QoS Trong OBS

i

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG

KHOA VIỄN THÔNG I

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài:

QoS TRONG MẠNG

CHUYỂN MẠCH BURST QUANG

®eddddddddddddd

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

ii

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

……………………………….

Điểm : …………( Bằng chữ : ………………..)

Ngày ……tháng …….năm 2008

T.S BÙI TRUNG HIẾU

iii

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

……………………….

Điểm : ……….( Bằng chữ : ……………………….)

Ngày ……..tháng ……..năm 2008

Đồ án tốt nghiệp Mục lục

____________________________________ Nguyễn Kim Tuyến - Lớp: D04VT1 I

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

Đồ án tốt nghiệp Mục lục

____________________________________ Nguyễn Kim Tuyến - Lớp: D04VT1 II

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

Đồ án tốt nghiệp Danh mục hình vẽ

____________________________________ Nguyễn Kim Tuyến - Lớp: D04VT1 III

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

Đồ án tốt nghiệp Danh mục hình vẽ

____________________________________ Nguyễn Kim Tuyến - Lớp: D04VT1 IV

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

Đồ án tốt nghiệp Danh mục bảng biểu

____________________________________ Nguyễn Kim Tuyến - Lớp: D04VT1 V

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

Đồ án tốt nghiệp Thuật ngữ viết tắt

____________________________________ Nguyễn Kim Tuyến - Lớp: D04VT1 VI

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

TÊN VIẾT TẮT TIẾNG ANH NGHĨA TIẾNG

VIỆT

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

Distribution Protocol

Giao thức phân bổ nhãn

định tuyến ràng buộc

DB Data Burst Burst dữ liệu

DC Data Channel Kênh dữ liệu

DWDM Dense Waveleng Division

Multiplexing

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 VII

đƣơng

GMPLS Generalized Multi Protocol Label

Switching

Chuyển mạch nhãn đa

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

Union - Telecommunication

Standardization Sector

Tiêu chuẩn hoá viễn

thông quốc tế

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 mạch burst

quang

OCH Optical Channel Kênh quang


____________________________________ Nguyễn Kim Tuyến - Lớp: D04VT1 VIII

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 Optical

Network/Synchronous Digital

Hierarchy

Mạng quang đồng bộ

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

Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu

____________________________________ Nguyễn Kim Tuyến - Lớp: D04VT1 IX

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 X

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 XI

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 !

Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Kỹ thuật chuyển mạch quang

____________________________________ Nguyễn Kim Tuyến - Lớp: D04VT1 1

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



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.



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

E(ti) = 1/v



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).



Nhận dạng, xử lý và tạo

mào đầu mới

Chuyển

mạch

Định

tuyến,

Bộ đệm

1

2

1

2 2

1

Đồng bộ Mào đầu

mới

A

Â

B

Tải tin Mào đầu

Sợi quang

đầu vào

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.

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.



Sự tranh chấp của các gói quang trong một cơ cấu chuyển mạch là vấn đề

lớn và có ảnh hƣởng đến hiệu suất của mạng nhƣ trễ gói, tỉ lệ mất gói và khoảng

cách chặng trung bình. Khi có 2 gói hoặc nhiều hơn muốn qua cơ cấu chuyển mạch

đi ra cùng một cổng trong cùng một thời điểm thì lúc đó sẽ xảy ra tranh chấp gói.

Để giải quyết sự xung đột này thì một gói đƣợc định tuyến qua một cổng đầu ra

trong khi các gói khác đƣợc định tuyến ở một nơi khác dựa vào sơ đồ giải quyết

tranh chấp. Trong các chuyển mạch điện, việc sử dụng kỹ thuật lƣu trữ và gửi đi

( store and forward) có thể giải quyết đƣợc tranh chấp. Các gói tranh chấp có thể

đƣợc lƣu trữ trong một bộ đệm và đƣợc gửi đi khi cổng đầu ra yêu cầu rỗi. Có một

phƣơng pháp để lƣu trữ gói quang là sử dụng các đƣờng trễ quang FDL( fiber

delay lines). Tuy nhiên, các FDL có khả năng đệm rất hạn chế và nếu các gói đến

yêu cầu thời gian đệm lớn hơn khả năng đệm của nó thì chúng sẽ bị nghẽn.

Có một phƣơng pháp khác để giải quyết tranh chấp gọi là định tuyến “hot

potato”. Trong phƣơng pháp này, nếu một gói đƣợc định tuyến theo đƣờng dẫn

mong muốn đến đầu ra thì các gói khác sẽ đƣợc gửi đi trên các đƣờng dẫn khác, có

thể là các đƣờng dài hơn. Do đó, các gói sẽ qua chuyển mạch từ cùng một đầu ra

nhƣng ở thời điểm khác nhau và sẽ không xảy ra tranh chấp. Phƣơng pháp này có

thể đƣợc sử dụng trong các bộ đệm quang.

Giải pháp giải quyết tranh chấp thứ 3 là sử dụng các bộ chuyển đổi bƣớc

sóng, là phƣơng pháp đáng chú ý của các mạng WDM. Phƣơng pháp này đƣợc coi

là có triển vọng bởi vì nó không làm tăng trễ và khoảng cách các chặng. Có thể kết

hợp cả 3 phƣơng pháp trên hoặc 2 phƣơng pháp bất kì để có thể tạo ra hiệu quả tốt

hơn.

Trong 1 thời gian dài, chuyển mạch gói quang đƣợc xem là kỹ thuật khả thi

do nó có tốc độ cao, chuyển mạch chất lƣợng cao, linh hoạt và khả năng sử dụng

tài nguyên hiệu quả.Tuy nhiên, kỹ thuật này vẫn có nhiều nhƣợc điểm và vài vấn

đề cần đƣợc giải quyết nhƣ kiến trúc chuyển mạch, sự đồng bộ,các sơ đồ giải quyết

tranh chấp…

1.1.3 Chuyển mạch burst quang (OBS) :

1.1.3.1 Giới thiệu OBS :

Ở các phần truớc chúng ta đã nói về định tuyến bƣớc sóng quang và chuyển

mạch gói quang. Chúng ta thấy rằng trong kỹ thuật WR không xử lí, không biến

đổi O/E/O và không cần đệm ở các nút trung gian, tuy nhiên nó cho băng thông

khả dụng thấp. Trong khi đó, kỹ thuật chuyển mạch gói có thể tăng băng thông khả



dụng của mạng bằng cách sử dụng bộ ghép kênh thống kê cho băng thông chia sẽ

nhƣng nó cần bộ đệm gói. Do đó nếu kết hợp các ƣu điểm của 2 kỹ thuật trên thì sẽ

có 1 kỹ thuật chuyển mạch khác, đó là kỹ thuật chuyển mạch Burst quang.

Chuyển mạch Burst quang là chuẩn của ITU-T cho chuyển mạch Burst

trong các mạng ATM gọi là ABT ( ATM block transfer). OBS là kỹ thuật để

truyền lƣu lƣợng burst qua mạng truyền tải quang bằng cách thiết lập kết nối giành

trƣớc tài nguyên từ đầu cuối đến đầu cuối cho 1 burst. Mô hình của chuyển mạch

burst quang đƣợc minh hoạ nhƣ hình 1.4.

Thực thể chuyển mạch cơ sở trong OBS là burst, đƣợc định nghĩa là một

chuỗi các gói liên tiếp nhau với cùng 1 địa chỉ đích và các đặc tính giống nhau,

cùng truyền với nhau từ 1 nút đầu vào đến 1 nút đầu ra và cùng chuyển mạch với

nhau ở các nút trung gian. Một burst bao gồm 2 phần là mào đầu và dữ liệu. Mào

đầu đƣợc gọi là burst điều khiển (CB) và dữ liệu đƣợc gọi là burst dữ liệu (DB).

CB sẽ đƣợc truyền đầu tiên để giành trƣớc băng thông cho DB. Sau đó, DB sẽ theo

đƣờng dẫn mà CB giành trƣớc.

Hình 1.4 Mô hình chuyển mạch burst quang

1.1.3.2 Ƣu điểm của OBS so với WR và OPS :

Trong chuyển mạch burst quang, bƣớc sóng trên 1 đƣờng dẫn mà burst sử

dụng sẽ đƣợc giải phóng ngay khi burst đi qua đƣờng dẫn, các burst từ các nguồn

khác nhau đến các đích khác nhau có thể sử dụng hiệu quả băng thông của cùng 1

bƣớc sóng trên 1 đƣờng dẫn trong 1 thời gian chia sẽ, là hình thức của ghép kênh

Bƣớc sóng dữ liệu

Sợi quang

đầu ra

Sợi quang

đầu vào

Bƣớc sóng điều khiển O/E/O

Xử lý gói điều khiển

(thiết lập và giành

trƣớc băng thông)

Chuyển mạch



thống kê. Nhƣ vậy sẽ cho hiệu quả sử dụng băng thông lớn hơn nhiều so với WR,

phù hợp cho các kết nối yêu cầu thời gian dài. Nó còn khắc phục các vấn đề hạn

chế khả năng kết nối trong các mạng WR mà số các đƣờng dẫn quang có thể thiết

lập bị hạn chế bởi số lƣợng các bƣớc sóng rỗi.

Ngoài ra, OBS có thể thích nghi cao với những tắc nghẽn hoặc các lỗi (bằng

cách sử dụng định tuyến lệch ) và hỗ trợ định tuyến theo chế độ ƣu tiên nhƣ trong

chuyển mạch tế bào hoặc chuyển mạch gói quang. Tuy nhiên, khi OBS thực hiện

chuyển mạch các burst, kích thƣớc của chúng có thể lớn hơn nhiều so với các gói

IP ( hoặc tế bào ATM ) nên trong chuyển mạch burst, mào đầu nhỏ hơn nhiều.

Bằng cách sử dụng điều khiển ngoài băng và đặc biệt là thời gian cân bằng nhƣ

trong JET, nên việc kết hợp giữa CB và DB không chặt chẽ nhƣ trong chuyển

mạch gói quang. Do đó, yêu cầu đồng bộ sẽ linh hoạt hơn trong chuyển mạch gói

quang. Trong hình 1.5, minh họa các kỹ thuật OPS và OBS.

Có 3 sự khác nhau lớn giữa chuyển mạch burst quang và chuyển mạch kênh

quang và chuyển mạch gói quang :

Chuyển mạch burst quang là sự kết hợp giữa chuyển mạch kênh

quang và chuyển mạch gói quang.

So với chuyển mạch kênh quang, chuyển mạch burst giành trƣớc

băng thông cho 1 hƣớng, nghĩa là burst có thể đƣợc gửi mà không

cần xác nhận có giành trƣớc đƣợc băng thông hay không. Tuy nhiên,

trong chuyển mạch kênh quang, băng thông cho 1 cuộc gọi phải

đƣợc giành trƣớc cho cả 2 hƣớng.

Trong chuyển mạch burst, 1 burst sẽ đi qua các nút trung gian mà

không cần phải đệm, trong khi với chuyển mạch gói quang, các gói

đƣợc lƣu trữ và gửi đi ở mỗi nút trung gian.



Hình 1.5 So sánh giữa OPS (a) và OBS (b)

1.2 Kiến trúc và các kỹ thuật chuyển mạch burst quang (OBS):

1.2.1 Kiến trúc OBS :

Trong mạng OBS ( hình 1.6 ), các router biên và các router lõi liên kết với

nhau bằng các đƣờng dẫn WDM. Các nút biên có chức năng tập hợp các gói thành

các burst và phân giải các burst thành các gói. Các nút lõi có chức năng định tuyến

và lập lịch cho các burst dựa vào các gói mào đầu burst.

Nhận dạng, xử lý và tạo

mào đầu mới

Chuyển

mạch

Định

tuyến,

Bộ đệm

1

2

1

2 2

1

Đồng bộ Mào đầu

mới

A

Â

B

Tải tin Mào đầu

Sợi quang đầu

vào

O/E/O

Chuyển

mạch

2

1

2

1

2

1

2

1

Các gói

điều khiển

Thời gian

cân bằng

Các bƣớc

sóng dữ liệu

Các burst

dữ liệu

Các bƣớc

sóng điều

khiển

A

B D

C

Xử lý gói điều khiển

(thiết lập/giành trƣớc băng thông)

(a)

(b)

D

C



Router lõi

Lƣu lƣợng

đầu vào

Router biên

Lƣu lƣợng

đầu ra

Hình 1.6 Mô hình mạng OBS

Kiến trúc của router biên đƣợc minh hoạ trong hình 1.7. Để loại bỏ các

chuyển đổi O/E/O và các tải xử lí điện, đầu vào của nút biên sẽ tập hợp nhiều gói

IP với cùng một địa chỉ đầu ra thành 1 burst. Một burst bao gồm 1 gói mào đầu gọi

là burst điều khiển (CB) và 1 burst dữ liệu (DB). CB đƣợc truyền trên 1 kênh điều

khiển; DB tƣơng ứng với nó thì đƣợc truyền trên 1 kênh dữ liệu ( data channel )

mà không cần đợi thông tin xác nhận là đã giành trƣớc đƣợc tài nguyên. Một kênh

có thể bao gồm 1 bƣớc sóng hoặc 1 phần của bƣớc sóng trong trƣờng hợp ghép

kênh phân chia theo thời gian hoặc phân chia theo mã. Trong đồ án này, chúng ta

sẽ coi rằng thuật ngữ “kênh” và “bƣớc sóng” là nhƣ nhau.



Hình 1.7 Kiến trúc của router biên

Khi một CB đến đƣợc nút lõi ( Hình 1.8 ) thì nút lõi sẽ chuyển nó sang tín

hiệu điện, rồi thực hiện định tuyến và cấu hình ( configurates ) cơ cấu chuyển

mạch quang theo thông tin đƣợc mang bởi CB. Phần DB còn lại trong miền quang

mà không cần sự chuyển đổi O/E/O khi nó đi qua nút lõi.

Router biên đầu ra

Bộ phân

giải burst

Mạng

OBS

Bộ tập

hợp burst

Router biên đầu vào

Kênh dữ liệu

Kênh dữ liệu

Kênh điều khiển

Thời gian



Hình 1.8 Kiến trúc của router lõi

1.2.2 Các kỹ thuật OBS :

1.2.2.1 Các sơ đồ tập hợp burst :

Vấn đề tập hợp burst tại router biên là 1 vấn đề quan trọng trong các mạng

OBS. Về cơ bản có 2 sơ đồ tập hợp : sơ đồ dựa trên ngƣỡng và sơ đồ dựa trên thời

gian. Trong sơ đồ dựa trên thời gian thì thời gian sẽ đƣợc tính từ khi bắt đầu việc

tập hợp. Tất cả các gói trong bộ đệm sẽ đƣợc tập hợp thành 1 burst khi thời gian

vƣợt quá 1 chu kì tập hợp burst Tb. Giá trị Tb nếu lớn thì dẫn đến bộ đệm tại nút

biên phải có độ trễ lớn, nếu Tb quá nhỏ thì dẫn đến có rất nhiều burst có kích thƣớc

nhỏ đƣợc tạo ra và khi đó bộ xử lí phải có tốc độ xử lí cao.

Trong sơ đồ dựa trên ngƣỡng, 1 burst đƣợc tạo ra và đƣợc gửi vào trong

mạng OBS khi tổng kích thƣớc của các gói trong hàng đợi đạt đến 1 gíá trị ngƣỡng

Lb. Nhƣợc điểm của sơ đồ dựa trên ngƣỡng là nó không giới hạn đƣợc lƣợng thời

gian trễ tập hợp của các gói.

Cơ cấu chuyển mạch quang

Khối điều khiển

chuyển mạch



Sự lựa chọn thuật toán tập hợp burst phụ thuộc vào loại lƣu lƣợng đƣợc

truyền tải. Các thuật toán dựa trên thời gian là phù hợp với lƣu lƣợng nhạy cảm với

thời gian nhƣ các ứng dụng thời gian thực bởi vì biên trên của trễ tập hợp burst là

đƣợc giới hạn. Còn trong các ứng dụng không nhạy cảm với thời gian nhƣ truyền

tải file thì để làm giảm các gói mào đầu điều khiển và tăng hiệu quả truyền dẫn

OBS thì sơ đồ dựa trên ngƣỡng là phù hợp hơn.

Làm cách nào để chọn giá trị ngƣỡng Lb và giá trị thời gian Tb vẫn còn là

vấn đề mở. Nếu Lb và Tb nhỏ thì dẫn đến số lƣợng burst sẽ nhiều hơn và số lƣợng

tranh chấp sẽ tăng, nhƣng số lƣợng các gói trung bình bị mất trên 1 tranh chấp sẽ ít

đi, ngoài ra còn làm tăng số lƣợng các gói điều khiển. Nếu chu kì cấu hình động

của cơ cấu chuyển mạch quang là đáng kể thì Lb và Tb nhỏ sẽ dẫn đến hiệu quả sử

dụng tài nguyên mạng sẽ thấp hơn bởi vì mỗi burst đƣợc chuyển mạch cần 1 chu kì

cấu hình động. Ngƣợc lại, nếu Lb và Tb lớn thì dẫn đến trễ tập hợp burst sẽ tăng và

số lƣợng các gói trung bình bị mất trên 1 tranh chấp sẽ lớn hơn. Đó là mâu thuẫn

giữa số lƣợng tranh chấp và số lƣợng các gói trung bình trên 1 tranh chấp . Sự lựa

chọn tối ƣu cho các giá trị Lb và Tb là tƣơng ứng với loại lƣu lƣợng đầu vào. Thuật

toán tập hợp “Chu kì tập hợp thích ứng” (Adaptive Assembly Period ) đƣợc đề

xuất. Thuật toán này sử dụng các chu kì tập hợp thích ứng để kết hợp với các cơ

cấu điều khiển tắc nghẽn TCP.

Trong sơ đồ tập hợp lai ghép giữa ngƣỡng và thời gian thì 1 burst có thể

đƣợc gửi đi khi chiều dài burst vƣợt quá ngƣỡng yêu cầu hoặc vƣợt quá thời gian

yêu cầu. Giả sử mỗi router biên có G hàng đợi để phân biệt các gói đến. Thời gian

của hàng đợi Q [i] đƣợc cho bởi T [i] và chiều dài của Q [i] đƣợc cho bởi L [i]. Sơ

đồ lai ghép sử dụng thuật toán sau :

Bat dau

1. Khi 1 goi voi chieu dai b den Q [i]

If ( Q [i] trong )

Khoi dong thoi gian T [i] , L [i] = b

Else

Dat goi vao Q [i] , L [i] = L [i] + b

If ( L [i] > Lb )

Tao 1 burst voi chieu dai L [i] va gui vao mang OBS



L [i] = 0 , dung dem thoi gian T [i]

End if

2. Khi T [i] = Tb

Tao 1 burst voi chieu dai L [i] va gui no vao mang OBS,

L [i] = 0 , dung dem thoi gian T [i]

Ket thuc

Sau khi 1 burst đƣợc tạo ra, nó sẽ đƣợc lƣu vào hàng đợi trong khoảng thời

gian cân bằng ( offset time ) trƣớc khi đƣợc phát đi để cho CB của nó đủ thời gian

để giành trƣớc tài nguyên mạng. Trong suốt thời gian cân bằng này, các gói thuộc

hàng đợi đó có thể tiếp tục đến. Bởi vì gói điều khiển chứa thông tin về chiều dài

burst đã đƣợc gửi đi, nên các gói đến sau sẽ không đƣợc tính trong burst đƣợc lƣu.

Để hạn chế việc mất các gói bổ sung này thì có 1 cách là thực hiện dự đoán chiều

dài burst. Cho gói điều khiển mang chiều dài burst bao gồm chiều dài thực và

chiều dài đƣợc dự đoán về các gói bổ sung đến trong thời gian cân bằng. Khi chiều

dài burst bổ sung đƣợc dự đoán là lớn hơn chiều dài burst bổ sung thực tế thì bƣớc

sóng đƣợc giành trƣớc sẽ bị lãng phí. Ngƣợc lại, thì các gói bổ sung sẽ bị mất.

Có 1 cách khác là cho 2 bộ đệm liên tiếp thay vì 1 bộ đệm trong mỗi hàng

đợi Q [i]. Khi 1 burst đƣợc tạo ra từ 1 bộ đệm, thì các gói đến sau sẽ đƣợc lƣu trữ

ở bộ đệm khác cho đến lần tập hợp tiếp theo đƣợc thực hiện.

1.2.2.2 Các sơ đồ giành trƣớc bƣớc sóng :

Trong các mạng OBS, 1 gói điều khiển đƣợc gửi trƣớc để giành trƣớc bƣớc

sóng theo đƣờng định tuyến của nó cho burst dữ liệu. Có 2 giao thức điều khiển

đƣợc đề xuất cho các mạng ATM. Một giao thức gọi là Tell – And – Wait, tức là

khi 1 nguồn có burst để truyền tải thì đầu tiên nó cố gắng giành trƣớc băng thông

dọc theo mạch ảo bằng cách gửi 1 bản tin yêu cầu ngắn. Nếu băng thông yêu cầu

đƣợc cho phép ở tất cả các nút trung gian dọc theo đƣờng định tuyến của nó thì 1

bản tin chấp nhận (ACK) từ đích sẽ trở về nguồn sau 1 thời gian trễ. Ngƣợc lại thì

1 bản tin từ chối ( NACK ) sẽ trở về nguồn. Nguồn sẽ phát burst của nó khi nhận

đƣợc bản tin ACK.

Một giao thức khác là Tell – And – Go, nghĩa là nguồn sẽ phát burst ngay

khi nó nhận đƣợc bản tin từ lớp cao hơn. Burst này sẽ đƣợc sao lại và giữ tại nguồn

cho đến khi nguồn biết đƣợc burst đã đến đƣợc đích thành công. Phía thu sẽ gửi



ACK trở lại nguồn tƣơng ứng khi nó nhận đƣợc bản tin thành công. Ngƣợc lại, thì

phía thu gửi trở lại nguồn bản tin NACK để nguồn có thể phát lại burst sau đó.

Trong OBS, mô hình báo hiệu đƣợc yêu cầu cho việc giành trƣớc tài

nguyên và việc cấu hình các chuyển mạch quang cho việc truyền dẫn burst. Có vài

mô hình giành trƣớc bƣớc sóng cho OBS, nhƣ Tell – And – Go (TAG), Just – In –

Time (JIT) và Just – Enough – Time (JET) đƣợc đề xuất. Trong mô hình TAG, 1

nút nguồn sẽ gửi vào mạng 1 gói điều khiển. Nút nguồn sau đó gửi ngay 1 burst dữ

liệu. Để có đủ thời gian cho việc xử lí bản tin điều khiển và việc cấu hình chuyển

mạch ở mỗi nút, burst dữ liệu cần đƣợc đệm ở mỗi nút. Trong mô hình JIT, burst

dữ liệu đƣợc đệm ở nút biên bởi bộ nhớ điện rẻ và phong phú và tốt hơn ở các nút

trung gian trong đó sử dụng các đƣờng trễ quang đắt tiền và hiếm. Nút nguồn sẽ

gửi bản tin SETUP để giành trƣớc bƣớc sóng trƣớc khi truyền dữ liệu và 1 bản tin

RELEASE để giải phóng sau khi truyền xong dữ liệu. Nút chuyển mạch trung gian

sẽ cố gắng giành trƣớc bƣớc sóng ngay lập tức khi nhận đƣợc bản tin SETUP và sẽ

giải phóng bƣớc sóng khi nhận đƣợc bản tin RELEASE. Tuy nhiên, trong trƣờng

hợp này thì hiệu quả sử dụng bƣớc sóng là rất thấp do thời gian nắm giữ băng

thông là lớn hơn thời gian truyền dẫn.

Hình 1.9 minh hoạ kỹ thuật báo hiệu JET. Trong trƣờng hợp này thì nút đầu

vào sẽ đợi 1 khoảng thời gian cân bằng (offset time) trƣớc khi nó bắt đầu phát

burst dữ liệu. Thời gian cân bằng ban đầu đƣợc đặt lớn hơn tổng thời gian xử lí của

CB dọc theo đƣờng đi của nó,đƣợc tính là T0 = h . δ, trong đó h là số chặng giữa

nguồn và đích, δ là thời gian xử lí mào đầu burst trên 1 chặng. Nếu tại bất kì nút

trung gian nào, việc giành trƣớc là không thành công thì burst dữ liệu sẽ bị mất. So

với JIT thì CB trong JET chứa cả thông tin về thời gian cân bằng và chiều dài

burst. Vì vậy, tại mỗi nút trung gian, bƣớc sóng sẽ đƣợc giành trƣớc khi bắt đầu

truyền burst dữ liệu và sẽ đƣợc giải phóng khi kết thúc burst dữ liệu.



Hình 1.9 Kỹ thuật báo hiệu Just – Enough – Time (JET)

1.2.2.3 Giao thức báo hiệu JET :

Thiết lập kết nối đƣợc dựa trên sự giành trƣớc tài nguyên cho 2 hƣớng đã

đƣợc phát triển trong thoại và các mạng tốc độ cao (không quang). Hƣớng tƣơng tự

cũng có thể sử dụng rất tốt trong các mạng quang. Tuy nhiên, ở tốc độ 2,5Gbps, 1

burst 500kbytes có thể đƣợc gửi đi trong khoảng 1,6ms. Tuy nhiên, nó sẽ nhận

ACK 2,5ms chỉ để truyền qua khoảng cách 500km. Điều này giải thích tại sao các

giao thức giành trƣớc 1 hƣớng nhìn chung tốt hơn các giao thức giành trƣớc 2

hƣớng cho lƣu lƣợng burst qua khoảng cách dài.

Nguồn Nút i Đích

T0

T0 : Thời gian cân bằng ban đầu

δ : Trễ xử lý của mỗi nút



Hình 1.10 OBS sử dụng giao thức JET

Hình 1.10 minh hoạ giao thức OBS đƣợc gọi là Just – Enough – Time (JET)

là loại giao thức giành trƣớc 1 hƣớng. Để gửi đi 1 burst dữ liệu (nhiều gói IP), 1

burst điều khiển giống nhƣ gói IP thông thƣờng (vì vậy đƣợc gọi là gói điều khiển)

đƣợc định tuyến từ nguồn đến đích của nó trên cơ sở từng chặng để giành trƣớc

đƣờng dẫn toàn quang. Mỗi nút chọn bƣớc sóng dành riêng trên đƣờng ra và dành

trƣớc khoảng thời gian cho burst dữ liệu theo sau và đặt lên chuyển mạch quang.

Để đơn giản, chúng ta giả thiết rằng tổng thời gian xử lí của gói điều khiển là δ ở

mỗi nút. Sau khi DB đợi ở nguồn trong miền điện trong thời gian cân bằng T0, nó

sẽ đƣợc gửi dƣới dạng các tín hiệu quang mà không cần đợi xác nhận từ đích. Gọi

h là số chặng trên đƣờng đi (trong hình h = 3), T0 sẽ đƣợc chọn giá trị nhỏ nhất (δ .

h) để đảm bảo đủ thời gian để mỗi nút hoàn thành việc xử lí gói điều khỉên trƣớc

khi DB bắt đầu đƣợc phát. Kết quả là, DB đƣợc gửi, nó đi qua các nút trung gian

mà không đi qua bất kì bộ đệm nào, bất kì bộ chuyển đổi O/E/O nào, hoặc bất kì

thực thể IP trung gian nào.

Trong giao thức giành trƣớc 1 hƣớng, có 1 vấn đề quan tâm là tốc độ mất

dữ liệu. Nếu 1 gói điều khiển bị lỗi ở nút trung gian thì DB tƣơng ứng có thể bị

mất và 1 phản hồi có thể đƣợc gửi trở lại nguồn để nó phát lại gói điều khiển và

DB sau đó. Trong trƣờng hợp này sẽ lãng phí băng thông trên 1 phần đƣờng thiết

lập. Để hạn chế khả năng hao phí băng thông, 1 burst (hoặc gói quang) sẽ đƣợc lƣu

trữ trong bộ đệm điện ( sau khi đi qua bộ chuyển đổi O/E) và sau đó đƣợc chuyển

đến đích của nó (sau khi đi qua bộ chuyển đổi E/O). Các đƣờng trễ quang (FDLs)

tạo ra trễ ở các nút trung gian, có thể đƣợc sử dụng để giảm băng thông hao phí.



Chú ý rằng, trong OBS dựa trên JET, 100% dung lƣợng của bộ đệm FDLs là sẵn

sàng cho vấn đề giải quyết tranh chấp trong khi CM tế bào/ CM gói quang thì nhỏ

hơn 100%. Hơn nữa, JET không chỉ cải thiện băng thông khả dụng mà còn dễ dàng

quản lí bộ đệm thông minh. Kết quả là làm giảm đáng kể xác suất mất burst.

Chú ý rằng, xác suất mất 1 vài burst có thể đƣợc giảm mà không sử dụng

bất kì FDL nào, bằng cách chỉ định 1 độ ƣu tiên cao hơn cho burst bằng cách bổ

sung thêm thời gian cân bằng và do đó bảo đảm xác suất mất burst thấp hơn. Gói

điều khiển tƣơng ứng có thể giành trƣớc băng thông nhiều hơn những gói khác, kết

quả là khả năng giành trƣớc sẽ cao hơn.

1.2.2.4 Các thuật toán lập lịch burst :

Khi 1 CB đến nút lõi, nút lõi sẽ chuyển nó thành tín hiệu điện trong đó chứa

thời gian đến của burst và khoảng thời gian của burst dữ liệu tƣơng ứng với CB.

Thuật toán lập lịch kênh dữ liệu là gán 1 kênh dữ liệu trên đƣờng ra cho burst dữ

liệu. Cơ cấu chuyển mạch quang đƣợc cấu hình động dựa trên các kết quả lập lịch.

Để tìm 1 bƣớc sóng phù hợp trong rất nhiều bƣớc sóng cho burst đến thì có

vài thuật toán lập lịch kênh dữ liệu đƣợc đề xuất : First Fit Unscheduled Channel

(FFUC), Latest Available Unused Channel (LAUC), Latest Available Unused

Channel with Void Filling (LAUC – VF).

FFUC

Thuật toán FFUC (còn gọi là Horizon) theo dõi thời gian rỗi của mỗi kênh

dữ liệu. Khi 1 CB đến, thuật toán FFUC sẽ tìm trong tất cả các kênh dữ liệu theo 1

thứ tự nhất định và gán burst cho kênh đầu tiên mà rỗi tại thời điểm đến của burst.

Ví dụ về thuật toán FFUC ở hình 1.11, kênh dữ liệu 2 đƣợc chọn cho burst mới bởi

vì kênh số 2 là kênh đầu tiên mà có thời gian rỗi tại thời điểm t của burst mới khi

chúng ta tìm theo thứ tự tăng dần các kênh. Ƣu điểm của thuật toán này là tính

toán đơn giản. Tuy nhiên, thuật toán này cho hiệu quả sử dụng bƣớc sóng thấp và

tỉ lệ tổn hao cao, vì nó tạo ra các khoảng trống giữa các burst trên mỗi kênh dữ

liệu.



Hình 1.11 Minh hoạ thuật toán FFUC

LAUC

So với FFUC thì LAUC tăng hiệu quả sử dụng bƣớc sóng vì nó tạo ra các

khoảng trống tối thiểu giữa câc burst bằng cách lựa chọn kênh dữ liệu rỗi đến kênh

cuối cùng cho mỗi burst dữ liệu đến. Để ví dụ, trong hình 1.12, kênh dữ liệu 2 và

kênh 3 rỗi tại thời điểm đến t của burst mới. Nhƣng kênh dữ liệu 3 sẽ đƣợc chọn

cho burst mới bởi vì khoảng trống đƣợc tạo ra (t – t3 ) trên kênh 3 sẽ nhỏ hơn

khoảng trống (t – t2 ) sẽ đƣợc tạo ra nếu kênh 2 đƣợc chọn. Do đó, thuật toán

LAUC cho hiệu suất tổn hao burst tốt hơn FFUC.

Hình 1.12 Minh hoạ thuật toán LAUC

LAUC – VF

Trong cả hai thuật toán FFUC và LAUC, các khoảng trống giữa 2 burst dữ

liệu nằm trên 1 kênh dữ liệu, chúng là dung lƣợng kênh không đƣợc sử dụng, gây



lãng phí. Thuật toán LAUC – VF thì tƣơng tự nhƣ LAUC nhƣng trong trƣờng hợp

này thì các khoảng trống sẽ đƣợc lấp đầy bởi các burst mới đến.

Trong LAUC – VF, thời gian bắt đầu và thời gian kết thúc của các khoảng

trống trong mỗi kênh dữ liệu đƣợc ghi lại. Ví dụ của thuật toán nhƣ minh hoạ trên

hình 1.13. Giả sử 1 burst dữ liệu mới đến chuyển mạch quang tại thời điểm t với

khoảng thời gian L, bộ lập lịch đầu tiên sẽ tìm các kênh dữ liệu đầu ra mà rỗi trong

chu kì thời gian (t, t +L). Các kênh dữ liệu số 1,2 và 5 là rỗi cho burst dữ liệu đến.

Kênh dữ liệu 2 đƣợc chọn để mang burst dữ liệu mới vì khoảng trống đƣợc tạo ra

giữa burst hiện có và burst dữ liệu đến có giá trị nhỏ nhất.

Hình 1.13 Minh hoạ thuật toán LAUC – VF

Thuật toán LAUC – VF cho hiệu quả sử dụng bƣớc sóng tốt hơn và tốc độ

tổn thất thấp hơn thuật toán LAUC. Tuy nhiên, thuật toán LAUC – VF mất rất

nhiều thời gian xử lí hơn thuật toán LAUC, đặc biệt khi số lƣợng các khoảng trống

lớn đáng kể so với số lƣợng các kênh dữ liệu ( mà điều này thì thƣờng xảy ra).

1.2.2.5 Các giải pháp khắc phục tranh chấp burst:

Khi các burst đi vào mạng lõi OBS bởi các router biên mà không đợi xác

nhận là đã giành trƣớc đƣợc tài nguyên thì 1 burst có thể xảy ra tranh chấp về bƣớc

sóng với các burst khác từ các nguồn khác nhau ở các nút trung gian, khi chúng

muốn chiếm giữ đồng thời củng 1 bƣớc sóng ở cùng 1 cổng ra. Các nút OBS trung

gian phải giải quyết sự tranh chấp có thể xảy ra giữa các burst. Ngoài việc các

burst tranh chấp bị mất thì sự tranh chấp có thể đƣợc giải quyết bằng các cách sau:



Dùng bộ đệm FDL : Burst tranh chấp sẽ bị làm trễ trong 1 chu kì cố

định bằng cách cho đi qua FDL.

Dùng bộ chuyển đổi bƣớc sóng : Burst tranh chấp sẽ bị chuyển sang

bƣớc sóng khác qua bộ chuyển đổi bƣớc sóng.

Định tuyến lệch : Burst tranh chấp sẽ đƣợc gửi đến 1 cổng đầu ra

khác và sau đó định tuyến kế tiếp để đến đích.

Giải pháp tranh chấp Ƣu điểm Nhƣợc điểm

Bộ đệm FDL Đơn giản và chắc chắn Tăng trễ đầu cuối đến

đầu cuối và tăng kích

thƣớc của các nút.

Bộ chuyển đổi bƣớc

sóng

Là giải pháp có hiệu

quả nhất.

Không chắc chắn và đắt

tiền.

Định tuyến lệch Không yêu cầu bổ sung

phần cứng

Các thứ tự đến bị sai

lệch.

Bảng 1.1 So sánh các giải pháp tranh chấp khác nhau

1.3 Kết luận chƣơng

Từ những giới thiệu và đánh giá về những đặc tính của các kỹ thuật chuyển

mạch quang (Định tuyến bƣớc sóng quang, chuyển mạch gói quang, chuyển mạch

burst quang) ở trên, chúng ta thấy rằng chuyển mạch burst quang là một giải pháp

chuyển mạch tốt đầy hứa hẹn trong các mạng quang. Bởi vì chuyển mạch burst

quang có nhiều ƣu điểm vƣợt trội so với các kỹ thuật chuyển mạch khác nhƣ : thời

gian thiết lập thấp, hiệu quả sử dụng băng thông cao và khả năng thích ứng cao đối

với lƣu lƣợng và lỗi, ngoài ra việc thực hiện dễ dàng hơn nhiều so với chuyển

mạch gói quang. OBS cho phép chuyển mạch toàn bộ dữ liệu trong miền quang

bởi các thành phần điều khiển đƣợc đặt trong miền điện.

Nhìn chung trong tƣơng lai gần, chuyển mạch burst quang có khả năng

thuơng mại hơn chuyển mạch gói quang nếu đƣợc thiết kế với yêu cầu không có

bộ đệm quang. Nhiều hãng và trung tâm nghiên cứu trên thế giới đang gia tăng

mối quan tâm đến thiết bị quang, việc triển khai trong tƣơng lai gần các sản phẩm

mạng dựa trên chuyển mạch burst quang là một điều tất yếu.



Các kỹ

thuật

chuyển

mạch

Hiệu quả

sử dụng

băng thông

Mức trễ Đệm quang Xử lý/đồng

bộ hoá mào

đầu

Khả năng

thích ứng

(với lƣu

lƣợng và

lỗi)

WR Thấp Cao Không yêu

cầu

Thấp Thấp

OPS Cao Thấp Yêu cầu Cao Cao

OBS Cao Thấp Không yêu

cầu

Thấp Cao

Bảng 1.2 So sánh ba kỹ thuật chuyển mạch quang

Đồ án tốt nghiệp Chương 2: Chất lượng dịch vụ (QoS)


CHƢƠNG 2 : CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ ( QoS )

2.1 Định nghĩa QoS :

Việc định nghĩa chất lƣợng dịch vụ (QoS) là 1 vấn đề phức tạp, là mức chất

lƣợng mong muốn sẽ truyền tải từ ngƣời sử dụng đến ngƣời sử dụng và từ dịch vụ

đến dịch vụ. Trong các mạng điện thoại tƣơng tự, nhiễu là vấn đề lớn nhất ảnh

hƣởng đến chất lƣợng dịch vụ. Tuy nhiên, vấn đề này đã đƣợc giải quyết hoàn toàn

trong các mạng điện thoại số. Thay vào đó, vấn đề lỗi bit trở thành vấn đề lớn

trong các mạng số do các vấn đề khác nhƣ mất đồng bộ ,mất bít, dịch pha và trôi

pha…Tất cả những vấn đề đó có thể dẫn đến lỗi bít. Trong các mạng gói, các vấn

đề lỗi gói và mất gói là những vấn đề quan trọng bởi vì tất cả những vấn đề khác

của lỗi bít có thể dẫn đến kết quả gây nên lỗi gói và mất gói. Ngoài ra, nếu các

dịch vụ đa phƣơng tiện đƣợc cung cấp qua các mạng gói thì trễ gói và biến động

trễ là vấn đề quan trọng cần đƣợc giải quyết, nguyên nhân gây ra bởi việc xử lí

kích thƣớc gói của các tín hiệu liên tục theo thời gian. Nhƣ vậy, có nhiều tham số

hiệu năng khác nhau ứng với các mạng khác nhau. Các hệ số chính của QoS bao

gồm : tốc độ lỗi bít (BER), tốc độ lỗi gói, trễ của các dịch và sự biến động trễ.

Sau khi chúng ta định nghĩa thuật ngữ QoS, vấn đề tiếp theo sẽ đƣợc giải

quyết là làm thế nào để thực hiện QoS, đó là làm thế nào để vận hành 1 mạng để

đạt đƣợc các yêu cầu QoS mong muốn. Đây là câu hỏi mà chƣa có câu trả lời rõ

ràng. Tuy nhiên, vấn đề thực hiện QoS là vấn đề cần phải thực hiện cẩn thận và kỹ

lƣỡng gắn với các tham số hiệu năng ảnh hƣởng đến QoS. Có 2 sự lựa chọn để giải

quyết vấn đề QoS, hoặc là dự trữ tài nguyên mạng hoặc là sử dụng 1 số loại cơ cấu

có chức năng quản lí lƣu lƣợng thông minh trong mạng. Trong trƣờng hợp thứ

nhất, mạng phải cung cấp nhiều tài nguyên hơn ( tần số hoặc bƣớc sóng) cho mỗi

kết nối so với yêu cầu tối thiểu, nhƣ vậy dung lƣợng cài đặt trong mạng phải lớn

hơn yêu cầu tối thiểu. Trong giải pháp thứ 2 thì ngƣợc lại, các cơ cấu quản lí thông

minh cho phép bộ đệm quản lí. lập lịch và các chức năng khác để cho phép mỗi

ngƣời sử dụng có đƣợc mức QoS mong muốn. Nhƣ vậy, sẽ có 2 giải pháp để giải

quyết vấn đề QoS, tuỳ thuộc vào các nhà quản lí mạng muốn tăng dung lƣợng thực

của mạng hay muốn xây dựng các mô hình quản lí lƣu lƣợng thông minh. Để trả

lời các câu hỏi này thì chúng ta cần xem xét các vấn đề QoS trong mạng IP hay tìm

giải pháp tích hợp trong các mạng IP, ATM, SDH/SONET và WDM. Ví dụ, có

nhiều hƣớng để đạt đƣợc yêu cầu QoS với việc tăng băng thông trong khi đó vẫn

giữ tính thông minh bên trong mạng để đơn giản hoá mạng. Ngƣợc lại, có 1 số



hƣớng khác để đạt đƣợc các yêu cầu QoS với 1 số mô hình thông minh để quản lí

mạng tích hợp nhiều thành phần.

Mạng Internet hiện nay cung cấp dịch vụ trên cơ sở phục vụ theo nỗ lực tối

đa (best – effort). Tức là không có bất cứ một cam kết nào đƣợc đƣa ra từ phía nhà

khai thác về chất lƣợng của dịch vụ. Thay vào đó, tuỳ thuộc vào trạng thái cụ thể

của mạng, mạng chủ sẽ thực hiện những khả năng tốt nhất của mình để phục vụ

lƣu lƣợng của dịch vụ. Đây chính là nguyên nhân chủ yếu thúc đẩy sự nghiên cứu

mạnh mẽ về QoS trên nền mạng IP trong những năm gần đây.

Kiến trúc mạng hiện nay thực hiện phân phối gói theo dịch vụ tốt nhất, các

router thiết kế theo kiểu cũ tức là ngoại trừ lƣu trữ bảng định tuyến, router không

lƣu các thông tin về trạng thái của luồng dữ liệu để hỗ trợ QoS. Trong khi đó xu

hƣớng mạng Internet ngày nay dần trở thành mạng đa dịch vụ và phải đảm bảo

dịch vụ cho rất nhiều ứng dụng khác nhau nhƣ các ứng dụng thời gian thực,

Video,FTP, Web… Mỗi ứng dụng ứng với những ngƣời dùng khác nhau sẽ đòi hỏi

chất lƣợng dịch vụ QoS khác nhau. Chất lƣợng dịch vụ QoS dùng để chỉ đến khả

năng của mạng trong việc cung cấp dịch vụ tốt nhất cho mạng đƣợc chọn với

những kĩ thuật khác nhau nhƣ FrameRelay, ATM, MPLS…hoặc sử dụng tất cả các

kĩ thuật trên. Mục đích chính của việc đƣa ra QoS là cung cấp độ ƣu tiên khác

nhau về băng thông, jitter, độ trễ hoặc tỉ lệ mất gói. Chất lƣợng dịch vụ QoS sẽ

đƣợc áp dụng cho 1 luồng từ nguồn đến đích và sẽ đặt độ ƣu tiên khác nhau cho

các luồng đó. Trong trƣờng hợp mạng bị tắc nghẽn hoặc lỗi thì tuỳ độ ƣu tiên

luồng nào sẽ đƣợc xử lí trƣớc. Với việc sử dụng hàng đợi, khi bị tắc nghẽn, chúng

ta sẽ huỷ luồng có độ ƣu tiên thấp trƣớc khi huỷ luồng có độ ƣu tiên cao. Với việc

sử dụng chính sách hay định khuôn chúng ta sẽ đảm bảo độ ƣu tiên bằng cách

giảm thông lƣợng của luồng khác…Để thực hiện QoS, các thành phần cơ bản để

đảm bảo QoS gồm : Thành phần QoS định dạng và đánh dấu sử dụng cho việc

đánh dấu các gói từ đầu đến cuối khi đi qua giữa các thành phần mạng; thành phần

QoS giữa các thiết bị mạng nhƣ hàng đợi, bộ lập lịch, định khuôn lƣu lƣợng; thành

phần quản lí, chính sách QoS dùng để điều khiển và quản trị lƣu lƣợng từ đầu cuối

đến đầu cuối xuyên suốt mạng.

Có rất nhiều giải pháp đƣợc đƣa ra để đáp ứng cho yêu cầu của ngƣời dùng

và cũng để đạt đƣợc hiệu quả sử dụng tài nguyên lớn nhất với chi phí tối thiểu.Các

giải pháp đƣa ra cả về phần cứng (thay đổi kiến trúc của các router truyền thống)

lẫn phần mềm (xây dựng các giao thức mới) đều dựa trên thông tin về trạng thái

của mạng. Thông tin về trạng thái của mạng đƣợc dùng để chỉ một tập các thông



tin về các luồng dữ liệu, các dịch vụ và việc sử dụng tài nguyên của chúng, và các

cơ chế lƣu lƣợng để cung cấp dịch vụ . Thông tin trạng thái của mạng có thể dựa

trên từng luồng hay dựa trên thông tin của tập các luồng. Các thông tin trạng thái

này khác nhau với các thành phần khác nhau của mạng nhƣ tại các router biên

hoặc lõi. Một tác vụ quan trọng liên quan đến thông tin trạng thái của mạng là

phân loại gói. Sử dụng một số quy luật định nghĩa độ ƣu tiên của gói ( một luồng

hay thông tin của tập các luồng), việc phân loại gói bao gồm việc tìm ra độ ƣu tiên

mà gói đó thuộc về. Thành phần của mạng thực hiện việc phân loại, xác định trạng

thái mạng liên quan, và sau đó thực hiện các giao tác khác nhƣ đƣa vào hàng đợi,

điều khiển…Việc phân loại gói đƣợc thực hiện bởi việc duyệt một hoặc nhiều

trƣờng tiêu đề và kiểm tra dựa trên các quy luật cho luồng hoặc tập các luồng.Việc

đƣa ra định nghĩa về thông tin trạng thái của mạng ở trên để đƣa đến sự phân biệt 2

khuynh hƣớng phát triển mạng hiện nay để cung cấp dịch vụ QoS, đó là mạng lõi

có lƣu trạng thái và mạng lõi không lƣu trạng thái:

Mạng lõi lƣu trạng thái, tức là lƣu thông tin của mỗi luồng tại router

biên và router lõi. Router biên và lõi sử dụng thông tin về từng luồng

để thực hiện các thao tác về điều khiển lƣu lƣợng trên mỗi luồng.

Tuy nhiên, một số tác vụ sẽ phức tạp và không linh động khi số

lƣợng của luồng lớn do phải sử dụng giao thức báo hiệu để thiết lập

tuyến đƣờng và còn vấn đề phân loại các gói tin rất phức tạp. Do đó

giải pháp này không hiệu quả với số lƣợng luồng của mạng rất lớn.

Mạng lõi không lƣu trạng thái thì tuy có lƣu trạng thái của mỗi luồng

nhƣng không lƣu thông tin tập trạng thái tại lõi. Mỗi router biên sẽ

phân loại mỗi luồng thuộc vào tập nào và router lõi chỉ việc áp dụng

chính sách khác nhau với mỗi tập. Với cơ chế này, việc đáp ứng dịch

vụ không tốt bằng việc quản lí thông tin của từng luồng nhƣng cơ

chế này đơn giản và linh động, không cần thiết phải có báo hiệu tại

mỗi luồng và dùng cơ chế phân loại đơn giản.

Dựa vào hai mô hình mạng trên, chúng ta sẽ nghiên cứu hai giải pháp đƣa

ra để đảm bảo chất lƣợng dịch vụ QoS cho mạng lõi, đó là các giải pháp IntServ và

DiffServ.



2.2 IntServ

2.2.1 Kiến trúc IntServ

Tổng quan của phƣơng pháp này là cung cấp mô hình dịch vụ cho Internet,

liên quan tới mô hình truyền thống dựa trên dịch vụ tốt nhất và lớp Internet IP.

Giải pháp này yêu cầu router QoS phải lƣu thông tin của tài nguyên còn lại (dung

lƣợng của liên kết, không gian bộ đệm, khả năng tính toán của bộ chuyển tiếp…)

sau cấp phát cho luồng. Để thực hiện đƣợc điều này router phải xác định và lƣu trữ

thông tin của luồng, và đòi hỏi có sự thay đổi trong mô hình Internet ( trạng thái

mạng chỉ đƣợc lƣu trữ ở đầu cuối).Mục đích của mô hình này là áp dụng cho cả

luồng từ nguồn cho đến đích, luồng này yêu cầu phải đƣợc đảm bảo QoS. Trạng

thái đƣợc cấu hình động trong suốt quá trình thiết lập tuyến đƣờng. Cơ chế này đòi

hỏi phải có cơ chế điều khiển việc chấp nhận luồng và giao thức báo hiệu (giao

thức giành trƣớc tài nguyên).

Hình 2.1 Kiến trúc của IntSev

Hình 2.1 minh hoạ cho kiến trúc của IntServ. Kiến trúc này gồm có 4 thành

phần chính : thành phần phân loại và định tuyến, thành phần lập lịch gói, thành

phần điều khiển việc chấp nhận luồng mới ( ba thành phần này cung cấp việc điều

khiển lƣu lƣợng) và giao thức dành trƣớc tài nguyên RSVP.

Các giao

thức định

tuyến

Giao thức

RSVP

Thành

phần quản

lý

Điều khiển

chấp nhận

luồng

Cơ sở dữ liệu

định tuyến

Cơ sở dữ liệu

điều khiển lƣu

lƣợng

Phân loại và

định tuyến

Bộ lập lịch

gói Hàng đợi

best effort

Hàng đợi

QoS



Thành phần phân loại và định tuyến (Classifier and router selection) :

có chức năng phân loại các gói của 1 luồng cho trƣớc (hoặc của 1

tập) để sử dụng bởi thành phần lập lịch và định tuyến cho các gói

dựa vào cơ sở dữ liệu định tuyến (Routing database) và các giao thức

định tuyến (Routing protocols).

Thành phần lập lịch (Packet scheduler) : quản lí việc chuyển tiếp các

gói khác nhau sử dụng hàng đợi và bộ định thời. Thành phần điều

kiện đƣợc thực hiện tại biên của mạng và đƣợc xem là một thành

phần của bộ lập lịch gói.

Thành phần điều khiển việc chấp nhận luồng (Admission control)

thực thi các thuật toán tại các router để xác định xem một luồng mới

có đƣợc chấp nhận hay không. Thành phần điều khiển chấp nhận

luồng thực hiện chấp nhận/quyết định cục bộ tại thời điểm router yêu

cầu dịch vụ dọc theo tuyến đƣờng. Thành phần này không chỉ thực

hiện việc quyết định có hay không mà nó còn thông báo cho ứng

dụng yêu cầu về QoS thấp hơn có thể đƣợc đáp ứng.

Giao thức giành tài nguyên RSVP(Reservation protocol) : RSVP có

thể mang dịch vụ yêu cầu và đáp ứng tƣơng ứng của thành phần chấp

nhận luồng từ máy tính đến router, từ router đến router và từ router

đến máy đích. RSVP sử dụng 6 thông điệp, thông điệp “Resv” mang

tham số dịch vụ, thông điệp “Path” bắt đầu từ nguồn và đƣợc gửi đến

đích. Mục đích chính của nó là để router biết trên kết nối nào sẽ

chuyển tiếp thông điệp giành tài nguyên( nó cũng bao gồm định

nghĩa về đặc điểm lƣu lƣợng của luồng).Thông điệp Error đƣợc sử

dụng khi việc giành tài nguyên thất bại. RSVP không phải là 1 giao

thức định tuyến do đó nó không cần xác định liên kết nào sẽ đƣợc

dùng để giành trƣớc mà nó dựa vào các giao thức định tuyến bên

dƣới để xác định tuyến đƣờng cho 1 luồng. Một khi tuyến đƣờng

đƣợc xác định, RSVP bắt đầu thực hiện việc giành trƣớc tài nguyên.

Trong suốt quá trình thiết lập để giành tài nguyên, RSVP phải đƣợc

thông qua khối điều khiển về chính sách và khối quản lí về việc chấp

nhận tuyến đƣờng. Khối điều khiển về chính sách xác định xem

ngƣời dùng có đủ thẩm quyền để giành đƣợc tài nguyên hay không.

Thành phần chấp nhận tuyến đƣờng xác định xem nút đó có đủ tài

nguyên để cung cấp cho yêu cầu QoS hay không. Nếu cả hai bƣớc



kiểm tra đều tốt, các tham số đƣợc thiết lập trong bộ phân loại gói và

trong bộ lập lịch để đạt đƣợc QoS mong muốn. Tiến trình này đƣợc

thực hiện tại mọi router và máy tính dọc theo tuyến đƣờng. Nếu có

xảy ra lỗi, thông điệp RSVP “Error” đƣợc tạo và quảng bá cho mỗi

nút.Một đặc điểm quan trọng của RSVP là việc giành tài nguyên

đƣợc thực hiện bởi “trạng thái mềm”. Có nghĩa là trạng thái giành tài

nguyên có liên quan đến 1 bộ dịnh thời, và khi bộ định thời hết hạn,

việc giành trƣớc tài nguyên đƣợc loại bỏ.Nếu nơi nhận muốn lƣu lại

trạng thái giành tài nguyên nào, nó phải đều đặn gửi các thông điệp

giành tài nguyên. Nơi gửi cũng phải thƣờng xuyên gửi các thông

điệp này.

Mô hình dịch vụ IntServ cung cấp 2 loại dịch vụ khác nhau ngoài dịch vụ

nỗ lực tối đa (best effort) :

Dịch vụ đảm bảo GS (Guaranteed Service) áp dụng cho các

dịch vụ với độ trễ của dịch vụ đƣợc xác định trƣớc.

Dịch vụ đảm bảo điều khiển tải CLS(Controlled-Load

Service) áp dụng cho các dịch vụ với độ trễ của dịch vụ với

đặc điểm thống kê.

2.2.2 Nguyên lí điều khiển luồng của IntServ

Cốt lõi của IntServ là sự áp dụng các biện pháp hữu hiệu đảm bảo QoS cho

từng luồng IP. Luồng IP là một chuỗi gói IP có chung 5 tham số giống nhau : địa

chỉ IP đầu gửi, địa chỉ IP đầu nhận, số thứ tự của cổng gửi, số thứ tự của cổng

nhận, loại hình của giao thức đƣợc sử dụng trên lớp truyền tải ( TCP hay UDP) cho

luồng IP đang đƣợc xét.

Một mạng IntServ chứa các bộ định tuyến biên và các bộ định tuyến lõi.

Trƣớc khi bắt đầu truyền dữ liệu của 1 luồng IP, đầu gửi thông báo một số số liệu

liên quan đến lƣu lƣợng sẽ đƣợc chuyển ( nhƣ tốc độ gửi lƣu lƣợng trung bình của

đầu gửi,độ lớn cho phép của những cụm bùng phát lƣu lƣợng) cho bộ định tuyến

biên. Bên cạnh đó, đầu gửi cũng chuyển đến cho bộ định tuyến biên yêu cầu QoS

của luồng IP. Những số liệu lƣu lƣợng và QoS sẽ đƣợc bộ định tuyến biên sử dụng

để tính ra dung lƣợng cần thiết cho luồng IP đang đƣợc quan tâm. Có nhiều

phƣơng pháp để tính dung lƣợng, chẳng hạn áp dụng mô hình điều chỉnh lƣu lƣợng

mạng mang tên thùng dò (leaky bucket) là một cách phổ biến. Sau đó, giao thức

báo hiệu RSVP sẽ làm nhiệm vụ xác định đƣờng truyền ( kết hợp với các giao thức



định tuyến cài đặt tại các bộ định tuyến) và chiếm giữ dung lƣợng dọc đƣờng

truyền cho luồng IP. Xây dựng đƣờng truyền đƣợc thực hiện với bản tin “PATH”

của giao thức RSVP. Sự chiếm giữ dung lƣợng đƣợc thực hiện với bản tin

“RESV”, bắt đầu từ bộ định tuyến biên đầu nhận và chạy ngƣợc trở lại dọc theo

đƣờng truyền cho tới bộ định tuyến biên đầu gửi.

Hình 2.2 minh hoạ nguyên lí của IntServ. Giao thức báo hiệu RSVP sẽ đƣa

ra quyết định luồng IP từ nút từ nút H1 đến nút H2 có thể đƣợc mạng IntServ phục

vụ hay không. Trƣớc hết, RSVP xác định và xây dựng đƣờng truyền cho luồng IP

bằng tin PATH. Đƣờng truyền này đi qua các bộ định tuyến R1, R2, R3. Tiếp đó

dung lƣợng sẽ đƣợc chiếm giữ cho đƣờng truyền theo chiều từ nút nhận ngƣợc trở

lại nút gửi. Sự chiếm giữ đƣợc thực hiện bằng tin RESV của giao thức RSVP. Nếu

sự chiếm giữ thành công tại tất cả các bộ định tuyến R3, R2, R1, luồng IP bắt đầu

đƣợc phục vụ. Nếu tại bất cứ bộ định tuyến nào, sự chiếm giữ không thực hiện

đƣợc do thiếu dung lƣợng cần thiết, giao thức RSVP sẽ dựa vào kết quả này để

chặn luồng IP.

Hình 2.2 Nguyên lí điều khiển của IntServ

Nếu sự chiếm giữ dung lƣợng tại tất cả các bộ định tuyến dọc đƣờng truyền

đều thành công, các gói của luồng IP bắt đầu đƣợc truyền tải từ đầu gửi đến đầu

nhận. Trong trƣờng hợp bất cứ một liên kết nào dọc đƣờng truyền không có đủ

dung lƣợng cần thiết, quá trình chiếm giữ sẽ bị ngừng và thông tin về sự chiếm giữ

không thành công sẽ đƣợc chuyển đến đầu gửi bằng bản tin ERROR của RSVP.

Luồng IP sẽ bị chặn không đƣợc phục vụ. Cần lƣu ý là ngay cả khi đƣờng truyền



đƣợc xây dựng thành công, trong quá trình truyền tải các gói của luồng IP, cần

thiết phải có sự kiểm tra dung lƣợng đƣợc chiếm giữ một cách định kì, đều đặn

nhờ giao thức báo hiệu RSVP để đảm bảo trạng thái đƣợc dùng số dung lƣợng cần

thiết dọc theo đƣờng truyền. Để thực hiện quá trình chiếm giữ dung lƣợng, cũng

nhƣ kiểm tra trạng thái chiếm giữ liên quan đến từng luồng IP, mỗi bộ định tuyến

trong cơ chế IntServ cần phải lƣu trữ tất cả các dữ liệu về đặc tính cập nhật của tất

cả các luồng gói đang tồn tại trong mạng. Đồng thời tất cả các bộ định tuyến phải

có chức năng hoạt động đƣợc cùng với giao thức RSVP.

2.2.3 Nhƣợc điểm của IntServ

Mặc dù cấu trúc IntServ có ƣu điểm là sự đảm bảo chặt chẽ các yêu cầu

QoS của từng luồng IP, nhƣng nhƣợc điểm lớn căn bản của nó là không có tính áp

dụng rộng cao. Điều này xuất phát từ thực tế là một bộ định tuyến bình thƣờng

trong mạng IP ngày nay phải xử lí cùng một lúc số lƣợng rất lớn các luồng IP.Con

số này có thể lên tới vài trăm nghìn, hoặc thậm chí hàng triệu. Vì thế, lƣu

trữ,truyền tải và xử lí thông tin cho từng luồng IP tạo ra một lƣu lƣợng báo hiệu

khổng lồ, làm giảm đáng kể hiệu suất hoạt động của bộ định tuyến. Nhƣợc điểm

này là nguyên nhân vì sao cấu trúc IntServ chỉ có tính khả thi trong các mạng có

tầm bao phủ nhỏ. Với mạng IP trải rộng toàn cầu nhƣ mạng Internet hiện nay,

trông đợi sự đầu tƣ và đƣa vào hoạt động phổ biến của cấu trúc IntServ là không

thực tế.

2.3 DiffServ

Nhận ra sự hạn chế về tính áp dụng rộng của InServ, tổ chức IETF đề xuất

cấu trúc DiffServ nhƣ một giải pháp QoS có tính khả thi cao hơn. Trong cấu trúc

DifServ, các bộ định tuyến đƣợc chia làm 2 loại. Các bộ định tuyến biên nằm ở

đƣờng vành của tổ chức mạng có chức năng DiffServ. Các bộ định tuyến nằm bên

trong tổ chức mạng có chức năng DiffServ đƣợc gọi là các bộ định tuyến lõi. Nhƣ

đã trình bày ở trên, nếu là tổ chức mạng có chức năng IntServ, dù bộ định tuyến là

lõi hay biên, chúng đều bắt buộc phải có khả năng xử lí từng luồng IP. Điểm khác

cơ bản của cấu trúc DiffServ là chỉ có các bộ định tuyến biên cần khả năng này.

Với các bộ định tuyến lõi, thay vì phải xử lí với số lƣợng rất lớn các luồng gói IP

nhƣ trong cấu trúc IntServ,thì chỉ phải xử lí một vài luồng IP tổng trong cấu trúc

DiffServ. Luồng IP tổng chứa tất cả các gói của các luồng IP thuộc về cùng một

chủng loại. Do chỉ cần định nghĩa một vài chủng loại cơ bản nên yêu cầu đối với

các bộ định tuyến lõi trở nên đơn giản hơn rất nhiều.



2.3 1 Các thành phần của kiến trúc DiffServ

Kiến trúc DiffServ bao gồm 1 số các thành phần nhƣ : DSCP, PHB, miền

DiffServ, nút biên DiffServ và nút lõi DiffServ.

2.3.1.1 DSCP

DSCP (Differentiated services code point) là cơ sở của kiến trúc DiffServ.

Nó đƣợc đặt trong mỗi mào đầu của gói IP, để chỉ thị loại hoặc mức dịch vụ mà

gói đƣợc nhận. DSCP sử dụng trƣờng TOS (type of service) trong mào đầu IPv4

hoặc trƣờng lƣu lƣợng 8 bít trong mào đầu IPv6. Mặc dù cả 2 trƣờng này có chiều

dài 8 bít nhƣng DSCP chỉ sử dụng 6 bít, 2 bít còn lại đƣợc dự trữ. Việc sử dụng

DSCP để quyết định mức dịch vụ là phƣơng pháp có nhiều ƣu điểm. Đầu tiên, nó

làm cho số lƣợng trạng thái đƣợc lƣu trữ trong các router lõi đƣợc giảm đến nhỏ

nhất, bằng với số của các DSCP. Có nghĩa là số lƣợng trạng thái phân loại đƣợc

lƣu trữ trong các router lõi là rất nhỏ. Sử dụng DSCP là 1 phƣơng pháp của sự hợp

nhất lƣu lƣợng vì trạng thái của luồng con không cần đƣợc duy trì trong các router

lõi, chúng đƣợc chuyển sang cho các router biên. Đồng thời, các router biên phải

hỗ trợ 1 số lƣợng lớn các trạng thái này. Tuy nhiên, điều này không phải là vấn đề

lớn vì các router biên nằm ở biên của mạng, là nơi mà tốc độ lƣu lƣợng là không

cao. Do đó, việc sử dụng giá trị DSCP trong các mào đầu cho phép cung cấp các

loại dịch vụ khác nhau.

2.3.1.2 PHB

Giá trị của PHB (per – hop – behavior) sẽ cho biết 1 gói sẽ đƣợc xử lí nhƣ

thế nào khi nó đến đƣợc 1 nút. PHB đƣợc chọn dựa trên giá trị DSCP của gói đến.

Phụ thuộc vào loại của dịch vụ yêu cầu, PHB có 3 loại khác nhau : PHB mặc định,

PHB chuyển đảm bảo (AF) và PHB chuyển nhanh (EF)

2.3.1.3 Miền DiffServ

Miền DiffDerv là một miền đơn trong đó có sử dụng cơ cấu DiffServ để

cung cấp QoS từ biên đến biên, bao gồm các nút DiffServ liên tiếp nhau dƣới sự

điều khiển của thực thể quản lí. Mỗi miền DiffServ thông thƣờng gồm có 1 số các

nút biên DiffServ (boundary node) và các nút lõi DiffServ (interior node). Hình 2.3

minh hoạ cho kiến trúc của 1 miền DiffServ.



Hình 2.3 Miền DiffServ

2.3.1.4 Nút biên DiffServ

Nút biên DiffServ là nút nằm trên biên của miền DiffServ. Phụ thuộc vào

hƣớng của lƣu lƣợng đi vào hay đi ra miền DiffServ mà nút biên có thể đƣợc chia

thành nút vào DiffServ hay nút ra DiffServ. Nút biên DiffServ thực hiện nhiệm vụ

mang lƣu lƣợng đi vào hoặc đi ra khỏi mạng và là nơi tập trung hầu hết các chức

năng phức tạp của kiến trúc DiffServ. Các gói khi đến nút biên thì đƣợc phân tích

và cấp cho các giá trị DSCP. Hình 2.4 cho thấy cấu trúc của 1 nút biên DiffServ,

bao gồm 1 bộ phân loại (Classifier), bộ đo (Meter), bộ đánh dấu (Marker) và bộ

điều khiển (Policer).

Hình 2.4 Cấu trúc của nút biên DiffServ



2.3.1.5 Nút lõi DiffServ

Nút lõi DiffServ là nút nằm bên trong miền DiffServ. Phụ thuộc vào các

nhóm PHB đƣợc hỗ trợ trong miền DiffServ, nó có thể truyền tải các gói dựa vào

DSCP. Một nút lõi có thể hạn chế luồng lƣu lƣợng đi qua nó. Nhƣ minh hoạ trong

hình 2.5, một nút lõi DiffServ thƣờng gồm một bộ phân loại BA (behavior

aggregate), các bộ đệm khác nhau cho mỗi lớp dịch vụ (EF, AF, BE) và một bộ lập

lịch (scheduler). Bộ phân loại BA phân tích tất cả các gói đến và đặt chúng trong

hàng đợi tƣơng ứng dựa trên các giá trị DSCP. Phụ thuộc vào PHB nào đƣợc lựa

chọn, sơ đồ khác nhau đƣợc sử dụng cho quản lí bộ đệm hoặc bộ lập lịch. Với lớp

dịch vụ AF, sơ đồ quản lí hàng đợi đƣợc kích hoạt với trên 3 độ ƣu tiên khác nhau,

có thể là RIO, WRED, FRED. Với lớp dịch vụ EF, là lớp mà các gói phải đảm bảo

trễ nhỏ nhất. Do đó, một hàng đợi với độ ƣu tiên cố định hoặc bộ lập lịch WRR với

độ ƣu tiên đƣợc đặt cao nhất.

Hình 2.5 Cấu trúc của nút lõi DiffServ

2.3.2 Quá trình thực hiện DiffServ

Cơ chế DiffServ đƣa ra sự phân loại cho 3 loại hình dịch vụ: dịch vụ ƣu

tiên, dịch vụ đảm bảo và dịch vụ ứng biến theo khả năng tối đa. Dịch vụ cuối cùng

chính là dịch vụ đang đƣợc cung cấp bởi mạng Internet hiện nay. Ứng với mỗi loại



dịch vụ, DiffServ định nghĩa cách thức xử lí các gói IP tại các bộ định tuyến lõi.

Nói cách khác, tại các bộ định tuyến lõi, các gói IP sẽ đƣợc xử lí tƣơng ứng với

loại dịch vụ của chúng. Gói IP của dịch vụ ƣu tiên nhận đƣợc cách xử lí chuyển

nhanh (EF – PHB Expedited Forwarding – Per Hop Behaviour), còn gói IP của

dịch vụ đảm bảo thì nhận đƣợc cách xử lí chuyển đảm bảo (AF – PHB Assured

Forwarding – Per Hop Behaviour).

Nguyên lí hoạt động của cấu trúc DiffServ bao gồm những điểm cơ bản sau.

Khi bắt đầu đi vào mạng DiffServ mà trực tiếp là tại bộ định tuyến biên, gói IP sẽ

đƣợc phân loại. Bộ định tuyến biên thực hiện việc phân loại bằng cách kiểm tra mã

DSCP (DiffServ Code Point) chứa chủng loại dịch vụ nằm trong phần đầu gói

cùng với một số dữ liệu khác liên quan đến luồng của gói IP (nhƣ địa chỉ đầu gửi,

địa chỉ đầu nhận).

Sau khi chủng loại của gói IP đƣợc xác định, bộ định tuyến biên sẽ áp dụng

một số giải pháp điều chỉnh tiếp theo cho gói nếu cần thiết. Lí do là gói IP cần phải

tuân theo những tính chất đã đƣợc định nghĩa trƣớc cho chủng loại của nó. Những

tính chất này có thể là mức cực đại của lƣu lƣợng, biên độ cho phép của sự bùng

phát của lƣu lƣợng và một số đại lƣợng khác.Tuỳ thuộc vào mức độ tuân thủ cụ thể

của gói IP và mức độ chặt chẽ của DiffServ, giải pháp đƣợc bộ định tuyến biên sử

dụng có thể là đánh dấu gói, điều chỉnh gói ( bao gồm loại bỏ gói, hoặc làm trễ gói

một thời gian nhất định trƣớc khi chuyển tiếp ).Những tác động liên quan này

mang mục đích nắn lại tính chất của luồng lƣu lƣợng cho phù hợp với những tính

chất đã đƣợc định nghĩa trƣớc.

Tại bộ định tuyến lõi, gói IP sẽ đƣợc xử lí trên cơ sở duy nhất là chủng loại

của nó. Bộ định tuyến lõi chỉ có nhiệm vụ kiểm tra chủng loại của gói IP và đơn

giản chuyển tiếp IP theo cách chủng loại đó đƣợc nhận, bao gồm định tuyến cho

gói, hoặc xếp gói vào bộ đệm thích hợp nếu cần thiết. Ví dụ, khi đƣờng kết nối đầu

ra của bộ định tuyến không truyền tải kịp lƣu lƣợng đầu vào, các gói IP đƣợc xác

định thuộc vào dịch vụ ƣu tiên sẽ đƣợc xếp vào một bộ đệm riêng với các gói IP

của dịch vụ đảm bảo. Chỉ khi nào các gói trong bộ đệm của dịch vụ ƣu tiên đƣợc

đƣờng kết nối phục vụ hết thì các gói IP trong bộ đệm của dịch vụ đảm bảo mới

bắt đầu đƣợc truyền tải.

Tuy khắc phục đƣợc nhƣợc điểm về tính áp dụng rộng của IntServ, nhƣng

ngƣợc lại DiffServ chỉ có khả năng đảm bảo QoS cho luồng IP tổng. Nhiều nghiên

cứu, mô phỏng và đo đạc trên các mạng DiffServ thử nghiệm đã chỉ ra và chứng

minh rằng ngay cả khi các tham số QoS của luồng IP tổng đƣợc đảm bảo thì các



tham số QoS của các luồng IP tạo nên luồng tổng hoàn toàn có thể bị thay đổi

ngoài mức cho phép. Phƣơng pháp phổ biến để tránh hiện tƣợng này là sử dụng

thêm các thuật toán điều chỉnh đầu vào (CAC – Connection Admission Control )

của các luồng IP. Nguyên tắc chung của điều khiển đầu vào là chỉ phục vụ luồng

IP mới nếu thực trạng tức thời của mạng đảm bảo đƣợc cùng lúc hai điều kiện :

luồng IP mới sẽ nhận đƣợc các tham số QoS khách quan đúng theo yêu cầu, và các

tham số QoS khách quan của các luồng IP đang tồn tại sẵn trong mạng không bị

tổn phá ngoài mức cho phép bởi sự xuất hiện của luồng IP mới.

Có hai phƣơng pháp chính có thể tuân theo khi triển khai thuật toán điều

chỉnh đầu vào trên nền mạng DiffServ. Phƣơng pháp thứ nhất là điều chỉnh dùng

cấu trúc Broker dung lƣợng (BB – Bandwidth Broker). Phƣơng pháp thứ hai là

điều chỉnh dựa vào các kết quả đo đạc, giám sát trạng thái của mạng. Ở phƣơng

pháp thứ nhất, một thiết bị đặc biệt đƣợc gọi là Broker dung lƣợng đƣợc lắp đặt

(Hình 2.6 ). Vì chứa các tập dữ liệu luôn đƣợc làm mới và bổ sung nhờ sự báo hiệu

đều đặn, ở bất cứ thời điểm nào Broker dung lƣợng đều có cái nhìn cụ thể và chính

xác về thực trạng dung lƣợng mạng. Khi một luồng IP mới muốn đi vào mạng

DiffServ, bộ định tuyến biên nơi luồng IP xuất hiện sẽ báo hiệu với Broker dung

lƣợng. Nhận đƣợc báo hiệu, Broker dung lƣợng sẽ xác định đƣờng truyền cho

luồng IP qua mạng DiffServ, đồng thời kiểm tra xem dung lƣợng mạng dọc đƣờng

truyền vừa xác định có đủ theo yêu cầu QoS của luồng IP hay không.Trƣờng hợp

có đủ dung lƣợng, luồng IP sẽ đƣợc đón nhận. Nếu không đủ dung lƣợng, Broker

dung lƣợng sẽ tìm một đƣờng truyền khác và lặp lại quá trình kiểm tra dung lƣợng

đƣờng truyền. Nếu không có đƣờng truyền nào thoã mãn đƣợc nhu cầu dung

lƣợng, luồng IP mới sẽ bị từ chối và không đƣợc truyền tảỉ qua mạng DiffServ.

Hình 2.6 minh hoạ điều chỉnh đầu vào dùng Broker dung lƣợng. Khi luồng

gói IP muốn đi từ đầu H1 đến đầu H2 qua mạng DiffServ, bộ định tuyến biên R1 sẽ

thông báo yêu cầu nhập mạng của luồng IP cho Broker dung lƣợng. Broker dung

lƣợng xác định đƣờng truyền R1 – R2 – R3 từ H1 đến H2 cho luồng IP và thực hiện

thuật toán điều chỉnh đầu vào (CAC trên hình vẽ) bằng cách kiểm tra dung lƣợng

dọc đƣờng truyền này. Nếu đủ dung lƣợng cho yêu cầu QoS của luồng IP, lƣu

lƣợng của nó sẽ bắt đầu đƣợc truyền tải qua mạng DiffServ.



Hình 2.6 DiffServ và điều chỉnh đầu vào với Broker dung lượng

Phƣơng pháp thứ hai để điều chỉnh đầu vào dựa vào những kết quả đo đạc

và giám sát mạng. Trong phƣơng pháp này, bộ định tuyến biên có khả năng tự

quyết định từ chối hay chấp nhận truyền tải dữ liệu của luồng IP mới. Để làm đƣợc

điều này, tất nhiên cần có sự phân tích hợp lí các kết quả đo đạc đƣợc thu thập.

2.3.3 Các vấn đề trong việc khiển khai DiffServ

Hiện nay, cấu trúc DiffServ vẫn chỉ đƣợc triển khai chủ yếu với quy mô

nhỏ, có tầm cỡ thử nghiệm trong các phòng thí nghiệm của các tổ chức nghiên

cứu. Mặc dù có những ƣu điểm nhất định đƣợc nhắc đến ở trên, nhƣng DiffServ

vẫn chƣa đƣợc các nhà cung cấp dịch vụ triển khai trong mạng của họ. Ngoài

nguyên nhân đằng sau sự cần thiết phải đầu tƣ nâng cấp mạng, thiếu động lực triển

khai do tính tiện lợi của cung ứng thừa lƣu lƣợng cũng lí giải cho hiện tƣợng này.

Cho dù quá trình nghiên cứu và thử nghiệm các giải pháp QoS trên nền

mạng IP Internet diễn ra với cƣờng độ cao trong những năm gần đây, dƣờng nhƣ

nó chƣa đủ sức thuyết phục đối với các nhà cung cấp dịch vụ. Một thực tế là chƣa

có giải pháp nào thực sự đƣợc đƣa vào sử dụng với quy mô lớn. Thay vào đó, hầu

nhƣ tất cả các nhà khai thác mạng lõi đều áp dụng giải pháp cung ứng thừa lƣu

lƣợng để giải quyết vấn đề QoS. Cung ứng thừa lƣu lƣợng có nghĩa là tất cả các

đƣờng kết nối trong mạng đƣợc trang bị dung lƣợng lớn hơn gấp nhiều lần lƣu

lƣợng thực tế đi qua chúng. Giải pháp này có tính khả thi cao nhờ vào sự phát triển



nhanh chóng của công nghệ truyền dữ liệu qua cáp quang, đặc biệt là sự ứng dụng

của công nghệ ghép kênh theo bƣớc sóng quang DWDM. Đầu tƣ mua dung lƣợng

vì thế không còn quá đắt đỏ. nhất là đối với những công ty tầm cỡ lớn đang điều

hành mạng lõi.

Khi đƣợc kết hợp với phân loại gói IP theo mẫu của cấu trúc DiffServ, cung

ứng thừa lƣu lƣợng càng tăng thêm tính thuyết phục. Thứ nhất là với nhu cầu thực

tế hiện nay của khách hàng sử dụng, thực chất chúng ta chỉ cần phân biệt 2 loại gói

IP chính : các gói của các dịch vụ thời gian thực (thoại qua Internet, video qua

Internet) và các gói của các dịch vụ còn lại. Các dịch vụ thời gian thực đòi hỏi độ

trễ, tỉ lệ mất gói và độ biến thiên trễ nhỏ. Các dịch vụ còn lại ( nhƣ chuyển các tập

tin,thƣ điện tử ) có yêu cầu QoS đỡ khắt khe hơn và thƣờng chấp nhận đƣợc trễ gói

và mất gói ở mức độ nhất định. Rất thuận lợi là các bộ định tuyến đang đƣợc lƣu

hành đã có sẵn khả năng cơ bản, phân loại các gói IP thành 2 nhóm. Điều đó có

nghĩa là không cần thiết phải thực hiện một thay đổi và nâng cấp đáng kể nào cho

các thiết bị mạng sẵn có. Thứ hai, kết quả đo đạc trong các mạng đang vận hành

đều xác nhận rằng lƣu lƣợng của các dịch vụ thời gian thực chỉ chiếm một tỉ lệ nhỏ

trên toàn bộ lƣu lƣợng mạng, khoảng 10 – 15%. Nhƣ vậy, với nguyên lí phân loại

gói và gán sự ƣu tiên tuyệt đối cho các gói của dịch vụ thời gian thực, hiệu suất sử

dụng (tỉ lệ giữa lƣu lƣợng đƣợc chuyển qua và dung lƣợng của đƣờng kết nối) của

bất cứ đƣờng kết nối nào trong mạng theo phƣơng diện của dịch vụ thời gian thực

sẽ chỉ ở mức độ 10 – 15%. Vì thế, chất lƣợng của loại hình dịch vụ này chắc chắn

đƣợc đảm bảo ở mức cao. Những phép đo đạc và kiểm tra mạng đã chứng minh

rằng khi hiệu suất sử dụng của các đƣờng kết nối trong mạng đƣợc giữ ở mức thấp

(ví dụ nhƣ dƣới 15%) tỷ lệ mất gói hầu nhƣ bằng 0, và độ trễ gói cũng nhƣ độ biến

thiên trễ chỉ ở mức độ vài mili giây. Thậm chí khi hiệu suất đƣờng liên kết đƣợc

giữ ở mức dƣới 50%, độ trễ mỗi gói IP phải chịu ở một nút mạng (bộ định tuyến)

cũng chỉ vào khoảng 1 – 2ms. So sánh gía trị này với 150ms, giá trị cho phép lớn

nhất dành cho độ trễ đầu cuối - đầu cuối của dịch vụ VoIP, ta thấy rằng đảm bảo

đƣợc QoS là sự hiển nhiên, vì một liên kết VoIP thƣờng chỉ đi qua không quá 10

nút mạng. Thực trạng này đặt ra câu hỏi tại sao cần phải tốn nhiều công sức và tài

trợ để nghiên cứu, khám phá và thử nghiệm những giải pháp QoS phức tạp, khi mà

chỉ cần đơn giản cung ứng thừa dung lƣợng cho mạng là mọi vấn đề đƣợc giải

quyết ổn thoả?

Để đảm bảo cung ứng thừa dung lƣợng đúng lúc cần thiết, nhà khai thác

dịch vụ cần theo sát đƣợc chiều hƣớng thay đổi của lƣu lƣợng mạng. Điều này có



đƣợc khi cung ứng thừa dung lƣợng đƣợc kết hợp chặt chẽ với việc thực hiện đo

kiểm, phân tích cũng nhƣ dự đoán lƣu lƣợng mạng. Cần làm rõ rằng cung ứng thừa

lƣu lƣợng tuy có ƣu điểm đơn giản và mức độ đảm bảo QoS theo yêu cầu tốt,

nhƣng giải pháp này chỉ có tính khả thi cao đối với những nhà khai thác dịch vụ

mạng lõi tầm cỡ, chịu đƣợc mức đầu tƣ lớn.Ngoài ra, một số nguyên nhân khác

cũng góp phần cản trở sự khả thi của phƣơng pháp này. Một mặt, lƣu lƣợng qua

mạng ngày càng có xu hƣớng tăng nhanh theo thời gian. Thực trạng này đòi hỏi sự

nâng cấp ngày càng thƣờng xuyên của dung lƣợng mạng. Mặt khác, một trở ngại

lớn của cung ứng thừa lƣu lƣợng là do nhiều yếu tố khách quan, dung lƣợng sẽ

không đƣợc cung ứng nhanh nhƣ mong đợi mỗi khi có nhu cầu thêm. Thực tế

trong hoạt động của các nhà khai thác mạng quy mô lớn với nhiều chi nhánh

phòng ban khác nhau, thời gian từ lúc chi nhánh chịu trách nhiệm quy hoạch mạng

quyết định cần tăng thêm dung lƣợng cho đƣờng kết nối đến thời điểm chi nhánh

chịu trách nhiệm đặt thêm cáp quang triển khai nhiệm vụ đó có thể lên đến hàng

tháng. Ngay cả trong trƣờng hợp dung lƣợng có thể ngày càng trở nên rẻ hơn, vì lí

do kinh tế, các nhà khai thác dịch vụ vẫn muốn giảm đến mức tối thiểu mức cung

ứng thừa và mật độ nâng cấp sự cung ứng. Đây cũng là một trong những nhân tố

không khuyến khích sự áp dụng của giải pháp cung ứng thừa dung lƣợng. Hơn

nữa, khi QoS đầu cuối - đầu cuối là tiêu chí, cần chú ý là đƣờng truyền lƣu lƣợng

không chỉ đi qua mạng lõi mà còn đi qua cả mạng truy nhập. Vì mạng truy nhập

đƣợc khai thác bởi các nhà cung cấp dịch vụ tầm cỡ nhỏ, và tài nguyên mạng tối

đa trong nhiều trƣờng hợp là giới hạn ( ví dụ trên nền mạng truy nhập vô tuyến,

đƣờng kết nối không dây chỉ có đƣợc dung lƣợng tối đa cố định và không thể tăng

thêm) nên khả năng cung ứng thừa dung lƣợng là không thể thực hiện đƣợc. Vì

thế, cung ứng thừa dung lƣợng không giải quyết đƣợc vấn đề QoS và chúng vẫn

tiếp tục cần đƣợc xem xét và nghiên cứu.

2.4 Kết luận chƣơng :

Chúng ta vừa tìm hiểu và đánh giá những giải pháp đảm bảo chất lƣợng

dịch vụ (QoS) trên nền mạng IP. Liên quan đến tính khả thi và triển khai trên quy

mô lớn, mỗi giải pháp cho IP QoS đƣợc xem xét đều có những ƣu điểm và khuyết

điểm riêng. Đó cũng là lý do tại sao mặc dù quá trình nghiên cứu và thử nghiệm

các giải pháp QoS này đã đƣợc bắt đầu và theo đuổi gần hai thập kỷ qua, nhƣng

chƣa giải pháp nào thật sự có đƣợc sự áp dụng rộng rãi với quy mô mang tính toàn

cầu. Vấn đề còn nằm ở chỗ, sự phổ biến của bất kì giải pháp nào không chỉ phụ

thuộc vào những tính chất kỹ thuật của nó, mà còn chịu sự chi phối mang tính



quyết định của các yếu tố không kém phần quan trọng khác nhƣ nhu cầu thị

trƣờng, các bộ luật hành chính liên quan đến viễn thông, sự hƣởng ứng của các nhà

cung cấp dịch vụ. Phát triển, chọn lựa, và tích hợp sự hoạt động của các giải pháp

QoS nào cho hợp lý vẫn luôn là đề tài làm việc và tranh luận mang tính cấp thiết

không chỉ trên lĩnh vực nghiên cứu mà của cả những công ty viễn thông, cũng nhƣ

của các nhà cung cấp dịch vụ.Chúng ta hãy cùng chờ đợi và theo dõi những bƣớc

tiến mới trong lĩnh vực này.

Đồ án tốt nghiệp Chương 3: IP qua mạng WDM


CHƢƠNG 3 : TRUYỀN TẢI IP QUA MẠNG WDM

3.1 Tích hợp IP và các mạng quang

Giao thức Internet (IP) đã trở thành giao thức chuẩn phổ biến cho các dịch

vụ mạng mới, do đó lƣu lƣợng IP sẽ tăng nhanh và thay thế các loại giao thức

khác. Trong khi IP đƣợc xem nhƣ công nghệ lớp mạng phổ biến thì công nghệ

quang tiên tiến cho phép khả năng dung lƣợng truyền dẫn lớn. Với dung lƣợng

truyền dẫn lớn nhờ DWDM và khả năng cấu hình mềm dẻo của chuyển mạch

quang OXC (optical crossconnect) đã cho phép xây dựng mạng quang động hơn,

nhờ đó các kết nối băng tần lớn (luồng quang) có thể đƣợc thiết lập theo nhu cầu.

Một trong những thách thức quan trọng đó là vấn đề điều khiển các luồng quang

này, tức là phát triển các cơ chế và thuật toán cho phép thiết lập các luồng quang

nhanh và cung cấp khả năng khôi phục khi có sự cố, trong khi vẫn đảm bảo đƣợc

tính tƣơng tác giữa các nhà cung cấp thiết bị.

3.1.1 Mô hình mạng quang :

Có nhiều cách để tích hợp các mạng IP với các mạng quang. Nhƣng đầu

tiên chúng ta cần hiểu chính xác mạng quang là gì. Chúng ta có thể định nghĩa

rằng mạng quang là hệ thống truyền tải trong đó sử dụng các thành phần và các kỹ

thuật quang là các thực thể truyền tải cơ bản, nhƣ các mạng SDH/SONET đang

đƣợc sử dụng rộng rãi, các mạng WDM và các công nghệ đƣờng dẫn quang khác

nhƣ công nghệ Gigabit Ethernet và công nghệ 10Gigabit Ethernet đƣợc phát triển

gần đây.

Nhìn chung, mô hình mạng IP có các bộ định tuyến tốc độ cao đƣợc kết nối

bởi các mạng lõi quang, hầu hết các bộ định tuyến này đƣợc đặt tại biên của các

mạng quang. Nhƣ chúng ta thấy trong hình 3.1, mạng quang đƣợc kết nối đến các

mạng khách hàng khác nhau qua các giao diện giữa mạng và ngƣời sử dụng (UNI).

Chú ý rằng các mạng khách hàng bao gồm các mạng IP và các loại mạng khác.

Ngoài ra, mạng quang cũng gồm mạng quang con liên kết với nhau bởi các giao

diện nút mạng (NNI). Mạng quang đƣợc xem nhƣ là một mạng truyền tải mang dữ

liệu của ngƣời sử dụng từ các mạng khác nhau.



Hình 3.1 Mô hình mạng quang

3.1.2 Các vấn đề truyền tải IP qua WDM

Trong truyền tải IP qua WDM có hai vấn đề cơ bản cần đƣợc giải quyết :

Vấn đề thứ nhất là làm thế nào để thích ứng và sử dụng các giao thức

mặt phẳng điều khiển IP trong mặt phẳng điều khiển của mạng quang. Để giải

quyết vấn đề này cần thiết kế các giao thức điều khiển và báo hiệu mới hoặc hạn

chế dần các giao thức điều khiển và báo hiệu dựa trên IP hiện có đƣợc sử dụng

trong mạng lõi quang nhằm quản lí một cách nhất quán việc cung cấp và khôi phục

các đƣờng dẫn quang (lighpath) từ đầu cuối đến đầu cuối qua nhiều mạng quang

con. Chú ý rằng trong vấn đề này, chúng ta không quan tâm đến cái gì đƣợc truyền

tải trong chính mạng quang mà chỉ quan tâm đến mặt phẳng điều khiển.

Vấn đề thứ hai là làm thế nào để truyền tải lƣu lƣợng IP qua mạng

quang. Vấn đề này liên quan đến nhiều vấn đề khác nhƣ việc thiết lập các đƣờng

dẫn từ một điểm cuối IP đến điểm cuối IP khác qua mạng quang và việc xác định

xác suất đến đích của gói IP. Khác với vấn đề thứ nhất, vấn đề này chỉ ra rằng làm

thế nào để hỗ trợ việc truyền tải lƣu lƣợng IP qua mặt phẳng dữ liệu của mạng lõi

quang.

NNI

NNI

UNI UNI UNI UNI

Mạng quang

con

Mạng quang

con

Mạng quang

con

Mạng quang

con

Mạng

IP

Mạng

IP

Mạng khách

hàng khác

(ATM)

Mạng khách

hàng khác

(ATM)



3.1.3 Mặt phẳng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển :

Trong một mạng quang điển hình có hai mặt phẳng mạng, một mặt phẳng

dữ liệu để mang lƣu lƣợng dữ liệu và một mặt phẳng điều khiển để quản lí các kết

nối trong mặt phẳng dữ liệu nhƣ minh hoạ trong hình 3.2. Thông tin đƣợc trao đổi

giữa hai mặt phẳng là rất quan trọng để mạng quang có thể vận hành chính xác.

Một nút quang gồm có bộ kết nối chéo quang (OXC) để truyền dữ liệu và một khối

điều khiển để trao đổi các bản tin điều khiển (Hình 3.3)

Hình 3.2 Mặt phẳng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển trong mạng quang

Mặt phẳng điều khiển

Mặt phẳng dữ liệu



Hình 3.3 Nút quang

Mặt phẳng dữ liệu truyền tải lƣu lƣợng ngƣời sử dụng giữa các nút quang.

Trong thực tế, mặt phẳng điều khiển là một mạng khác với phần mềm thích hợp,

đƣợc sử dụng để điều khiển các chức năng trọng yếu của mặt phẳng dữ liệu. Hai

mặt phẳng này có thể hoạt động trên cấu trúc mạng giống nhau hoặc trên hai cấu

trúc mạng khác nhau. Mặt phẳng dữ liệu sử dụng mô hình xếp chồng (overlay

model), trong đó mạng quang sử dụng các đƣờng ống (pipes). Qua các đƣờng ống

này, các gói IP sẽ đƣợc truyền tải qua mạng. Đặc điểm chính của mô hình này là

các chuyển mạch quang không quan tâm đến các gói IP riêng lẻ. Nếu các chuyển

mạch quang có khả năng làm việc với các gói IP riêng lẻ thì mô hình ngang hàng

(peer – to – peer model) có thể đƣợc sử dụng trên mặt phẳng dữ liệu. Trong trƣờng

hợp này, các chuyển mạch quang có thể xử lí mỗi gói IP riêng lẻ dựa trên mào đầu

IP của chúng. Tuy nhiên, giải pháp này không đƣợc ứng dụng trong thực tế. Hiện

nay, các OXC có khả năng điều khiển động đƣợc phát triển mới đây đƣợc xem là

giải pháp cho mặt phẳng dữ liệu. Các OXC có khả năng điều khiển này sẽ thiết lập

đƣờng dẫn quang trƣớc tiên qua mạng quang trƣớc khi dữ liệu đƣợc truyền thực

sự. Nhƣ vậy, lƣu lƣợng IP đƣợc xem nhƣ là đƣa vào đƣờng hầm quang (optical

tunnel) ở cổng đầu vào của mạng quang và đi ra khỏi đƣờng hầm quang ở cổng ra

ở mạng quang.

Khác với mặt phẳng dữ liệu, mặt phẳng điều khiển có thể có các mô hình

khác nhau. Giống nhƣ mặt phẳng dữ liệu, mô hình xếp chồng cũng có thể đƣợc sử

dụng trong mặt phẳng điều khiển và ngoài ra các mô hình khác cũng có thể đƣợc

Mặt phẳng điều

khiển

Bộ định tuyến

IP/MPLS hoặc nút

lân cận

Điều khiển

Điều khiển

Dữ liệu

Nút mạng quang



sử dụng trong mặt phẳng điều khiển, nhƣ mô hình ngang hàng và mô hình lai

ghép.

Trong mạng quang, mặt phẳng điều khiển có các chức năng sau:

Phát hiện cấu trúc và tài nguyên của mạng : Chức năng này là rất

quan trọng cho các quyết định lựa chọn bƣớc sóng và định tuyến để thiết lập các

đƣờng dẫn quang. Phát hiện cấu trúc mạng là một nhiệm vụ đƣợc thực hiện theo

chu kì bởi mặt phẳng điều khiển để cung cấp một cấu trúc mạng hoàn chỉnh đến tất

cả các nút trong mặt phẳng dữ liệu. Phát hiện tài nguyên, tức là phát hiện tất cả các

thông tin cần thiết để thiết lập một đƣờng dẫn quang. Các thông tin đó bao gồm :

số lƣợng các sợi quang trên một đƣờng dẫn, dung lƣợng mỗi sợi quang, các cổng

rỗi ở các chuyển mạch quang, số lƣợng các máy thu cho mỗi nút và khả năng rỗi

của các bộ chuyển đổi bƣớc sóng. Mặt phẳng điều khiển sẽ chuyển các thông tin

này đến tất cả các nút dữ liệu một cách nhanh và tin cậy, do đó mỗi nút sẽ biết

đƣợc tình trạng hiện tại của mạng. Quá trình cập nhật và phân phát thông tin cần

thiết này đƣợc gọi là “sự quảng bá thông tin mạng”.

Tính toán định tuyến : chức năng này bao gồm việc tính toán định

tuyến và gán một bƣớc sóng cho đƣờng dẫn quang. Dựa vào những thông tin cần

thiết đã cập nhật ở chức năng thứ nhất mà mặt phẳng điều khiển sẽ thiết lập một

đƣờng dẫn quang cho dữ liệu.

Chức năng thứ ba của mặt phẳng điều khiển là quản lí đƣờng dẫn

quang. Nhiệm vụ chính của nó là thiết lập và giải phóng đƣờng dẫn quang, đồng

thời chuyển mạch bảo vệ trong trƣờng hợp đƣờng dẫn hoặc nút bị lỗi.

3.1.4 Các mô hình kiến trúc và định tuyến

Trong phần trƣớc, chúng ta biết rằng về mặt cấu trúc thì mặc dù các mô

hình cấu trúc báo hiệu và điều khiển khác nhau nhƣng mô hình truyền tải dữ liệu

thì giống nhau. Mặt phẳng dữ liệu IP qua các mạng quang sử dụng mô hình xếp

chồng, trong khi đó các router IP và các OXC có thể có mối quan hệ ngang hàng

hoặc quan hệ khách - chủ trên mặt phẳng điều khiển, nhƣ minh họa trên hình 3.4.

Trong hình 3.4 (a) chỉ ra rằng thiết bị ngƣời sử dụng (hoặc khách hàng) truy nhập

các dịch vụ mạng thông qua giao thức báo hiệu UNI để yêu cầu thiết lập hoặc giải

phóng các kết nối điểm - điểm thực hiện thông qua mạng quang. Đây đƣợc gọi là

mô hình xếp chồng trong đó thiết bị ngƣời sử dụng không cần biết cấu trúc bên

trong của mạng quang. Tuy nhiên, hình 3.4 (b) chỉ ra rằng mô hình ngang hàng

trong đó thiết bị ngƣời sử dụng là biết đầy đủ về cấu trúc mạng quang, nghĩa là



giữa các OXC của mạng quang và thiết bị khách hàng có mối quan hệ ngang hàng

với nhau. Nhƣ vậy, cấu trúc mạng IP qua WDM phụ thuộc vào cách tổ chức mặt

phẳng điều khiển.

Từ hình 3.1 trong phần trƣớc, chúng ta thấy có hai loại giao diện chính

trong mô hình mạng quang : giao diện UNI giữa mạng khách hàng và mạng quang

và giao diện NNI giữa hai mạng quang con. Cả hai loại giao diện này thì một phía

của giao diện (phía mạng quang đối với giao diện UNI và một mạng quang con đối

với giao diện NNI) đƣợc xem nhƣ cung cấp các dịch vụ cho phía kia.

Tuỳ thuộc vào các loại dịch vụ và các phƣơng pháp mà chúng ta có hai mô

hình chính: thứ nhất là mô hình dịch vụ miền và thứ hai là mô hình dịch vụ hợp

nhất. Hình 3.5 minh họa hai mô hình dịch vụ trên. Hai mô hình này khác nhau ở

chỗ mô hình đầu tiên có sự tách biệt hoàn toàn về địa chỉ và các mặt phẳng điều

khiển trong khi đó mô hình thứ hai có một không gian địa chỉ chung.

Hình 3.4 Mối quan hệ giữa các router IP và các OXC trên mặt phẳng điều khiển

(a) Mô hình xếp chồng

(b) Mô hình ngang hàng

Mô hình dịch vụ miền : trong trƣờng hợp này, giao diện đƣợc phân

biệt rõ ràng. Có sự tách biệt hoàn toàn và độc lập về mặt địa chỉ và các mặt phẳng



điều khiển trong mạng quang và mạng khách hàng. Nghĩa là, mỗi miền sử dụng

mô hình báo hiệu và mô hình địa chỉ của riêng nó. Điều này đƣợc minh họa trong

hình 3.5 (a) bằng các đƣờng chấm chấm bao quanh các router và các OXC. Nhƣ

chúng ta đã biết, các router sử dụng giao thức điều khiển lớp IP truyền thống hoặc

các giao thức điều khiển MPLS. Các OXC sử dụng giao thức điều khiển riêng hoặc

các giao thức báo hiệu/điều khiển G_MPLS. Mô hình dịch vụ miền dễ dàng kết

hợp với mặt phẳng điều khiển sử dụng mô hình xếp chồng. Khi đó, các nút mạng

khách hàng (nhƣ các router IP) sẽ sử dụng mạng lõi quang làm nền tảng và giao

diện sẽ thiết lập và duy trì các đƣờng dẫn quang.

Hình 3.5 Các mô hình dịch vụ : (a) mô hình dịch vụ miền

(b) mô hình dịch vụ hợp nhất

Mô hình dịch vụ hợp nhất : trong trƣờng hợp này thì IP và các mạng

quang không phân biệt rõ ràng. Nghĩa là các OXC và các router IP đƣợc xem nhƣ

ngang hàng với nhau và một mặt phẳng điều khiển hợp nhất sẽ đƣợc sử dụng cho

các OXC và các router IP. Nhƣ chúng ta thấy trong hình 3.5 (b) các router IP và

các OXC có thể có cả hai chức năng nhƣ G_MPLS LSR và giao tiếp bằng cách sử

dụng báo hiệu G_MPLS. Chú ý rằng, về mặt báo hiệu hoặc định tuyến thì các

router IP và các OXC là nhƣ nhau. Ngoài ra, với mô hình dịch vụ này thì không



gian địa chỉ chung đƣợc sử dụng để nhận dạng tất cả các router và các OXC. Do

đó, khác với hình 3.5 (a), các đƣờng chấm chấm trong hình 3.5 (b) bao quanh cả

các router IP và các OXC.

3.1.5 So sánh giữa hai mô hình xếp chồng và mô hình ngang hàng

Một trong những thách thức lớn nhất ngày nay đối mặt với các nhà sản xuất

chuyển mạch quang đó là phát triển các giao thức báo hiệu cho điều khiển động và

hoạt động liên mạng của lớp quang mà có lẽ đây cũng là vấn đề cần chuẩn hóa cấp

bách nhất hiện nay. Các tổ chức và diễn đàn quốc tế OIF (Optical Internetworking

Forum), IETF và ITU đều đang nỗ lực gấp rút để thiết lập nên các phƣơng pháp

xác định việc điều khiển và kết nối giữa mạng quang và IP. Hiện nay có hai xu

hƣớng xây dựng mô hình tích hợp đó là mô hình xếp chồng hay mô hình khách -

chủ, tức là đặt toàn bộ sự điều khiển cho lớp quang ở chính lớp quang; và xu

hƣớng thứ hai là mô hình ngang hàng tức là dịch chuyển một phần điều khiển lên

bộ định tuyến là các router IP.

Với mô hình xếp chồng thì cho phép mỗi router giao tiếp trực tiếp với mạng

quang thông qua giao diện mạng - ngƣời sử dụng UNI. Giao diện giữa các mạng

con đƣợc thực hiện thông qua giao diện nút mạng NNI. Mô hình giao diện UNI

tƣơng tự nhƣ mô hình trong mạng chuyển mạch kênh truyền thống nhƣ mạng

ISDN. Trong mô hình này mỗi mạng con sẽ phát triển độc lập, nhờ đó cho phép

các nhà khai thác mạng đƣa các công nghệ mới mà không bị gánh nặng của các

công nghệ cũ. Các nhà khai thác còn có thể đáp ứng đƣợc các cơ sở hạ tầng kế

thừa hiện có. Quan trọng hơn là các nhà khai thác có thể tìm thấy đƣợc môi trƣờng

mạng quang nhiều nhà cung cấp, nó cho phép thực hiện đƣợc tính tƣơng thích

trong tƣơng lai gần nhờ các giao diện UNI và NNI.

Với mô hình ngang hàng cũng hỗ trợ cho thiết lập luồng động bằng cách sử

dụng các luồng đầu cuối ở biên mạng quang và cho phép quản lý chúng từ xa. Mô

hình ngang hàng giả định rằng các router điều khiển lớp mạng quang. Mối quan hệ

giữa IP và OXC là bình đẳng về mặt điều khiển. Vì vậy về mặt báo hiệu và định

tuyến sẽ không có sự phân biệt nào giữa UNI, NNI và giao diện giữa các router.

Trong mô hình này cần một khối lƣợng lớn thông tin trạng thái và điều khiển

chuyển qua lại giữa lớp IP và quang. Do đó sẽ khó hơn cho việc kết nối trong môi

trƣờng nhiều nhà khai thác khi so với mô hình xếp chồng.

Mỗi mô hình có ƣu điểm riêng, đặc biệt mô hình xếp chồng có ƣu điểm nổi

trội là khả năng tƣơng thích dễ dàng. Về kiến trúc mạng thì mô hình xếp chồng



trực tiếp và đơn giản hơn, nó cho phép cả điều khiển trong băng và ngoài băng các

luồng quang. Với kiến trúc ngang hàng cần có thêm các thông tin giữa lớp IP và

quang để quản lý các luồng đầu cuối chuyển trên luồng quang. Khối lƣợng lớn

thông tin trạng thái và điều khiển này bao gồm sự truyền thông trực tiếp giữa các

router biên của mạng quang và sự truyền thông tin trong bản thân mạng quang.

Nói chung những nhà khai thác mạng cũng không muốn tạo ra cơ sở hạ tầng mạng

IP trên nền quang mà lại bị ràng buộc bởi công nghệ ở lớp IP. Mô hình xếp chồng

cho phép đổi mới tại lớp quang độc lập với lớp IP – trong khi vẫn cung cấp khả

năng kết nối tƣơng thích cần thiết cho các dịch vụ nhanh mà vẫn duy trì tính toàn

vẹn thông tin của nhà khai thác mạng quang. Tuy nhiên, mô hình ngang hàng cho

phép tích hợp hoàn toàn IP/quang tạo nên mạng Internet quang thống nhất, do đó

phù hợp với các ISP hơn. Ngoài ra, mô hình ngang hàng gần hơn với mạng chuyển

mạch gói quang trong tƣơng lai. Bảng 3.1 đƣa ra các tham số để so sánh hai mô

hình xếp chồng và ngang hàng.

Tham số Mô hình xếp chồng Mô hình ngang hàng

Thống nhất về mặt điều khiển Không Có

Cần tìm hiểu bên trong mạng Không cần Cần có

Mức độ đơn giản Có Không

Hiệu năng mạng Kém hơn Tốt hơn

Khả năng hỗ trợ thiết bị đời cũ Có Không

Khả năng khôi phục, duy trì Kém hơn Tốt hơn

Khả năng tƣơng thích Tốt hơn Kém hơn

Điều khiển luồng mức đầu cuối Không Có

Khối lƣợng thông tin điều khiển Ít hơn Nhiều hơn

Bảng 3.1 Tóm tắt một số so sánh giữa hai mô hình

3.2 Các kiến trúc lớp cho các mạng truyền tải IP qua WDM

Mạng chuyển mạch gói IP hiện nay đƣợc xem là cơ sở hạ tầng của mạng thế

hệ sau. Công nghệ quang DWDM ghép kênh quang theo bƣớc sóng mật độ cao

đƣợc coi là công nghệ cốt yếu cho mạng lõi đáp ứng nhu cầu bùng nổ dịch vụ IP vì

công nghệ này giúp cho dung lƣợng truyền dẫn của các sợi quang tăng lên một

cách đáng kể, lên đến 160Gbps trong một sợi quang DWDM. Sự tăng dung lƣợng



khổng lồ này làm thay đổi các mạng viễn thông tƣơng lai, không chỉ trong các hệ

thống truyền dẫn mà còn trong cả các kiến trúc mạng. Do vậy, việc tích hợp mạng

IP và quang là xu thế tất yếu tạo nên mạng lõi Internet quang – cơ sở mạng thế hệ

sau. Tuy nhiên, hiện nay vẫn chƣa có một chuẩn rõ ràng nào cho kiến trúc IP qua

WDM (IPoW) nhƣng vẫn có một số đề xuất mà nhìn chung là hợp lý.

Các kiến trúc lớp giao thức chính cho việc truyền tải IP qua các mạng

WDM đang đƣợc áp dụng trong các mạng WDM hiện nay vẫn qua các mạng ATM

và SONET làm trung gian. Tuy nhiên, việc truyền tải trực tiếp các gói IP qua các

mạng WDM đang đƣợc các nhà nghiên cứu theo đuổi cho các hệ thống tƣơng lai.

Hình 3.6 minh họa bốn mô hình lớp khác nhau cho việc truyền tải lƣu lƣợng IP qua

các mạng truyền tải quang.

Hình 3.6 Ngăn xếp giao thức cho bốn giải pháp IPoW

Nhƣ chúng ta đã thấy trong hình, tuỳ thuộc vào việc có các lớp ATM hoặc

SDH/SONET đƣợc sử dụng giữa lớp IP và lớp truyền tải quang WDM hay không

mà chúng ta có bốn mô hình lớp cơ sở. Trong hình 3.6 (a – c), lớp thích ứng quang

(optical adaptation layer) có thể theo mô hình OTN trong khuyến nghị G.872 của

ITU-T, bao gồm kênh quang OCH, bộ phận ghép kênh quang OMS và các lớp

truyền tải quang OTS. Lớp thích ứng quang (hoặc lớp quang) sẽ quản lý việc thiết

lập hoặc giải phóng kênh WDM, ngoài ra còn cung cấp khả năng bảo vệ kênh

WDM. Các lớp vật lý thực hiện các chức năng nhƣ : khuếch đại quang, chuyển

mạch bƣớc sóng, chuyển đổi bƣớc sóng, xen/rẽ bƣớc sóng và chuyển đổi O/E,

E/O.

IP/ATM/SDH/WDM : Giải pháp này truyền IP trên ATM (IP over

ATM), sau đó trên SONET/SDH và mạng quang WDM. Đối với giải pháp này,



WDM đƣợc sử dụng nhƣ công nghệ truyền song song trên lớp vật lý. Ƣu điểm của

giải pháp này là sử dụng ATM có khả năng truyền nhiều loại tín hiệu khác nhau

trong cùng đƣờng truyền với yêu cầu chất lƣợng dịch vụ khác nhau. Một ƣu điểm

khác khi sử dụng ATM là tính mềm dẻo khi cung cấp dịch vụ mạng. Tuy nhiên

giải pháp này rất phức tạp, quản lý và điều khiển IP over ATM phức tạp hơn so với

quản lý và điều khiển IP qua mạng thuê riêng (IP - Leased line). ATM sử dụng

công nghệ chuyển mạch tế bào. Tế bào ATM có độ dài cố định 53 byte, trong đó

có 5 byte mào đầu và 48 byte số liệu. Số liệu đƣợc gói hoá thành các tế bào để

truyền và tái hợp ở đích. Lớp phụ (Sublayer) ATM SAR (Phân mảnh và tái hợp)

thực hiện chức năng đóng gói này. Từ OC-48 trở lên thực hiện SAR rất khó khăn.

Lớp ATM ở giữa lớp IP và lớp WDM dƣờng nhƣ không cần thiết.

IP/SDH/WDM : Giải pháp thứ hai là IP/MPLS over SONET/SDH và

WDM. SONET/SDH có một số ƣu điểm sau: Thứ nhất, SONET/SDH có cấu trúc

tách ghép tín hiệu quang tiêu chuẩn, nhờ đó tín hiệu tốc độ thấp có thể ghép, tách

thành tín hiệu có tốc độ cao. Thứ hai, SONET/SDH cung cấp khung truyền chuẩn.

Thứ ba, mạng SONET/SDH có khả năng bảo vệ, khôi phục, nhờ đó tín hiệu đƣợc

truyền trong suốt tới lớp cao hơn (Nhƣ lớp IP). Mạng SONET/SDH thƣờng sử

dụng cấu hình mạng vòng (Ring). Một số cấu hình bảo vệ có thể sử dụng là:

- Cấu hình 1+1 có nghĩa là số liệu đƣợc truyền trên hai đƣờng trong hai

hƣớng ngƣợc nhau, tín hiệu có chất lƣợng tốt hơn sẽ đƣợc chọn ở đích.

- Cấu hình 1:1 có nghĩa là đƣờng dự phòng tách biệt đối với đƣờng hoạt

động.

- Cấu hình n:1 có nghĩa là n đƣờng hoạt động sử dụng chung một đƣờng dự

phòng.

Khai thác, quản lý, bảo dƣỡng OAM&P là tính năng nổi bật của mạng

SONET/SDH để truyền cảnh báo, điều khiển, các thông tin về chất lƣợng ở cả mức

hệ thống và mức mạng. Tuy nhiên SONET/SDH mang số lƣợng thông tin mào đầu

đáng kể, thông tin mào đầu này đƣợc mã hoá ở nhiều mức. Mào đầu đoạn POH

đƣợc truyền từ đầu cuối tới đầu cuối. Mào đầu đƣờng LOH đƣợc sử dụng cho tín

hiệu giữa các thiết bị đầu cuối nhƣ các bộ tách ghép kênh OC-n (STM-n). Mào đầu

phân đoạn SOH đƣợc sử dụng để thông tin giữa các phần tử mạng lân cận nhƣ các

bộ lặp. Đối với tín hiệu OC-1 có tốc độ truyền 51.84Mb/s, tải của nó là đƣờng

truyền DS-3 chỉ có tốc độ 44.736Mb/s.



IP/WDM : Giải pháp thứ ba IP/WDM sử dụng IP/MPLS trực tiếp

trên WDM. Đây là giải pháp hiệu quả nhất trong ba giải pháp. Tuy nhiên nó yêu

cầu lớp IP phải kiểm tra đƣờng bảo vệ và khôi phục. Nó cũng cần dạng khung đơn

giản để xử lý lỗi đƣờng truyền. Có nhiều dạng khung IP over WDM. Một số công

ty đã phát triển tiêu chuẩn khung mới nhƣ Slim SONET/SDH. Dạng khung này có

chức năng tƣơng tự nhƣ SONET/SDH nhƣng với kỹ thuật mới hơn khi thay thế

mào đầu và tƣơng thích kích thƣớc khung với kích thƣớc gói. Một ví dụ khác là

thực hiện dạng khung Gigabit Ethernet. 10 Gigabit Ethernet đƣợc thiết kế đặc biệt

cho hệ thống ghép bƣớc sóng quang mật độ cao DWDM. Sử dụng dạng khung

Ethernet, kết nối Ethernet không cần thiết phải ghép tín hiệu sang dạng giao thức

khác (Nhƣ ATM) để truyền dẫn.

3.3 Kỹ thuật MPLS

3.3.1 Giới thiệu kỹ thuật MPLS

Một khuyết điểm của định tuyến IP là khả năng kém linh hoạt trong việc

thay đổi đƣờng truyền dữ liệu dẫn đến tình trạng “nghẽn cổ chai”. Nguyên nhân là

do các gói IP chỉ truyền theo một đƣờng cố định dựa theo quá trình định tuyến ban

đầu. Chính vì vậy, vấn đề cân bằng lƣu lƣợng khó thực hiện khi lƣu lƣợng tập

trung vào một tuyến nào đó. Thêm vào đó việc định tuyến giữa các gói IP độc lập

với nhau mặc dù trong thực tế nhiều gói IP có mối quan hệ với nhau, ví dụ có cùng

đích đến, cùng một loại lƣu lƣợng, cùng một cấp độ ƣu tiên…Ngoài ra, sự tách biệt

giữa kỹ thuật định tuyến và chuyển mạch đã bộc lộ nhiều hạn chế trong xu hƣớng

mở rộng và hội tụ của công nghệ mạng hiện nay. Các hạn chế đó bao gồm : khả

năng mở rộng, quản lý chất lƣợng dịch vụ, điểu khiển lƣu lƣợng mạng…

Chính vì vậy mà kỹ thuật MPLS (Multi Protocol Label Switching) chuyển

mạch nhãn đa giao thức ra đời để vận chuyển các gói IP qua các mạng bằng

phƣơng pháp chuyển mạch gói ảo. MPLS là công nghệ kết hợp những đặc điểm tốt

nhất giữa định tuyến ở lớp 3 và chuyển mạch ở lớp 2 cho phép truyền gói nhanh

trong mạng lõi. Trƣớc khi thâm nhập vào mạng MPLS thì các gói IP sẽ đƣợc các

thiết bị định tuyến ở biên của mạng MPLS gắn thêm các nhãn để vận dụng kỹ

thuật nối - chuyển mạch ảo. Và trƣớc khi rời khỏi mạng MPLS các nhãn này sẽ bị

cắt bỏ để trả lại dạng nguyên thủy của các gói IP bởi các thiết bị định tuyến ở vùng

biên. Phƣơng pháp này dùng để vận chuyển dữ liệu nhanh với băng thông lớn và

nó có thể hoạt động trong trƣờng hợp có nhiều sự vận chuyển nhiều loại dữ liệu

trong cùng một mạng. Chuyển mạch kênh ảo dựa vào nhãn giúp cho việc định



tuyến dữ liệu diễn ra nhanh chóng so với trƣờng hợp định tuyến IP truyền thống vì

nó không phải xử lý các mào đầu quá phức tạp nhƣ trong mạng IP. Nhờ vào sự

phân loại các gói dữ liệu bằng cách thêm vào một số trƣờng ƣu tiên trong gói

MPLS, ta có thể đảm bảo vấn đề QoS cho mạng IP.

MPLS cũng có thể coi nhƣ một giải pháp công nghệ tổ hợp, mạng MPLS có

khả năng chuyển các gói tin tại lớp 3 và lớp 2 sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn nhƣ

một kỹ thuật chuyển tiếp. MPLS dựa trên mô hình ngang cấp, vì vậy mỗi một thiết

bị MPLS chạy một giao thức định tuyến IP đơn, cập nhật trao đổi thông tin định

tuyến với các thiết bị lân cận, duy trì một không gian cấu hình mạng và một không

gian địa chỉ.

MPLS chia bộ định tuyến IP làm hai phần riêng biệt : chức năng chuyển gói

tin và chức năng điều khiển. Phần chức năng chuyển gói tin giữa các bộ định tuyến

IP, sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn. Kỹ thuật hoán đổi nhãn về bản chất là việc tìm

nhãn của gói tin trong một bảng các nhãn để xác định tuyến của gói và nhãn của

nó. Việc này đơn giản hơn nhiều so với việc xử lý gói tin thông thƣờng và do vậy

cải tiến khả năng của thiết bị. Các bộ định tuyến sử dụng thiết bị này gọi là bộ định

tuyến chuyển mạch nhãn LSR (Label Switching Router). Phần chức năng điều

khiển của MPLS bao gồm các giao thức định tuyến lớp mạng với nhiệm vụ phân

phối thông tin giữa các LSR, và thủ tục gán nhãn để chuyển thông tin định tuyến

thành các bảng định tuyến cho việc chuyển mạch. Do MPLS hỗ trợ việc điều khiển

lƣu lƣợng và cho phép thiết lập tuyến cố định nên việc đảm bảo chất lƣợng dịch vụ

là hoàn toàn khả thi. Đây là chức năng vƣợt trội của MPLS so với các giao thức

định tuyến khác. Tuy nhiên, do MPLS là công nghệ chuyển mạch định hƣớng kết

nối nên khả năng bị ảnh hƣởng bởi lỗi đƣờng truyền là cao hơn so với các công

nghệ khác.

Bên cạnh độ tin cậy, công nghệ MPLS cũng khiến việc quản lý mạng đƣợc

dễ dàng hơn. Trong MPLS, không gian của các khả năng chuyển tiếp đƣợc chia

thành các lớp chuyển tiếp tƣơng đƣơng (FEC). Tất cả các gói có cùng cổng ra và

có chất lƣợng dịch vụ nhƣ nhau thì thuộc cùng một FEC. Trong quá trình truyền

dẫn, đầu tiên các gói đƣợc gắn nhãn ở đầu vào dựa vào giá trị FEC của nó. Sau đó,

mỗi nút trung gian sẽ sử dụng nhãn của gói đến để xác định nút kế tiếp của gói, và

thực hiện hoán đổi nhãn, tức là thay thế nhãn cũ bằng một nhãn đầu ra mới. Do

MPLS quản lý việc chuyển tin theo các luồng tin, các gói tin thuộc một lớp chuyển

tiếp tƣơng đƣơng FEC có thể đƣợc xác định bởi giá trị của nhãn. Do vậy, trong

miền MPLS các thiết bị đo lƣu lƣợng mạng có thể dựa trên nhãn để phân loại gói



tin. Bằng cách giám sát lƣu lƣợng tại các LSR, nghẽn lƣu lƣợng sẽ đƣợc phát hiện

và vị trí xảy ra nghẽn có thể đƣợc xác định nhanh chóng, đây là một trong những

điều kiện đảm bảo cho mạng MPLS có khả năng hỗ trợ QoS tốt nhất, vì vậy MPLS

tạo ra các lợi ích cho các nhà cung cấp dịch vụ để quản lý lƣu lƣợng và hỗ trợ các

dịch vụ mới. Tuy nhiên, giám sát lƣu lƣợng theo phƣơng thức này không đƣa ra

toàn bộ thông tin về chất lƣợng dịch vụ (nhƣ trễ đầu cuối - đầu cuối).

MPLS có thể đƣợc nhìn nhận nhƣ một mặt bằng điều khiển trên ATM cho

phép mở rộng phƣơng thức định tuyến và điều khiển lƣu lƣợng IP. Khi chạy trên

phần cứng ATM, cả MPLS và ATM đều sử dụng cùng một khuôn dạng gói tin (53

byte), cùng nhãn (VPI/VCI), cùng một kỹ thuật dán nhãn cho tế bào chuyển mạch,

cùng chức năng trên thiết bị biên mạng. Cả MPLS và ATM đều yêu cầu giao thức

thiết lập kết nối (ví dụ, giao thức phân bổ nhãn LDP cho MPLS, UNI/PNNI cho

ATM). Sự khác nhau cơ bản nằm trong các vấn đề sau: MPLS không sử dụng địa

chỉ ATM, định tuyến ATM, và các giao thức trong ATM. Thay vào đó, MPLS sử

dụng địa chỉ IP, định tuyến IP động, và giao thức điều khiển phân bổ nhãn LDP để

sắp xếp các FEC vào trong LSP. Cuối cùng, kiến trúc MPLS có thể hoạt động trên

bất kì một công nghệ liên kết dữ liệu nào, không chỉ ATM. Vì vậy, nhà cung cấp

mạng có thể cấu hình và chạy MPLS trong cùng một vùng các kết nối nhƣ : các

giao thức điểm tới điểm PPP ( Point to Point Protocol), chuyển mạch khung Frame

Relay, ATM…

3.3.2 Các kỹ thuật MPLS

Sự phát triển của kỹ thuật MPLS đã mở ra một bƣớc phát triển mới trong

việc tích hợp các mạng truyền tải IP và các lớp liên kết dữ liệu. Đặc điểm chung

của công nghệ này là nó có thể ứng dụng để điều khiển hoặc cung cấp nền tảng cho

các công nghệ mạng dữ liệu lớp dƣới khác nhau. Chẳng hạn nhƣ MPLS đã đƣợc

ứng dụng trong các công nghệ liên kết dữ liệu mà không thể định dạng hoặc xử lí

các gói IP (nhƣ ATM, Frame Relay…). Gần đây, chuyển mạch Lambda đa giao

thức (MPλS) đã đƣợc đề xuất, công nghệ này làm việc với các chuyển mạch quang

(các bộ định tuyến bƣớc sóng) đóng vai trò là các LSR và các bƣớc sóng đóng vai

trò nhƣ các nhãn để cung cấp các đƣờng định tuyến bƣớc sóng. Hình 3.7 minh họa

mối quan hệ giữa các mạng MPLS và MPλS. Trong phần này, chúng ta sẽ nghiên

cứu vấn đề tích hợp kỹ thuật MPLS với một số mạng WDM sử dụng các kỹ thuật

chuyển mạch khác nhau nhƣ mạng định tuyến bƣớc sóng, mạng OBS hỗ trợ

chuyển mạch quang.



Hình 3.7 Mối quan hệ giữa các mạng MPLS và MPλS

3.3.2.1 Các mạng định tuyến bƣớc sóng IP/MPLS

Nhƣ đã giới thiệu ở phần trƣớc, định tuyến bƣớc sóng là một hình thức của

chuyển mạch kênh quang, trong đó một kết nối bƣớc sóng đƣợc thiết lập. Kết nối

này đƣợc gọi là một đƣờng dẫn quang (lightpath). Đƣờng dẫn quang này có thể

gồm nhiều bƣớc sóng khác nhau dọc theo đƣờng truyền nếu nhƣ các bộ chuyển đổi

bƣớc sóng đƣợc sử dụng. Thông thƣờng, sẽ không có yêu cầu nào về định dạng và

tốc độ bít của dữ liệu đƣợc phát trong đƣờng dẫn quang. Dữ liệu sẽ đƣợc phát qua

toàn bộ đƣờng dẫn quang trong miền quang. Nhƣ vậy, nó cung cấp một đƣờng dẫn

toàn quang trong suốt.

Hình 3.8 minh hoạ mạng định tuyến bƣớc sóng, gồm có các chuyển mạch

kênh quang (các OADM và các OXC) đƣợc sử dụng để kết nối với các router IP

lõi. Kỹ thuật chuyển mạch Lambda đa giao thức (MPλS) làm việc với các chuyển

mạch quang (OXC) trong mạng định tuyến bƣớc sóng, các OXC đƣợc sử dụng để

thiết lập các đƣờng dẫn quang giữa các router đầu vào và đầu ra. Với MPλS, OXC

cung cấp các đƣờng dẫn quang bằng cách thiết lập mối quan hệ giữa (cổng đầu

vào, bƣớc sóng đầu vào) và (cổng đầu ra, bƣớc sóng đầu ra).



Hình 3.8 Mô hình mạng định tuyến bước sóng IP/MPLS/MPλS

Các gói IP đƣợc chuyển tiếp bởi các router thông thƣờng đến khi chúng đến

đƣợc router lõi đầu vào. Dựa trên địa chỉ đích của các gói IP, router IP đầu vào sẽ

chuyển các gói IP trên bƣớc sóng thích hợp đến router IP đầu ra sau khi đã đi qua

mạng OXC nằm hoàn toàn trong miền quang. Khi đến đƣợc router đầu ra, các

router thông thƣờng lại chuyển tiếp các gói IP đến đích cuối cùng của chúng. Nhƣ

vậy, miền lõi của MPλS sử dụng các kênh bƣớc sóng nhƣ là các nhãn trong MPLS

và thiết lập các đƣờng định tuyến thích hợp trong mạng. Vì vậy, các đƣờng này

cho phép chuyển mạch dữ liệu nhanh mà không cần yêu cầu các xử lý định tuyến

phức tạp.

3.3.2.2 Chuyển mạch quang OBS và MPLS

Hình 3.9 minh họa sự vận hành mạng IP trên nền mạng lõi quang sử dụng

OBS. Trong cơ cấu truyền dẫn này, các gói IP đầu vào đƣợc tập hợp thành các

burst dữ liệu tại router IP đầu vào và đƣợc truyền tải qua mạng lõi quang đến

router IP đầu ra. Ở đây không có bất kì bộ đệm nào tại các chuyển mạch quang

trong mạng lõi quang.

Trong phần này, chúng ta thảo luận làm thế nào các kỹ thuật MPLS có thể

đƣợc sử dụng với OBS để chuyển tiếp các burst dữ liệu qua mạng lõi quang. Sau

đó, chúng ta xem xét các vấn đề thiết kế tại lớp MAC OBS và các chức năng điều

khiển tại các chuyển mạch quang.



Hình 3.9 Truyền tải IP qua OBS WDM sử dụng MPLS

3.3.2.2.1 OBS sử dụng MPLS

Trong phần này chúng ta sẽ tìm hiểu công nghệ MPLS sử dụng trong mạng

OBS. MPLS có thể đóng vai trò quan trọng trong kỹ thuật lƣu lƣợng và cải thiện

thông lƣợng của mạng dựa trên OBS nhƣ sau: Mỗi kết nối chéo trong mạng trục

quang sẽ có thông tin trao đổi nhãn về các tuyến đã tính toán trƣớc trong cơ sở

thông tin nhãn (LIB) của nó. LIB đƣợc thiết lập bằng cách sử dụng các kỹ thuật

chuẩn nhƣ các giao thức định tuyến với các mở rộng của kỹ thuật lƣu lƣợng để

phân bổ dữ liệu về miền quang (băng tần khả dụng trong bƣớc sóng hoặc số lƣợng

các bƣớc sóng trên một sợi quang) và giao thức phân bổ nhãn dựa trên định tuyến

ràng buộc (CR – LDP) hoặc giao thức giành trƣớc tài nguyên (RSVP) để phân bổ

các nhãn. Bất cứ khi nào router đầu vào có burst dữ liệu cần truyền tải thì nó sẽ lấy

thông tin từ LIB của nó để xác định nhãn phù hợp. Nhãn này có trong gói điều

khiển đã đến trƣớc burst dữ liệu này, và khi gói điều khiển đến các nút trung gian

thì các hoạt động sau sẽ đƣợc thực hiện :

Nhãn trong gói điều khiển đƣợc sử dụng để chỉ thông tin chuyển tiếp

burst dữ liệu trong LIB nhƣ giao diện đầu ra, độ ƣu tiên hoặc thông tin QoS.

Kết nối chéo sẽ thực hiện chuyển mạch burst dữ liệu tƣơng ứng với



burst điều khiển đó trong miền toàn quang. Để thực hiện đƣợc điều này thì thông

tin trong gói điều khiển về chiều dài và thời gian cân bằng của burst dữ liệu đƣợc

sử dụng để bổ sung vào thông tin chuyển tiếp lấy ra từ LIB. Sau đó, đƣợc sử dụng

để xác định việc chuyển đổi từ bƣớc sóng vào trên một sợi cáp quang sang bƣớc

sóng ra trên một sợi cáp quang khác. Để chuyển tiếp các burst dữ liệu liên tiếp của

cùng một kết nối (LSP) trên các bƣớc sóng khác nhau tại một sợi cáp quang, nhãn

chỉ xác định việc chuyển đổi cáp quang vào sang cáp quang ra, còn thông tin về

bƣớc sóng sẽ đƣợc đƣa thêm vào nhãn ra tại từng chặng. LIB cũng cung cấp những

thông tin QoS khác (nhƣ định nghĩa tập các bƣớc sóng trên sợi cáp quang ra, xác

định khả năng của burst dữ liệu để sử dụng chuyển đổi bƣớc sóng, chỉ ra trong

trƣờng hợp có va chạm thì gói điều khiển với yêu cầu đặt trƣớc có đƣợc phép ƣu

tiên hay không).

Gói điều khiển sau đó sẽ đƣợc hoán đổi nhãn (và gắn thêm thông tin về

bƣớc sóng) và đƣợc chuyển tiếp trên kênh điều khiển của sợi quang đầu ra do LIB

chỉ định.

Sơ đồ chức năng của kết nối chéo quang hỗ trợ OBS và sử dụng chuyển tiếp

kiểu MPLS đƣợc minh họa trên hình 3.10.

Hình 3.10 Các chức năng của chuyển mạch quang hỗ trợ OBS và MPLS



3.3.2.2.2 Lớp MAC

Một trong số các vấn đề cần đƣợc giải quyết khi thiết kế OBS là lớp MAC

đƣợc yêu cầu giữa lớp IP và lớp quang. Hình 3.11 minh hoạ chức năng của các

khối tại lớp MAC OBS. Các chức năng chính mà lớp MAC OBS cần phải thực

hiện tại router đầu vào là:

Tập hợp các gói IP thành các burst.

Khi một burst nằm ở đầu của hàng đợi burst thì giá trị thời gian cân bằng

đƣợc xác định cho burst này, và sau đó tạo ra một gói điều khiển chứa thông tin về

thời gian cân bằng, chiều dài của burst và thông tin định tuyến (nhãn).

Sau khi thời gian cân bằng trôi qua thì khung burst gửi burst vào lớp

quang.

Tại router đầu ra thì lớp MAC OBS chỉ đơn giản phân giải các khung

của các burst và tách các gói IP từ các burst đó.

Hình 3.11 Giao diện MAC giữa các lớp IP và OBS WDM



Một vấn đề quan trọng trong thiết kế MAC OBS là việc xác định thời gian

cân bằng giữa gói điều khiển và burst dữ liệu tƣơng ứng. Thời gian cân bằng cần

phải đủ lớn để cho phép việc xử lý các gói điều khiển tại các chuyển mạch quang

trong LSP nhằm tối thiểu hoặc loại bỏ bộ đệm quang. Ngoài ra, cần phải phát triển

thuật toán xác định thời gian cân bằng để làm giảm tranh chấp giữa các burst dữ

liệu đến từ các router đầu vào khác nhau tại một nút trong lớp quang. Hiệu quả của

kỹ thuật xác định thời gian cân bằng đƣợc đo bằng xác suất nghẽn burst. Sơ đồ xác

định thời gian cân bằng cố định đƣợc gọi là Just – Enough – Time (JET) đã giới

thiệu ở phần trƣớc đƣợc đề xuất để đƣa ra QoS tốt hơn cho lƣu lƣợng mức ƣu tiên

cao nhờ việc gán các giá trị thời gian cân bằng dài hơn cho các burst của nó. Tuy

nhiên, phƣơng thức này không ổn định trong môi trƣờng phân tán vì sự va chạm tại

các nút trung gian giữa các burst đi từ các nguồn phân tán rải rác.

Hình 3.12 Đồng bộ khi kết hợp luồng

Hình 3.12 minh họa trƣờng hợp các gói điều khiển đi từ hai router đầu vào

là A và B gần nhƣ đồng bộ. Nếu cơ chế xác định thời gian cân bằng cố định đƣợc

sử dụng, nút C trung gian có thể đáp ứng (giả thiết không có bộ đệm) yêu cầu đặt

trƣớc của A hoặc B. Điều này dẫn đến tỉ lệ nghẽn burst cao.

Một giải pháp khác là ngẫu nhiên hoá quá trình tạo thời gian cân bằng. Thí

dụ có thể sử dụng phƣơng thức thống kê để xác định các thời gian cân bằng tại

router vào. Các LSP có thể đƣợc thiết kế với mức chất lƣợng hoạt động mong

muốn về mặt xác suất nghẽn burst. Giải pháp này có một số ƣu điểm sau:

Nó điều chỉnh tốc độ trung bình mà các burst dữ liệu đƣợc giải

phóng đi vào lớp OBS WDM trên LSP bất kì.



Việc phát burst ngẫu nhiên tránh khỏi việc đồng bộ hệ thống giữa

các luồng burst của các LSP quang khác nhau. Điều này là cần thiết

vì nếu nhƣ các bộ phát burst của hai LSP đi trên cùng một giao diện

ra của một số nút trong mạng lõi OBS WDM sẽ xảy ra việc đồng

bộ, các burst dữ liệu trong các LSP này sẽ hầu nhƣ luôn va chạm

với nhau tại giao diện đó, gây ra tổn thất quá mức. Bộ phát ngẫu

nhiên các burst ở các router khác nhau có thể đƣợc thiết lập, ví dụ

với các địa chỉ IP riêng do vậy không bao giờ cần phải đồng bộ hệ

thống.

Chiến lƣợc thiết lập thời gian cân bằng ở trên tác động đến đặc tính

ƣu tiên thống kê đối với dòng các burst dữ liệu của LSP tại từng nút

mà nó đi qua giữa cặp router vào-ra. Điều này là có ích cho kỹ thuật

lƣu lƣợng và các mục đích cung cấp QoS.

Việc kết hợp các gói IP thành các burst dữ liệu là một chức năng quan trọng

khác đƣợc thực hiện tại lớp OBS MAC ở router vào. Ở đây, kích thƣớc burst là

một tham số thiết kế quan trọng. Tốc độ xử lý điện của kênh điều khiển sẽ hạn chế

số gói điều khiển và do vậy sẽ hạn chế các burst dữ liệu có thể đƣợc truyền tải trên

một đơn vị thời gian qua kênh quang. Tốc độ xử lý điện của kênh điều khiển đƣợc

cải thiện thông qua việc sử dụng chuyển tiếp kiểu MPLS nhƣ đã nói ở trên. Do vậy

hạn chế chủ yếu là do tốc độ của các bộ chuyển đổi O/E hay E/O. Chú ý rằng tất cả

các gói đi qua kết nối chéo có nghĩa là một burst dữ liệu đƣợc chuyển tiếp qua nút

đó trong miền toàn quang. Do vậy nếu tỉ số của độ dài burst dữ liệu với độ dài gói

điều khiển là α thì việc truyền dữ liệu có thể thực hiện ở tốc độ gấp α lần tốc độ

điện. Tuy nhiên, kích thƣớc burst không đƣợc quá lớn vì nó xác định trễ do các gói

IP gây ra . Đây là vấn đề quan trọng đối với các ứng dụng thời gian thực yêu cầu

trễ end – to – end một cách chặt chẽ. Ngoài ra, một số loại phƣơng thức lập lịch

ƣu tiên có thể đƣợc sử dụng để cung cấp QoS khác nhau cho các dòng gói IP khác

nhau. Các hàng đợi riêng biệt sau đó có thể đƣợc cung cấp cho các burst dữ liệu tại

router vào tuỳ thuộc vào mức QoS của burst.




Chƣơng này giới thiệu xu hƣớng và các thách thức hiện nay trong việc tích

hợp mạng IP/quang. Trong hai mô hình trên, mô hình xếp chồng dễ dàng triển khai

trong tƣơng lai gần hơn. Do vậy, có lẽ tiến trình phát triển mạng IP/quang sẽ bắt

đầu trên cơ sở mô hình này và chƣa có sự trao đổi thông tin định tuyến giữa IP và

quang. Bƣớc tiếp theo có lẽ là sự tƣơng tác giữa hai vùng IP và quang cho phép

luồng quang nhƣ là một phần của thiết bị luồng chuyển mạch nhãn LSP điểm -

điểm. Và giai đoạn cuối sẽ hỗ trợ hoàn toàn mô hình ngang hàng với trao đổi đầy

đủ thông tin định tuyến giữa hai miền IP và quang.

Hiện nay một số hãng (Tellium, Cisco, NEC, TILAB, Siemens, Alcatel…)

đã đƣa ra các giải pháp tích hợp IP/quang thống nhất, cho phép phát triển mạng

một cách liên tục. Tuy nhiên để đảm bảo có đƣợc môi trƣờng mạng cạnh tranh, thì

cũng cần có các tiêu chuẩn phù hợp và thống nhất. Tính tƣơng thích và điều khiển

kiểu IP đang trở thành hiện thực, hiện nay các tổ chức công nghiệp đang thử

nghiệm và hy vọng tới đây sẽ có chuẩn thống nhất.

Đồ án tốt nghiệp Chương 4: Hiệu năng QoS trong mạng OBS


CHƢƠNG 4 : HIỆU NĂNG QoS TRONG MẠNG OBS

Trong mạng Internet quang thế hệ sau, một vấn đề quan trọng cần giải quyết

là làm thế nào để hỗ trợ chất lƣợng dịch vụ (QoS) ở lớp WDM. Bởi vì mạng IP

hiện nay chỉ cung cấp dịch vụ nỗ lực tối đa ( best effort) nhƣng các ứng dụng thời

gian thực yêu cầu một mức QoS cao hơn (nhƣ trễ thấp, jitter và xác suất tổn hao

cũng phải thấp). Việc hỗ trợ QoS ở lớp WDM là cần thiết không chỉ để mang một

số lƣu lƣợng lớp WDM cho các mục đích báo hiệu, bảo vệ hoặc khôi phục yêu cầu

độ ƣu tiên cao hơn lƣu lƣợng thông thƣờng, mà còn để hỗ trợ cho các ứng dụng

trực tiếp hoặc gián tiếp hoặc các giao thức mới không có khả năng hỗ trợ QoS.

Nhƣ chúng ta đã đề cập trong phần trƣớc, có nhiều vấn đề nảy sinh trong việc thực

hiện QoS ở các mạng WDM. Chẳng hạn, chúng ta không có các sơ đồ QoS để hợp

nhất các đặc tính của lớp WDM. Hơn nữa, các sơ đồ QoS hiện nay đƣợc dựa trên

chuyển mạch gói và sử dụng bộ đệm để phân biệt các lớp lƣu lƣợng khác nhau,

đƣợc gọi là các sơ đồ dựa trên bộ đệm. Trong các sơ đồ này, tính phức tạp của các

thuật toán lập lịch là thƣờng rất cao. Ngoài ra, do hiện nay không có bộ nhớ quang

nên phải sử dụng bộ nhớ điện trong chuyển mạch quang, do đó phải cần có các bộ

chuyển đổi O/E và E/O. Điều này dẫn đến nhiều hạn chế. Mặc dù các đƣờng trễ

quang (FDLs) đƣợc sử dụng để thay thế cho các bộ chuyển đổi nhƣng nó không

cung cấp đầy đủ dung lƣợng đệm đƣợc yêu cầu bởi các lớp QoS. Trong phần này,

chúng ta sẽ khảo sát việc cung cấp QoS trong các mạng OBS, là mô hình mạng

mới đầy hứa hẹn, là sự kết hợp các ƣu điểm của các mạng định tuyến bƣớc sóng và

chuyển mạch gói quang. Chúng ta có thể chia phần này thành 3 phần. Đầu tiên,

chúng ta sẽ giới thiệu giao thức báo hiệu mà có hỗ trợ QoS. Sau đó, chúng ta sẽ

nghiên cứu việc hỗ trợ QoS bằng thuật toán lập lịch. Cuối cùng, chúng ta sẽ nghiên

cứu ảnh hƣởng của FDL đến hiệu năng QoS của chuyển mạch burst quang. Trong

phần cuối, chúng ta sẽ mô tả một sơ đồ QoS mới, gọi là sơ đồ dựa trên thời gian

cân bằng (time offset), nghiên cứu và đánh giá nó với việc bổ sung FDL.

4.1 Giao thức báo hiệu hỗ trợ QoS :

Nhƣ đã đề cập ở phần trƣớc, giao thức JET đƣợc sử dụng trong mạng OBS

để thực hiện việc truyền dẫn burst điều khiển và burst dữ liệu. Sau khi burst điều

khiển đƣợc gửi, giao thức JET làm cho burst dữ liệu chỉ đƣợc truyền sau khi đợi

trong khoảng thời gian tối thiểu là (δ.L) để chắc chắn rằng mỗi nút có đủ thời gian

để hoàn thành việc xử lí burst điều khiển, trong đó δ là tổng thời gian xử lí của gói

điều khiển tại mỗi nút và L là số chặng giữa nút nguồn và đích. Nhƣ vậy, giao thức

này không hề quan tâm đến độ ƣu tiên của các dịch vụ hay nói cách khác, nó



không hỗ trợ QoS. Do đó, nó không thể ứng dụng trong việc cung cấp QoS trong

các mạng OBS.

Trong phần này, chúng ta sẽ giới thiệu một giao thức mới để hỗ trợ QoS

trong chuyển mạch burst quang. Giao thức này đƣợc dựa trên nền tảng của giao

thức JET nên đƣợc gọi là giao thức JET ƣu tiên (PJET). Giao thức này sử dụng

thời gian cân bằng để cung cấp các lớp dịch vụ khác nhau trong các mạng quang

không bộ đệm (không sử dụng FDL). Các burst đƣợc quy định độ ƣu tiên cao hơn

bằng cách sử dụng thời gian cân bằng bổ sung và do đó đảm bảo xác suất rớt thấp

hơn. Gói dữ liệu tƣơng ứng có thể giành trƣớc băng thông nhiều hơn những gói

khác, vì vậy kết quả là xác suất thành công sẽ cao hơn.

Giả sử chúng ta có hai lớp dịch vụ, lớp 1 là lớp dịch vụ có độ ƣu tiên cao và

lớp 0 là lớp dịch vụ nỗ lực tối đa. Nhƣ vậy, lớp 1 có độ ƣu tiên cao hơn để giành

trƣớc băng thông, thời gian cân bằng bổ sung toffset đƣợc giành cho lớp này. Giá trị

toffset là không đổi và lớn hơn thời gian cân bằng gốc T0 của JET. Ngoài ra, nó cần

phải lớn hơn chiều dài burst lớn nhất trong tất cả các burst ở lớp 0. Với thời gian

cân bằng nhiều hơn, xác suất nghẽn của các burst trong lớp 1 không phụ thuộc vào

lƣu lƣợng tải trong lớp 0 mà chỉ phụ thuộc vào lƣu lƣợng tải trong lớp 1. Nói cách

khác, lƣu lƣợng tải trong cả hai lớp sẽ quyết định xác suất nghẽn của lớp 0. Hình

4.1 minh hoạ tại sao yêu cầu của lớp 1 trong đó đƣợc gán toffset có độ ƣu tiên cao

hơn yêu cầu của lớp 0 để giành trƣớc tài nguyên.

Hình 4.1 Thời gian cân bằng cho dịch vụ ưu tiên



Gọi tai và tsi là thời gian đến và thời gian bắt đầu dịch vụ cho yêu cầu lớp 1

(viết tắt là req (i) ), trong đó i = 0,1 ở ví dụ của chúng ta và li là chiều dài của burst

đƣợc yêu cầu bởi lớp i. Có hai trƣờng hợp trong đó các tranh chấp giữa hai lớp có

thể xảy ra. Trong trƣờng hợp thứ nhất nhƣ minh họa trong hình 4.1 (a), req (1) đến

trƣớc và giành trƣớc băng thông, và req (0) đến ngay sau đó. Rõ ràng, req (1) sẽ

thành công, nhƣng req (0) sẽ bị nghẽn nếu ta0 < ts1 và ta0 + l0 > ts1 hoặc nếu ta0 < ts1

+ l1. Trong trƣờng hợp thứ hai, req (0) đến trƣớc và req (1) theo sau nhƣ minh họa

hình 4.1 (b). Có thể thấy rằng toffset cho lớp 1 là lớn hơn chiều dài burst lớn nhất

trong lớp 0, nên bất kì yêu cầu nào từ lớp 1 sẽ tránh đƣợc nghẽn bởi yêu cầu từ lớp

0. Các nhà nghiên cứu đã đƣa ra mô hình phân tích đơn giản để đánh giá khả năng

nghẽn và kết luận rằng để cách ly hoàn toàn giữa lớp 1 và lớp 0 thì toffset = 5L0

trong đó L0 là kích thƣớc burst trung bình trong lớp 0.

4.2 Thuật toán lập lịch hỗ trợ QoS trong các mạng OBS :

Trong các mạng OBS, khi một burst điều khiển đến nút, một thuật toán lập

lịch kênh bƣớc sóng đƣợc sử dụng để gán kênh bƣớc sóng trên đƣờng ra cho burst

dữ liệu tƣơng ứng. Thông tin đƣợc yêu cầu bởi bộ lập lịch ( scheduler ) nhƣ thời

gian đến của burst và khoảng thời gian của nó đƣợc chứa trong burst điều khiển.

Bộ lập lịch giám sát tính sẵn sàng của các khe thời gian trên mỗi kênh bƣớc sóng.

Chúng ta có thể giả thiết rằng các FDL là rỗi ở nút, nếu cần thiết, bộ lập lịch có thể

chọn một hoặc nhiều hơn các FDL để làm trễ burst dữ liệu. Một kênh bƣớc sóng

đƣợc gọi là không lập lịch ở thời gian t khi không có burst sử dụng kênh tại thời

điểm t hoặc sau thời điểm t. Một kênh đƣợc gọi là chƣa sử dụng cho các khoảng

trống giữa các burst thành công và sau khi burst cuối cùng đƣợc gán cho kênh.

Có nhiều vấn đề làm ảnh hƣởng đến hiệu suất của bộ lập lịch OBS. Đầu

tiên, nó phải lựa chọn các kênh bƣớc sóng và các FDL thích hợp để làm giảm xác

suất mất burst, đồng thời nó phải đủ đơn giản để có thể điều khiển số lƣợng lớn các

burst trong môi trƣờng tốc độ rất cao. Ngoài ra, bộ lập lịch cần phải không để dẫn

đến tình trạng “burst dữ liệu đến sớm”, tức là burst dữ liệu đến trƣớc khi burst điều

khiển đƣợc xử lí xong.

Mạng WDM chuyển mạch burst là một mạng truyền tải bao gồm các router

biên và các router lõi. Router biên đƣợc đặt ở biên của mạng và nó gồm có router

biên đầu vào và router biên đầu ra. Router biên đầu vào có một tập các đƣờng đầu

vào và một tập các đƣờng đầu ra quang. Mỗi một đƣờng dẫn quang bao gồm một

tập các kênh, mỗi kênh sử dụng một bƣớc sóng khác nhau. Ngƣợc lại, router lõi là



nút trung gian trên một đƣờng giữa hai router biên. Nó có một tập các đƣờng dẫn

đầu vào và một tập các đƣờng dẫn đầu ra. Tƣơng tự, mỗi đƣờng dẫn đầu vào / đầu

ra có một tập các kênh, mỗi kênh sử dụng một bƣớc sóng khác nhau. Các kênh của

đƣờng dẫn quang đƣợc chia thành hai nhóm : nhóm kênh dữ liệu (DCG) và nhóm

kênh điều khiển (CCG). Một kênh dữ liệu (DC) đƣợc sử dụng để mang các burst

dữ liệu (DB) và một kênh điều khiển (CC) mang các gói mào đầu burst (BHPs) và

các gói điều khiển khác. Các gói IP đƣợc nhận từ đầu vào của router biên đầu vào,

đƣợc tập hợp thành các burst dựa trên các địa chỉ định tuyến biên đầu ra và các

thông tin khác. Mỗi một burst dữ liệu đƣợc truyền trong một miền quang trong

suốt, chú ý rằng các DB và các BHP đƣợc truyền theo hai đƣờng khác nhau. Mỗi

BHP mang các thông tin định tuyến, loại burst, thời gian cân bằng và chiều dài

burst đƣợc gửi đi trƣớc DB của nó. Tại mỗi router lõi trên đƣờng đi đến router đầu

ra, BHP đƣợc xử lí bằng điện để cấu hình động chuyển mạch quang, cho phép DB

theo sau đi qua mà không cần các chuyển đổi O/E và E/O. Giá trị thời gian cân

bằng ban đầu đƣợc thiết lập bởi router biên đầu vào và giá trị này có thể thay đổi

qua từng chặng khi BHP và DB của nó đi qua mạng. Sau khi các burst dữ liệu

đƣợc nhận ở router biên đầu ra thì chúng đƣợc phân rã thành các gói. Hình 4.2

minh họa cấu trúc của router lõi OBS. BHP và DB của một burst đi qua các đƣờng

khác nhau trong bộ định tuyến và sử dụng các kênh khác nhau. BHP đƣợc xử lí bởi

khối điều khiển chuyển mạch quang hoặc điện (SCU). Các chức năng chính của

SCU là xử lý BHP, lập bảng định tuyến để quyết định đƣờng ra của các DB, lập

lịch cho các DB trên các kênh đầu ra, thiết lập ma trận chuyển mạch quang để

cung cấp các đƣờng đầu vào - đầu ra cho các DB, đồng thời quản lí bộ đệm FDL

(hàng đợi) để tránh các tranh chấp trong khi truyền dẫn và thực hiện chuyển mạch

các BHP đến các kênh điều khiển đầu ra và tái tạo lại các BHP.

Lập lịch kênh dữ liệu là một trong những chức năng quan trọng trong SCU.

Không mất tính tổng quát, các giả thiết sau đƣợc đặt ra cho việc lập lịch kênh trong

một router lõi. Để đơn giản chúng ta giả thiết rằng:

Một đƣờng dẫn có k kênh dữ liệu Ch1, Ch2, … , Chk và một kênh

điều khiển. Tuy nhiên, trong thực tế, các đƣờng dẫn khác nhau có thể có số lƣợng

kênh khác nhau.

Mỗi một đƣờng dẫn đầu ra đƣợc trang bị một bộ lập lịch chịu trách

nhiệm cho việc lập lịch các DB đƣợc chuyển mạch đến đƣờng dẫn đó.



Hình 4.2 Cấu trúc của nút lõi OBS

Các BHP của các DB, đƣợc truyền trên cùng một đƣờng dẫn đầu ra,

đƣợc lập lịch theo thứ tự mà chúng nhận đƣợc ở bộ lập lịch của đƣờng dẫn đó. Để

đơn giản, chúng ta giả thiết rằng thứ tự đó là tuyến tính.

BHPi gồm một trƣờng cân bằng di xác định khoảng thời gian truyền

dẫn giữa BHPi và DBi và một trƣờng độ dài lengthi xác định chiều dài của DBi.

Mỗi DBi đƣợc làm trễ bởi FDL đầu vào trong khoảng thời gian cố

định D trƣớc khi nó đi vào ma trận chuyển mạch. Khoảng thời gian trễ này để bù

cho việc xử lí BHP và chuyển mạch DB.

Gọi SL là tập các FDL mà có thể đƣợc lựa chọn bởi bộ lập lịch cho

các DB để đi qua ma trận chuyển mạch, SL = { L1, L2, …,Lq }.

Các BHP và các DB đƣợc truyền theo chế độ truyền dẫn khe. Trong

chế độ này, các DB đƣợc phát trong các đơn vị là các khe và các BHP đƣợc phát

theo nhóm, mỗi BHP đƣợc mang bởi một khe. Thời gian đƣợc đặt trƣng bởi số

lƣợng các khe.

Nhƣ minh họa trong hình 4.3, tsin

(BHPi) là thời gian mà tại đó khe đầu

tiên của BHPi đƣợc nhận và tsin

(DBi) và tein

(DBi) là thời gian nhận của khe đầu tiên

và khe cuối cùng của DBi. Ta có :

tsin

(DBi) = tsin

(BHPi) + di

và tein

(DBi) = tsin

(DBi) + lengthi(DBi)



Ngoài ra, gọi tsout

(DBi) và teout

(DBi) là thời gian truyền dẫn của khe đầu

tiên và khe cuối cùng của DBi qua kênh đầu ra. Ta có:

tsout

(DBi) = tsin

(BHPi) + di + D + Lri

và teout

(DBi) = tsout

(DBi) + length(DBi) + D + Lri

Trong đó, Lri là thời gian trễ đầu ra và đƣợc chọn từ SL = SL U {L0 } với

L0 = 0.

Hình 4.3 Mối quan hệ giữa thời gian nhận của BHPi và DBi

Chúng ta sử dụng [ tsout

(DBi) , teout

(DBi) ] để định nghĩa khoảng thời gian

truyền dẫn của DBi tại một nút. Khi đó, tranh chấp sẽ xảy ra giữa DBi và DBj nếu

chúng sử dụng cùng một kênh đầu ra và đƣợc truyền trong khoảng [ tsout

(DBi) ,

teout

(DBi) ] ∩ [ tsout

(DBj) , teout

(DBj) ] ≠ 0. Dựa trên tsin

(BHPi) , di và length(DBi), i =

1,2,3,…, cho cùng một kênh đầu ra, bộ lập lịch kênh sẽ gán mỗi DBi cho một kênh

đầu ra Chu, 1 ≤ u ≤ k và chọn một thời gian trễ Lri từ tập SL cho DBi,do đó sẽ không

xảy ra tranh chấp giữa DBi và DBj,i ≠ j. Sự gán kênh nhƣ vậy đƣợc gọi là lập lịch

không tranh chấp. Tuy nhiên, không phải lúc nào bộ lập lịch cũng có thể tìm đƣợc

một sơ đồ lập lịch không tranh chấp cho tất cả các DB. Do đó, chúng ta chỉ có thể

tìm một sơ đồ lập lịch không tranh chấp cho một tập con lớn nhất {DBi / i =

1,2,3,…} trong thời gian tối thiểu có thể. Các DB mà không đƣợc lập lịch thành

công thì sẽ coi nhƣ bị mất.



4.3 Ảnh hƣởng của các FDL đến hiệu năng QoS của các mạng

OBS :

Trong phần này, chúng ta sẽ nghiên cứu cách để cải thiện QoS với việc bổ

sung các FDL ở các nút chuyển mạch trung gian để thực hiện chức năng đệm. Nhƣ

đã trình bày trong mục 4.1 giao thức JET ƣu tiên (PJET) sử dụng thời gian cân

bằng để cung cấp các lớp dịch vụ khác nhau trong các mạng quang không đệm

(không sử dụng FDL). Do đó ở đây chúng ta sẽ tìm hiểu ảnh hƣởng của bộ đệm

FDL đến sơ đồ QoS dựa trên thời gian cân bằng, tức là ảnh hƣởng đến xác suất

mất burst và trễ hàng đợi của các burst. Phần này đƣợc chia thành 3 phần nhỏ. Đầu

tiên chúng ta sẽ giới thiệu cấu trúc của nút chuyển mạch quang và bộ đệm FDL.

Sau đó, một sơ đồ QoS mới đƣợc gọi là sơ đồ dựa trên thời gian cân bằng, sẽ đƣợc

giới thiệu với ảnh hƣởng của các FDL. Cuối cùng, chúng ta sẽ thảo luận xác suất

mất burst và trễ hàng đợi với việc sử dụng sơ đồ QoS dựa trên thời gian cân bằng

với các FDL.

4.3.1 Nút chuyển mạch quang và bộ đệm FDL

Trong các mạng IP qua WDM, các router biên IP kết nối với lớp quang qua

nút chuyển mạch quang (OSN). Mỗi OSN đƣợc liên kết với các OSN lân cận

thông qua các đƣờng dẫn quang. Hình 4.4 minh họa cấu trúc có thể có của OSN.

Nhƣ chúng ta thấy trên hình, có L đầu vào và L đầu ra, mỗi một đầu vào có k bƣớc

sóng để mang các burst dữ liệu (các đƣờng nét liền) và một hoặc nhiều hơn các

bƣớc sóng bổ sung để mang các gói điều khiển (các đƣờng chấm chấm). Mỗi một

gói điều khiển đƣợc xử lí bởi khối điều khiển điện bên trong OSN, khối điều khiển

này tạo ra các tín hiệu điều khiển để điều khiển các bộ chuyển đổi bƣớc sóng, các

bộ đệm FDL và cơ cấu chuyển mạch. Các bộ đệm FDL đƣợc đặt ở đầu vào của cơ

cấu chuyển mạch để làm trễ các burst với một thời gian trễ quy định. Mỗi đƣờng

đầu vào sẽ đƣợc phân kênh và các bƣớc sóng sẽ đƣợc chuyển đổi nếu cần thiết

trƣớc khi đi vào cơ cấu chuyển mạch quang, đó là một ma trận chuyển mạch LK x

LK không tắc nghẽn.



Hình 4.4 Cấu trúc của nút chuyển mạch quang (OSN)

Cấu trúc của các bộ đệm FDL đƣợc minh hoạ trong hình 4.5. Nhƣ chúng ta

đã thấy trên hình 4.5 (a), mỗi bộ đệm FDL có N đƣờng trễ, mỗi đƣờng cung cấp

một độ trễ khác nhau nhƣng đƣợc cố định từ 0 đến thời gian trễ lớn nhất B = (N –

1)b, trong đó b là độ trễ mà một thành phần trễ (đƣợc biểu diễn bởi một vòng tròn

trong hình 4.5) có thể cung cấp. Cấu trúc này đƣợc gọi là bộ đệm FDL với trễ cố

định. Bộ đệm FDL trong hình 4.5 (b) tuy cũng có N đƣờng trễ nhƣng mỗi đƣờng

trễ có thể cung cấp một độ trễ biến đổi từ 0 đến B = (N – 1)b = (20 + 2

1 + … + 2

n

)b bằng cách sử dụng các chuyển mạch nhiều bƣớc sóng 2x2. Cấu trúc này đƣợc

gọi là bộ đệm FDL có độ trễ biến đổi. Bộ đệm FDL có độ trễ cố định thì đơn giản

hơn, nhƣng hiệu quả thấp hơn bộ đệm có độ trễ biến đổi. Bộ đệm FDL minh hoạ

trong hình 4.5 (c) là sự kết hợp của (a) và (b) trong đó mỗi FDL có thể cung cấp

một độ trễ biến đổi nhƣng có mức chênh lệch trễ lớn nhất từ b đến (N – 1)b.

Khối điều khiển điện

Bộ đệm

FDL

Bộ chuyển

đổi

L.k x L.k

Cơ cấu chuyển

mạch

Bộ chuyển

đổi

Demux Mux



Hình 4.5 Cấu trúc của các bộ đệm FDL

Chú ý rằng tất cả các bộ đệm trong hình 4.5 có k chuyển mạch 1xN và N bộ

ghép kênh kx1 ở đầu vào và ở đầu ra có N bộ phân kênh 1xk và k chuyển mạch

Nx1. Điều này cho phép một FDL có thể đƣợc chia sẽ bởi tất cả k bƣớc sóng. Hơn

nữa, các bộ chuyển đổi bƣớc sóng đƣợc đặt trƣớc và sau bộ đệm FDL là rất có lợi

vì chúng cho phép một burst có thể sử dụng các bƣớc sóng khác nhau trong một bộ

đệm FDL và trên đƣờng dẫn đầu ra. Do đó, nó giải quyết đƣợc các tranh chấp giữa

nhiều burst đầu vào trong cùng một FDL và do đó hiệu quả đƣờng dẫn sẽ cao.

4.3.2 Sơ đồ QoS dựa trên thời gian cân bằng với FDL

4.3.2.1 Giới thiệu :

Trƣớc khi chúng ta thảo luận chi tiết sơ đồ QoS dựa trên thời gian cân bằng,

trƣớc tiên chúng ta nhắc lại làm thế nào mà các tài nguyên (bƣớc sóng và các bộ

đệm FDL) đƣợc giành trƣớc trong các mạng OBS không hỗ trợ QoS (đƣợc gọi là

OBS không lớp). Trong các mạng này, không có độ ƣu tiên nào đƣợc trao cho bất



kì lớp lƣu lƣợng đặc biệt nào. Chú ý rằng trong trƣờng hợp này, nó sẽ sử dụng giao

thức JET đã nói ở các phần trƣớc. Tại một router biên phía phát, một thời gian cân

bằng gốc đƣợc xác định dựa trên tổng thời gian xử lí (f.L). Nguyên tắc làm việc

nhƣ sau, gói điều khiển sẽ đƣợc gửi trƣớc và burst dữ liệu tƣơng ứng sẽ đợi ở

router biên của phía phát trong khoảng thời gian cân bằng gốc. Sau khi gói điều

khiển đƣợc xử lí xong tại các OSN trung gian để thiết lập đƣờng dẫn toàn quang

thì burst tƣơng ứng sẽ đi qua các OSN theo đƣờng dẫn đƣợc thiết lập.

Trong các mạng OBS có hỗ trợ QoS thì thời gian cân bằng mở rộng đƣợc sử

dụng. Gói điều khiển mang giá trị của thời gian cân bằng tổng, là tổng thời gian

cân bằng gốc và thời gian cân bằng mở rộng, với các thông tin khác nhƣ địa chỉ

đích và khoảng thời gian đến của burst. Sau khi gói điều khiển đƣợc xử lí tại mỗi

OSN trung gian thì một bƣớc sóng trên đƣờng dẫn đầu ra mong muốn sẽ đƣợc

giành trƣớc trong khoảng thời gian từ lúc burst đến đến lúc burst đi. Nếu không có

bƣớc sóng nào rỗi thì burst sẽ bị nghẽn và một FDL sẽ đƣợc giành trƣớc. Chú ý

rằng trong OBS, khi sự giành trƣớc bƣớc sóng đƣợc thực hiện với một khoảng

thời gian biết trƣớc thì thời gian nghẽn của burst có thể dễ dàng xác định đƣợc.

Dựa trên thời gian nghẽn, FDL với chiều dài tƣơng ứng sẽ đƣợc giành cho burst

đó. Nếu thời gian nghẽn mà lớn hơn thời gian trễ lớn nhất B của FDL thì sẽ không

có FDL nào đƣợc giành trƣớc và burst đó sẽ bị mất mà không hao tốn bất kì bộ

đệm nào. Để đơn giản chúng ta giả thiết rằng thời gian cân bằng gốc không đáng

kể so với thời gian cân bằng mở rộng.

4.3.2.2 Thực hiện với các FDL trong OBS ƣu tiên :

Trong phần này chúng ta sẽ mô tả làm thế nào để thực hiện sơ đồ dựa trên

thời gian cân bằng trong OBS có hỗ trợ QoS (gọi là OBS ƣu tiên) với các FDL. Để

đơn giản chúng ta coi rằng có 2 lớp lƣu lƣợng, lớp 0 và lớp 1 trong đó lớp 1 có độ

ƣu tiên cao hơn lớp 0. Số lƣợng các lớp sẽ đƣợc tạo ra tuỳ thuộc vào số nguyên n.

Do lớp 1 có độ ƣu tiên cao hơn trong việc giành trƣớc tài nguyên nhƣ bƣớc

sóng và FDL nên thời gian cân bằng mở rộng, kí hiệu là t01, đƣợc sử dụng cho lƣu

lƣợng lớp 1. Để đơn giản, ở đây, chúng ta chỉ quan tâm một bƣớc sóng dữ liệu đơn

và một FDL đơn mà có thể cung cấp một trễ biến đổi từ 0 đến B. Hình 4.6 minh

hoạ tại sao giá trị t01 có thể giúp cho yêu cầu lớp 1 có độ ƣu tiên cao hơn yêu cầu

lớp 0 trong việc giành trƣớc tài nguyên. Gọi tai là thời gian đến của yêu cầu lớp i,

kí hiệu là req (i), và tsi là thời gian bắt đầu dịch vụ, nghĩa là thời gian đến của burst

dữ liệu tƣơng ứng. Chiều dài burst của lớp i đƣợc kí hiệu là li. Do đó, chúng ta có

ts1 = ta

1 + t0

1 và ts

0 = ta

0.



Bây giờ chúng ta thảo luận làm thế nào để phân biệt 2 lớp lƣu lƣợng trong

việc giành trƣớc tài nguyên bằng việc sử dụng thời gian cân bằng mở rộng. Chúng

ta sẽ chia thành hai phần : sự phân biệt trong việc giành trƣớc bƣớc sóng và sự

phân biệt trong việc giành trƣớc FDL.

Nếu giả thiết rằng req (0) đến tại thời điểm ta0 ( = ts

0 ), chúng ta có

thể thấy trên hình 4.6 (a), chỉ có một bƣớc sóng dữ liệu đƣợc phép xuất hiện bởi

một burst đến sớm hơn. Do đó, burst tƣơng ứng của req (0) sẽ đƣợc làm trễ trong

khoảng thời gian nghẽn, tb0 đơn vị. Nếu tb

0 < B, FDL sẽ đƣợc giành cho burst lớp 0

từ ts0

đến ts0

+ lo, đƣợc chỉ trên hình (b) và bƣớc sóng sẽ đƣợc phục vụ từ ts0

+ tb0

đến ts0

+ tb0

+ l0, chỉ trên hình (a). Sau đó, req (1) đến ngay sau tại thời điểm ta1 (

> ta0

) và cố gắng giành trƣớc bƣớc sóng cho burst lớp 1 tƣơng ứng. Từ (a), chúng

ta có thể thấy rõ ràng là req (1) sẽ thành công trong việc giành trƣớc bƣớc sóng

nhờ vào thời gian cân bằng mở rộng t01 vì t0

1 đủ lớn để ts

1 = ta

1 + t0

1 > ta

0 + tb

0 +

l0. Chú ý rằng nếu req (1) đến sớm hơn req (0) nhƣ hình (c) thì req (1) sẽ thành

công trong việc giành trƣớc bƣớc sóng từ ts1 đến ts

1 + l1 nhƣng req (0) thì không

thể. Điều đó có nghĩa là lớp 1 đạt đƣợc độ ƣu tiên cao hơn lớp 0 bằng cách sử dụng

thời gian cân bằng mở rộng.

Hình 4.6 Sự phân loại lớp sử dụng thời gian cân băng mở rộng

Burst đến trƣớc Burst lớp 0 Burst lớp 1

Thời gian

Thời gian

Thời gian



Tƣơng tự, hình 4.6 (b) minh họa sự phân biệt các lớp trong sự giành

trƣớc FDL với việc sử dụng thời gian cân bằng mở rộng. Chúng ta giả thiết rằng

req (0) đã giành trƣớc FDL nhƣ đã trình bày ở trƣớc, và t01 thì không đủ dài ( ts

1 =

ta1 + t0

1 < ta

0 + tb

0 + l0 ), kết quả là req (1) sẽ bị nghẽn trong việc giành trƣớc bƣớc

sóng và do đó cần giành trƣớc FDL để làm trễ burst lớp 1 tƣơng ứng. Trong trƣờng

hợp này, req (1) sẽ thành công trong việc giành trƣớc FDL nếu t01 là đủ dài để có

ts1 = ta

1 + t0

1 > ta

0 + l0, khi đó phần đầu của burst lớp 1 mới có thể đi vào FDL sau

phần đuôi của burst lớp 0 đã vào trƣớc đó. Ngƣợc lại, nếu ts1 < ta

0 + l0 thì req (1)

sẽ không thành công và burst lớp 1 sẽ bị mất. Chú ý rằng nếu req (1) đến trƣớc, nó

có thể giành trƣớc FDL nhƣng req (0) sẽ bị nghẽn (và burst lớp 0 sẽ bị mất) khi ta1

< ta0 < ts

1 và ta

0 + l0 > ts

1 hoặc khi ta

1 < ta

0 < ts

1 + l1.

Thảo luận ở trên cho thấy rằng lớp 1 có thể tách biệt với lớp 0 trong cả việc

giành trƣớc bƣớc sóng và FDL bằng cách sử dụng thời gian cân bằng mở rộng, tức

là cung cấp cho lớp 1 một độ ƣu tiên cao hơn lớp 0. Nói cách khác, với độ ƣu tiên

thấp trong việc giành trƣớc tài nguyên thì xác suất nghẽn hoặc xác suất mất burst

của lớp 0 sẽ cao hơn lớp 1.

4.3.2.3 Tính toán thời gian cân bằng cần thiết :

Trong phần này, chúng ta sẽ làm một vài phép tính để tính thời gian cân

bằng đƣợc yêu cầu cho sự phân biệt các lớp khi giành trƣớc bƣớc sóng và FDL.

Chúng ta giả thiết trong trƣờng hợp tổng quát, số lƣợng các lớp là n >1. Gọi

ti,j > 0 là sự chênh lệch về thời gian cân bằng đƣợc gán cho lớp i và lớp j, tức là ti,j

= t0i – t0

j, trong đó 0 ≤ j < i ≤ n – 1 và 0 ≤ Ri,j ≤ 1 là xác suất mà req (i) sẽ bị nghẽn

khi req (j) đến sớm hơn. Do đó chúng ta có thể thấy rằng ti,j và Ri,j sẽ phụ thuộc vào

sự chênh lệch thời gian cân bằng và độ phân biệt giữa các lớp. Nhƣ đã nói ở phần

trƣớc, để phân biệt hoàn toàn lớp i với lớp i – 1 (ở đây Ri,i -1 = 0) trong việc giành

trƣớc FDL thì ti,i-1 cần phải lớn hơn chiều dài burst lớn nhất của lớp i – 1. Tƣơng

tự, trong việc giành trƣớc bƣớc sóng thì ti,i-1 cần phải lớn hơn tổng của B và chiều

dài burst lớn nhất của lớp i – 1.

Trong sự giành trƣớc FDL, quan hệ giữa Ri,i -1 và ti,i-1 chỉ phụ thuộc vào sự

phân bố của chiều dài burst lớp i – 1. Khi chúng ta giả thiết rằng chiều dài burst

lớp 1 theo phân bố hàm mũ với chiều dài Li-1. Khi đó, xác suất mà một burst lớp i –

1 có chiều dài không lớn hơn một giá trị t là (1 – e-µ

i-1x t

), trong đó µi-1 = 1/Li-1. Cho

rằng một burst lớp i sẽ không bị nghẽn khi chiều dài của burst lớp i – 1 đến sớm

hơn là không lớn hơn ti,i-1. Chúng ta có:



Ri,i -1 = ( 1 – e-µ

i-1. t

i,i-1)

hoặc ti,i-1 = t0i – t0

i-1 = -ln(1 – Ri,i-1).Li-1

Trong sự giành trƣớc bƣớc sóng, một burst lớp i sẽ không bị nghẽn khi

chiều dài của burst lớp i – 1 là không lớn hơn ti,i-1 – B. Do đó, chúng ta có:

Ri,i -1 = [ 1 – e-µ

i-1. (t

i,i-1- B)

]

hoặc ti,i-1 = t0i – t0

i-1 = -ln(1 – Ri,i-1).Li-1 + B

Bảng 4.1 cho một số giá trị của ti,i-1 và Ri,i-1 trong sự giành trƣớc bƣớc sóng

và FDL.

Ri,i -1 0.6321 0.9502 0.9932

ti,i-1 (FDL) Li-1 3Li-1 5Li-1

ti,i-1 (λ) Li-1 + B 3Li-1 + B 5Li-1 + B

Bảng 4.1 Độ phân biệt và chênh lệch thời gian cân bằng

4.3.3 Trễ hàng đợi và xác suất mất burst

4.3.3.1 Thời gian cân bằng và trễ đầu cuối - đầu cuối :

Với các ứng dụng thời gian thực thì cần phải đề cập đến trễ từ đầu cuối đến

đầu cuối, bao gồm 3 thành phần trễ trong mô hình QoS dựa trên thời gian cân bằng

: trễ phát sinh từ nguồn đến đích P, trễ trƣớc khi truyền dẫn tp ( do thời gian cân

bằng) và trễ hàng đợi trong các FDL tq (do nghẽn). Nhƣ chúng ta đã biết, P không

phụ thuộc vào việc có sử dụng hay không sử dụng thời gian cân bằng. Ở đây,

chúng ta cần quan tâm đến trễ trƣớc truyền dẫn vì thành phần trễ này liên quan đến

việc sử dụng thời gian cân bằng. Chúng ta cần nhắc lại là thời gian cân bằng bao

gồm 2 thành phần : thời gian cân bằng gốc và thời gian cân bằng mở rộng. Khi so

sánh với chuyển mạch gói, việc sử dụng thời gian cân bằng gốc sẽ không làm tăng

thêm trễ từ đầu cuối đến đầu cuối. Tuy nhiên, việc sử dụng thời gian cân bằng mở

rộng mà nhờ đó giúp phân biệt đƣợc lớp có độ ƣu tiên cao với các lớp có độ phân

biệt thấp hơn, sẽ làm tăng trễ đầu cuối đến đầu cuối. Khi chúng ta sử dụng thời

gian cân bằng mở rộng thì trễ trƣớc truyền dẫn sẽ tăng theo số lƣợng các lớp n và

sự chênh lệch thời gian cân bằng ti,i-1 ( hoặc Ri,i-1). Để đơn giản, chúng ta giả thiết

rằng sự chênh lệch thời gian cân bằng là nhƣ nhau cho tất cả các lớp kề nhau, tức

là tn-1,n-2 = tn-2,n-3 = … = t1,0 = tdiff , khi đó trễ trƣớc truyền dẫn tăng thêm lớn nhất

mà lớp ƣu tiên cao nhất n – 1 phải chịu là tp = t0n-1

= (n – 1).tdiff . Từ nhận xét trên,



chúng ta thấy rằng để hỗ trợ các ứng dụng nhạy cảm với trễ bằng sơ đồ QoS dựa

trên thời gian cân bằng thì số lƣợng các lớp và chiều dài burst trung bình là các

tham số chủ yếu cần phải đƣợc quan tâm để sao cho phù hợp với yêu cầu đặt ra khi

thiết kế.

Mặt khác, trễ hàng đợi tq lại phụ thuộc vào xác suất nghẽn và tỉ lệ nghịch

với độ chênh lệch thời gian cân bằng. Nhƣ chúng ta đã biết, khi tăng độ chênh lệch

thời gian cân bằng, tức là tăng độ phân biệt giữa hai lớp kề nhau, thì xác suất

nghẽn sẽ giảm và do đó trễ hàng đợi sẽ thấp cho các lớp có độ ƣu tiên cao. Chú ý

rằng trong trễ từ đầu cuối đến đầu cuối thì tp là trễ cố định, trong khi đó tq là trễ có

khả năng biến đổi. Có nghĩa là trong mô hình QoS dựa trên thời gian cân bằng thì

các lớp có độ ƣu tiên cao sẽ có giá trị tq thấp, thậm chí không đáng kể. Do đó, ƣu

điểm của việc sử dụng thời gian cân bằng mở rộng là trễ từ đầu cuối đến đầu cuối

của các lớp ƣu tiên cao có thể sẽ giảm và ngoài ra còn có thể dự đoán đƣợc.

4.3.3.2 Xác suất mất burst trong OBS :

Trong phần này, chúng ta sẽ phân tích xác suất mất burst của hai giao thức

trong OBS, gọi là OBS không lớp và OBS ƣu tiên mà chúng ta đã đề cập ở các

phần trƣớc. Giả thiết rằng tốc độ đến trung bình của lớp i là λi và tốc độ phục vụ

trung bình của lớp i là µi = 1/Li. Nhƣ vậy, mật độ lƣu lƣợng (traffic intensity) của

lớp i đƣợc tính bởi công thức ρi = ).( ki

i

=

k

ri, trong đó ri =

i

i

và tổng mật độ

lƣu lƣợng là ρi =

n

i

i

1

. Để đơn giản, chúng ta xem nút OSN của chúng ta giống

nhƣ trong hình 4.4 và đƣờng dẫn đầu ra có k bƣớc sóng và một bộ đệm FDL đơn

chứa N FDL

a) OBS không lớp :

Trƣớc khi xét xác suất mất burst trong OBS không lớp, đầu tiên chúng ta

phân tích các giá trị của các biên dƣới và biên trên của nó. Trong OBS không lớp,

biên trên của xác suất mất burst, kí hiệu pbu, có đƣợc khi tại đó không có bộ đệm

FDL nào (nghĩa là nếu 1 burst bị nghẽn thì nó sẽ bị mất ngay sau đó), tức là B = 0,

và biên trên này đƣợc xác định bằng công thức tổn hao của Erlang (M/M/k/D),

trong đó r = ρ.k :



pbu = β (k, ρ) =

k

m

m

k

rm

rk

0

.!

1

.!

1

(1)

Mặt khác, biên dƣới có đƣợc khi giả thiết rằng chuyển mạch có một bộ đệm

FDL mà đƣợc mô hình gần đúng là (M/M/k/D) (trong đó D là đƣợc xác định). Gọi

N là số lƣợng FDL có trong bộ đệm FDL. Do đó, số lƣợng FDL đƣợc sử dụng

trong mô hình này là d = N.k, khi đó, số các burst lớn nhất trong chuyển mạch (bao

gồm những burst đƣợc truyền và các burst đƣợc làm trễ) là D = k + d = k + k.N.

Theo mô hình (M/M/k/D), biên dƣới xác suất mất burst pbℓ là :

pbℓ = Pβ(k,ρ,D) = 0k - D.

!.P

kk

r D

(2)

trong đó P0 = 1

1

0

)!.!

(

D

knkn

nk

n

n

kk

r

n

r

b) OBS ƣu tiên :

Trong OBS ƣu tiên, biên trên và biên dƣới của xác suất mất burst của lớp i

đƣợc kí hiệu là pbui và pbℓ

i , trong đó i = n – 1,n – 2, …,0. Để đơn giản chúng ta

giả thiết rằng lớp i là phân biệt hoàn toàn với lớp i – 1 (tức là Ri,i-1 = 0). Gọi ρn-1,j là

tổng mật độ lƣu lƣợng từ lớp n – 1 đến lớp j ( ρn-1,j =

1n

ji

i ). Do sự tách biệt của

các lớp nên lƣu lƣợng của các lớp ƣu tiên thấp hơn ( từ lớp j – 1 đến lớp 0) không

ảnh hƣởng đến xác suất mất burst của các lớp ƣu tiên cao hơn ( từ lớp n – 1 đến

lớp j). Do đó theo (1) và (2) có thể tính đƣợc các biên trên và dƣới trung bình từ

lớp n – 1 đến lớp j theo công thức :

pbun-1,j

= β(k,ρn-1,j)

pbℓn-1,j

= Pβ(k,ρn-1,j,D)

Chúng ta cũng có thể biểu diễn các xác suất mất burst trung bình bằng cách

sử dụng tổng xác suất mất burst của mỗi lớp. Gọi ci =

i là tỉ lệ của mật độ lƣu

lƣợng trong lớp i trên tổng mật độ lƣu lƣợng. Khi đó, các biên trên và dƣới trung

bình của xác suất mất burst từ lớp n – 1 đến lớp j có thể đƣợc viết nhƣ sau :



pbun-1,j

=

1

.n

ji

i

ui pbc

pbℓn-1,j

=

1

.n

ji

i

i pbc

Từ 4 phƣơng trình trên, chúng ta có biên trên trung bình của xác suất mất

burst là :

pbun-1,j

= β(k,ρn-1,j) =

1

.n

ji

i

ui pbc (3)

và biên dƣới trung bình là :

pbℓn-1,j

= Pβ(k,ρn-1,j,D) =

1

.n

ji

i

i pbc (4)

Từ hai phƣơng trình trên chúng ta có thể suy ra các biên trên và biên dƣới

của mỗi lớp pbℓi và pbu

i . Đầu tiên chúng ta sẽ tính cho lớp ƣu tiên cao nhất i = n –

1. Lớp n – 1 là lớp ƣu tiên cao nhất và nó hoàn toàn tách biệt với các lớp khác,

biên trên của nó là pbun-1

= β(k, ρn-1) theo phƣơng trình (1) và biên dƣới là pbℓn-1

=Pβ(k, ρn-1, D) theo phƣơng trình (2).Để tính biên trên cho lớp n – 2 với độ ƣu tiên

thấp hơn lớp n – 1, chúng ta sử dụng phƣơng trình (3) :

pbun-1,n-2

= β(k, ρn-1,n-2) =

1

2

.n

ni

i

ui pbc

và pbun-1

= β(k, ρn-1)

Từ hai phƣơng trình đó, chúng ta dễ dàng tính đƣợc :

pbun-2

= 2

1

12,1 .),(

n

n

unnn

c

pbck

Tƣơng tự, theo phƣơng trình (4) và biên dƣới của lớp n – 1 mà chúng ta đã

có, chúng ta có thể tính đƣợc biên dƣới của lớp n – 2 nhƣ sau :

pbℓn-2

= 2

1

12,1 .),,(

n

n

nnn

c

pbcDkP

Tƣơng tự nhƣ vậy, chúng ta có thể tính cho các lớp khác. Tổng quát, biên

trên của xác suất mất burst cho lớp j, trong đó 0 ≤ j ≤ n – 2 là :



pbuj =

j

n

ji

i

uijn

c

pbck

1

1

,1 .),(

(5)

và biên dƣới tƣơng ứng là :

pbℓj =

j

n

ji

i

ijn

c

pbcDkP

1

1

,1 .),,(

(6)

4.3.4 FDL và hàng đợi trong mô hình (M/M/k/D)

Chúng ta nên chú ý rằng FDL không thể mô hình hoá chính xác nhƣ hàng

đợi bởi vì một hàng đợi trong mô hình (M/M/k/D) có thể lƣu trữ bất kì burst nào

mà nó không quan tâm đến thời gian nghẽn, trong khi đó, một FDL sẽ làm mất

burst khi thời gian nghẽn của burst đó lớn hơn B. Vì vậy, nếu giá trị B càng lớn thì

sự khác nhau giữa FDL và hàng đợi sẽ càng nhỏ.

Hình 4.7 Sự khác biệt giữa FDL và hàng đợi

Ngoài sự khác nhau về giá trị B nói trên, thì giữa FDL và hàng đợi còn có

một điểm khác nhau cần chú ý. Nếu chúng ta không quan tâm đến giá trị B thì thời

gian mà một FDL trở nên rỗi không giống thời gian mà một hàng đợi trong mô

hình (M/M/k/D) rỗi. Sự khác nhau này đƣợc minh họa trong hình 4.7. Trong hình,

chúng ta giả thiết rằng burst I đang sử dụng bƣớc sóng rỗi duy nhất nhƣ minh họa

hình 4.7 (a) thì burst II (hoặc III) khác đến theo sau nhƣ minh hoạ hình 4.7 (b)

(hoặc (c)). Trong mô hình (M/M/k/D), một hàng đợi sẽ trở nên rỗi (cho các burst

Thời gian nghẽn

FDL

rỗi

Hàng

đợi rỗi

FDL

rỗi

Thời gian



khác) ngay khi mà burst I đƣợc giải phóng khỏi bƣớc sóng cho burst II (hoặc III).

Nhƣng ngƣợc lại, một FDL sẽ trở nên rỗi chỉ khi đuôi của burst II (hoặc III) đi vào

FDL đó và burst I đƣợc giải phóng khỏi bƣớc sóng. Điều này dẫn đến thời gian

FDL trở nên rỗi sẽ phụ thuộc vào chiều dài của burst II hoặc III và có thể trễ hơn

(hoặc sớm hơn) thời gian mà một hàng đợi trở nên rỗi nhƣ minh hoạ trong hình

4.7 (b) hoặc (c).

Từ thảo luận ở trên, chúng ta có thể thấy rằng nếu chiều dài burst trung bình

mà lớn hơn thời gian nghẽn trung bình thì mô hình (M/M/k/D) thƣờng dự đoán xác

suất nghẽn thấp hơn các mô phỏng đƣợc thực hiện với FDL. Trong trƣờng hợp

này, thời gian trễ lớn nhất B là nhỏ hơn chiều dài burst trung bình, và khi số lƣợng

bƣớc sóng k mà nhỏ thì kết quả là thời gian nghẽn trung bình sẽ lớn. Ngƣợc lại,

nếu chiều dài burst trung bình mà nhỏ hơn thời gian nghẽn trung bình thì xác suất

nghẽn đƣợc thực hiện bởi mô phỏng sử dụng FDL sẽ thấp hơn các dự đoán đƣợc

thực hiện bởi mô hình (M/M/k/D) và trong trƣờng hợp này, giá trị B sẽ lớn hơn

chiều dài burst trung bình và khi k lớn thì thời gian nghẽn sẽ nhỏ.


Trong chƣơng này, đầu tiên đã giới thiệu một giao thức mới cho việc hỗ trợ

chất lƣợng dịch vụ (QoS) trong mạng chuyển mạch burst quang, gọi là JET ƣu tiên

(PJET). Sau đó, bốn thuật toán lập lịch hỗ trợ QoS cho các mạng OBS đƣợc đƣa ra

và xem xét. Tiếp theo chúng ta trình bày mô hình QoS dựa trên thời gian cân bằng

và chức năng của các FDL. Cuối cùng, chúng ta xem xét vấn đề QoS của các mạng

OBS đặc biệt là ảnh hƣởng của các FDL đến hiệu suất QoS. Trong chƣơng này,

chúng ta quan tâm đến hai tham số là xác suất mất burst và trễ hàng đợi.

Đồ án tốt nghiệp Chương 5: Khảo sát ảnh hưởng của các FDL đến QoS của mạng OBS


CHƢƠNG 5 : KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC FDL

ĐẾN QoS CỦA CÁC MẠNG OBS

Trong phần này, ta sẽ phân tích ảnh hƣởng của các FDL đến QoS của các

mạng OBS.

Đầu tiên, ta sẽ phân tích các biên trên và biên dƣới của xác suất mất burst

dựa vào các phƣơng trình (1), (2), (3), (4), (5), (6) trong mục 4.3.3.2. Sau đó, ta sẽ

xem xét mô hình mô phỏng đƣợc thực hiện bởi Yoo.

5.1 Khảo sát các biên trên và biên dƣới của xác suất mất burst

trong mạng OBS

5.1.1 Phân tích

Trong phần này ta sẽ phân tích các biên trên và biên dƣới của xác suất mất

burst trong các mạng OBS dựa trên các kết quả tính toán lý thuyết. Từ phƣơng

trình (1) và (2) trong mục 4.3.3.2, chúng ta có đƣợc các biên trên và biên dƣới của

xác suất mất burst trong các mạng OBS không lớp. Cho các mạng OBS ƣu tiên, để

đơn giản, chúng ta chỉ xem xét hai lớp lƣu lƣợng (lớp 1 có độ ƣu tiên cao hơn và

lớp 0 có độ ƣu tiên thấp hơn) và mật độ lƣu lƣợng của mỗi lớp là bằng nhau (ρ0 =

ρ1 = 2

). Do ri =

i

i

= ρi.k và ci =

i nên chúng ta có đƣợc r0 + r1 = r và c0 + c1

= c.

Từ phƣơng trình (1), pbun-1,j

= β(k,ρn-1,j) và pbun-1

= β(k,ρn-1), chúng ta có thể

suy ra rằng :

pbu1,0

= β(k,ρ1,0) =

k

m

m

k

rm

rk

0

.!

1

.!

1

pbu1 = β(k,ρ1) =

k

m

m

k

rm

rk

0

1

1

.!

1

.!

1

(7)



pbu0 = β(k,ρ0) =

0

0

1

1

1

0

.!

1

.!

1

.

.!

1

.!

1

c

rm

rkc

rm

rk

k

m

m

k

k

m

m

k

(8)

Các phƣơng trình (7) và (8) ở trên là biên trên của xác suất mất burst của

lớp 1 và lớp 0. Tƣơng tự, chúng ta có thể suy ra biên dƣới của lớp 1 và lớp 0, đƣợc

biểu diễn bởi các phƣơng trình (9) và (10) dƣới đây :

pbℓ1,0

= Pβ(k,ρ1,0,D) = 0.!.

pkk

rkD

D

trong đó : p0 = 1

1

0

)!.!

(

D

knkn

nk

n

n

kk

r

n

r

pbℓ1 = Pβ(k,ρ1,D) = 0

1 .!.

pkk

rkD

D

(9)

trong đó : p0 = 11

1

0

1 )!.!

(

D

knkn

nk

n

n

kk

r

n

r

pbℓ0 =

0

1

1

0,1

0

110,1 .),,(.),,(

c

pbcpb

c

DkPcDkP

(10)

5.1.2 Kết quả

Trong phần này, ta sẽ phân tích và đánh giá các biên trên và biên dƣới của

xác suất mất burst trong lƣu lƣợng lớp 1, lớp 0 và không lớp theo 4 tham số : thời

gian trễ lớn nhất B, số lƣợng N các FDL, số lƣợng các bƣớc sóng k và mật độ lƣu

lƣợng tổng ρ. Các kết quả đƣợc khảo sát trong MATLAB dựa trên 6 phƣơng trình

đƣợc suy ra trong phần trƣớc, trong đó các phƣơng trình (1) và (2) biểu diễn các

biên trên và biên dƣới của xác suất mất burst cho OBS không lớp; các phƣơng

trình (7) và (8) biểu diễn biên trên cho OBS ƣu tiên và các phƣơng trình (9), (10)

biểu diễn biên dƣới cho OBS ƣu tiên.

a) Thời gian trễ lớn nhất B

Để khảo sát các biên của xác suất mất burst theo theo thời gian trễ lớn nhất

B, ta cố định các giá trị N, k, và ρ, sau đó cho giá trị B thay đổi và tính giá trị các



biên này. Ở đây ta sử dụng công cụ MATLAB để khảo sát và có đƣợc bảng 5.1 và

hình 5.1.

Trong trƣờng hợp này, số lƣợng các FDL là N = 4, số lƣợng các bƣớc sóng

k = 4, và mật độ lƣu lƣợng ρ = 0.8. Từ hình 5.1 chúng ta thấy rằng biên trên và

biên dƣới của xác suất mất burst không phụ thuộc vào thời gian trễ lớn nhất B.

N = 4, k = 4, ρ = 0.8

B = 0 B=0.5 B = 1 B = 3 B = 5 B = 7 B = 9

Lớp 0 Biên

trên

0.3998 0.3998 0.3998 0.3998 0.3998 0.3998 0.3998

Biên

dƣới

0.0068 0.0068 0.0068 0.0068 0.0068 0.0068 0.0068

Không lớp Biên

trên

0.2281 0.2281 0.2281 0.2281 0.2281 0.2281 0.2281

Biên

dƣới

0.0034 0.0034 0.0034 0.0034 0.0034 0.0034 0.0034

Lớp 1 Biên

trên

0.0565 0.0565 0.0565 0.0565 0.0565 0.0565 0.0565

Biên

dƣới

2.34E-08 2.34E-08 2.34E-08 2.34E-08 2.34E-08 2.34E-08 2.34E-08

Bảng 5.1 Xác suất mất burst và trễ thời gian lớn nhất



Hình 5.1 Xác suất mất burst và thời gian trễ lớn nhất B

b) Số lƣợng N các FDL :

Để đánh giá ảnh hƣởng của số lƣợng FDL đến xác suất mất burst, ta đặt các

tham số k = 4 và mật độ lƣu lƣợng ρ = 0.8. Ta có kết quả nhƣ bảng 5.2 và hình

5.2 dƣới đây. Chúng ta có thể thấy đƣợc cả biên trên và biên dƣới của lƣu lƣợng

lớp 1 đều có xác suất mất burst thấp nhất do có độ ƣu tiên cao. Ngƣợc lai, các biên

trên và biên dƣới của lƣu lƣợng lớp 0 đều có xác suất mất burst cao nhất. Ngoài ra,

chúng ta còn thấy rằng biên dƣới của cả hai lớp lƣu lƣợng và lƣu lƣợng không lớp

đều giảm khi số lƣợng các FDL tăng lên. Nghĩa là khi có nhiều hơn các FDL đƣợc

sử dụng thì các biên dƣới theo lý thuyết đều giảm . Tuy nhiên, khi tăng N thì các

biên trên không ảnh hƣởng gì cả.



k = 4, ρ = 0.8

N = 0 N = 1 N = 2 N = 3 N = 4 N = 5

Lớp 0 Biên trên 0.3998 0.3998 0.3998 0.3998 0.3998 0.3998

Biên dƣới 0.3998 0.1201 0.0435 0.0169 0.0068 0.0028

Không

lớp

Biên trên 0.2281 0.2281 0.2281 0.2281 0.2281 0.2281

Biên dƣới 0.2281 0.0607 0.0218 0.0085 0.0034 0.0014

Lớp 1 Biên trên 0.0565 0.0565 0.0565 0.0565 0.0565 0.0565

Biên dƣới 5.65E-02 1.40E-03 3.57E-05 9.13E-07 2.34E-08 5.98E-10

Bảng 5.2 Xác suất mất burst và số lượng các FDL

Hình 5.2 Xác suất mất burst và số lượng các FDL



c) Số lƣợng các bƣớc sóng k :

N = 4, ρ = 0.8

k = 0 k = 8 k = 16 k = 24 k = 32 k = 40

Lớp 0 Biên trên 1 0.2776 0.1607 0.1053 0.0737 0.0537

Biên dƣới 1 0.1444 0.0806 0.0527 0.0369 0.0268

Không

lớp

Biên trên 1 0.0112 6.29E-04 4.10E-05 2.83E-06 2.02E-07

Biên dƣới 1 1.45E-04 7.66E-08 4.33E-11 2.53E-14 1.51E-17

Lớp 1 Biên trên 1 7.25E-05 3.83E-08 2.16E-11 1.27E-14 7.57E-18

Biên dƣới 1 2.05E-15 2.14E-29 2.57E-43 3.28E-57 4.31E-71

Bảng 5.3 Xác suất mất burst và số lượng bước sóng

Hình 5.3 Xác suất mất burst và số lượng k các bước sóng



Hình 5.3 minh họa quan hệ giữa xác suất mất burst theo lý thuyết và số

lƣợng bƣớc sóng k. Trong trƣờng hợp này, số lƣợng các FDL là N = 4 và mật độ

lƣu lƣợng là ρ = 0.8. Khi tăng số bƣớc sóng k thì các biên dƣới của xác suất mất

burst sẽ giảm. Nguyên nhân do khi có nhiều hơn các bƣớc sóng thì sẽ có nhiều

bƣớc sóng rỗi hơn, dẫn đến khả năng đệm đƣợc cung cấp bởi các FDL sẽ đƣợc

tăng lên do công thức d = N.k. Trƣờng hợp này khác với trƣờng hợp trƣớc là biên

trên của xác suất mất burst có giảm đi, mặc dù giảm rất ít khi chúng ta tăng số

lƣợng bƣớc sóng k.

d) Mật độ lƣu lƣợng tổng ρ :

Trong trƣờng hợp này, các tham số đƣợc chọn là N = 4, k = 4. Hình 5.4 chỉ

ra rằng các biên dƣới của xác suất mất burst sẽ tăng lên đáng kể khi mật độ lƣu

lƣợng tăng lên. Điều này đƣợc giải thích là khi tải lƣu lƣợng tăng thêm trong OSN

thì dẫn đến sẽ có nhiều hơn các burst cần đƣợc đệm trong các FDL. Do đó xác suất

mất burst sẽ cao hơn . Kết quả là xác suất mất burst sẽ tăng theo.

N = 4, k = 4

ρ = 0.2 ρ = 0.4 ρ = 0.6 ρ = 0.8 ρ = 1

Lớp 0 Biên

trên

0.0146 0.1053 0.2512 0.3998 0.5261

Biên

dƣới

0.0077 0.0565 0.1387 0.2281 0.3107

Không

lớp

Biên

trên

7.15E-04 0.0077 2.62E-02 5.65E-02 9.52E-02

Biên

dƣới

1.00E-13 4.67E-08 6.48E-05 6.80E-03 1.04E-01

Lớp 1 Biên

trên

5.02E-14 2.34E-08 3.24E-05 3.40E-03 5.20E-02

Biên

dƣới

7.15E-20 5.02E-14 1.12E-10 2.34E-08 1.33E-06

Bảng 5.4 Xác suất mất burst và mật độ lưu lượng tổng



Hình 5.4 Xác suất mất burst và mật độ lưu lượng tổng

5.2 Mô hình Yoo

Trong các mô phỏng của Yoo, chúng ta chỉ coi rằng có 2 lớp và mỗi OSN

đơn có k bƣớc sóng đầu ra và một bộ đệm FDL chứa N FDL. Chúng ta có thể giả

thiết rằng lƣu lƣợng trong mỗi lớp là bằng nhau (λ0 = λ1 =λ và µ0 = µ1 = µ, trong

đó µ = L

1, do đó ρ0 = ρ1). Ngoài ra, 2 lớp có chiều dài burst trung bình là nhƣ nhau

và sự chênh lệch thời gian cân bằng giống nhau. Các kết quả khảo sát trên xác suất

mất burst và trễ hàng đợi theo các tham số thời gian trễ lớn nhất B, số lƣợng N các

FDL và số lƣợng k các bƣớc sóng.

5.2.1 Ảnh hƣởng của thời gian trễ lớn nhất B lên xác suất mất burst

Để có đƣợc các dịch vụ khác nhau thì chúng ta cần phải giữ trễ hàng đợi

thấp khi chúng ta sử dụng các bộ đệm FDL. Do đó, mặc dù thời gian trễ lớn nhất B

(hoặc chiều dài FDL) dài có thể làm giảm xác suất mất burst nhƣng lại làm tăng trễ

hàng đợi. Do vậy, cần phải làm cho trễ này giảm đến mức có thể. Trong phần này,

chúng ta sẽ xem xét tác động của thời gian trễ lớn nhất đến QoS nhƣ xác suất mất



burst và trễ hàng đợi và đặc biệt làm thế nào có thể giảm trễ hàng đợi của các lớp

ƣu tiên cao khi sử dụng các FDL dài.

Hình 5.5 Xác suất mất burst và thời gian trễ lớn nhất

Hình 5.5 cho thấy xác suất mất burst phụ thuộc vào thời gian trễ lớn nhất B.

Các tham số đƣợc sử dụng là n = 2, k = 4, N = 2 (d = 8) và ρ = 0.8 với t01 = 3L

+B khi sử dụng OBS ƣu tiên và t01 = 0 khi sử dụng OBS không lớp. Nhƣ chúng ta

có thể thấy, xác suất mất burst của mỗi lớp là cao nhất khi B = 0 (tức là chuyển

mạch không bộ đệm) và xác suất mất burst đƣợc thực hiện bởi các mô phỏng thì

nằm bên trong các biên (M/M/k/D) khi B có giá trị nhỏ (nhỏ hơn 3L). Khi B càng

tăng thì xác suất mất burst tiến gần hơn và thậm chí là vƣợt ra ngoài một ít so với

các biên dƣới. Hiện tƣợng này là do sự khác nhau giữa FDL và hàng đợi nhƣ đã

đƣợc giải thích trong mục 4.3.4. Ngoài ra chúng ta còn thấy rằng khi độ ƣu tiên

của một lớp là cao hơn thì xác suất mất burst của nó sẽ thấp hơn.

Hình 5.6 minh họa trễ hàng đợi trung bình trong mỗi lớp, các tham số đƣợc

sử dụng giống nhƣ các tham số trong hình 5.5. Nhƣ chúng ta đã biết, trễ hàng đợi tỉ

lệ với xác suất nghẽn, nghĩa là trễ hàng đợi của các lớp khác nhau trong OBS ƣu



tiên thì khác nhau và lớp có độ ƣu tiên cao hơn thì có trễ hàng đợi thấp hơn. Nhƣ

chúng ta thấy trong hình 5.6, ngay cả với giá trị lớn của B (B = 9L) thì trễ hàng đợi

trung bình của lớp 1 cũng chƣa đến 0.05L. Nói cách khác, các lớp ƣu tiên cao (ở

đây là lớp 1) không phụ thuộc nhiều vào việc sử dụng các FDL dài do xác suất

nghẽn của chúng thấp. Mặc dù vậy, đối với lƣu lƣợng thời gian thực, khi các burst

trong lớp ƣu tiên cao có thể có trễ hàng đợi dài thì lúc này mỗi nút cần phải kiểm

tra xem tổng trễ của một burst có vƣợt quá ngƣỡng (biên trễ) hay không, và nếu có

thì burst đó sẽ bị mất.

Hình 5.6 Trễ hàng đợi trung bình và thời gian trễ lớn nhất B

5.2.2 Hiệu quả thực tế của sơ đồ dựa trên thời gian cân bằng:

Hình 5.7 minh họa biên dƣới của xác suất mất burst phụ thuộc vào số lƣợng

mảng d của các FDL (d = N.k) trong OBS ƣu tiên, trong đó k = 4, B = 5L, ρ = 0.8

và t01 = 5L. Nhƣ chúng ta đã thấy, xác suất mất burst của các lớp 0 và không lớp

không đƣợc cải thiện nhiều do d ảnh hƣởng rất ít đến hai lớp này.



Hình 5.7 Xác suất mất burst và số các mảng FDL

Một điểm quan trọng mà chúng ta có thể nhận thấy trong hình là xác suất

mất burst của các lớp đều giảm đến giá trị nhỏ nhất khi d = 12. Điều này đƣợc giải

thích là do xác suất mất burst của các lớp chịu ảnh hƣởng trực tiếp với giá trị B.

Khi giá trị B đƣợc giữ cố định thì thời gian nghẽn của bất kì burst nào mà lớn hơn

giá trị B thì burst đó sẽ bị mất. Do đó, mặc dù số FDL tăng (d tăng) mà không tăng

B thì sẽ không cải thiện đƣợc nhiều hiệu năng của chúng. Do vậy, chúng ta cần

phải tăng cả d và B nếu muốn cải thiện hiệu năng của chúng. Ngoài ra, chúng ta

còn nhận thấy xác suất mất burst của lớp 1 giảm đáng kể khi tăng d.

Hình 5.8 cho thấy xác suất mất burst là một hàm của số lƣợng bƣớc sóng k,

khi N = 4, (d = 4.k) và ρ = 0.8. Khi tăng k, thì tỉ lệ giữa xác suất mất burst của lớp

1 và xác suất mất burst của OBS không lớp sẽ giảm đi đáng kể. Chẳng hạn, với k =

40, xác suất mất burst của lớp 1 có thể giảm hơn 50 lần so với OBS không lớp và

kết quả này còn lớn hơn nếu so với lớp 0. Do đó, có thể thấy rằng việc cải thiện

hiệu năng của OBS không lớp và lớp 0 là không đáng kể khi tăng k. Ngoài ra dễ

dàng thấy rằng với một giá trị k, chênh lệch giữa xác suất mất burst của các biên

trên và dƣới trong lớp 1 có thể lớn hơn 60 lần với chỉ cần sử dụng 4 FDL. Bên



cạnh đó, khi so sánh hình 5.7 với hình 5.8 chúng ta thấy rằng việc tăng số lƣợng

bƣớc sóng có hiệu quả cao hơn so với tăng số lƣợng FDL để cải thiện QoS.

Hình 5.8 Xác suất mất burst và số lượng bước sóng k

5.3 Kết luận chƣơng

Qua mô hình mô phỏng của Yoo, chúng ta thấy rằng các tham số đo lƣờng

hiệu suất của QoS nhƣ xác suất mất burst và trễ hàng đợi là một hàm của thời gian

trễ lớn nhất của FDL, số lƣợng FDL và số lƣợng bƣớc sóng. Qua đó, chúng ta thấy

là mô hình QoS dựa trên thời gian cân bằng có thể tạo ra sự phân biệt của các lớp

dịch vụ đặc biệt là cho các lớp có độ ƣu tiên cao, trong đó trễ hàng đợi và trễ trƣớc

truyền dẫn có thể đƣợc giữ ở mức thấp trong khi vẫn duy trì đƣợc xác suất mất

burst thấp. Tóm lại, mô hình QoS dựa trên thời gian cân bằng có thể hỗ trợ hiệu

quả QoS trong mạng Internet quang thế hệ sau do nó đơn giản và hiệu quả lại cao

khi tăng số lƣợng bƣớc sóng.

Đồ án tốt nghiệp Kết luận


KẾT LUẬN

Tổng kết :

Trong đồ án này, em đã giới thiệu một số vấn đề về kỹ thuật IP qua các

mạng WDM nhƣ các kỹ thuật trong các mạng WDM, trong đó em tập trung vào 3

kỹ thuật chuyển mạch (Định tuyến bƣớc sóng, chuyển mạch gói quang, chuyển

mạch burst quang) và kỹ thuật MPLS. Ngoài ra, trong chƣơng 2, em đã giới thiệu

định nghĩa QoS và các giải pháp đảm bảo QoS trong các mạng IP, trong đó em tập

trung vào 2 giải pháp chính là IntServ và DiffServ.

Sau đó, nội dung chính trong đồ án này là tập trung vào vấn đề QoS trong

các mạng chuyển mạch burst quang OBS. Trong phần này, các thuật toán lập lịch

cho các mạng OBS để đảm bảo QoS đƣợc giới thiệu và nghiên cứu. Tiếp theo, vấn

đề làm thế nào để cung cấp QoS trong các mạng OBS với các FDL đƣợc đƣa ra và

giải quyết, trong đó có đƣa ra sơ đồ dựa trên thời gian cân bằng nhằm phân biệt

các lớp lƣu lƣợng khác nhau. Sơ đồ này đƣợc xem là mô hình QoS phù hợp cho

các mạng quang thế hệ sau.

Trong phần phân tích và đánh giá, chúng ta đã xem xét tác động của các

đƣờng trễ quang FDL đến hiệu suất QoS của các mạng OBS. Nội dung này đƣợc

chia thành hai phần : các kết quả tính theo lý thuyết và các kết quả có đƣợc từ thực

nghiệm. Trong phần lý thuyết, một số phƣơng trình đƣợc đƣa ra để tính các biên

trên và dƣới của xác suất mất burst theo lý thuyết cho cả OBS không lớp và OBS

ƣu tiên. Dựa vào các phƣơng trình này, em sử dụng công cụ Matlab để khảo sát

một số tham số tác động đến các biên trên và dƣới của xác suất mất burst nhƣ: thời

gian trễ lớn nhất B, số lƣợng FDL, số bƣớc sóng k và mật độ lƣu lƣợng ρ. Trong

phần thực nghiệm, các kết quả mô phỏng đƣợc thực hiện bởi Yoo đƣợc đƣa ra thảo

luận và đánh giá hiệu suất QoS với các tham số nhƣ xác suất mất burst và trễ hàng

đợi. Tất cả những kết quả này cho thấy rằng mô hình QoS dựa trên thời gian cân

bằng có thể tạo ra sự phân biệt của các lớp dịch vụ đặc biệt là cho các lớp có độ ƣu

tiên cao, trong đó trễ hàng đợi và trễ trƣớc truyền dẫn có thể đƣợc giữ ở mức thấp

trong khi vẫn duy trì đƣợc xác suất mất burst thấp.

Em xin đƣợc cảm ơn các thầy cô giáo trong Học viện công nghệ Bƣu chính

viễn thông nói chung và khoa Viễn thông 1 nói riêng đã giảng dạy kiến thức cho

chúng em trong suốt thời gian qua.

Đồ án tốt nghiệp Kết luận


Em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo T.S Bùi Trung HIếu, ngƣời đã giúp

đỡ, chỉ bảo em trong suốt thời gian làm đồ án tốt nghiệp.

Hƣớng phát triển tiếp theo :

Trong phần phân tích và đánh giá, do hạn chế về mặt thời gian nên em chỉ

phân tích và đánh giá dựa trên kết quả tính theo lý thuyết bằng công cụ Matlab mà

chƣa mô phỏng đƣợc mạng OBS để qua đó khảo sát các tham số dựa trên thực

nghiệm. Các kết quả thực nghiệm trong đồ án này đƣợc dựa theo kết quả thực

nghiệm từ mô hình Yoo. Đó cũng là một hạn chế của đồ án này. Vì vậy, một trong

những hƣớng trong tƣơng lai là em sẽ cố gắng làm thế nào để mô phỏng đƣợc

mạng OBS nhằm hoàn thiện hơn nội dung mà em đang quan tâm.

Từ vấn đề QoS trong mạng OBS, em muốn nghiên cứu QoS trong một

phạm vi rộng hơn. Do đó, hƣớng phát triển tiếp theo của em là vấn đề QoS trong

mạng IP qua WDM. Các mạng IP qua WDM hiện nay đang đƣợc xem là hƣớng

phát triển phù hợp để xây dựng mạng Internet thế hệ sau. Chúng ta đã biết mạng IP

hiện tại chỉ cung cấp dịch vụ phi kết nối, không tin cậy, dịch vụ truyền tải gói theo

kiểu nỗ lực tối đa. Các dịch vụ này không thể đáp ứng cho các ứng dụng thời gian

thực yêu cầu QoS rất khắt khe. Vì vậy, vấn đề hỗ trợ QoS là một vấn đề đặc biệt

quan trọng trong mạng Internet thế hệ sau.

Đồ án tốt nghiệp Tài liệu tham khảo


TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Dan Luo. “ QoS in IP over WDM ”. Curtin University of Technology, 10/2003.

[2] Ping DU. “ QoS control and performance improvement methods for Optical

Burst Switching Networks ”, 3/2007.

[3] Hao Buchta. “ Analysis of Physical Constraints in an Optical Burst Switching

Network ”, 4/2005.

[4] Miroslow Klinkowski. “ Emulated Architecture for Optical Burst Switching –

Modelling and Performance Evaluation ”, 11/2007.

[5] Achyut K. Dutta, Niloy K. Dutta và Masahiko Fujiwara. “ WDM Technologies

: Optical Networks ”, 2004.

[6] Wang Tao. “ Analysis of QoS in IP over DWDM ”, 28/10/2003.

[7] Kishore Koduru. “ New Contention Resolution Techniques for Optical Burst

Switching ”, 5/2005.

[8] Prof Rod Tucker và Dr Keping Long. “ Optical Burst Switching for Next

Generation Transport Networks ”, 13/3/2002.

Documents

QoS Trong OBS