Chương 2. Hệ thống chuyển mạch chùm quang
2.2. Cấu trúc mạng chuyển mạch chùm quang
2.2.2. Cấu trúc các node mạng biên
Các node mạng biên cần phải hỗ trợ thực hiện các giao diện lối vào thay đổi và tập hợp, liên kết các gói tới thành các chùm dữ liệu. Hình 2.9 dưới đây chỉ ra bốn khối cơ bản xây dựng lên các node mạng biên bao gồm giao diện đường, khối chuyển mạch, khối tạo chùm dữ liệu và khối giao diện chuyển đổi quang.
Hình 2.9 Các khối chức năng cơ bản của node mạng biên OBS
Khối giao diện đường cung cấp các giao diện giữa mạng chuyển mạch chùm quang và các giao diện ngoài khác gồm ATM, IP hoặc SONET...
Chức năng cơ bản của khối này là chuyển đổi các giao thức của các giao diện đường tạo ra một giao thức chung cho khối chuyển mạch.
Chức năng chính của khối chuyển mạch là định tuyến các gói IP, chuyển chúng tới khối tạo chùm dữ liệu. Cơ cấu định tuyến có thể phụ thuộc vào một số thông số như đích tới của các gói hay mức thứ tự ưu tiên của gói IP. Chức năng định tuyến được thực hiện hoàn toàn trên miền điện. Kích thước của trường chuyển mạch phụ thuộc vào số cổng ra của mỗi node (E), số kênh trên mỗi cổng ra (N), số loại hình dịch vụ hỗ trợ (Q) và số khối giao diện đường (I).
Khối tạo chùm dữ liệu thực hiện ghép các gói IP thành các chùm dữ liệu tương ứng và ngược lại. Ngoài ra, nó còn xác định thời điểm chùm dữ liệu được giải phóng cũng như quản lý tài nguyên kênh truyền. Số các giao diện ra (E) và giao diện vào (I) là các tham số độc lập nhau.
Hình 2.10 Cấu trúc node mạng biên OBS lối vào.
Hình vẽ 2.10 mô tả chi tiết cấu trúc của node mạng OBS biên tương ứng với bốn khối chức năng chung. Giao diện kết cuối lối vào của node biên tương ứng khối giao diện đường có thể là giao diện điện hoặc quang.
Tất cả tín hiệu quang sẽ được chuyển và xử lý trên miền điện. Khối đọc tiêu đề xác định đích đến của gói tin và loại hình dịch vụ yêu cầu. Thông tin đọc được sẽ đưa tới phần điều khiển node và phần lập lịch chuyển mạch. Phần chuyển mạch sẽ gửi các gói dữ liệu tới một trong E phần tạo chùm dữ liệu. Như vậy, phần chuyển mạch có ExQ cổng lối ra và mỗi node hỗ trợ Q loại dịch vụ [6].
Phần tạo chùm dữ liệu bao gồm đơn vị tạo chùm dữ liệu (BAU), đơn vị lập lịch tạo chùm dữ liệu (BSU) và bộ tạo gói tiêu đề của chùm dữ liệu (BHP Gen). Sơ đồ chi tiết của đơn vị tạo chùm BAU được chỉ ra trong hình vẽ 2.11. Về cơ bản thì BAU hoạt động như một hàng đợi lối ra ảo.
Các gói tin đến được định hướng tới các hàng đợi để tạo chùm dữ liệu. Có Q hàng đợi loại này trong mỗi BAU và kích thước của nó bằng kích thước lớn nhất có thể của chùm dữ liệu. Đơn vị lập lịch tạo chùm dữ liệu thực hiện bốn chức năng chính: (1) xác định thông tin tiêu chuẩn về dạng chùm dữ liệu và thời điểm hoàn thiện chùm dữ liệu; (2) lập lịch để truyền các chùm dữ liệu trên các kênh; (3) xác định thông tin, thời điểm truyền tránh nghẽn mạng; (4) xác định truyền lại các chùm dữ liệu khi có yêu cầu.
Hình 2.11 Phần tạo chùm dữ liệu BAU
Hình 2.12 Khối giao diện chuyển đổi quang.
Khối giao diện chuyển đổi quang được mô tả trên hình 2.12. Giả sử chỉ có một kênh điều khiển (M=1), tất cả các gói tiêu đề BHP được truyền trên một bước sóng cho trước, N kênh có thể được ấn định vào các chùm dữ liệu. Mỗi chùm dữ liệu được điều chế trên miền quang và chuyển tới sợi trên một bước sóng nào đó. Phần hợp kênh WDM thực hiện ghép tất cả các bước sóng và truyền chúng tới trạm kế tiếp [8].
Quá trình hoàn toàn ngược lại đối với node là node biên OBS lối ra. Các gói tiêu đề BHP và các chùm dữ liệu được chuyển từ miền quang sang miền điện. Phần khôi phục tín hiệu đồng hồ có thể lựa chọn, khôi phục và khoá một trong các lối vào và cung cấp tín hiệu định thời cho module. Đơn vị tách chùm dữ liệu (BDU) sẽ khôi phục các gói tin từ chùm dữ liệu tới. Trường hợp có khung lỗi, node sẽ gửi yêu cầu truyền lại tới node OBS phát hoặc trạm phát. Sau đó mỗi gói tiêu đề được đọc và gửi tới các hàng đợi lối ra ảo (VOQ) tương ứng.
Lối ra của mỗi VOQ được định hướng tới một trong các bộ phân chia đường (LCA), tại đây các lưu lượng IP được phân chia tới các bộ định tuyến IP khác nhau như hình 2.13. Các thuật toán phức tạp có thể được sử dụng cho các bộ LCA để giải quyết vấn đề chất lượng dịch vụ và hỗ trợ các loại hình dịch vụ khác.
Hình 2.13 Cấu trúc node mạng biên OBS lối ra.
Các cấu trúc trên yêu cầu các giải pháp chủ yếu về công nghệ bao gồm: tốc độ xử lý nhanh, quản lí bộ nhớ và kích thước bộ đệm. Tốc độ xử lý là tiêu chuẩn để giảm kích thước bộ đệm tại node OBS lối ra. Phần cứng dựa trên các thuật toán trong các bộ LCA như cây nhị phân, đơn vị lập lịch chuyển mạch hoặc bộ lập lịch tạo chùm dữ liệu là cần thiết để đưa ra các quyết định nhanh, giải quyết tắc nghẽn và định tuyến các gói.