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 -