1. Trang Chủ
  2. Điện-Điện tử-Viễn thông
  3. DUY TRÌ TRONG MẠNG QUANG WDM CHƯƠNG 2

DUY TRÌ TRONG MẠNG QUANG WDM CHƯƠNG 2

Các mạng nội thị nằm giữa các mạng truy nhập và mạng đường trục như được vẽ trên hình 1.3 chương I. MAN có một số đặc tính riêng cần phải xem xét khi thiết kế các giao thức và kiến trúc mạng nội thị Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương II. Các mạng WDM nội thị ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN THÔNG TIN QUANG ĐỀ TÀI: DUY TRÌ TRONG MẠNG QUANG WDM CHƯƠNG II. CÁC MẠNG WDM NỘI THỊ Các mạng nội thị nằ m giữa các mạng truy nhập và mạng đường trục như được vẽ trên hình 1.3 chương I. MAN có một số đặc tính riêng cần ph

Thể loại Tài liệu miễn phí Điện-Điện tử-Viễn thông

Số trang 30

Ngày tạo 8/29/2018 10:12:55 PM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước

Tên tệp

Tải DUY TRÌ TRONG MẠNG QUANG WDM CHƯƠNG 2 (.pdf)

Xem mẫu

  1. Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương II. Các mạng WDM nội thị ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN THÔNG TIN QUANG ĐỀ TÀI: DUY TRÌ TRONG MẠNG QUANG WDM CHƯƠNG II. CÁC MẠNG WDM NỘI THỊ Các mạng nội thị nằ m giữa các mạng truy nhập và mạng đường trục như được vẽ trên hình 1.3 chương I. MAN có một số đặc tính riêng cần phải xem xét khi thiết kế các giao thức và kiến trúc mạng nội thị: - Vùng phủ địa lí của MAN là có giới hạn. Thông thường, các MAN có đường kính từ 50 km tới 200 km, cung cấp đa dịch vụ tập trung ở khu vực đô thị. - Số lượng node trong một MAN phổ biến trong khoảng từ 10 tới 200 node. - So với các mạng đường trục, các MAN có hiệu quả chi phí hơn vì số lượng khách hàng ít hơn nhiều và lưu lượng trong MAN có tính bùng nổ hơn. - Trong khi tính chất lưu lượng trong các LAN và WAN đã được nghiên cứu, các kiểu lưu lượng trong MAN đang được nghiên cứu ở mức lý thuyết. - Trong khi các mạng lưới là khá phổ biến trong mạng đường trục, các mạng nội thị thường có mô hình sao, ring hoặc bus.
  2. Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương II. Các mạng WDM nội thị Đồ án này sẽ tổng quan các mạng WDM nội thị khác nhau đã được giới thiệu một cách lí thuyết cho đến thời điểm hiện tại. Thông thường, các mạng WDM nộ i thị có cấu hình sao hoặc ring. 2.1 Các mạng WDM nội thị ring Hầu hết các mạng WDM nội thị ring được mô tả dưới đây hoạt động ở tốc độ đường là 2.5Gb/s. Vì các lí do thực tế nên hầu hết chúng được triển khai dạng các bộ thu cố định hơn là các bộ thu chuyển đổi được. 2.1.1 Mạng Komnet Mạng ba trường WDM nội thị Komnet bao gồ m ba bộ kết hợp kênh xen/rẽ quang (OADM) được kết nối với nhau thông qua một mô hình ring hai hướng. Cấ u trúc của một OADM được chỉ ra trên hình 3.1. Trên mỗi một sợi các bước sóng khác nhau có thể được lọc bằng cách dùng các lưới Bragg chuyển đổi được. Bằng cách sử dụng các bộ kết hợp bước sóng mật độ cao, các bước sóng các thể được xen vào mỗi sợi quang. Mỗi FBG có một tổn thất chèn tương đối nhỏ khoảng 0,1 dB. Các FBG có thể chuyển đổi cơ với dải ms. Do đó, Komnet rất thích hợp cho chuyển mạch kênh (Lambda), nhưng lại không hiệu quả cho chuyển mạch gói do thời gian chuyển đổi tương đối lớn đối với mỗi FBG. OADM OADM OADM Circulator Tunable FBGs .... .... Combiners
  3. Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương II. Các mạng WDM nội thị Hình 3.1. Mạng WDM nội thị KomNet 2.1.2 RINGO Mạng nội thị RINGO chuyển mạch gói là một mạng ring sợi đơn hướng. Nó bao gồm N node trong đó N bằng với số bước sóng. Mỗi node được trang bị một dãy các bộ phát cố định và một bộ thu cố định hoạt động ở bước sóng cho trước tương ứng với node đó. Node j tách bước sóng λj từ vòng ring. Do vậy, để truyề n thông với node j, một node cho trước phải truyền dữ liệu bằng cách sử dụng laser hoạt động ở bước sóng λj, như được mô tả trên hình 3.2. Tất cả các bước sóng được chèn với chiều dài khe bằng với thời gian truyền của bói dữ liệu có kích thước cố định cộng với thời gian bảo vệ. Mỗi node kiể m tra trang thái của chiếm bước sóng (λ–giám sát) dựa trên khe thời gian để tránh xung đột nhờ tạo ra đa kênh theo xu hướng khe rỗng (Trong xu hướng khe rỗng, một bit tại đầu mỗi khe thời gian chỉ ra trạng thái của khe thời gian tương ứng nghĩa là nó có rỗi hay không). Cơ chế truy nhập này dành sự ưu tiên cho truyền bằng cách cho phép một node giám sát sử dụng chỉ các khe thời gian rỗi.
  4. Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương II. Các mạng WDM nội thị Hình 3.2 Mạng nộ thị WDM RINGO ………. Hình 3.3 Cấu trúc node RINGO Hình 3.3 thể hiện cấu trúc node một cách chi tiết hơn. Tại mỗi node tất cả các bước sóng đều được giải ghép kênh. Bước sóng cần tách được định tuyến tới một
  5. Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương II. Các mạng WDM nội thị bộ thu trong khi trạng thái của các bước sóng khác được giám sát bởi khoảng trống 90/10 và một dãy các photodiode. Tiếp đó, các bước sóng được ghép kênh trong sợi ra. Với một bộ kết hợp 50/50 và một bộ điều chế ngoài, node tương ứng có thể gửi gói tin dữ liệu bằng cách kích hoạt một hoặc nhiều các bộ phát cố định. 2.1.3 HORNET HORNET là một mạng ring WDM đơn hướng. Tất cả các bước sóng được chèn vào khe với chiều dài khe bằng với thời gian truyền của một gói kích thước cố định (cộng với thời gian bảo vệ). Mỗi bước sóng được chia sẻ bởi một vài node để tiếp nhận dữ liệu. Tất cả các node được trang bị một bộ phát chuyển đổi nhanh và một bộ thu mode cố định. Cấu trúc node bao gồ m một bộ quản lí khe thời gian, mọt bộ tách thông minh và một khối chèn thông minh như hình 3.4 Smart Drop Smart Add Slot Manager Fiber delay circulator grating To MAN from MAN 90/10 50/50 λadd λdrop Sub-carrier Burst mode Fast Tunable Rx Rx Tx Hình 3.4 Cấu trúc node HORNET Truy cập tới tất cả các bước sóng được điều khiển nhờ giao thức MAC truy cập cảm nhận sóng mang tránh xung đột (CSMA/CA). Khi một node truyền một gói tin nó ghép sóng âm thứ cấp vào gói tin tại một tần số thứ cấp tương ứng vớ i bước sóng mà gói tin chuẩn bị truyền. Do vậy, tất cả các gói tin trên vòng mang cùng với nó một sóng âm ghép kênh thứ cấp biểu thị bước sóng mà chúng chiếm. Để cảm nhận, bộ quản lí khe thời gian chỉ cần tách một lượng nhỏ công suất quang và xác định nó bằng một photodiode. Như được mô tả trên hình 3.5, dữ liệu trên tất cả các bước sóng xung đột tại băng gốc trong khi bỏ lại các tần số sóng mang thứ
  6. Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương II. Các mạng WDM nội thị cấp (được điều chế ASK hoặc FSK) không bị ảnh hưởng. Sự vắng mặt của âm thứ cấp chỉ ra sự vắng mặt của bước sóng tương ứng. Điều này cho phép node đó xác định liệu bước sóng đó là rỗi hay bận. Nếu như bước sóng đó của node đích tương ứng là rỗi, node cảm nhận sẽ truyền gói tin bằng cách sử dụng khối chèn thông minh của nó. Mỗi khối sử dụng khỗi tách thông minh của nó (xem hình 3.4) để thu trên bước sóng gắn sẵn cố định của nó. Tần số sóng mang thứ cấp tương ứng được điều chế FSK và mạng địa chỉ đích của gói tin tương ứng. Nếu địa chỉ đích gói tin không phù hợp với địa chỉ node, node đó sẽ chuyển tiếp gói tin bằng cách sử dụng khối chèn thông minh. Giao thức MAC CSMA/CA có thể mở rộng để hỗ trợ các gói tin IP có kích thước thay đổi. Bằng cách bổ sung một ring sợi theo hướng ngược lại, HORNET có thể chống lại lỗi sợi/node. Hình 3.5: Cấu trúc của quản lý khe thời gian 2.1.4 IEEE 802.17 RPR Hiện nay IEEE 802.17 và IETF WG IPoRPR đang làm việc để có một chuẩn mới cho các mạng ring nội thị.
  7. Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương II. Các mạng WDM nội thị 2.2 Các mạng WDM nội thị hình sao Các mạng WDM nội thị hình sao có thể dựa trên PSC hoặc AWG. Trong các mạng hình sao dưới đây, truyền thông giữa hai cặp node bất kì - có thể chuyể n mạch kênh hoặc chuyển mạch gói - xảy ra đơn chặng nghĩa là dữ liệu được truyề n không phải xử lí và chuyển tiếp qua các node trung gian. 2.2.1 RAINBOW RAINBOW là một mạng WDM nội thị do IBM khởi xướng dựa trên một PSC. Như được mô tả trên hình 3.6 mạng này gồm 32 node. Mỗi node được trang bị với một bộ phát cố định với một bước sóng dành riêng và một bộ thu điều chỉnh được. Tất cả các bộ thu sử dụng một bộ lọc Fabry-Perot điều chỉnh được với tốc độ điều chỉnh là 1ms. RAINBOW hướng tới xu hướng chuyển mạch kênh song công. Các mạch giữa các node được thiết lập và loại bỏ bằng cách dùng giao thức tìm kiế m vòng. Để thiết lập một kết nối, một node liên tục quảng bá một bản tin yêu cầu kết nối trên một bước sóng được gán trước cho nó. Đích mong muốn, nếu rỗi, dò tìm bộ lọc điều chỉnh được của nó đối với tất cả các bước sóng để tìm kiếm một bản tin như vậy và khoá đối với một bước sóng nếu nó gặp một bước sóng như vậy. Sau đó nó gửi trở lại một bản tin chấp nhận kết nối mà phía khởi tạo tìm kiề m trong khi nó kiể m tra tất cả các bước sóng. Trong RAINBOW 1, mỗi node có khả năng gửi dữ liệu ở tốc độ 300Mb/s. Trong RAINBOW 2, ngược lại, tốc độ tại mỗ i node là 1Gb/s.
  8. Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương II. Các mạng WDM nội thị Hình 3.6 Mạng nội thị sao RAINBOW của IBM 2.2.2 Telstra Mạng Telstra sử dụng một AWG trung tâm (mà không đi kèm với bất cứ bộ kết hợp và bộ chia nào) như là một bộ định tuyến bước sóng thụ động cho các mạng WDM liên kết với nhau trong một mô hình sao như được thể hiện trong hình 3.7. Hình 3.7 Mạng nội thị kết nối nhiều vòng dựa trên Telstra’s AWG
  9. Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương II. Các mạng WDM nội thị Mỗi node dùng các bộ thu phát cố định. Bằng cách kích hoạt các bộ thu phát khác nhau, mỗi node có khả năng gửi dữ liệu tới các mạng ring khác thông qua AWG định tuyến theo bước sóng. Điều quan trọng trong kiến trúc này là thực ra hai ring bất kì kết nối trực tiếp với nhau thông qua một AWG trung tâm. 2.2.3 NTT NTT là một mạng WDM nội thị hình sao dựa trên một AWG kết nối 32 node lại với nhau. Như trong hình 3.8, mỗi node có 32 bộ thu phát cố định. Mỗi bộ thu phát hoạt động ở một bước sóng khác nhau sao cho mỗi cặp node bất kì có thể truyền thông qua đơn chặng duy nhất với tốc độ 10Gb/s. Với đường kính mạng 20km thì không cần một bộ khuyếch đại quang nào. Mạng có thể mở rộng tới 96 node cho phép dung lượng mạng lên tới 96x96x10Gb/s = 92Tb/s.
  10. Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương II. Các mạng WDM nội thị Hình 3.8 Mạng WDM nội thị hình sao dựa trên NTT’s AWG Một mạng biến đổi trong đó mỗi node được trang bị chỉ hai bộ phát cố định (và n bộ thu, trong đó n là số lượng node) được trình bày trong [OSS+01]. Mỗi node truyền các gói dữ liệu ở cùng bước sóng 1,55m và các tiêu đề gói tin tương ứng ở bước sóng 1,33m. Để cho phép truyền thông đơn chặng giữa bất cứ cặp node nào, các bước sóng phải được chuyển đổi tại một AWG trung tâm. Hình 3.9 mô tả một tiêu đề và gói tin đến từ một node cho trước tới một AWG trung tâm. Một coupler WDM định tuyến gói tin phải truyền để đến được node đích tương ứng. Gói tin dữ liệu được khuyếch đại và chuyển tiếp tới bộ chuyển đổi bước sóng. Bộ này bao gồm nhiều nguồn quang mỗi cái hoạt động ở bước sóng khác nhau. Nhờ sử dụng các cổng khuyếch đại quang (SOA) và điều chế thu thập chéo (XGM), gói tin tới sẽ được chuyển đổi thành bước sóng đích. Sau khi vượt qua bộ kết hợp kênh AWG sẽ định tuyến gói tin theo bước sóng tới node đích tương ứng. Hình 3.9 Cấu trúc của NTT’s AWG trung tâm với bước sóng chuyển đổi
  11. Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương II. Các mạng WDM nội thị 2.3 Các mạng WDM đơn chặng Khái niệm của truyền thông đơn chặng không chỉ giới hạn trong các mạng WDM nội thị. Nó cũng được áp dụng trong các mạng WDM diện rộng, các mạng nội hạt, các chuyển mạch, và các kết nối tốc độ cao giữa các bộ vi xử lí và các bộ nhớ. Vài mạng WDM đơn chặng đã được làm và đang ở giai đoạn thử nghiệm. SONATA là một mạng đơn chặng quốc gia dựa trên AWG không gian tự do với các dãy được gắn lại với nhau của các bộ chuyển đổi bước sóng và một bộ điều khiển tài nguyên trung tâm. Các ví d ụ cho các LAN WDM đơn chặng là Bellcore LAMBDANET, Fairnet, STARNET của đại học Stanford, SYMFONET. Các ví dụ về các chuyển mạch dựa trên WDM đơn chặng được cung cấp bởi chuyển mạch quang tử của phòng thí nghiệm AT&T Bell, Bellcore’FOX, BHYPASS và một chuyển mạch ATM quang tử. LIGHTNING là một ví dụ cho các hệ thống truyề n thông đa vi xử lí WDM đơn chặng. Vì lí do chi phí, mỗi node trong các mạng WDM đơn chặng triển khai một số lượng bộ thu phát nhỏ mà thông thường là nhỏ hơn số lượng bước sóng có sẵn để truyền/nhận tin. Để tăng cường hiệu quả mạng tất cả các bước sóng phải luôn được sử dụng tại một thời điểm cho trước. Có thể đạt được điều này nếu mỗi bước sóng được sử dụng bởi các tập con các node khác nhau. Tuy nhiên, nếu các bộ thu của mỗi node là cố định thì mỗi node không thể nhận được tất cả các bước sóng vì số lượng giới hạn của các bộ thu phát trong mỗi node. Kết quả là các mạng đơn chặng với các bộ thu phát cố định trong mỗi node không có khả năng cung cấp kết nố i hoàn toàn. Vấn đề này có thể được giải quyết hoặc bằng cách trang bị cho mỗ i node một bộ thu phát cố định cho mỗi bước sóng hoặc làm cho mỗi node chuyển tiếp gói tin tới node đích nghĩa là hình thành mạng đa chặng. Các mạng đơn chặng trong đó bất cứ kết nối nào cũng có thể hình thành nếu các bộ thu và/hoặc bộ phát ở mỗi node là chuyển đổi được. Để làm được như vậy, mỗi node truy nhập được
  12. Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương II. Các mạng WDM nội thị tới tất cả các bước sóng và có khả năng gửi và/hoặc nhận các gói tin ở bất kì bước sóng nào (trong dải chuyển đổi của bộ thu phát). Theo những cấu trúc node khác nhau, các mạng WDM đơn chặng có thể được phân loại như sau: - Bộ thu cố định và bộ phát cố định (FT-FR) - Bộ phát cố định và bộ thu điều chỉnh được (FT-TR) - Bộ phát điều chỉnh được và bộ thu cố định (TT-FR) - Bộ phát điều chỉnh được và bộ thu điều chỉnh được (TT- TR) Hầu hết tất cả các mạng WDM đơn chặng được báo cáo trong lí thuyết đề u dùng một cấu trúc node là phát chuyển đổi được và/hoặc thu chuyển đổi được thay vì một dãy các bộ thu phát cố định (một bộ cho mỗi bước sóng). Trong các mạng như thế các gói tin có thể gặp phải xung đột kênh và xung đột bộ thu. Xung đột kênh xảy ra khi hai hay nhiều node truyền đồng thời cùng một bước sóng. Xung đột bộ thu xảy ra khi một gói tin được truyền không xung đột ở một bước sóng cho trước tới một node đích mà bộ thu của nó đã được bật sang một bước sóng khác. Do đó, gói tin không được thu bởi node đích, dẫn đến xung đột bộ thu (còn được gọi là xung đột phía thu). Để làm giảm hoặc loại bỏ hoàn toàn các xung đột này, truy nhập bước sóng phải được phân xử bởi một giao thức MAC. Như hình 3.10 chỉ ra các giao thức MAC cho các mạng WDM đơn chặng có thể được chia làm phân bổ trước, truy nhập ngẫu nhiên, đặt trước trong đó nhóm các giao thức đặt trước có thể được chia nhỏ hơn thành các giao thức báo và truyền và các giao thức thử và chờ. Ngoài ra còn có các giao thức là lai giữa các giao thức đã đề cập ở trên. Trong các phần kế tiếp hoạt động cơ bản và các ví dụ của các loại giao thức MAC khác nhau sẽ được trình bày. Các giao thức MAC đơn hop Phân phối Truy nhập Lai (hỗn Dành trước trước ngẫu nhiên hợp)
  13. Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương II. Các mạng WDM nội thị Hình 3.10 Phân loại các giao thức MAC của mạng WDM đơn chặng Phần còn lại của chương sẽ chỉ ra báo cáo trước đây về các giao thức MAC cho các mạng WDM đơn chặng. Đối với mỗi loại giao thức MAC cần phân loại giao thức và giao thức không xung đột bộ thu. 2.3.1 Các giao thức phân bổ trước Các giao thức có xung đột bộ thu Giao thức phân bổ trước tài nguyên dùng cho các mạng sao và bus. Mỗi node được trang bị cả hai TT-TR hoặc một trong hai điều chỉnh được (FT-TR hoặc TT- FR). Giao thức truy nhập này gán mỗi truyền dẫn được phép tới các node tài nguyên trong một kiểu TDMA vòng kín cố định trong đó mỗi vòng gồ m [N/W] khe có cùng chiều dài. Trong mỗi khe, W node tài nguyên khác nhau được cho phép truyền dẫn tới bất cứ đích nào, mỗi node tài nguyên gửi trên một bước sóng riêng. Giao thức này tránh được xung đột kênh nhưng vẫn có thể có xung đột bộ thu nếu có nhiều hơn một node trong W node truyền đồng thời gói tin tới cùng một node đích. Tình huống này xảy ra nhiều khi tải lưu lượng là từ trung bình tới cao và W  N. Với W
  14. Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương II. Các mạng WDM nội thị mỗi node sử dụng khe phân bổ để truyền bất cứ một trong số (N-1) node đích nào nên các bước sóng được tận dụng một cách hiệu quả hơn. Tuy nhiên, đối với mô hình tải lưu lượng trung bình đến cao và lưu lượng không bùng nổ có lí do để gán mỗi node tài nguyên (N-1) khe, mỗi một cho node đích. Các giao thức mà không xung đột bộ thu Một cải biến của giao thức được đề cập ở trên là giao thức phân bổ nguồn/đích. Trong giao thức này mỗi vòng gồ m [N(N-1)/W] khe có cùng kích thước nghĩa là số lượng khe trong mỗi vòng được tăng lên một lượng (N-1) so với giao thức phân bổ nguồn. Bằng cách phân bổ một khe riêng cho mỗi cặp đích nguồn trong mỗi vòng, cả xung đột kênh và bộ thu đều được loại bỏ. Nhưng sự tận dụng kênh lại giảm và trễ lớn hơn cho lưu lượng không có tính bùng nổ hay tải lưu lượng từ thấp tới trung bình. Một giao thức TDMA vòng kín không xung đột khác được sử dụng trong mạng PSC và mỗi node có một kiến trúc TT-FR. Các bước sóng được gán cố định cho một hoặc nhiều node. Do đó các bộ thu không thể được chuyển đổi sang bất cứ một bước sóng nào khác để tránh xung đột bộ thu. Vì các bộ thu không phải điều chỉnh được nên độ phức tạp trong hoạt động và triển khai của mạng được giả m xuống. Mạng này dựa trên một PSC và mỗi node có cấu trúc TT-FR. Ở mỗi node thu trên FSR của bộ thu các đặc tính lọc thông dải đa bước sóng của bộ thu được dùng, dẫn đến số lượng bước sóng cho phép là rất lớn. Tuy nhiên, bộ phát ở mỗi node phải chuyển đổi được trong một FSR bộ thu để cho phép kết nối hoàn toàn. Do vậy, xu hướng này tăng số lượng kênh trong khi rất tốn kém cho bộ phát với thời gian điều chỉnh nhỏ. Để tránh xung đột bộ thu, các bước sóng được gán trước theo một cách mà mỗi node được phép nhận dữ liệu chỉ trên một FSR ở một thời điể m cho trước.
  15. Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương II. Các mạng WDM nội thị Mạng dựa trên một PSC với cấu trúc TTi-TRj (1 ≤ i,j ≤ W) (thuật toán xếp thời gian biểu) được đề xuất tránh được cả hai loại xung đột. Nó bao gồm các khung được thay thế theo chu kì. Mỗi khung bao gồm các khoảng thời gian truyền và khoảng điều chỉnh bộ thu phát. Nó đã chỉ ra rằng vấn đề tối thiểu hoá cả hai khoảng trên được tính toán tương tác và do đó được chia làm hai vấn đề con. Một cơ chế gán TDMA/WDMA vòng kín cố định cho các bản tin thời gian thực dựa trên một PSC và cấu trúc node là FT-TR, TT-FR hoặc TT-TR. Xếp lịch TDMA/WDMA là hoàn toàn không xung đột và cung cấp bảo đảm thời gian xác định trước cho các bản tin với một giới hạn phân phát cho trước trong khi tối thiể u hoá số lượng bước sóng cần thiết. 3.3.2 Các giao thức truy nhập ngẫu nhiên Các giao thức có xung đột bộ thu Một giao thức hoàn toàn phân bổ dựa trên một PSC hay bus có cấu trúc node là TT-TR. Tất cả các bước sóng được đưa vào khe với độ dài khe bằng với thời gian truyền dẫn gói tin. Bất cứ node nào với gói tin gửi đều được phép truyền dẫn gói tin trong một bước sóng được lựa chọn ngẫu nhiên tại khởi đầu mỗi khe. Cả hai loại xung đột đều có thể xảy ra đặc biệt với tải lưu lượng trung bình đến cao. Các giao thức không xung đột bộ thu Giao thức phân bổ đích cho phép tất cả các node gửi một gói tin tại khởi đầu khe. Mạng dựa trên một PSC hoặc bus và mỗi node có cấu trúc một TT-FR hoặc một TT-TR. Trong khi xung đột kênh có thể xảy ra thì xung đột bộ thu bị loại bỏ bằng cách gán mỗi bước sóng tới các bộ thu khác nhau trong mỗi khe. Một chu kì bao gồm nhiều khe và được lặp lại một cách tuần hoàn. Trong mỗi chu kì tất cả các node có cơ hội gửi gói tin tới bất kì đích nào.
  16. Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương II. Các mạng WDM nội thị Một giao thức truy nhập ngẫu nhiên tương tự được sử dụng dựa trên một PSC. Để đơn giản hoá hoạt động và triển khai mỗi node được phân bổ một bước sóng (kênh) cố định để nhận trong khi bộ phát là điều chỉnh được (TT-FR), nghĩa là xung đột bộ thu bị loại bỏ. Tất cả các bước sóng được gán khe ngang nhau và mỗi node có thể truyền dẫn một gói tin tại thời điểm bắt đầu khe, có thể dẫn tới xung đột kênh. Hai giao thức trên là giống với ALOHA gán khe được mở rộng cho môi trường đa kênh. Hai biến thể của ALOHA gán khe đa kênh khác nhau trong các giới hạn đồng bộ. Giao thức thứ nhất được gán khe trong các giới hạn khe rất nhỏ trong khi giao thức thứ hai mỗi khe dài hơn và bao gồm L khe con bằng với chiều dài gói trong đó L≥ 1. Giao thức truy nhập ngẫu nhiên thứ hai cho thông lượng cao hơn giao thức đầu do đã giảm thời gian không được bảo vệ và do đó giả m xung đột kênh. Quan trọng hơn đối với một số lượng nhỏ bước sóng sẽ thuận tiện hơn để sử dụng tất cả các bước sóng để truyền dẫn dữ liệu thay vì dùng một bước sóng khác để điều khiển và đặt trước như thường được làm trong các giao thức đặt trước. Kênh dữ liệu bổ sung sẽ trở nên kém lợi thế hơn khi số lượng các bước sóng tăng. Đối với tải hệ thống thấp, ALOHA gán khe đa kênh thực hiện TDMA ngẫu nhiên theo nghĩa là thông lượng và trễ và ngược lại cho môi trường tải lưu lượng từ trung bình đến cao vì TDMA không bị xung đột kênh. Hiệu năng của cả hai mạng là tốt nhất khi các bộ phát ở mỗi node có thể chuyển sang tất cả các bước sóng và số lượng bộ thu của mỗi node bằng với số bước sóng. Một mạng đơn chặng dùng hai PSC song song, mỗi node được trang bị TT- FR với kênh riêng dành riêng. Trước khi truyền dẫn gói tin một node cho trước thăm dò kênh riêng của đích tương ứng bằng cách gửi một xung nhỏ. Chỉ khi xung này không xung đột với các xung khác và gói tin đang được truyền dẫn tới cùng một
  17. Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương II. Các mạng WDM nội thị đích, node nguồn nhận được quyền truy nhập tới bước sóng tương ứng và bắt đầu gửi gói tin. Nếu không, node nguồn phải truyền lại xung tại một thời điểm khác. Một giao thức cảm nhận sóng mang (CSMA) có mô hình bus vô hướng, mỗi node có cấu trúc TT-FR. Kênh riêng của một node cho trước phía nhận có thể dành riêng hoặc chia sẻ với các node khác. Mỗi node được phép truyền dẫn không chỉ các gói tin đơn mà còn một chuỗi gói (gửi trở lại một đa gói) một khi node đó nhận được quyền truy nhập tới kênh riêng tương ứng của đích. Thời gian được chia thành các chu kì tuần hoàn tái tạo lại. Một node cho trước với một gói tin sẵn sàng gửi cảm nhận kênh riêng tương ứng của node đích một lần trong một chu kì. Nếu bước sóng là rỗi, node bắt đầu truyền dẫn gói tin hoặc chuỗi gói. Nếu bước sóng là bận, node này không bắt đầu truyền dẫn và giữ cảm nhận bước sóng trong chu kì kế tiếp cho tới khi bước sóng là rỗi. 3.3.3 Các giao thức đặt trước Các giao thức có xung đột bộ thu Mạng hình sao đơn chặng dựa trên một PSC. Mỗi node có cấu trúc TT-TR. Các bước sóng không được gán cố định. Một bước sóng được sử dụng cho truyền dẫn kết hợp giữa các bộ phát và các bộ thu. Các node rỗi chuyển đổi các bộ thu tới kênh điều khiển này để thu nhập các gói tin điều khiển, mỗi gói chứa địa chỉ nguồn, địa chỉ đích, và bước sóng được lựa chọn ngẫu nhiên để gửi gói dữ liệu tương ứng. Sự kết hợp của ALOHA và CSMA để điều khiển truy nhập tới kênh điều khiển và các bước sóng dữ liệu. Một node cho trước với một gói dữ liệu trong bộ đệm của nó truyền dẫn gói dữ liệu ngay sau khi gửi gói tin điều khiển tương ứng, nghĩa là giao thức này thuộc loại báo và truyền. Rõ ràng là trong loại giao thức đặt trước ngẫu nhiên này cả hai gói tin điều khiển và dữ liệu đều có thể xảy ra
  18. Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương II. Các mạng WDM nội thị xung đột. Hơn nữa, các node bận không có khả năng giám sát kênh điều khiển và có thể bị chuyển sang bước sóng khác dẫn đến xung đột bộ thu. Các giao thức cung cấp hiệu năng trễ-thông lượng tương đối kém vì thực ra các gói tin dữ liệu được gửi không phụ thuộc sự thành công của các gói tin điề u khiển tương ứng. Hiệu năng trên có thể tăng bằng cách chỉ gửi các gói tin dữ liệu nếu các gói tin điều khiển hoàn toàn không xung đột. Nói cách khác hiệu năng trễ- thông lượng có thể tăng nếu như thay thế giao thức báo và truyền bởi giao thức thử và chờ. Tuy nhiên vẫn có thể xảy ra xung đột bộ thu. Cần chú ý rằng các giao thức thử và chờ được đề cập ở trên không những chịu ảnh hưởng của xung đột bộ thu mà còn cả xung đột kênh đối với các gói tin dữ liệu. Hãy tưởng tượng, hai gói tin điều khiển được truyền liên tiếp nhau mà không xảy ra xung đột kênh đều muốn đặt trước cùng một bước sóng. Cả hai gói tin điều khiển đều thành công và các gói tin dữ liệu tương ứng được gửi đi. Nếu hai gói tin dữ liệu không dài hơn gói tin điều khiển, chúng sẽ xung đột và dẫn tới lãng phí băng thông và giả m thông lượng. Vấn đề này được giải quyết bằng cách tránh các xung đột kênh của các gói tin dữ liệu. Một gói tin dữ liệu cho trước được gửi đi nếu: gói tin điều khiển tương ứng được truyền dẫn mà không bị xung đột và không có gói tin điều khiển nào khác đặt trước cho cùng bước sóng trong khoảng thời gian (L-1) khe liền trước đó, trong đó L≥1 biểu thị chiều dài gói tin và một khe tương ứng với thời gian truyền dẫn của gói tin điều khiển. Hiệu năng trễ-thông lượng trong các kết hợp giao thức ALOHA gán khe được nâng lên nhờ việc chia nhỏ thời gian thành các chu kì tuần hoàn và cho phép trong mỗi khe của các đặt trước kênh điều khiển vào các bước sóng dữ liệu khác nhau. Để làm được như thế, trong mỗi khe chỉ có các node muốn gửi gói tin dữ liệu ở cùng bước sóng đặt trước dẫn đến giảm số lượng các gói tin điều khiển bị xung đột. Điều này lại làm tăng hiệu năng vì số lượng gói tin điều khiển phải truyền lạ i
  19. Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương II. Các mạng WDM nội thị do xung đột giảm. Từ đó ra đời giao thức ALOHA đặt trước (R-ALOHA). Trong R-ALOHA một node cho trước đã thành công trong việc đặt trước trong một khe được gán cố định khe đó cho tới khi node đó không còn gói tin dữ liệu nào cần truyền nữa. R-ALOHA cho thông lượng cao hơn và trễ nhỏ hơn đối với tải lưu lượng trung bình đến cao. Các giao thức ALOHA gán khe có thể được cải tiến thêm bằng việc gửi các gói tin điều khiển trong các bước sóng dữ liệu thay vì một kênh điều khiển duy nhất. Trong giao thức này không có kênh điều khiển riêng và các node được chia thành các nhóm. Mỗi nhóm được gán một bước sóng khác nhau. Thời gian được chia thành các chu kì tuần hoàn. Mỗi chu kì gồ m có pha điều khiển và pha dữ liệu. Một node rỗi chuyển bộ thu của nó sang bước sóng của nhóm mà nó nằ m trong. Node nguồn muốn truyền dẫn gói dữ liệu sẽ truyền một gói tin điều khiển trên bước sóng của node đích tương ứng trong pha điều khiển của chu kì bằng cách dùng ALOHA gán khe. Giao thức này nâng cao hiệu năng của mạng. Bởi vì các gói tin điều khiển được phân tán nhờ đa bước sóng (thay vì chỉ có một bước sóng điều khiển duy nhất) và tất cả các bước sóng đều có thể được sử dụng cho truyề n dẫn dữ liệu trong pha dữ liệu và kết quả là mức độ đồng bộ cao hơn, giảm xung đột và số lượng các gói tin phải truyền lại. Ảnh hưởng của xung đột bộ thu đối với hiệu năng được phân tích dựa trên PSC với cấu trúc node TT-TR sử dụng giao thức đặt trước. Nó đã được chứng minh rằng trừ phi số lượng node là lớn, xung đột bộ thu sẽ làm giảm hiệu năng trễ- thông lượng mạng. Có điều này trong các mạng với một lượng nhỏ node hai gói tin dữ liệu truyền dẫn đồng thời có nhiều khả năng được đánh địa chỉ cùng một node đích. Với mỗi node có cùng bộ thu duy nhất node đích cho trước chỉ có khả năng nhận một gói tin dữ liệu và loại bỏ các gói tin còn lại. Do đó gói tin điều khiển của bộ thu đã xung đột với gói tin dữ liệu sẽ phải truyền lại, dẫn tới làm giảm thông
  20. Đồ án tốt ngiệp Đại học Chương II. Các mạng WDM nội thị lượng và tăng trễ. Trong các giao thức đặt trước dựa trên kênh điều khiển với truy nhập ngẫu nhiên với cả các bước sóng dữ liệu và điều khiển sẽ thể hiện trễ theo kiểu không đều khi tải lưu lượng tăng nếu số lượng của các bước sóng dữ liệu nhỏ. Lí do là, tại mức tải thấp, hầu hết các gói kênh điều khiển và kênh dữ liệu đều được gửi thành công. Khi tải tăng thì nghẽn kênh trên các bước sóng dữ liệu chiế m chủ yếu và khả năng thông bắt đầu giảm, c¸c gãi ®iÒu khiÓn t­¬ng øng ph¶i ®­îc truyÒn l¹i. Khi tải tăng hơn nữa thông lượng kênh điều khiển cũng giả m sẽ dẫn tới giả m tải trên các bước sóng dữ liệu. Kết quả là thông lượng kênh dữ liệu lại tăng và số lượng các gói tin điều khiển phải truyền lại lại giả m. Tuy nhiên đến một tải lưu lượng nhất định xung đột trên kênh điều khiển xảy ra nhiều đến nỗi mà thông lượng kênh dữ liệu sẽ lại giả m. Trong giao thức đặt trước sử dụng đa truy nhập phân chia theo bước sóng - thời gian động (DT-WDMA) hoàn toàn giúp tránh được xung đột kênh đối với cả gói tin dữ liệu và điều khiển. Đây là mạng hình sao dựa trên một PSC. Mỗi node có một bộ thu phát cố định với kênh điều khiển, một bộ phát cố định điều chỉnh và một bộ thu điều chỉnh được cho dữ liệu. Các xung đột kênh trên kênh điều khiể n được loại bỏ nhờ vòng kín TDMA. Các gói tin dữ liệu được gửi hoàn toàn không xung đột vì mỗi node truyền trên một bước sóng dành riêng. Sau khi gửi gói tin điều khiển, node sẽ truyền dẫn gói tin dữ liệu tương ứng trên kênh được gán riêng cho nó trong chu kì kế tiếp mà không phải đợi kết quả của hệ đặt trước. Một gói tin điều khiển bao gồm địa chỉ đích, tuổi của gói tin dữ liệu tương ứng và một trường phân loại. Trường này được sử dụng để cho phép cả chuyển mạch kênh và chuyể n mạch gói. Trong kiểu chuyển mạch gói, một gói tin điều khiển đặt trước cho một gói tin dữ liệu duy nhất. Trong kiểu chuyển mạch kênh gói tin điều khiển cố gắng thiết lập một kênh nối. Với điều khiển việc đặt trước là thành công, bước sóng được đặt trước và bộ thu đích được đặt trước sẽ phục vụ cho tới khi node nguồn
nguon tai.lieu . vn
Thạc sĩ - Tiến sĩ - Cao học Công nghệ thông tin Kinh tế - Thương mại Tài chính - Ngân hàng Kiến trúc - Xây dựng Điện-Điện tử-Viễn thông Cơ khí - Chế tạo máy Công nghệ - Môi trường Báo cáo khoa học Quản trị kinh doanh Khoa học xã hội Khoa học tự nhiên Nông - Lâm - Ngư Y khoa - Dược