bước sóng k ........................................ 91 ____________________________________ Nguyễn Kim Tuyến - Lớp: D04VT1 IV Đồ án tốt nghiệp Danh mục bảng biểu DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.2 So sánh ba kỹ thuật chuyển mạch quang ................................................. 22 Bảng 3.1 Tóm tắt một số so sánh giữa hai mô hình ................................................ 48 Bảng 4.1 Độ phân biệt và chênh lệch thời gian cân bằng ...................................... 74 Bảng 5.1 Xác suất mất burst và trễ thời gian lớn nhất ........................................... 82 Bảng 5.2 Xác suất mất burst và số lượng các FDL ............................................... 84 Bảng 5.3 Xác suất mất burst và số lượng bước sóng .............................................. 85 Bảng 5.4 Xác suất mất burst và mật độ lưu lượng tổng ......................................... 86 ____________________________________ Nguyễn Kim Tuyến - Lớp: D04VT1 V Đồ án tốt nghiệp Thuật ngữ viết tắt THUẬT NGỮ VIẾT TẮT TÊN VIẾT TẮT TIẾNG ANH NGHĨA VIỆT TIẾNG AF Assured Forwarding Chuyển đảm bảo ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dẫn bất đồng bộ BB Bandwidth Broker Broker dung lƣợng BE Best Effort Nỗ lực tối đa BHP Burst Header Packet Gói mào đầu burst CB Control Burst Burst điều khiển CC Control Channel Kênh điều khiển CCG Control Channel Group Nhóm kênh điều khiển CR-LDP Constraint Routing Label Giao thức phân bổ nhãn Distribution Protocol định tuyến ràng buộc DB Data Burst Burst dữ liệu DC Data Channel Kênh dữ liệu DWDM Dense Waveleng Multiplexing Division Ghép kênh phân chia theo bƣớc sóng mật độ cao EF Expedited Forwarding Chuyển nhanh FDL Fiber Delay Line Đƣờng trễ quang FDM Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số FEC Forwarding Equivalence Class Lớp chuyển tiếp tƣơng ____________________________________ Nguyễn Kim Tuyến - Lớp: D04VT1 VI Đồ án tốt nghiệp Thuật ngữ viết tắt đƣơng GMPLS Generalized Multi Protocol Label Chuyển mạch nhãn đa Switching giao thức tổng quát IETF Internet Engineering Task Force Nhóm chuyên trách về kỹ thuật Internet IP Internet Protocol Giao thức Internet IPoW IP over WDM IP qua WDM ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet ITU-T International Telecommunications Tiêu chuẩn hoá viễn Union - Telecommunication thông quốc tế Standardization Sector JET Just Enough Time Thời gian vừa đủ LDP Label Distributing Protocol Giao thức phân bổ nhãn LIB Label Information Base Cơ sở dữ liệu nhãn LSP Label Switching Path Đƣờng chuyển mạch nhãn LSR Label Switching Router Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn MPLS Multi Protocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức NNI Network-Network Interface Giao diện mạng-mạng OBS Optical Burst Switching Chuyển quang OCH Optical Channel Kênh quang mạch ____________________________________ Nguyễn Kim Tuyến - Lớp: D04VT1 burst VII Đồ án tốt nghiệp Thuật ngữ viết tắt OMS Optical Multiplex Section Đoạn ghép kênh quang OPS Optical Packet Switching Chuyển mạch gói quang OSN Optical Switching Node Nút chuyển mạch quang OTN Optical Transport Network Mạng truyền tải quang OTS Optical Transmission Section Đoạn truyền dẫn quang OXC Optical Cross-connecting Kết nối chéo quang PJET Prioritized JET JET ƣu tiên POH Path Over Head Mào đầu tuyến QoS Quality of Service Chất lƣợng dịch vụ RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức giành trƣớc tài nguyên SCU Switch Control Unit Khối điều khiển chuyển mạch SOH Section Over Head Mào đầu đoạn SONET/SDH Synchronous Network/Synchronous Hierarchy TCP Transport Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thời gian UNI User Network Interface Giao diện ngƣời sử dụng - mạng WR Wavelength Routing Định tuyến bƣớc sóng quang Optical Mạng quang đồng bộ Digital ____________________________________ Nguyễn Kim Tuyến - Lớp: D04VT1 VIII Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu LỜI NÓI ĐẦU  Giới thiệu: Trong vài năm gần đây đã có sự phát triển bùng nổ về lƣu lƣợng IP. Phạm vi và vùng phủ của mạng Internet đang mở rộng một cách nhanh chóng và do đó yêu cầu cho băng thông cũng cần phải tăng theo tƣơng ứng. Lƣu lƣợng tăng đột biến của những ngƣời sử dụng World Wide Web do nhu cầu sử dụng các thông tin và dịch vụ giải trí trực tuyến ngày càng tăng lên mạnh mẽ. Ngoài ra, các loại dịch vụ mạng cũng ngày càng đa dạng và phong phú, các công nghệ đa phƣơng tiện nhƣ truyền hình di động (Mobile TV), thoại Internet, nhạc số…cũng ngày càng trở nên phổ biến hơn. Tất cả những lý do đó đã làm cho lƣu lƣợng Internet tăng nhanh một cách chóng mặt và yêu cầu cho băng thông mạng trở nên khẩn cấp hơn bao giờ. Với sự phát triển bùng nổ của Internet và sự triển khai nhanh chóng của công nghệ ghép kênh phân chia theo bƣớc sóng mật độ cao (DWDM) thì sợi quang đƣợc xem nhƣ là giải pháp truyền tải lý tƣởng cho các mạng tốc độ cao trong tuơng lai. Trong hệ thống DWDM, mỗi sợi quang sẽ mang nhiều kênh thông tin, trong đó mỗi kênh hoạt động trên một bƣớc sóng khác nhau. Hệ thống truyền dẫn quang có ƣu điểm vƣợt trội so với các hệ thống truyền dẫn khác là nó có dung lƣợng rất lớn, có thể cung cấp băng thông lên đến trên 50Tbps trên một sợi quang đơn. Cho đến nay, chúng ta vẫn chƣa thể khai thác hết băng thông tiềm ẩn của nó. Ngoài ra, sợi quang có chi phí rất thấp và độ chính xác lại rất cao. Các mạng điển hình hiện nay bao gồm 4 lớp : lớp IP cho truyền tải các ứng dụng và dịch vụ, lớp ATM cho kỹ thuật lƣu lƣợng, lớp SONET/SDH cho truyền tải và lớp DWDM cho tốc độ. Khi luồng dữ liệu đến một điểm chuyển mạch, thì tín hiệu quang của dữ liệu đƣợc chuyển sang dạng tín hiệu điện, sau đó việc xử lý và chuyển tiếp đƣợc thực hiện trong miền điện. Việc chuyển đổi này đƣợc gọi là chuyển đổi quang/điện (O/E). Khi tín hiệu điện của dữ liệu đi đến cổng ra, nó lại đƣợc chuyển thành tín hiệu quang và đƣợc điều chế lên sợi quang, gọi là chuyển đổi điện/quang (E/O). Nhƣ vậy, một điểm chuyển mạch đƣợc gọi là thực hiện chuyển đổi O/E/O. Trong một mạng, tốc độ trao đổi thông tin thƣờng bị hạn chế bởi khả năng xử lý điện của hệ thống. Mặc dù phần cứng hiện nay đƣợc sử dụng dựa trên các router IP điện tốc độ cao với tốc độ lên đến vài trăm Gbps nhƣng vẫn không thích ứng đƣợc giữa tốc độ truyền dẫn của các sợi quang WDM và tốc độ chuyển mạch của các router IP. Do vậy cần phải có những phƣơng án mới để tối thiểu hoá hoặc ____________________________________ Nguyễn Kim Tuyến - Lớp: D04VT1 IX Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu loại bỏ hoàn toàn việc xử lý điện nhằm khai thác triệt để tiềm năng của độ rộng băng tần mà công nghệ WDM cung cấp. Lƣu lƣợng IP đang trở thành lƣu lƣợng chủ yếu trong các mạng, do đó kiến trúc mạng phân lớp truyền thống ngày càng không thích hợp cho sự phát triển của Internet. Trong kiến trúc đa lớp, mỗi lớp có thể làm hạn chế hiệu suất của toàn mạng và làm tăng chi phí của toàn bộ mạng. Ngày nay cùng với dung lƣợng và tốc độ của các router và các OXC (các kết nối chéo quang) ngày càng tăng nhanh và tốc độ dữ liệu cao của truyền tải quang giúp chúng ta có thể bỏ qua các lớp SONET/SDH và ATM và loại bỏ các chức năng của chúng. Điều này làm cho hệ thống mạng đơn giản hơn, chi phí ít hơn mà vẫn truyền tải lƣu lƣợng với tốc độ rất lớn. IP qua WDM đƣợc xem là giải pháp đầy hứa hẹn cho mạng thế hệ sau vì nó không có lớp trung gian, do đó nó tránh đƣợc các chức năng dƣ thừa của các lớp ATM và SONET/SDH. Tuy nhiên, có nhiều khó khăn và thử thách trong việc hiện thực hóa các mạng toàn quang. Chẳng hạn, RAM quang bây giờ vẫn đang tiếp tục nghiên cứu, việc xử lý các gói điều khiển trong miền quang vẫn chƣa thực hiện đƣợc và hệ thống điều khiển router quang vẫn đƣợc thực hiện trong miền điện. Ngày nay, hầu hết chúng ta chỉ nghiên cứu các mạng truyền tải bán quang. Trong các mạng truyền tải quang, các bản tin điều khiển đƣợc xử lý hoàn toàn trong miền điện. Để thực hiện kiến trúc IP qua DWDM, một vài hƣớng đƣợc đề xuất nhƣ : Định tuyến bƣớc sóng (WR), chuyển mạch gói quang (OPS) và chuyển mạch burst quang (OBS). Trong tất cả các hƣớng đó, chuyển mạch burst quang đƣợc xem là giải pháp có triển vọng nhất vì nó là sự kết hợp giữa WR và OPS. Do đó, nó kết hợp các ƣu điểm của hai phƣơng pháp đó và đồng thời hạn chế các nhƣợc điểm của chúng. Trong số những vấn đề cần phải giải quyết khi thực hiện việc tích hợp IP qua các mạng WDM thì vấn đề làm thế nào có thể hỗ trợ QoS (chất lƣợng dịch vụ) trong các mạng IP/WDM đƣợc xem là một trong những vấn đề quan trọng nhất trong xu hƣớng hiện nay. Bởi vì mạng IP hiện nay chỉ cung cấp dịch vụ “nỗ lực tối đa” (best effort), là dịch vụ phi kết nối, không tin cậy…Dịch vụ này không thể đáp ứng các yêu cầu QoS cao khi sử dụng các dịch vụ thời gian thực nhƣ truyền hình di động, thoại Internet, hội nghị truyền hình… Do đó, em đã chọn nội dung “QoS trong chuyển mạch burst ” làm đề tài Tốt nghiệp Đại học của mình. Sau một thời gian thực hiện và đƣợc sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô giáo bộ môn Thông tin quang, đặc biệt là thầy giáo hƣớng dẫn – T.S Bùi Trung Hiếu đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình. ____________________________________ Nguyễn Kim Tuyến - Lớp: D04VT1 X Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu  Tổ chức của Đồ án : Nội dung của Đồ án đề cập đến vấn đề cải thiện QoS trong mạng chuyển mạch burst quang. Đồ án gồm có 5 chƣơng : Chƣơng 1 trình bày các kỹ thuật chuyển mạch quang, trong đó trọng tâm là kỹ thuật chuyển mạch burst quang và sau đó so sánh ƣu nhƣợc điểm của kỹ thuật này với các kỹ thuật định tuyến bƣớc sóng quang và chuyển mạch gói quang. Trong chƣơng này giới thiệu kiến trúc của các mạng OBS cùng với các kỹ thuật liên quan đến chuyển mạch OBS nhƣ : sơ đồ tập hợp burst, sơ đồ giành trƣớc bƣớc sóng, giao thức báo hiệu JET, các thuật toán lập lịch … Chƣơng 2 trình bày vấn đề Chất lƣợng dịch vụ (QoS). Trong chƣơng này giới thiệu một cách khái quát định nghĩa QoS và sau đó đƣa ra hai mô hình kiến trúc để đảm bảo QoS trong các mạng IP (IntServ và DiffServ). Chƣơng 3 giới thiệu vấn đề tích hợp IP qua mạng WDM. Chƣơng này giới thiệu các mô hình tích hợp IP/WDM và so sánh các mô hình này với nhau. Ngoài ra trong chƣơng này còn trình bày kỹ thuật MPLS đƣợc sử dụng trong mạng IP/WDM và mạng OBS. Chƣơng 4 và Chƣơng 5 là nội dung chính của Đồ án này. Trong đó, chƣơng 4 đề cập đến vấn đề đảm bảo QoS trong mạng OBS. Trong chƣơng này, chúng ta giới thiệu giao thức báo hiệu và thuật toán lập lịch có hỗ trợ QoS trong các mạng OBS. Ngoài ra còn phân tích ảnh hƣởng của các đƣờng trễ quang (FDL) đến QoS của các mạng OBS. Chƣơng 5 đƣa ra các công thức để tính các biên của xác suất mất burst và qua đó bằng công cụ MATLAB để phân tích và khảo xác các tham số ảnh hƣởng đến xác suất mất burst.Chƣơng này còn đƣa ra mô hình Yoo trong đó phân tích và đánh giá các yếu tố ảnh hƣởng đến xác suất mất burst và trễ hàng đợi. Từ đó, đƣa ra các nhận xét nhằm mục đích cải thiện hiệu suất QoS của các mạng OBS. Trong suốt thời gian làm đồ án, em đã đƣợc sự hƣớng dẫn tận tình của các thầy cô trong khoa Viễn thông 1 và đặc biệt là Thầy giáo hƣớng dẫn Bùi Trung Hiếu. Do kiến thức và khả năng bản thân còn nhiều hạn chế nên đồ án không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến và giúp đỡ của các Thầy cô giáo và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn ! ____________________________________ Nguyễn Kim Tuyến - Lớp: D04VT1 XI Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Kỹ thuật chuyển mạch quang CHƢƠNG 1 : KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH QUANG 1.1 Các kỹ thuật chuyển mạch quang : Có 3 kỹ thuật chuyển mạch quang chủ yếu đƣợc đề xuất cho truyền tải lƣu lƣợng IP qua các mạng WDM:  Định tuyến bƣớc sóng quang (WR)  Chuyển mạch gói quang (OPS)  Chƣyển mạch burst quang (OBS) Do đó, dựa trên các kỹ thuật chuyển mạch thì các mạng truyền tải IP qua WDM đƣợc phân loại nhƣ sau:  Các mạng định tuyến bƣớc sóng quang  Các mạng chuyển mạch gói quang  Các mạng chuyển mạch burst quang 1.1.1 Định tuyến bƣớc sóng quang (WR) : 1.1.1.1 Mạng định tuyến bƣớc sóng quang : Trong các mạng định tuyến bƣớc sóng quang, một đƣờng bƣớc sóng toàn quang đƣợc thiết lập giữa các biên của mạng. Đƣờng quang này đƣợc gọi là lightpath. Khi sử dụng lightpath này thì nó có thể giành trƣớc 1 kênh bƣớc sóng trên mỗi đƣờng dẫn dọc theo tuyến đƣờng nhƣ minh hoạ trong hình 1.1. Hình 1.1 Thiết lập lightpath Sau khi dữ liệu đƣợc truyền thì lightpath sẽ đƣợc giải phóng. Trong các mạng WR có các thiết bị kết nối chéo quang (OXC) đƣợc liên kết bởi các đƣờng dẫn quang điểm đến điểm trong cấu hình tuỳ ý. Các thiết bị OXC có thể nhận ra ____________________________________ Nguyễn Kim Tuyến - Lớp: D04VT1 1 Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Kỹ thuật chuyển mạch quang các gói dữ liệu khác nhau dựa trên gói dữ liệu ở cổng đầu vào và bƣớc sóng của nó. Do đó, chúng ta có thể thấy rằng với việc sử dụng mạng này, dữ liệu đƣợc phát giữa các điểm đầu cuối thì không cần xử lý, không cần chuyển đổi E/O (tất cả trong miền quang) và không cần đệm ở các nút trong gian. Tuy nhiên, giống nhƣ mạng chuyển mạch kênh quang, các mạng WR không chia sẽ tài nguyên và do đó hiệu quả sử dụng băng thông sẽ thấp hơn. 1.1.1.2 Các mạng chuyển mạch kênh quang : Đầu tiên, chúng ta sẽ giới thiệu định nghĩa phiên.Nhƣ chúng ta đã biết, các bản tin giữa 2 ngƣời sử dụng luôn là 1 chuỗi liên tiếp trong một số cuộc đối thoại lớn, 1 chuỗi bản tin liên tiếp đó đƣợc gọi là 1 phiên. Trong kỹ thuật chuyển mạch kênh, khi 1 phiên s là ban đầu, nó đƣợc cấp 1 tốc độ truyền dẫn rs bps. Sau đó, một đƣờng dẫn sẽ đƣợc thiết lập từ phía phát đến phía thu và trên đƣờng dẫn này, mỗi đƣờng thông tin sẽ đƣợc cấp một phần rs trong tổng dung lƣợng truyền dẫn cho phiên đó. Sự cấp tốc độ truyền dẫn này là khác nhau trong các phiên khác nhau trên một đƣờng thông tin và thƣờng đƣợc thực hiện bởi phƣơng pháp ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM) hoặc ghép kênh phân chia theo tần số (FDM). Chú ý rằng tổng tốc độ của tất cả các phiên sử dụng chung một đƣờng dẫn không thể vƣợt quá tổng dung lƣợng của đƣờng dẫn đó. Nếu một đƣờng thông tin đã chứa đủ các phiên thì một phiên mới không thể sử dụng đƣờng dẫn này và nếu không có đƣờng dẫn nào rỗi với tốc độ tối thiểu rs bps thì phiên mới này sẽ bị từ chối. Một điểm khác cần chú ý là khi có một phiên đƣợc khởi xƣớng thì nó có một tốc độ truyền dẫn cố định rs qua toàn bộ mạng. Do sử dụng không hiệu quả tài nguyên nên chuyển mạch kênh ít đƣợc sử dụng cho các mạng số liệu. Để làm rõ hơn điều này chúng ta sẽ định nghĩa các tham số: v : tốc độ bản tin cho phiên s 1/v : thời gian đến giữa các bản tin của s. X : thời gian truyền dẫn của một bản tin qua một đƣờng dẫn trong đƣờng truyền. L : chiều dài của bản tin từ s. T : trễ có thể cho phép của bản tin đến từ nguồn đến đích. P : trễ phát sinh qua mạng. ____________________________________ Nguyễn Kim Tuyến - Lớp: D04VT1 2 Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Kỹ thuật chuyển mạch quang E(ti) = 1/v Hình 1.2 Hiệu quả sử dụng đường dẫn Từ hình trên, chúng ta có X = L /rs và tỉ số X với 1/v (hoặc v. X ) là phân số thời gian cho biết phần đƣờng dẫn đƣợc cấp cho s là bận hay rỗi. Chúng ta có thể thấy rằng nếu v. X << 1 thì có nghĩa là phần đƣờng dẫn đƣợc cấp để mang 1 phiên là rỗi trong phần lớn thời gian ( nghĩa là không sử dụng hiệu quả). Để xác định tính không hiệu quả của chuyển mạch kênh cho các mạng dữ liệu, chúng ta sẽ nhân X với T. Với X là thời gian mong muốn tính đến bít cuối cùng đƣợc gửi trên đƣờng dẫn đầu tiên, chúng ta có thể nhận đƣợc mối quan hệ X + P ≤ T và v. X < v.T . Tóm lại, tốc độ bít rs đƣợc cấp cho một phiên cần phải đủ lớn để cho phép bản tin truyền dẫn đảm bảo yêu cầu trễ (rs tăng, X sẽ giảm). Hơn nữa, nếu v.T << 1, do đó v. X << 1 điều đó nói lên rằng đƣờng dẫn không đƣợc sử dụng hiệu quả. Đối với 1 số phiên cuối tác động qua lại đƣợc mang bởi các mạng dữ liệu, v.T thƣờng là 0,01 hoặc ít hơn. Nghĩa là phần đƣờng dẫn đƣợc cấp cho phiên đƣợc sử dụng ở hầu hết 1℅. Nhƣ vậy, chúng ta có thể kết luận rằng chuyển mạch kênh là không phù hợp đối với các mạng số liệu. 1.1.2 Chuyển mạch gói quang (OPS) : 1.1.2.1 Giới thiệu OPS : Nhƣ đã nói ở phần trên, các mạng định tuyến bƣớc sóng quang cho dung lƣợng kém hiệu quả với hƣớng xử lí là thiết lập và duy trì đƣờng dẫn trong một thời gian dài.Bởi vì định tuyến bƣớc sóng quang là 1 hình thức của chuyển mạch kênh quang và trong mạng chuyển mạch kênh quang từ đầu cuối đến đầu cuối thì cần phải thiết lập kết nối giữa phía nguồn và phía đích trƣớc khi dữ liệu đƣợc truyền. Trong quá trình thiết lập và duy trì cuộc gọi thì chuyển mạch cần đọc, lƣu trữ và gửi mỗi khung của dữ liệu thu cho cuộc gọi đó. Vì vậy, mào đầu cần phải ____________________________________ Nguyễn Kim Tuyến - Lớp: D04VT1 3 Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Kỹ thuật chuyển mạch quang lớn trong thời gian thiết lập cuộc gọi và nhỏ hơn trong thời gian duy trì cuộc gọi. Tuy nhiên, các cuộc gọi thƣờng có thời gian dài hơn so với thời gian thiết lập và rớt cuộc gọi, do đó hiệu quả sẽ cao nếu băng thông đƣợc sử dụng đầy đủ trong suốt quá trình thực hiện cuộc gọi. Do nhƣợc điểm của định tuyến bƣớc sóng quang nên các nhà nghiên cứu đã phát triển một phƣơng pháp chuyển mạch khác gọi là chuyển mạch gói quang vì nó có thể tăng băng thông sử dụng của mạng bằng cách sử dụng bộ ghép kênh thống kê và băng thông chia sẽ. Trong các mạng chuyển mạch gói quang, lƣu lƣợng IP đƣợc xử lý và chuyển mạch ở mỗi router IP. Mỗi gói IP chứa tải tin và mào đầu. Mào đầu gói chứa thông tin để định tuyến gói và tải tin chứa thông tin dữ liệu. Một chuyển mạch gói quang WDM chứa 4 phần:  Giao diện đầu vào : đƣợc sử dụng để mô tả và điều chỉnh gói, tách và bỏ thông tin mào đầu gói.  Cơ cấu chuyển mạch : là bộ phận lõi của chuyển mạch, có chức năng chuyển mạch các gói trong miền quang.  Giao diện đầu ra : đƣợc sử dụng để tái tạo các tín hiệu quang cho đầu ra và gắn mào đầu gói vào gói IP.  Khối điều khiển : đƣợc sử dụng để điều khiển theo những yêu cầu đƣợc chứa trong các mào đầu. 1.1.2.2 Nguyên lý chuyển mạch OPS: Kỹ thuật chuyển mạch gói quang đƣợc minh họa nhƣ hình 1.3. Từ hình dƣới, chúng ta có thể thấy đƣợc 4 chức năng của các chuyển mạch gói quang : Đồng bộ gói : chức năng chung của đồng bộ gói bao gồm nhận dạng bắt đầu gói và làm trễ tức là điều chỉnh thời gian đến của các gói. Thay mào đầu gói : đƣợc thực hiện bằng cách sử dụng bộ khuếch đại quang bán dẫn SOA và có thể đƣợc cải thiện bởi kỹ thuật chuyển đổi bƣớc sóng. Bộ đệm gói : Do không có RAM quang thích hợp cho các chuyển mạch gói quang nên chúng ta sử dụng RAM điện. Thiết bị này hạn chế tốc độ truy nhập và nó cần các chuyển đổi O/E/O và các bộ đệm dựa trên các đƣờng trễ quang (optical delay line). ____________________________________ Nguyễn Kim Tuyến - Lớp: D04VT1 4 Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Kỹ thuật chuyển mạch quang Định tuyến gói : Trong khi việc xử lí địa chỉ đƣợc thực hiện trong miền điện thì các chuyển mạch gói quang định tuyến và đệm các gói đƣợc thực hiện trong miền quang.Có nhiều kiến trúc chuyển mạch gói khác nhau, nhƣ chuyển mạch gói quang định tuyến bƣớc sóng, chuyển mạch gói quảng bá và chọn lựa, chuyển mạch gói quang dựa trên không gian chuyển mạch. Tải tin Mào đầu Nhận dạng, xử lý và tạo mào đầu mới A Â 1 1 2 Sợi quang đầu vào B Chuyển mạch 2 Đồng bộ 1 2 Định tuyến, Bộ đệm Mào đầu mới Hình 1.3 Mô hình chuyển mạch gói quang Khi một gói đến chuyển mạch quang WDM, trƣớc tiên nó đƣợc xử lí bởi giao diện đầu vào, trong đó mào đầu gói và tải tin đƣợc tách ra và mào đầu đƣợc chuyển vào miền điện và đƣợc xử lí bởi khối điều khiển. Trong khi đó tải tin vẫn đƣợc giữ lại trong miền quang và sau đó nó sẽ đƣợc xử lí bởi cơ cấu chuyển mạch đến cổng đầu ra thích hợp. Một vấn đề chính ở đây là quyết định làm cách nào để mạng vận hành một cách đồng bộ. Một mạng đồng bộ hoàn toàn có thể điều chỉnh các khe thời gian bằng cách tạo các gói có kích thƣớc cố định. Trong mạng này, cơ cấu chuyển mạch ở một nút nhận các gói đến đã đƣợc điều chinh với sự tranh chấp nhỏ nhất. Tuy nhiên, chuyển mạch này sẽ phức tạp hơn vì phải thêm các giai đoạn đồng bộ và điều chỉnh gói. Một cách khác là xây dựng mạng bất đồng bộ trong đó các gói có thể có chiều dài thay đổi. Kiến trúc chuyển mạch này đơn giản hơn, mặc dù khả năng tranh chấp gói cao hơn. Sau khi tải tin đi qua cơ cấu chuyển mạch, nó sẽ đƣợc kết hợp với mào đầu mà đã đƣợc chuyển đổi trở lại miền quang ở giao diện đầu ra. ____________________________________ Nguyễn Kim Tuyến - Lớp: D04VT1 5
- Xem thêm -