Xem mẫu
- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN THÔNG TIN QUANG
ĐỀ TÀI:
DUY TRÌ TRONG MẠNG QUANG WDM
CHƯƠNG III. MẠNG MAN ĐƠN CHẶNG LỰA CHỌN
BƯỚC SÓNG DỰA TRÊN AWG
j = [(i-1)mod N ] + 1, i {1, 2, …, N}, j {1, 2, …, N} (4.13)
Khung kết quả sẽ gồm (N-1) khe và đảm bảo tính kết nối hoàn toàn.
Dung lượng C của cả hai mạng được định nghĩa theo công thức
C= N (4.14)
1+
300
250
200
Dung lîng tæng
150
AWG
100
PSC
50
0
101
100 102 103
Sè lîng node m¹ng N
Hình 3.17 Dung lượng tổng và số lượng node mạng N (Tốc độ
đường là R= 2.5Gb/s)
- Trong đó N thể hiện số lượng node truyền thông đồng thời, thời gian được bình thường hoá
thành thời gian truyền dẫn gói tin và biểu thị thời gian chuyển đổi bộ thu phát đã bình thường
hoá. Dung lượng mạng bằng với số lượng tối đa node truyền thông đồng thời tại thời điểm bất
kỳ. Trong phần 3.2.3.1 đã chỉ ra rằng trễ chuyển đổi bộ thu phát có ảnh hưởng lớn lên dung
lượng mạng. Hình 3.17 thể hiện ảnh hưởng của tổn hao chuyển đổi của các loại bộ thu phát
khác nhau lên dung lượng tổng của các mạng đơn chặng dựa trên PSC và AWG như là hàm của
số lượng node N. Với một độ rộng kênh bằng 100GHz (0,8nm tại 1,55m) và chiều dài gói tin
104 bit thì tính không liên tục trên hình thể hiện việc bắt buộc phải chuyển đổi từ công nghệ
quang điện sang quang âm và cơ để tăng N và do đó làm tăng dải chuyển đổi bộ thu phát hơn
nhiều. Chúng ta thấy rằng mạng đơn chặng dựa trên AWG hơn hẳn mạng dựa trên PSC về mặt
dung lượng tổng. Nhờ tái sử dụng bước sóng theo không gian nên các bộ thu phát chuyển đổi
nhanh với thời gian chuyển đổi vài ns có thể được sử dụng lên tới xấp xỉ N=300 node. Ngược lại
với N=300 trên mạng đơn chặng dựa trên PSC mỗi node phải sử dụng các bộ thu phát cơ học.
Chúng cung cấp dải chuyển đổi đủ rộng nhưng lại có thời gian chuyển đổi lên tới vài ms. Thời
gian chuyển đổi mào đầu này làm giảm đáng kể dung lượng mạng đặc biệt là tại tốc độ cao khi
mà thời gian truyền dẫn gói tin rất nhỏ. Hơn thế mạng dựa trên PSC không có khả năng cung
cấp nhiều hơn N=626 node truyền thông đồng thời do giới hạn của dải chuyển đổi mà các bộ
thu phát chuyển đổi được cơ học có thể thực hiện được. Trong khi trong một mạng dựa trên
AWG có khả năng có N = 322 = 1024 node truyền thông đồng thời mà vẫn sử dụng các bộ thu
phát quang âm với thời gian chuyển đổi vài s.
- 3.2.3.3 Phân tích
Trong phần này chúng ta sẽ xem xét tới các node không liên tục có dữ liệu để gửi. Điều này dẫn
tới độ tận dụng kênh nhỏ hơn và một thông lượng tổng nhỏ hơn dung lượng mạng. Chúng ta sẽ
xem xét hiệu năng trễ - thông lượng của cả hai mạng đơn chặng dựa trên PSC và AWG đối với
lưu lượng dữ liệu ngẫu nhiên. Đối với phân tích hiệu năng trễ - thông lượng thì phương pháp
phân tích giao thức phân bổ đích/nguồn được thay đổi một chút để cung cấp tái sử dụng bước
sóng theo không gian và tổn thất gói tin.
Có N node truyền thông đồng thời trong N bước sóng trong trường hợp AWG và trên N bước
sóng trong trường hợp PSC. Mỗi node có thể phát/thu một gói tin tại một thời điểm trên/từ bất
cứ một bước sóng nào. Tất cả các node có N bộ đệm gói tin, một cho quá trình thu và N-1 còn
lại cho phát. Do vậy, các kết nối bên trong giữa mỗi cặp node có thể thực hiện một cách độc
lập. Mỗi bộ đệm thể hiện một người dùng (ảo) độc lập (i,j) 1i,jN. Chiều dài gói tin được giả
thiết là hằng số thời gian được bình thường hoá thành thời gian truyền dẫn gói tin. Thời gian
được chia thành các chu kỳ (giống với các khung đã được đề cập ở trên). Mỗi chu kỳ gồm N-1
khe. Mỗi khe bao gồm thời gian truyền dẫn gói tin và thời gian chuyển đổi bộ thu phát được
được bình thường hoá . mỗi cặp người dùng ảo được gán một khe thời gian trong một chu kỳ.
Quá trình đến được giả thiết tuân theo quá trình poisson với tốc độ đến trung bình là gói tin
trong một đơn vị thời gian cho một người dùng. Một người dùng rỗi được định nghĩa là một
người dùng có bộ đệm rỗng và một người dùng dự trữ được định nghĩa là một người dùng với
một gói tin cho truyền dẫn. Các gói tin đang đến sẽ bị loại bỏ nếu như người dùng là dự trữ
nghĩa là nếu như bộ đệm là đầy. Lưu lượng giữa bất cứ một người dùng nào được giả thiết là có
cùng tốc độ đến trung bình .
Ma trận phân bổ U(t) là một ma trận NxN có các phần tử uij(t) thể hiện số kênh trên đó người
sử dụng (i,j) có thể truyền dẫn trong khe thời gian t với t = 1,2,…(N-1). Và 1i,jN. W(t) là một
ma trận nhị phân với wij (t) = Ind(uij(t) > 0), với:
1, nếu uij(t) > 0
Ind(uij(t) > 0) =
- 0, trong các trường hợp còn lại
Ma trận phân phối U(t) thoả mãn các điều kiện sau:
wij (t ) 1, tức là không có nghẽn thu xuất hiện.
i
wij (t ) = N, tức là số lượng truyền dẫn đồng thời bị giới hạn là N.
i j
Trong trường hợp của PSC, mọi wij(t) 0; uij(t) ukl (t) nếu i k và j l, tức là không có
nghẽn kênh xuất hiện.
i k
Trong trường hợp của AWG, mọi wij(t) 0; uij(t) ukl(t) nếu [ ]=[ ]
N N
Và i k, j l, tức là không có nghẽn kênh xuất hiện.
wij (t ) 1, tức là một node có thể truyền trên nhiều nhất là một bước sóng.
j
Khả năng thông của người dùng (i, j), được định nghĩa là số lượng các gói được truyền thành
công của người dùng (i,j) trong một khe được biểu diễn như sau:
N 1
1
w
Sij = (4.16)
(t ). ij (t )
ij
( N 1).(1 ) t 1
Trong đó ij(t) là xác suất ổn định mà người dùng (i,j) bận (gói trong bộ đệm) tại thời điểm bắt
đầu của khe thời gian t. Vì vậy, khả năng thông của hệ thống, được định nghĩa là tổng số gói
được truyền thành công trong một chu kỳ, và được biểu diễn như sau:
S
S= (4.17)
ij
i j
Để tính tổng khả năng thông ta sử dụng ij (t). Xác suất ij (t) có thể được xem xét như là một
hàm của xác suất ij (t-1), tốc độ đến trung bình của gói và ma trận W(t):
ij (t) = [1- ij (t-1)](1 – e- (1 ) ) + ij (t-1)[1 – wij(t-1)] (4.18)
= ij (t-1)[e (t ) - wij(t-1)] + (1 - e (1 ) ), 2 t (N-1) (4.19)
Theo tính đệ qui ta có
- t 1
ij (t) = ij (1) [e (1 ) wij (k )] (1 e (1 ) ) .
k 1
t 1 t 1
{ [e (1 ) wij (k )] + 1}, 2 t (N-1) (4.20)
t 2 k l
Giả sử hệ thống ổn định, có ta cân bằng:
ij (N) = ij (1) (4.21)
Thay (4.21) vào (4.20) ta có
N 1
N 1
[e (1 ) wij (k )] 1
(1 ) t 2 k l
ij (1) = (1- e ) (4.22)
N 1
[e (1 ) wij (k )]
1 k 1
và với 2 t (N-1) ta có
N 1 N 1 (1 )
[e wij (k )] 1 t- 1
- l (1+t )
Õ [e
(1 ) l 2 k l
ij (t) = (1- e ) - wij (k )] +
N 1 (1 )
1 [e wij (k )] k =1
k 1
t- 1 t - 1
(1- e (1 ) ).{ å - l (1 +t )
Õ [e - wij (k )] + 1 } (4.23)
l = 2 k =l
Trễ gói trung bình của người dùng (i, j), được định nghĩa là thời gian trung bình giữa hai gói đến
tại người dùng (i, j) và khởi đầu của truyền dẫn này được biểu diễn bởi:
Qij
Dij = (4.24)
S ij
Trong đó Qij là thời gian bận trung bình của người dùng (i, j). Để tính trễ gói trung bình trong hệ
thống, ta đặt:
S ij
D= (4.25)
.Dij
S
i j
Để tính toán Qij ta định nghĩa :
rij: số lượng truyền dẫn được phép trong một chu kỳ (lưu ý rằng trong xem xét này thì cơ
chế phân phối kênh rij = 1, 1 i, j N)
- Khoảng rỗi ij: là khoảng thời gian giữa hai lần liên tiếp mà người dùng (i,j) được quyền
truy nhập hay là giữa lần được cấp quyền và đường biên chu kỳ.
nij: số khoảng rỗi ij của người dùng (i, j) trong một chu kỳ phân phối.
Sijl: là số lượng khe rỗi trong l khoảng rỗiij (1 l nij)
Đầu tiên chúng ta sẽ tính toán Res(sijl, ) tức là giá trị mong muốn của phần dư thời gian người
dùng (i, j) bận trong l khoảng rỗi với chiều dài sijl khe.
sijl (1 )
(1 ) t ]e t dt
Res(sijl, ) = (4.26)
[s ijl
0
sijl (1 )
s ijl (1 ) 1
e
= (4.27)
Qij là giá trị thời gian bận trung bình của người dùng (i,j) trong mỗi khoảng rỗi
nij
Re s (s ijl , )
s ijl
( N 1) r
Qij = (4.28)
.
s ijl .(1 )
k 1 ij
e (1 ).sÞl (1 ).sijl 1
nÞ
= (4.29)
[( N 1) rij ] (1 )
k 1
Vì vậy, sử dụng phương trình (4.17) và (4.25) có thể tính toán được khả năng thông của mạng
và trễ hàng đợi trung bình.
Xác suất va chạm là xác suất một gói đến một node bận. Giả sử lưu lượng của tất cả người dùng
đồng nhất như nhau. Vì vậy, bất kì người dùng ảo (i, j) đều được xem xét. Sử dụng (4.22) và
(4.23) xác suất va chạm có thể được tính như sau:
1 N 1
ij (t )
PB = (4.30)
N 1 t 1
Tính toán với một số thông số
Chúng ta so sánh mạng đơn chặng dựa trên AWG và PSC về mặt thông lượng, trễ và tổn thất gói
tin với số lượng node truyền thông đồng thời N khác nhau. Nhắc lại rằng trong mạng dựa trên
- AWG chỉ cần N bước sóng trong khi mạng PSC cần N bước sóng. Độ rộng kênh được giả thiết
là 200GHz (1,6nm tại 1,55m). Các bộ thu phát quang điện chuyển đổi nhanh được giả thiết là
có dải chuyển đổi 10nm và thời gian chuyển đổi 10ns trong khi các bộ thu phát quang âm có dải
chuyển đổi 100nm với thời gian chuyển đổi 10s. Kết quả, các bộ thu phát chuyển đổi nhanh có
thể triển khai khi số lượng bước sóng không lớn hơn 7. Nếu không các bộ thu phát quang âm
hoặc cơ chuyển đổi được phải được sử dụng. Các gói tin được giả thiết có kích thước cố định
104bit, được truyền/thu ở tốc độ tuyến là 10Gbit/s. Do đó thời gian chuyển đổi bình thường
hoá sẽ bằng 10-2 cho các bộ thu phát quang điện và bằng 10 cho các bộ thu phát quang âm.
Cần nhắc lại rằng các bước sóng được gán theo lược đồ TDM vòng lặp gán khe. mỗi khe gồm
thời gian truyền dẫn gói tin và thời gian chuyển đổi bộ thu phát. Để thể hiện chúng ta biểu diễn
các điểm với cho các giá trị nhỏ của N {4,9,16}. Như chúng ta sẽ thấy khi tăng N sự khác biệt
hiệu năng giữa mạng đơn chặng dựa trên AWG và PSC sẽ trở lên rất rõ.
Hình 3.18 thể hiện thông lượng (được cho dưới dạng các gói tin/thời gian truyền dẫn gói tin) và
tốc độ đến trung bình (dưới dạng gói tin/thời gian truyền dẫn gói tin). Mạng dựa trên AWG rõ
ràng hơn hẳn mạng dựa trên PSC. Với N=4 số lượng bước sóng cần thiết là đủ nhỏ để sử dụng
các bộ thu phát chuyển đổi nhanh trong cả hai mạng. Với N{9,16}, ngược lại, các bộ thu phát
quang điện chỉ được sử dụng trên mạng AWG. Trong mạng dựa trên PSC phải sử dụng các bộ
thu phát quang âm có trễ chuyển đổi lớn hơn nhiều so với bộ thu phát quang điện. Kết quả là
độ tận dụng kênh giảm đáng kể dẫn tới giảm thông lượng tổng. Nói chung, thông lượng tổng
tăng theo . Chú ý mạng dựa trên PSC sẽ bão hoà sớm hơn (nghĩa là tại tải lưu lượng thấp hơn).
Có điều này bởi vì khe thời gian dài hơn dẫn tới chiều dài trong một khung một người sử dụng
sẽ có nhiều khả năng bị nghẽn (dự trữ=nghẽn) khi mà khe thời gian tương ứng được gán cho
nó. Nhờ thời gian chuyển đổi không đáng kể của các bộ thu phát quang điện nên thông lượng
tổng tối đa của mạng AWG là xấp xỉ bằng N. Nó bằng với dung lượng của mạng. Với N lớn hơn
thì thông lượng tăng trong cả hai mạng vì có nhiều bước sóng hơn sẽ dẫn tới mức độ đồng bộ
cao hơn và dẫn tới thông lượng tổng được tăng lên. Hơn thế, sự bão hoà xảy ra tại tải thấp hơn
vì chiều dài khung là dài hơn. Với N lớn hơn (nghĩa là khung dài hơn) một người sử dụng có
nhiều kn bị nghẽn khi khe tương ứng được phân bổ cho nó. Cần chú ý rằng sự khác biệt thông
lượng giữa hai loại mạng đơn chặng trở nên rõ ràng hơn khi tăng N.
- 16
14
AWG
12 PSC
N = 16
PSC AWG
10
Tængkh¶ n¨ng th«ng
8
N=9
6
N=4
4
2
0
0.0 0.5 1.0
Tèc ®é ®Õn trung b×nh
Hình 3.18 Tổng khả năng thông (các gói/thời gian truyền một gói) và tốc độ đến
trung bình (gói/thời gian truyền dẫn một gói)
Trong hình 3.19 thể hiện trễ hàng đợi trung bình (dưới dạng thời gian truyền dẫn gói tin) và tốc
độ đến trung bình (dưới dạng thời gian truyền dẫn gói tin/gói tin) đối với các gói tin không
nghẽn. Một lần nữa mạng dựa trên AWG rõ ràng hơn hẳn mạng dựa trên PSC đặc biệt với N
lớn. Trong cả hai mạng trễ hàng đợi trung bình đều tăng và sự bão hoà xảy ra sớm hơn khi N
tăng vì kích thước của khung tăng lên. Với tải cao trễ hàng đợi trung bình trong cả hai mạng tiếp
cận giá trị tối đa. Giá trị này bằng với chiều dài khung (N-1)x(1+). Chú ý rằng trễ hàng đợi trung
bình bị chặn trên vì mô hình phânn tích của chúng ta giả thiết sử dụng các bộ đệm gói tin riêng
cho mỗi người sử dụng. Nếu bộ đệm đó đã chứa một gói tin thì gói tin mới đang đến sẽ bị loại
bỏ và không được bổ sung vào trễ hàng đợi trung bình.
16
14
AWG
12 PSC
N = 16
PSC AWG
- Hình 3.19 Hàng đợitrung bình (thời gian truyền một gói) và tốc độ đến trung bình
(gói/thời gian truyền dẫn một gói)
Hình 3.20 thể hiện trễ hàng đợi trung bình (thời gian truyền dẫn gói tin) và thông lượng tổng
(các gói tin/trễ thời gian truyền dẫn gói tin) cho các gói tin không bị nghẽn. Hình cũng chỉ ra rõ
ràng rằng với N mạng dựa trên AWG hơn hăng mạng dựa trên PSC ở các khía cạnh thông lượng
và trễ.
Xác suất nghẽn theo hàm của tốc độ đến trung bình (gói tin/thời gian truyền dẫn gói tin) được
thể hiện trong hình 3.21. Chúng ta thấy rằng với N {9,16} các node nghẽn trong mạng PSC
chịu trễ hàng đợi trung bình lớn hơn so với mạng AWG. Kết quả là trong mạng PSC các gói tin
mới đến sẽ thấy các bộ đệm dường như đã đầy với xác suất cao hơn so với mạng AWG. Điều
này lại dẫn tới xác suất nghẽn cao hơn. Với N xác suất lỗi tăng sớm hơn vì kích thước của khung
tăng.
180 AWG
PSC
160 PSC AWG
140
b×nh
120 N = 16
- Chú ý rằng với các hệ thống ngoài thực tế các tỷ lệ tổn thất gói tin cao như vậy là không thể
chấp nhận được. Có ba giải pháp cho vấn đề này:
- Hệ thống chỉ chạy ở tải lưu lượng thấp. Xu hướng này không hấp dẫn vì tại tải thấp thì thông
lượng tổng cũng thấp.
- Các bộ đệm gói tin duy nhất được thay thế bởi các bộ đệm lớn hơn. Để làm được như vậy, các
tin đang đến được lưu trữ lại, dẫn tới xác suất nghẽn thấp hơn trong khi vẫn cung cấp một
thông lượng chấp nhận được.Được xem xét sau
- Giải pháp thứ 3 là biến đổi dạng lưu lượng
Biến đổi lưu lượng có mục tiêu làm giảm tính bùng nổ của lưu lượng đến sao cho thời gian đến
trở nên có tính xác định. Có thể dễ dàng thực hiện điều này bằng cách sử dụng phương pháp
“gáo dò”. Phương pháp này đưa các gói tin vào mỗi bộ đệm của một node với tốc độ không đổi.
Tốc độ truyền dẫn của bộ biến đổi phải không lớn hơn tốc độ dịch vụ cho mỗi người sử dụng để
- tránh tràn gói tin và do đó tránh tổn thất gói tin trong các bộ đệm gói tin. Giới hạn trên của tốc
độ truyền dẫn bộ biến đổi được cho bởi
Rate ≤ 1 (4.31)
(N-1)(1+)
N0 = 16
1.0
X¸c suÊt blocking
0.8
0.6 N=9 N=4
0.4 AWG
PSC
0.2
PSC AWG
0
. 0.0 0.5 1.0
Tèc ®é ®Õn trung b×nh
H×nh 3.21 X¸c suÊt Blocking vµ tèc ®é ®Õn trung b×nh (gãi/thêi gian truyÒn
gãi)
Nói đơn giản có nghĩa là bộ biến đổi được cho phép tối đa một gói tin trong một bộ đệm gói tin
cho trước trong một khung. Khung này gồm (N-1)x(1+) khe. Sẽ không có tin nào bị tổn thất tại
mỗi bộ đệm gói tin người sử dụng nếu bộ biến đổi đẩy các gói tin với một tốc độ nhỏ hơn hoặc
bằng giới hạn này. Hình 3.22 chỉ ra tốc độ truyền dẫn bộ biến đổi tối đa và số lượng node
truyền thông đồng thời N. Như vậy mạng dựa trên AWG bộ biến đổi được cho phép truyền dẫn
gói tin tại tốc độ cao hơn trong mạng dựa trên PSC.
Trễ hàng đợi trong mỗi bộ đệm gói tin bị chặn trên theo công thức:
Hàng đợi ≤ (N-1).(1+)
n nhÊt cña bé s¾p
100
10-1
10-2
xÕp
10-3
-4
- Nó bằng với số lượng khe giữa hai sự cho phép truyền dẫn liền kề cho một người sử dụng. Giới
hạn trên này được vẽ trong hình 3.23. Một lần nữa chúng ta thấy rằng nhờ tái sử dụng bước
sóng trong không gian và tổn hao chuyển đổi bộ thu phát nhỏ hơn nên mạng đơn chặng dựa
trên AWG hơn hẳn mạng dựa trên PSC.
PSC
106
TrÔ hµng ®îi lín nhÊt
10-5
AWG
104
103
102
101
100
101
100 102 103
Sè lîng node m¹ng N
H×nh 3.23 TrÔ hµng ®îi lín nhÊt vµ sè lîng node m¹ng N (Tèc ®é ®êng lµ
R = 2.5 Gb/s)
- * Kết luận
Các bộ thu phát chuyển đổi nhanh cung cấp một thời gian chuyển đổi không đáng kể với dải
chuyển đổi nhỏ. Kết quả là các kênh được tận dụng hiệu quả hơn nhưng chỉ với một số lượng
nhỏ các bước sóng tại mỗi cổng của mạng đơn chặng dựa trên AWG của chúng ta. Tuy nhiên,
nhờ tái sử dụng bước sóng trong không gian số lượng các kênh truyền thông tăng đáng kể. Điều
này cho phép một số lượng tương đối lớn các node thu/phát đồng thời không chịu ảnh hưởng
trễ chuyển đổi bộ thu phát lớn. Sự mở rộng tái sử dụng bước sóng theo không gian được quyết
định chủ yếu bởi xuyên âm kênh của AWG.
Với một số lượng node cho trước chúng ta đã so sánh một mạng đơn chặng dựa trên AWG và
một mạng đơn chặng dựa trên PSC với giả thiết tuân theo một lược đồ gán bước sóng TDM
vòng lặp cố định. Mạng AWG là hơn hẳn so với mạng PSC về mặt thông lượng, trễ, tổn thất gói
tin. Điều này là bởi vì thực tế AWG, khác với PSC, cho phép tái sử dụng bước sóng trong không
gian tại mỗi cổng dẫn trong một dải chuyển đổi bộ thu phát cần thiết khá nhỏ nhờ số lượng
bước sóng là nhỏ. Nhờ thời gian chuyển đổi bộ thu phát nhỏ hơn nên nó làm tăng độ tận dụng
kênh và tăng hiệu năng trễ thông lượng của mạng AWG so với mạng PSC.
Chú ý rằng gán bước sóng cố định (tĩnh) được dùng ở trên chỉ phù hợp cho lưu lượng đồng
dạng và không bùng nổ tại tải hệ thống từ trung bình tới cao. Với lưu lượng dữ liệu bùng nổ ví
dụ như trong mạng truyền thông máy tính, một phần lớn của các khe gán cố định là không
được sử dụng nên làm giảm độ tận dụng kênh và lãng phí băng thông. Với lưu lượng bùng nổ
các bước sóng phải được phân bổ động theo nhu cầu để nâng cao hiệu năng trễ thông lượng
của mạng.
Tóm lại với cấu trúc hình sao sử dụng AWG như la một HUB trung tâm thực sự tỏ ra có ưu thế
chúng cung cấp một số lợi thế như là tính trong suốt với giao thức, khuôn dạng điều chế và tốc
độ bit, quản lý đơn giản, giảm yêu cầu xử lý node và nâng cao hiệu năng trễ thông lượng nhờ
nâng cao độ tận dụng kênh và trễ chuyển đổi nhỏ hơn. Mặc dù chi phí của nó là khá cao nhưng
mà theo như xem xét thì việc sử dụng một bộ chuyển duy nhất thì vẫn có tính hiệu quả về kinh
- tế. Hơn nữa cấu trúc này cho phép tái sử dụng bước sóng trong không gian nên phải sử dụng ít
hơn các bước sóng vì thế mạng đơn chặng dựa trên AWG hơn hẳn mạng đơn chặng dựa trên
PSC về mặt thông lượng, trễ và tổn thất gói tin,một số lượng lớn các giá trị thông số đối với cả
các lưu lượng thời gian thực và không thực.
3.3. Giao thức MAC
Một giao thức MAC trong mạng đề xuất vì 3 lý do sau:
* Bình thường, lớp mạng có trách nhiệm chuyển đổi gói. Tuy nhiên, khi xem xét một mạng đơn
chặng, không có các node trung gian và tuyến khác để chọn. Vì thế, trong cấu trúc của chúng ta,
lớp mạng không có mặt và việc chuyển đổi gói do lớp phụ MAC đảm nhận.
* Mỗi node được trang bị một bộ phát đơn có thể điều chỉnh và một bộ thu đơn có thể điều
chỉnh để phát và thu dữ liệu. Để hiệu quả với mạng chuyển mạch gói thi nên sử dụng khai bộ
phát có thể điều chỉnh nhanh.
* Vì các đặc tính định tuyến của AWG mỗi máy thu phát phải được điều chỉnh qua ít nhất một
FSR chung để cung cấp sự kết nối hoàn toàn trong một chặng đơn. Sau đó, mọi bước sóng được
truy cập bởi tất cả các node, gọi lại cho một giao thức MAC.
3.3.1. Giao thức
Gán bước sóng tại một cổng AWG cho trước được biểu diễn theo sơ đồ trên hình 3.6. Trục y
biểu trị bước sóng được dùng để truyền và nhận. Như hình minh họa, R FSRs liên tiếp của AWG
DxD được sử dụng Để tránh nhiễu tại bên nhận trong quá trình truyền đồng thời các FSRs khác
nhau của AWG, FSR của bên nhận phải khác với FSR của AWG. Trong trường hợp này, FSR của
bên nhận bằng R.D bước sóng. Trục x biểu thị thời gian. Thời gian d dược chia thành nhiều vòng
theo chu kỳ lặp lại. Mỗi vòng được chia nhỏ hơn thành D khung.
Cæng Cæng Cæng
Cæng Cæng Cæng
AWG 1 AWG 2 AWG D AWG 1 AWG 2 AWG D
RD
- Các node được giả thiết là đồng bộ. Một phương pháp để có sự đồng bộ vị trí ở tất cả các node
được mô tả và làm việc như sau. Bên cạnh N node, có một node làm đồng bộ đặt ở AWG. Node
này phát một dao động gọi là dao động đồng bộ vào đầu mỗi vòng bằng cách sử dụng một
nguồn quang băng rộng. Do đó, khoảng cách của các xung đồng bộ là một chu kỳ. Thời gian
nhận một dao động tại một node được lấy xác định bởi thời đểm mà bộ thu nhận xung đồng
bộ. Thuật toán mà mỗi node dùng để nhận chu kỳ đồng bộ như sau:
Thuận toán đồng bộ
1. Mỗi node sẽ ước lượng hay dự đoán thời gian đến của xung đồng bộ kế tiếp tạ i
bộ thu của nó. Chu kì của các xung đồng bộ được sử dụng để ước lượng chính
xác khoảng thời gian này.
2. Mỗi node sẽ ước lượng trễ toàn trình của nó tới AWG sử dụng giả thiết là các
tín hiệu điều khiển gửi bởi nguồn quang băng rộng của nó được AWG phát
quảng bá.
3. Một node truyền thông tin trong một chu kỳ cụ thể gọi là chu kỳ x, một trễ
truyền toàn trình tới AWG sử dụng để ước lượng thời gian đến của xung đồng
bộ tại thời điểm bắt đầu của chu kỳ x.
Vì số khe trong một chu kỳ đã biết nên mỗi node có thể tính toán các khe thời
gian bằng việc chia nhỏ một cách phù hợp chu kỳ truyền dẫn đã biết. Khoảng
truyền dẫn của các xung bắt đầu chu kỳ tạo ra bởi bộ đồng bộ đảm bảo rằng bất kì
hiện tượng trôi nào trong các xung đồng hồ của các node đều được bù lại. Mỗi
node cũng ước lượng trễ truyền toàn trình của mình tới AWG trong khi gửi các gói
điều khiển. Vì vậy, mỗi node có khả năng bù lại sự thay đổi do nhiệt độ, sự lão hoá
và các yếu tố tương tự.
- Khuôn dạng khung trên một bước sóng như hình 3.26. Một khung bao gồ m
FN khe với chiều dài khe tương đương với thời gian truyền dẫn của một gói điề u
khiển. Nếu thời gian điều khiển của các bộ thu phát không bỏ qua được thì mỗi khe
có thêm một khoảng thời gian điều chỉnh thu phát bên cạnh thời gian truyền dẫn
của gói điều khiển. Mỗi khung bao gồ m M khe đầu, 1M
- Gãi ®îc
t¹o ra
No
Cã ®Æt tríc trong
Rçi
khung kÕ tiÕp ?
yes
Göi gãi
®iÒu khiÓn
Chê RTT/2
yes
Gãi ®iÒu khiÓn cã
bÞ va ch¹m kh«ng?
No
No
Gãi d÷ liÖu cã ®·
lËp biÓu cha?
No Yes
Göi gãi d÷ liÖu vµ c¸c yes Göi gãi
Gi¶i phãng
gãi ®iÒu khiÓn trong chu
kªnh ?
k× kÕ tiÕp d÷ liÖu
RTT: Thêi gian
truyÒn toµn tr×nh
M khe không được phân bổ cố định. Thay vào đó, các gói điều khiển được gửi
H×nh 3.27Lu ®å phÇn ph¸t cña 1 node
trên cơ sở tranh chấp dùng một phiên bản chỉnh sửa của ALOHA chia khe. Dùng
một cơ chế truy cập ngẫu nhiên cho các gói điều khiển mà không cần phân bổ
trước các khe hoặc phải ấn định cố định nên tạo ra một mạng mở. Lụa chọn
- phiên bản chuyển đổi của ALOHA chia khe vì 2 lý do. Một là, đơn giản và rẻ khi
thực hiện. Hai là quan trọng hơn. ALOHA có độc lập về tỷ số của trễ lan truyền và
thời gian truyền gói. Trong mạng quang tốc độ cao, nó nâng cao hiệu quả các cơ
chế truy nhạp ngẫu nhiên như đa truy cập CSMA. Hơn nữa, tốc độ đường truyền
có thể tăng tới 40Gb/s hay thậm chí tốc độ dữ liệu cao hơn mà không làm thông
lượng của kênh điều khiển. Các gói điều khiển tới bộ thu sau một thời gian trễ t
bằng nửa thời gian thực hiện cả quá trình truyền. Chú ý rằng thời gian thực hiện
cả quá trình truyền đồng nghĩa với trễ truyền từ nguồn tới đích và truyền nguợc
lại nguồn. Vì vậy, thời gian truyền một quá trinh truyền là 2t. Trong F-M khe còn
lại của mỗi khung không có gói điều khiển nào được gửi, cho phép bộ thu điều
chỉnh tới bước sóng bất kỳ nào. Điều này làm việc truyền giữa các cặp node bất kỳ
là có thể thực hiện được. Trong các khe đó, mỗi node xử lý gói điều khiển nhận
được bằng các thực hiện cùng thuật tóan đã lập chương trình. Tham số M từ bỏ
hai loại trùng lặp. Trong số M khe đầu tiên của mỗi khung, các gói điều khiển và
dữ liệu có thể được truyền đồng thời, nhưng chỉ từ các node gắn liền với cùng
cổng vào AWG. Trong khoảng thời gian này, các gói bắt nguồn từ các cổng vào của
AWG khác không thể được nhận. Mặt khác, trong F-M khe cuối cùng của mỗi
khung, tất cả bên nhận không bị khóa và có thể được điều chỉnh tới bất kỳ bước
sóng nào. Kết quả là trong khoảng thời gian này các gói dữ liệu từ bất kỳ cổng vào
AWG cũng đều nhận được. Điều này cho phép tái sử dụng bước sóng.
Giao thức MAC làm việc như sau. Đầu tiên, hãy xem xét phần truyền của một
node mà biểu đồ của nó được mô tả ở hình 3.27. Nếu một node không có gói dữ
liệu trong vùng đệm của nó, nguồn quang băng rộng và LD trở nên vô hiệu. Khi
một gói dữ liệu có đích là node j, a j N, đến node i j, 1 i N, nguồn quang
băng rộng của i phát quảng bá một gói điều khiển vào một trong M khe của
- khung nằm ở cổng vào của AWG mà node i tham gia vào. Khe được chọn ngẫu
nhiên theo một xác suất xác định. Một gói điều khiển bao gồm bốn trường là: tên
địa chỉ đích (unicast hay multicast), chiều dài và kiểu của gói dữ liệu tương ứng, và
mã chỉnh sửa lỗi phía trước (FEC). Chú ý, các gói điều khiển không phải mang địa
chỉ nguồn vì mỗi node nguồn đều biết khe mà nó đã truyền gói điều khiển tương
ứng. Hình 3.26, gói dữ liệu có thể có chiều dài L thay đổi, 1 L F, trong đó L biểu
thị độ dài theo đơn vị khe. Trường kiểu dữ liệu gồm một bit và được sử dụng
trong chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. FRC được sử dụng bởi bộ thu để
sửa một hay nhiều bit lỗi trong gói điều khiển hay để tìm ra nếu gói điều khiển bị
nghẽn trên kênh ALOHA chia khe. Theo việc phân bổ trước, mỗi gói điều khiển
phải mang một mã FEC mã này cho phép bên thu không chỉ phát hiện lỗi mà còn
có thể sửa lỗi. Mặt khác node nguồn A có thể nhận một gói điều khiển nguyên
vẹn trong khi node đến B có thể nhận một bản copy bị lỗi của cùng gói điều khiển,
và node B sẽ không xem xét đặt truớc. Kết quả là, node A sẽ gửi gói dữ liệu tương
ứng và node B sẽ hầu như không thu được bước sóng thích hợp dẫn đến một
nghẽn ở bên thu và lãng phí độ rộng băng tần. Chú ý là mặc dù sự truyền gói
không có lỗi, nhưng sự lỗi của node cũng ảnh hưởng đến sự hoạt động của giao
thức phân bổ trước.
. Vấn đế này phải được đặt ở các giao thức lớp cao hơn.
nguon tai.lieu . vn
