QoS trong mạng chuyển mạch burst quang

Đồ án tốt nghiệp Giỏo viờn hướng dẫn : TS. BÙI TRUNG HIẾU Sinh viờn thực hiện : NGUYỄN KIM TUYẾN Đề tài Nội dung chính KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH QUANG SỬ DỤNG MPLS TRONG OBS QoS TRONG MẠNG OBS KHẢO SÁT QoS TRONG CÁC MẠNG OBS KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH QUANG CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH QUANG KIẾN TRÚC CHUYỂN MẠCH BURST QUANG CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH BURST QUANG KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH QUANG CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH QUANG : Chuyển mạch kờnh quang (OCS) Chuyển mạch gúi quang (OPS) Chuyển mạch burst quang (OBS) CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH QUANG Nguyờn lý : Thiết lập và duy trỡ kết nối giữa nguồn và đớch Nhược điểm : Hiệu quả sử dụng đường dẫn thấp Khụng phự hợp với cỏc mạng dữ liệu CHUYỂN MẠCH KấNH QUANG (OCS) : CHUYỂN MẠCH GểI QUANG (OPS) 1 2 1 2 1 2 Gúi IP Mào đầu gúi Mào đầu mới CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH QUANG CHUYỂN MẠCH BURST QUANG (OBS) 2 1 2 1 Burst dữ liệu Burst điều khiển 2 1 Tỏch biệt giữa kờnh điều khiển và kờnh dữ liệu. Burst là chuỗi cỏc gúi cú cựng địa chỉ nguồn và đớch và cú cỏc đặc tớnh giống nhau. Thiết lập kết nối giành trước tài nguyờn theo một hướng cho burst. CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH QUANG Độ dài của burst thay đổi được. Khụng cần bộ đệm quang. CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH QUANG Ưu điểm của OBS so với OCS và OPS : Hiệu quả sử dụng băng thụng lớn Khả năng thớch ứng cao với lưu lượng và lỗi Mào đầu nhỏ Yờu cầu đồng bộ giữa CB và DB linh hoạt hơn Độ trễ nhỏ   KIẾN TRÚC OBS Lưu lượng đầu vào Router lừi Router biờn Lưu lượng đầu ra Mụ hỡnh mạng OBS : KIẾN TRÚC OBS Kiến trỳc của Router biờn : Bộ tập hợp burst Bộ phõn giải burst Router biờn đầu ra Router biờn đầu vào Kờnh dữ liệu Kờnh dữ liệu Kờnh điều khiển KIẾN TRÚC OBS Kiến trỳc của Router lừi : CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH BURST Cỏc sơ đồ tập hợp burst Giao thức bỏo hiệu JET Cỏc thuật toỏn lập lịch burst Cỏc giải phỏp khắc phục tranh chấp burst CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH BURST Cỏc sơ đồ tập hợp burst : Dựa trờn ngưỡng : burst được tạo ra khi tổng kớch thước đạt đến giỏ trị ngưỡng L. Dựa trờn thời gian : cỏc gúi được tập hợp thành 1 burst khi thời gian vượt quỏ giỏ trị ngưỡng T. Kết hợp giữa ngưỡng và thời gian : burst được tạo ra khi kớch thước burst vượt quỏ ngưỡng yờu cầu hoặc thời gian yờu cầu. CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH BURST Giao thức bỏo hiệu JET : Là giao thức dựng để yờu cầu cho việc giành trước tài nguyờn cho burst . Là loại giao thức giành trước một hướng. T0 : thời gian cõn bằng ban đầu δ : Trễ xử lý của mỗi nỳt Đớch Nỳt i Nguồn CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH BURST Cỏc thuật toỏn lập lịch burst : FFUC : LAUC : LAUC – VF : CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH BURST Vấn đề tranh chấp trong chuyển mạch burst : Khi cú nhiều hơn một burst muốn chiếm giữ đồng thời cựng một bước súng ở cựng một cổng đầu ra trong cựng một thời điểm . 1 1 1 2 3 4 1 2 3 4 Cỏc giải phỏp khắc phục tranh chấp burst : Dựng bộ đệm FDL Dựng bộ chuyển đổi bước súng Định tuyến lệch CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH BURST Dựng bộ đệm FDL 1 1 1 2 3 4 1 2 3 4 CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH BURST Dựng bộ đệm FDL 1 2 3 4 1 2 3 4 CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH BURST Dựng bộ đệm FDL 1 1 1 2 3 4 1 2 3 4 CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH BURST Dựng bộ chuyển đổi bước súng 1 1 2 1 2 1 CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH BURST Dựng bộ chuyển đổi bước súng 1 2 1 2 1 1 CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH BURST Dựng bộ chuyển đổi bước súng 1 2 1 2 CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH BURST Dựng bộ chuyển đổi bước súng 1 2 1 2 1 1 CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH BURST Định tuyến lệch Khi cú sự tranh chấp giữa 2 burst, một burst được định tuyến đến cổng đầu ra yờu cầu, burst thứ hai được định tuyến đến cổng ra bất kỡ nào rỗi. Burst định tuyến lệch cú thể đi qua chặng đường dài hơn để đến đớch. Trễ end-to-end tăng. Thứ tự đến đớch của cỏc burst cú thể sai lệch. SỬ DỤNG MPLS TRONG OBS Truyền tải burst qua WDM sử dụng MPLS Router IP Cỏc kờt nối chộo quang L3 L2 L1 S2 S1 M2 M1 Lưu lượng IP ra Router IP Lưu lượng IP vào Lx, Mx, Sx : Cỏc nhón MPLS Chuyển đổi nhón : L1, L2 → M1 L3 → M2 Router IP đầu vào Router IP đầu ra Offset O/E Bộ lập lịch bước súng E/O Chuyển đổi nhón Nỳt vào Burst dữ liệu Gúi điều khiển Cỏc kờt nối chộo quang Yờu cầu đặt trước bước súng đó được lựa chọn Giao diện ra đó lựa chọn Nỳt ra Lớp MAC tại router đầu vào : Tập hợp cỏc gúi IP thành cỏc burst. Tạo gúi điều khiển. Gửi burst vào lớp quang. Lớp MAC tại router đầu ra : phõn giải cỏc khung và tỏch cỏc gúi IP. Giao diện của lớp MAC Bộ kết hợp burst Hàng đợi burst Bộ lập lịch burst Đặt khung Bộ phỏt Offset Bộ phỏt gúi điều khiển Chuyển đổi nhón, đặt trước… Gỡ khung Lớp IP Lớp MAC Lớp quang Dịch vụ chuyển tải tin cậy Cỏc burst dữ liệu Cỏc gúi điều khiển Đường dẫn dễ cú va chạm Nỳt trung gian Cỏc gúi IP SỬ DỤNG MPLS TRONG OBS QoS TRONG MẠNG OBS GIAO THỨC BÁO HIỆU HỖ TRỢ QoS NÚT CHUYỂN MẠCH QUANG FDL VÀ HÀNG ĐỢI GIAO THỨC BÁO HIỆU HỖ TRỢ QoS Giao thức JET khụng hỗ trợ QoS. Cần cú giao thức mới để hỗ trợ QoS trong OBS : giao thức PJET. Burst ưu tiờn cao được gỏn thờm thời gian cõn bằng bổ sung : Toffset = To + Tadd (Tadd > To và Tadd > Lmax(0) ) GIAO THỨC BÁO HIỆU HỖ TRỢ QoS tai , tsi : thời gian đến và thời gian bắt đầu dịch vụ của req(i),i = 0,1. li : chiều dài burst lớp i. req(1) đến trước: req(1) sẽ thành cụng req(0) bị nghẽn nếu ta0ts1 hoặc nếu ta0 lmax(0) nờn req(1) sẽ khụng bị nghẽn. NÚT CHUYỂN MẠCH QUANG Cấu trỳc nỳt chuyển mạch quang : Khối điều khiển điện L.kxL.k 1 2 L 1 2 k 1 2 L Cỏc tớn hiệu điều khiển Bộ chuyển đổi Mux Bộ chuyển đổi Bộ đệm FDL Cơ cấu chuyển mạch Demux FDL VÀ HÀNG ĐỢI Hàng đợi lưu trữ bất kỡ burst nào mà khụng quan tõm đến thời gian nghẽn. FDL lưu trữ burst khi thời gian nghẽn của burst nhỏ hơn B. Thời gian FDL trở nờn rỗi khỏc với hàng đợi. (a) (b) (c) Thời gian nghẽn Hàng đợi rỗi FDL rỗi FDL rỗi I II III Thời gian Thời gian rỗi của FDL phụ thuộc vào chiều dài của burst, cú thể trễ hơn hoặc sớm hơn so với hàng đợi. KHẢO SÁT QoS TRONG CÁC MẠNG OBS KHẢO SÁT CÁC BIấN CỦA XÁC SUẤT MẤT BURST Mễ HèNH YOO KHẢO SÁT CÁC BIấN CỦA XÁC SUẤT MẤT BURST Phõn tớch : Biờn trờn và biờn dưới của OBS khụng lớp : (1) (2) Trong đú : k : số bước súng ρ : mật độ lưu lượng r = ρ.k D: số lượng cỏc burst lớn nhất trong chuyển mạch. Biờn trờn và biờn dưới của OBS ưu tiờn : KHẢO SÁT CÁC BIấN CỦA XÁC SUẤT MẤT BURST Biờn trờn của lớp 1 và lớp 0 : (3) (4) Biờn dưới của lớp 1 và lớp 0 : (5) (6) Trong đú : Kết quả : KHẢO SÁT CÁC BIấN CỦA XÁC SUẤT MẤT BURST Khảo sỏt cỏc biờn của xỏc suất mất burst theo B Cỏc tham số : Số bước súng : k = 4 Số lượng FDL : N = 4 Mật độ lưu lượng : 0.8 Nhận xột : Cỏc biờn của xỏc suất mất burst khụng phụ thuộc vào B. KHẢO SÁT CÁC BIấN CỦA XÁC SUẤT MẤT BURST Khảo sỏt cỏc biờn của xỏc suất mất burst theo N Cỏc tham số : Số bước súng : k = 4 Mật độ lưu lượng : 0.8 Nhận xột : Cỏc biờn của lớp 1 cú xỏc suất mất burst thấp nhất,và cỏc biờn của lớp 0 cú xỏc suất mất burst cao nhất. Biờn dưới của cỏc lớp giảm khi tăng N. Biờn trờn của cỏc lớp khụng phụ thuộc vào N. KHẢO SÁT CÁC BIấN CỦA XÁC SUẤT MẤT BURST Khảo sỏt cỏc biờn của xỏc suất mất burst theo k Cỏc tham số : Mật độ lưu lượng : 0.8 Nhận xột : Số lượng FDL : N = 4 Khi tăng k thỡ cỏc biờn dưới giảm rất nhanh. Biờn trờn của cỏc lớp giảm khi tăng k nhưng giảm rất ớt. KHẢO SÁT CÁC BIấN CỦA XÁC SUẤT MẤT BURST Khảo sỏt cỏc biờn của xỏc suất mất burst theo mật độ lưu lượng : Cỏc tham số : Số lượng FDL : N = 4 Số bước súng : k = 4 Nhận xột : Cỏc biờn dưới sẽ tăng lờn đỏng kể khi mật độ lưu lượng tăng. Mễ HèNH YOO Mụ hỡnh Yoo theo B : Cỏc tham số : Số bước súng : k = 4 Số lượng FDL : N = 2 Mật độ lưu lượng : 0.8 Thời gian cõn bằng bổ sung : t01 = 3L + B Nhận xột : Xỏc suất mất burst thực hiện bởi mụ phỏng nằm bờn trong cỏc biờn khi B nhỏ (<3L). Xỏc suất mất burst của mỗi lớp là cao nhất khi B = 0. Xỏc suất mất burst thấp hơn khi lớp cú độ ưu tiờn cao. Khi B càng tăng thỡ xỏc suất mất burst tiến gần và vượt ra ngoài cỏc biờn dưới. Mễ HèNH YOO Mụ hỡnh Yoo trễ hàng đợi : Cỏc tham số : Số bước súng : k = 4 Số lượng FDL : N = 2 Mật độ lưu lượng : 0.8 Thời gian cõn bằng bổ sung : t01 = 3L + B Nhận xột : Cỏc lớp ưu tiờn cao thỡ trễ hàng đợi thấp hơn. Cỏc lớp ưu tiờn cao khụng phụ thuộc nhiều vào việc sử dụng cỏc FDL dài do xỏc suất nghẽn thấp. Mễ HèNH YOO Mụ hỡnh Yoo theo cỏc mảng FDL : Cỏc tham số : Số bước súng : k = 4 Thời gian trễ lớn nhất : B = 5L Mật độ lưu lượng : 0.8 Thời gian cõn bằng bổ sung : t01 = 5L Nhận xột : Xỏc suất mất burst của lớp 0 và khụng lớp khụng được cải thiện nhiều khi tăng d. Xỏc suất mất burst của cỏc lớp đều giảm đến giỏ trị nhỏ nhất khi d = 12 do B giữ cố định. Số FDL tăng (d tăng) mà khụng tăng B thỡ khụng cải thiện nhiều xỏc suất mất burst. Xỏc suất mất burst của lớp 1 giảm đỏng kể khi tăng d. Mễ HèNH YOO Mụ hỡnh Yoo theo số lượng bước súng k : Cỏc tham số : Mật độ lưu lượng : 0.8 Số lượng FDL : N = 4 Nhận xột : Khi tăng k, tỷ lệ xỏc suất mất burst của lớp 1 và khụng lớp sẽ tăng lờn đỏng kể. Xỏc suất mất burst của lớp 0 và khụng lớp cải thiện khụng đỏng kể khi tăng k. Mễ HèNH YOO Đỏnh giỏ chung Để cải thiện QoS trong mạng OBS cần : tăng B, tăng N, giảm ρ, tăng k. Tăng k là biện phỏp tốt nhất để cải thiện QoS vỡ khụng làm tăng trễ hàng đợi và xỏc suất mất burst giảm rất nhanh. Cần tăng cả d và B nếu muốn cải thiện QoS của OBS. Tuy nhiờn, khi tăng B thỡ trễ hàng đợi cũng tăng theo. N ảnh hưởng rất ớt đến cỏc lớp ưu tiờn thấp. KẾT LUẬN Tỡm hiểu cỏc kỹ thuật chuyển mạch quang, trọng tõm là chuyển mạch gúi quang và chuyển mạch burst quang. Tỡm hiểu cấu trỳc và hoạt động của kỹ thuật chuyển mạch burst quang. Khảo sỏt cỏc tham số ảnh hưởng đến QoS trong mạng OBS. Đưa ra cỏc hướng để giỳp cải thiện QoS trong mạng chuyển mạch burst quang. LỜI KẾT  Xin chõn thành cỏm ơn!