Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu tham khảo kỹ thuật công nghệ cơ khí nghiên cứu, phân tích các mạng chuyển động mạch
Đồ án tốt nghiệp đại họcMỤC LỤC1 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1: Tổng quanCHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Sự phát triển của mạng quang1.1.1 Sự phát triển của topo mạngKiến trúc điểm - điểm là loại đơn giản của topo mạng. Các gói được truyền giữa các node quang, nhưng sự chuyển đổi quang điện tử được thực hiện ở mọi node. SONET/SDH là một ví dụ. Một lựa chọn khác có ưu điểm hơn là sử dụng các topo mạng kiểu bus, vòng và sao. Hình1.1: Các topo mạngdạng Điểm - điểm, vòng, sao, lưới.Trong mạng WDM topo kiểu vòng được ưa dùng hơn. Topo kiểu mạng lưới có nhiều ưu điểm hơn khi so sánh với các loại trước bởi vì dung sai cắt sợi tốt hơn, khi có nhiều lựa chọn định tuyến. Thêm nữa, một node với tốc độ lưu 2 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1: Tổng quanlượng cao được nối với vài node, và một node với lưu lượng dữ liệu trên một node đơn chỉ có thể nối với node đơn này. Đáng tiếc, một mạng topo dạng mạng lưới gặp nhiều khó khăn khi triển khai do yêu cầu phức tạp trong định tuyến và chuyển mạch. Mạng WDM đầu tiên xuất hiện giữa những năm 1990 là mạng kiểu điểm - điểm. Sau đó các phần tử tách-ghép được sử dụng và cuối những năm 1990 topo mạng kiểu vòng trở nên ưa dùng. Ngày nay đã sử dụng các mạng có topo mạng kiểu mạng lưới. Một phần các mạng gói quang được thực hiện trong môi trường phòng thí nghiệm. Chắc chắn các mạng gói thương mại sẽ theo sự phát triển giống như các mạng WDM trước đó.1.1.2 Sự phát triển của dung lượng truyền dẫnTốc độ phát triển của dung lượng truyền dẫn nhanh hơn trong các năm trước đây. Giữa thập niên 90 tốc độ tăng là 30% trên năm, ngày nay là 60%. Bảng mô tả dự báo sự phát triển của tổng dung lượng và tốc độ bít người sử dụng.1995 2000 2005 2010Dung lượng tổng20-40 Gbit/s 800 Gbit/s≥ 1Tbit/sTốc độ bít người sử dụngPOTS64kbit/sADSL2-8Mbit/sQuang, ADSL155Mbit/s2,10,50 Mbit/sQuang, điện622Mbit/s100Mbit/s1.1.3 Sự phát triển của mạngMạng quang đầu tiên được thực thi cách đây hơn thập kỷ, nhưng sự khai thác thực tế của mạng quang lại liên quan với hiện tượng mới. Mạng sử dung công nghệ WDM sẽ tới đỉnh điểm của nó trong nửa cuối năm nhưng năm 2000. Sự phát triển vẫn tăng nhanh nếu như tốc độ phát triển của dung lượng vẫn tăng 60% trên năm. Hiện nay phương pháp ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) là công nghệ ghép kênh ưa chuộng nhất cho các mạng thông tin quang, bởi vì mọi thiết bị đầu cuối sử dụng chỉ cần hoạt động tại tần số của một kênh WDM. WDM là một cách ghép, trong đó ta có thể lợi dụng sự không đối xứng băng tần 3 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1: Tổng quanquang điện rộng lớn bằng cách yêu cầu mỗi đầu cuối của mỗi người sử dụng chỉ hoạt động tại tốc độ điện tử và các kênh ghép WDM từ các đầu cuối của người sử dụng khác sẽ được ghép vào trong cùng một cáp. Trong ghép kênh theo bước sóng WDM, mỗi bước sóng hỗ trợ một kênh thông tin hoạt động tại bất kỳ tốc độ được thiết kế này. Ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) xuất hiện như một giải pháp được lựa chọn để cung cấp một cơ sở hạ tầng mạng nhanh hơn, đáp ứng được sự bùng nổ của Internet. Thế hệ đầu tiên của WDM chỉ cung cấp các liên kết vật lý điểm tới điểm được sử dụng hạn chế trong các trung kế WAN. Các cấu hình mạng WDM, WAN là các cấu hình tĩnh. Thế hệ thứ hai của WDM có khả năng thiết lập các tuyến quang kết nối từ đầu cuối tới đầu cuối trong lớp quang sử dụng kết nối chéo lựa chọn bước sóng WSXC. Các tuyến quang tạo ra một tôpô ảo trên tôpô sợi quang vật lý. Cấu hình bước sóng ảo có thể thay đổi động theo sự thay đổi quy hoạch mạng. Kỹ thuật sử dụng trong thế hệ WDM thứ hai bao gồm các thiết bị kết nối chéo và bộ tách ghép bước sóng với khả năng chuyển đổi bước sóng, định tuyến động và phân bố bước sóng tại các node nối chéo. WDM thế hệ thứ ba được sử dụng trong các mạng quang chuyển mạch gói phi kết nối, trong đó các tiêu đề hay các nhãn được gắn với dữ liệu, truyền đi cùng với tải và được xử lý tại mỗi chuyển mạch quang WDM. Dựa trên tỷ lệ giữa thời gian xử lý tiêu đề gói và chi phí truyền dẫn gói, chuyển mạch WDM có thể được sử dụng hiệu quả bằng cách sử dụng chuyển mạch nhãn hay chuyển mạch burst quang. Chuyển mạch gói quang vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu. Sự phát triển mạng của WDM được chỉ ra như hình vẽ . Thế hệ thứ 3Thế hệ thứ 1 Thế hệ thứ 2Chuyển mạch kênh WDMChuyển mạch burst quangChuyển mạch gói quang4 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1: Tổng quanCác kênh tĩnh tới độngCác đường ảo và lưu giữ và chuyển tiễpHình 1.2 Sự phát triển mạng WDMWADMWAMPDCXWSXC(OCX)OPROBSOLS Chuyển mạch kênh quang được sử dụng cho lưu lượng được tập hợp lại có kích thước lớn, một kênh truyền sẽ được thiết lập trước và không thay đổi trong quá trình truyền dữ liệu. Chuyển mạch gói quang sử dụng cho các gói dữ liệu có kích thước nhỏ.5 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1: Tổng quan1.2 Chuyển mạch quang Chuyển mạch là từ dùng để chỉ hai nghĩa khác nhau. Một là để định nghĩa tóm tắt khái niệm chuyển mạch tức là thiết bị sử dụng chuyển mạch các tín hiệu từ các cổng đầu vào tới các cổng đầu ra. Hai là chuyển mạch chỉ một thiết bị với một vài thiết bị hoặc là một thiết bị phức hợp mà gồm khối điều khiển phức tạp, các bộ đệm đường dây trễ, các bộ lọc, các bộ chuyển đổi bước sóng và các chuyển mạch đơn giản. Các chuyển mạch không gian và các bộ định tuyến bước sóng là các thành phần cơ bản của một chuyển mạch quang. Một chuyển mạch không gian chỉ chuyển theo cách đơn giản các tín hiệu từ mỗi đầu vào tới một đầu ra. Có một vài cách để thực hiện một chuyển mạch không gian nhưng lựa chọn tốt nhất là sử dụng các SOA (các bộ khuyếch đại quang bán dẫn). Như hình 1.3 mô tả một chuyển mạch không gian.Hình 1.3: Chuyển mạch dựa trên cổng SOA.Chuyển mạch dựa trên cổng SOA N×N như mô tả ở trên gồm N bộ tách 1×N, N2 cổng SOA và N bộ trộn 1×N. Nếu tín hiệu được chuyển tới đầu ra j, 6 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1: Tổng quancổng j ở trạng thái mở và các cổng khác ở trạng thái đóng. Tất cả các cổng có cùng chỉ mục sẽ được kết nối tới một bộ trộn. Một bộ định tuyến bước sóng có thể được cấu hình trước hoặc không. Như hình 1.4 mô tả bộ định tuyến bước sóng không cấu hình trước. Mỗi tín hiệu từ đầu vào i với bước sóng j luôn được truyền trực tiếp tới đầu ra k. Một ví dụ của bộ định tuyến lại này là AWGM. Một AWGM gồm hai coupler sao và một AWG giữa chúng. Coupler sao tách các tín hiệu từ các cổng đầu vào và đưa tới tất cả các lưới ống dẫn sóng mà các lưới ống dẫn sóng này có độ dài khác nhau. Độ trễ tín hiệu phụ thuộc vào độ dài của ống dẫn sóng và bước sóng. Coupler sao thứ hai chỉ phối hợp theo cấu trúc các tín hiệu có pha khác nhau tại một cổng đầu ra đơn. Mặc dù một bộ định tuyến bước sóng không cấu hình trước không có thuộc tính chuyển mạch thì vẫn được sử dụng rộng rãi trong các chuyển mạch gói quang định tuyến theo bước sóng. Y tưởng chính để mọi gói được chuyển đổi đầu tiên thành một bước sóng chính xác và sau đó truyền trực tiếp tới AWGM. Bởi vì AWGM chọn cổng ra của mỗi gói tuỳ thuộc cổng ra và bước sóng, mỗi gói sẽ được chuyển tới cổng ra đã định.Hình 1.4: Bộ định tuyến bước sóng.7 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1: Tổng quan1.2.1 Phân loại chuyển mạch quang Chuyển mạch có thể được chia thành chuyển mạch điện và chuyển mạch quang. Các chuyển mạch điện có thiết bị phát triển hơn chuyển mạch quang và việc thực thi chúng dễ dàng hơn. Chuyển mạch quang lại được chia thành: Chuyển mạch kênh quang. Chuyển mạch gói quang. Chuyển mạch burst quang.1.2.1.1 Kỹ thuật chuyển mạch kênh quang Chuyển mạch kênh quang hoạt động theo kiểu định tuyến theo bước sóng. Trong mạng chuyển mạch kênh quang, một đường dẫn bước sóng riêng được thiết lập trong khoảng thời gian kết nối. Để một mạng chuyển mạch kênh hoạt động, một kênh sẽ được ấn định từ đầu tới cuối cho một kết nối. Kênh này sau đó chỉ được đăng ký phục vụ cho một kết nối. AR 1R 2R 3 R 4R 5R 6BS w i t c h / R o u t e rT u y Õ n h o ¹ t ® é n gHình 1.5 Mạng chuyển mạch kênh. Trong mạng chuyển mạch kênh trên đây yêu cầu nối giữa điểm A và B. Một kênh được thiết lập thông qua các node R1, R3, R4 và R5. Ta cũng có thể thành lập các tuyến liên kết khác giữa A và B. Giữa các node chuyển mạch có thể cho phép nhiều kênh được thiết lập. Chuyển mạch kênh gồm có 3 giai đoạn: Thiết lập kênh, truyền dữ liệu, và giải phóng kênh.8 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1: Tổng quan Thiết lập kênh: Đăng ký một bước sóng cố định theo đường dẫn lựa chọn, mỗi liên kết trên đường dẫn được định hướng từ nguồn tới đích tương ứng của nó. Truyền dữ liệu: Dữ liệu được gửi trên một đường riêng. Khi phân phối điều khiển được sử dụng trong giai đoạn định tuyến, một khoảng thời gian yêu cầu giữa giai đoạn thiết lập và giai đoạn truyền dẫn là T, có giá trị T=2p+delta (p là thời gian truyền một chiều), delta là tổng trễ xử lý do yêu cầu thiết thiết lập trên đường truyền). Dữ liệu trong chuyển mạch kênh không cần đệm ở các node trung gian do kênh chỉ sử dụng phục vụ cho việc truyền dữ liệu này tại thời điểm cụ thể. Giải phóng kênh: Sau khi dữ liệu gửi đi tới đích, kênh truyền dẫn sẽ được giải phóng. Đích gửi về nguồn một bản tin xác nhận. Các node trên đường truyền lần lượt được giải phóng để phục vụ cho kết nối khác.Giữ liệu người dùngACKTín hiệu chấp nhận cuộc gọi Trễ xử lýTrễ đường truyềnYêu cầu cuộc gọiHình 1.6 Tín hiệu trong chuyển mạch kênh.1.2.1.2 Chuyển mạch gói quang Chuyển mạch gói quang là công nghệ tiếp theo được lựa chọn phục vụ cho việc truyền tải dữ liệu qua WDM. Hoạt động trong chuyển mạch gói: Các gói thông tin được gửi đi trên tuyến thích hợp được lựa chọn bởi bộ định tuyến tại node khi gói đến. Trong chuyển mạch gói, mỗi gói có một tiêu đề tương ứng mang thông tin về gói cũng như địa chỉ của gói, và mỗi node chuyển mạch trong mạng (các bộ định tuyến) sẽ nhận thông tin này và gửi đi trên tuyến thích hợp. 9 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1: Tổng quanC R 1R 2R 3R 4R 5R 6DS w i t c h / R o u t e rT u y Õ n h o ¹ t ® é n gHình 1.7 Mạng chuyển mạch gói Hình vẽ 1.7 mô tả một mạng chuyển mạch gói. Gói được gửi từ điểm C tới đích D. Một gói thông tin rời C và được gửi đi trên tuyến R1 tới R3, sau đó từ R3 gửi tới R4 và tới D. Tuy nhiên gói cũng có thể được truyền tới D theo hướng khác. Nếu việc truyền dẫn từ R1 tới R3 chậm hoặc bị mất, gói từ R1 sẽ được gửi tới R2, từ R2 tới R5 và cứ tiếp tục cho tới khi tới đích. Trong chuyển mạch gói, độ dài mỗi gói là Lp, có thể cố định hoặc thay đổi từ giá trị nhỏ nhất Smin tới giá trị lớn nhất S max. Trường hợp gói có độ dài cố định, một bản tin kích thước Lb sẽ được chia thành các gói nhỏ hơn có kích thước giống nhau. Trường hợp gói có độ dài khác nhau, bản tin được chia thành Lb/Smax gói và đệm chỉ cần thiết đối với gói nhỏ hơn Smin. Một đặc điểm chính của chuyển mạch gói là lưu giữ và chuyển tiếp. Tức là một gói cần phải được tập hợp đầy đủ tại một node nguồn và mỗi node trung gian trước khi nó được chuyển đi. Đặc điểm này sẽ dẫn đến gói phải trải qua một khoảng thời gian trễ tương ứng với Lb tại mỗi node, khi đó cần phải có bộ đệm tại mỗi node trung gian của mạng có kích thước nhỏ nhất là Smax. Mặc dù vậy với công nghệ hiện tại chưa thể thực hiện chuyển mạch quang một cách có hiệu quả do: Chuyển mạch gói quang thường sử dụng cho trường hợp không đồng bộ. Ví dụ, các gói tới tại các cổng đầu vào khác nhau phải được xếp hàng trước khi truy nhập vào trường chuyển mạch. Tuy nhiên để ứng dụng cho trường hợp không đồng bộ là rất khó và chi phí cao. Một khó khăn nữa đối với chuyển mạch gói quang là sự thiếu vắng các bộ đệm quang. Đặc điểm chính của chuyển mạch gói là lưu đệm và chuyển 10 [...]... chuyển mạch gói, chuyển mạch burst không nhất thiết phải sử dụng các bộ đệm Chuyển mạch burst quang là chuyển mạch hứa hẹn nhiều triển vọng, nó sẽ thay thế các chuyển mạch hiện tại, và sẽ mang tính thương mại cao hơn chuyển mạch gói quang, nó tránh được hai vấn đề chính là: Tốc độ chuyển mạch cao và bộ đệm quang Nghẽn cổ chai trong mạng chuyển mạch gói quang khi xử lý tiêu đề gói tin trong trường chuyển. .. Giữa chuyển mạch kênh và gói Các mạng toàn quang hiện nay là các chuyển mạch kênh Các mạng chuyển mạch gói quang vẫn đang tiếp tục nghiên cứu và trên thế giới chuyển mạch kênh quang là lựa chọn thích hợp hơn chuyển mạch gói quang Nói cách khác, lưu lượng viễn thông trong tương lai vẫn còn tiếp tục bùng nổ Trong bất cứ trường hợp nào, thì lưu lượng dạng gói sẽ ở mức lựa chọn cao hơn Nếu tìm thấy một cách... sóng và tốc độ bít trên một kênh Mạng truyền tải WDM kết nối chéo quang có độ linh hoạt cao Các nghiên cứu cho thấy mạng chuyển mạch gói là mạng chủ đạo trong tương lai và có thể đáp ứng được các yêu cầu dịch vụ, một trong số đó có mạng chuyển mạch gói quang Mạng chuyển mạch gói quang đã được nghiên cứu cách đây khoảng chục năm Từ đó đến nay có rất nhiều thay đổi, các thiết bị đã được cải thiện cũng... mạng chuyển mạch gói quang ra đời Đồ án tốt nghiệp đại học gói quang Chương 2: Chuyển mạch 2.3 Đặc tính lưu lượng của chuyển mạch gói quang 2.3.1 Đặc tính lưu lượng của chuyển mạch không có chức năng tách - ghép 2.3.1.1 Mạng và kiến trúc chuyển mạch của hệ thống WDM Mạng gói quang WDM xác định ở đây được chỉ ra trong hình 2.2 Hình 2.2 : Chuyển mạch gói của hệ thống WDM Chuyển mạch gói quang chuyển. .. và được sử dụng dưới sự phân tích các tiêu điểm của WDM với việc sử dụng các bộ chuyển đổi bước sóng khả chỉnh Với sự phân tích này ba sự kiện cơ bản cho các kiến trúc chuyển mạch gói tách ghép 2×2 với hai kênh bước sóng trên sợi được mô tả như hình 2.13 Đồ án tốt nghiệp đại học gói quang Chương 2: Chuyển mạch (a) (b) (c) Hình 2.13: Các cấu hình kiến trúc chuyển mạch gói từ các phần tử tách ghép 2×2... 2: Chuyển mạch TOWC, khi bustness tăng thì tỉ lệ tải lớn hơn nhiều, khả năng thông qua lên tới 60 Gb/s 2.3.2 Đặc tính lưu lượng của chuyển mạch với chức năng tách ghép Như mô tả trong hình 3.8, các node chuyển mạch gói tách ghép được sử dụng từ cấu trúc của node mạng con hoặc phân chia thì nhận được các mạng khác nhau ví dụ MAN, WAN Kiến trúc chuyển mạch gói cũng được chuyển đổi trực tiếp thành chuyển. .. lý Các trường chuyển mạch có thể được triển khai mà không cần bộ đệm hoặc với một vài đường trễ để giải quyết xung đột Chuyển mạch burst đã tránh được những vấn đề của chuyển mạch gói, và phù hợp cho yêu cầu lưu lượng hiện nay Trong thời gian tới, chuyển mạch burst rõ ràng sẽ hấp dẫn hơn chuyển mạch gói quang, và trong cuộc đua đường dài chuyển mạch burst dường như là đối thủ mạnh nhất của chuyển mạch. .. bộ các gói có kích thước khác nhau cần phải được phát triển Chuyển mạch burst quang (OBS) như một giải pháp cho sự truyền tải lưu lượng trực tiếp qua mạng WDM quang mà không cần bộ đệm Chuyển mạch burst quang là phương pháp kết hợp cả hai kỹ thuật chuyển mạch kênh quang và chuyển mạch gói quang Nó được thiết kế đạt được cân bằng giữa những ưu điểm của chuyển mạch kênh quang và nhược điểm của chuyển mạch. .. 2.10: Các tham số lưu lượng của node chuyển mạch tách ghép quang Để sử dụng kiểu hàng đợi mô tả trong kiến trúc chuyển mạch gói WDM và sự phân tích ảnh hưởng của các bộ chuyển đổi bước sóng khả chỉnh lên hiệu năng, mà được ứng dụng cho hàng đợi đầu ra WDM quang, việc xử lý gói đến tới mỗi hàng đợi mạng phải được tìm thấy Có hai điều kiện: các gói từ N.M kênh khởi nguồn từ các đầu vào mạng các gói... trễ và jitter) Chuyển mạch gói quang có thể đáp ứng mọi yêu cầu và ta có thể phân loại các yêu cầu thông tin của chuyển mạch đó là: Khả năng quản lí các loại tốc độ thông tin khác nhau Có thể chuyển mạch đa phương hoặc quảng bá Có hiệu năng cao về độ trễ, khả năng thông qua và tỉ lệ lỗi bit (BER) Hiện nay mạng chuyển mạch gói quang vẫn chưa hoàn toàn quang, các tín hiệu đều cần chuyển đổi trở . Tổng quan1.2.1 Phân loại chuyển mạch quang Chuyển mạch có thể được chia thành chuyển mạch điện và chuyển mạch quang. Các chuyển mạch điện có thiết. phức tạp, các bộ đệm đường dây trễ, các bộ lọc, các bộ chuyển đổi bước sóng và các chuyển mạch đơn giản. Các chuyển mạch không gian và các bộ định
