MỘT SỐ KỸ THUẬT CƠ BẢN TRONG CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH GÓI QUANG

MỘT SỐ KỸ THUẬT CƠ BẢN TRONG CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH GÓI QUANG ThS. TRẦN XUÂN TRƯỜNG Liên Bộ môn Điện – Điện tử - Cơ sở II Trường Đại học Giao thông Vận tải Tóm tắt: Trên cơ sở so sánh với các kiến trúc chuyển mạch gói thông thường, bài viết đưa ra các kiến trúc của các hệ thống chuyển mạch gói quang với kỹ thuật đệm và kỹ thuật chuyển mạch phân chia theo bước sóng – không gian. Từ đó ta thấy được các thế mạnh của loại chuyển mạch mới này cũng như khả năng ứng dụng...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
MỘT SỐ KỸ THUẬT CƠ BẢN TRONG CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH GÓI QUANG MỘT SỐ KỸ THUẬT CƠ BẢN TRONG CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH GÓI QUANG ThS. TRẦN XUÂN TRƯỜNG Liên Bộ môn Điện – Điện tử - Cơ sở II Trường Đại học Giao thông Vận tải Tóm tắt: Trên cơ sở so sánh với các kiến trúc chuyển mạch gói thông thường, bài viết đưa ra các kiến trúc của các hệ thống chuyển mạch gói quang với kỹ thuật đệm và kỹ thuật chuyển mạch phân chia theo bước sóng – không gian. Từ đó ta thấy được các thế mạnh của loại chuyển mạch mới này cũng như khả năng ứng dụng của chúng. Summary: By comparing with general packet switching architecture, this article provides block diagrams of optical packet switching with buffering and wavelength division- space division switch technology. From this, we can be aware of the strengths of this new switch and the capability in utilizing it. I. ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay các hệ thống chuyển mạch gói thông thường đã và đang được ứng dụng rộng rãi ĐT trong các hệ thống thông tin viễn thông. Tuy nhiên tốc độ của chúng còn giới hạn nên khả năng ứng dụng cho các mạng băng rộng, đa dịch vụ, tốc độ cao ngày càng bị hạn chế. Với các ưu thế vượt trội về tốc độ và băng thông của mình, chuyển mạch gói quang ra đời có thể khắc phục được các khiếm khuyết của chuyển mạch gói thông thường. Vì lý do này, tác giả muốn trình bày các kỹ thuật được sử dụng trong công nghệ chuyển mạch gói quang với bố cục như sau: Phần 2, chúng tôi phân tích khái quát về các kiến trúc, nguyên lý hoạt động của chuyển mạch gói thông thường cũng như ưu và nhược điểm của chúng. Phần 3 tập trung làm rõ các kỹ thuật chủ yếu dùng trong các hệ thống chuyển mạch gói quang. Phần 4 là phần kết luận. II. KIẾN TRÚC VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA CHUYỂN MẠCH GÓI THÔNG THƯỜNG Như đã biết trong chuyển mạch gói, nút chuyển mạch là sự kết hợp của một cơ cấu chuyển mạch và bộ xử lý mào đầu gói đồng thời thực hiện các chức năng xếp hàng và chuyển mạch phân chia theo không gian. Mỗi gói tin gồm phần mào đầu và phần tải trọng sẽ được mang đi từ một cổng vào tới một hay nhiều cổng ra. Nút thực hiện tách thông tin mào đầu từ gói. Bộ xử lý thông tin mào đầu trong nút sẽ nhận ra các thông tin mào đầu và quyết định nó tới đầu ra, sau đó nó thiết lập cơ cấu chuyển mạch để gửi tải trọng tới cổng ra đích theo dạng chuyển mạch phân chia theo không gian. Thông tin gói nội bộ thường được bổ sung cho phần tải trong để phân biệt các gói với nhau. Khi có hai hoặc ba tải trọng tới một cách đồng thời tại cùng một cổng ra được gọi là quá trình tranh chấp. Trường hợp này các gói sẽ phải xếp hàng tạm thời trong một bộ đệm và chờ nút xử lý gửi đến cổng ra. Nếu xét bên trong hệ thống chuyển mạch, theo quan điểm về vị trí bộ đệm thì kiến trúc phần tử chuyển mạch sẽ có ba loại sau. Loại thứ nhất là phần tử chuyển mạch bộ đệm đầu vào. Trong loại này tình huống tranh chấp được giải quyết tại đầu vào. Mỗi cổng vào được trang bị một bộ nhớ đệm riêng, các bộ đệm này có thể lưu giữ một gói tin cho đến khi giải thuật phân xử điều khiển bộ đệm để truyền gói tin tới chuyển mạch trung gian. Do đó, khối chuyển mạch trung gian có thể mang gói tin đi mà không có sự tranh chấp nào. Bộ đệm hoạt động theo nguyên lý đơn giản nhất là vào trước – ra trước (FIFO). Tuy nhiên dạng chuyển mạch này sẽ gây ảnh hưởng bởi nghẽn đầu hàng. Nếu giả thiết có hai cổng vào A và B đều có một gói có đích là cùng một cổng ra X tại ngay đầu của hàng của bộ đệm FIFO. Khi này, do tại một thời điểm không thể gửi đồng thời 2 gói tin từ 2 cổng vào A, B tới cổng ra X, nên nếu giả sử kỹ thuật phân xử quyết định cho phép cổng vào A gửi một gói tin tới cổng ra X và ngăn cổng vào B gửi gói tin tới cổng ra X đó. Như vậy tại cổng vào B, các gói tin kế tiếp sau gói tin đầu hàng bị nghẽn sẽ không thể chuyển đi được mặc dù đích của chúng là đang rỗi. Nghẽn đầu hàng có thể gây ảnh hưởng đến việc thực hiện tải của phần tử chuyển mạch. Nhiều nỗ lực thực hiện để giải quyết vấn đề nghẽn đầu hàng này và cải tiến chất lượng chuyển mạch như sử dụng các bộ đệm đàn hồi cùng các thuật toán phân xử. Loại thứ hai là các phần tử chuyển mạch bộ đệm đầu ra. Trong loại này, chuyển mạch trung gian có thể truyền đồng thời nhiều gói từ các cổng vào tới cùng một cổng ra. Mỗi cổng ra được trang bị một bộ nhớ riêng để tránh tranh chấp tại đây. Bộ đệm có thể nhận và lưu giữ nhiều gói tin tại cùng một khoảng thời gian. Vì vậy loại này có thể truyền gói tới các cổng ra theo dạng từ gói tới gói trong bộ đệm FIFO. Kiến trúc chuyển mạch bộ đệm đầu ra là khá đơn ĐT giản nhưng yêu cầu khối chuyển mạch trung gian và bộ đệm phải có tốc độ cao. Điều này cũng có nghĩa là chúng không cần có các bộ đệm phức tạp cùng thuật giải phân xử để tránh nghẽn đầu hàng. Tuy nhiên một thách thức lớn là bộ đệm ở đây phải lưu giữ gói nhanh gấp N lần tốc độ truyền cổng vào khi phần tử chuyển mạch này có N đầu vào. Loại thứ ba của kiến trúc phần tử chuyển mạch là dạng chuyển mạch bộ đệm ở trung tâm. Trong dạng này, bộ đệm được chia sẻ giữa tất cả các cổng vào và các cổng ra. Mỗi cổng vào lưu giữ tất cả các gói trong bộ đệm trung tâm và mỗi cổng ra sẽ truy cập bộ nhớ thep quy luật FIFO. Với dạng kiến trúc này, khả năng sử dụng bộ nhớ là hiệu quả hơn so với hai loại chuyển mạch đã được mô tả ở trên. Tuy nhiên quá trình quản lý bộ nhớ của bộ đệm trung tâm là phức tạp hơn. III. CÁC KỸ THUẬT SỬ DỤNG TRONG CHUYỂN MẠCH GÓI QUANG 3.1. Khái quát chung Như đã mô tả phần trước thì có ba loại kiến trúc chuyển mạch gói chung theo thuật ngữ của các bộ đệm. Trong một nút chuyển mạch gói quang, các bộ đệm thường được thực hiện bằng cá ...