1.2. Các kỹ thuật chuyển mạch quang
1.2.4. Mạng chuyển mạch chùm quang
Hệ thống chuyển mạch chùm quang được thiết kế trên cơ sở tổng hợp, cân bằng về mặt công nghệ của hệ thống chuyển mạch kênh quang và hệ thống chuyển mạch gói quang. Có thể nói chuyển mạch chùm quang là một hệ thống trung gian để tiến từ mạng chuyển mạch kênh quang sang mạng chuyển mạch gói quang khi điều kiện công nghệ chưa cho phép thực thi mạng chuyển mạch gói quang. Trong một mạng chuyển mạch chùm quang, một chùm dữ liệu bao gồm các gói IP được được chuyển mạch trong mạng hoàn toàn trên miền quang.
Một gói điều khiển được truyền trước khi truyền chùm dữ liệu để thực hiện cấu hình các liên kết trong trường chuyển mạch. Độ lệch về thời gian này cho phép xử lý các gói tin điều khiển và thiết lập trường chuyển mạch trước khi chùm dữ liệu đến. Vì vậy mạng không cần sử dụng các bộ đệm điện hay đệm quang trong thời gian xử lý gói điều khiển. Gói điều khiển cũng mang thông tin về thời gian kéo dài của chùm dữ liệu để node mạng có thể biết khi nào trường chuyển mạch phải thiết lập lại phục vụ chùm dữ liệu kế tiếp.
Trong hệ chuyển mạch chùm quang, việc tích luỹ tài nguyên được thực hiện tại các thời điểm theo một chu kỳ xác định, do đó tài nguyên có thể được ấn định hiệu quả hơn và việc ghép kênh đạt được với độ tĩnh cao hơn. Chính vì vậy hệ thống không bị hạn chế do một số vấn đề ấn định băng thông tĩnh trong hệ thống chuyển mạch kênh quang. Hơn nữa, dữ liệu được truyền dưới dạng chùm, cụm lớn, nên hệ thống chuyển mạch chùm quang giảm được đáng kể tốc độ chuyển mạch, điều này rất cần thiết đối với hệ thống chuyển mạch gói quang.
Bảng dưới đây cho ta cái nhìn tổng quan về các đặc điểm của cả ba công nghệ chuyển mạch quang.
Hiệu suất sử dụng
băng thông
Thời gian trễ thiết lập
Tốc độ chuyển mạch yêu
cầu
Xử lý đồng bộ/mào
đầu
Tương thích về lưu
lượng Chuyển mạch
kênh quang Thấp Lớn Chậm Thấp Thấp
Chuyển mạch
gói quang Cao Nhỏ Nhanh Cao Cao
Chuyển mạch
chùm quang Cao Nhỏ Trung
bình Thấp Cao
Bảng 1 So sánh một số kỹ thuật chuyển mạch quang
Từ bảng này ta có thể thấy rằng kỹ thuật chuyển mạch chùm quang là kỹ thuật chuyển mạch quang khắc phục được một số yếu điểm của chuyển mạch kênh quang và trung hoà được các yêu cầu về công nghệ trong chuyển mạch gói quang.
Mặc dù có được một số ưu điểm của kỹ thuật chuyển mạch kênh quang và đáp ứng tốt hơn về mặt công nghệ trong kỹ thuật chuyển mạch gói quang nhưng hệ chuyển mạch chùm quang còn tồn tại các hạn chế của hệ thống chuyển mạch.
Trong thực tế các vấn đề này bao gồm: lược đồ tạo chùm dữ liệu, lược đồ báo hiệu, vấn đề tắc nghẽn, lược đồ truyền và chất lượng dịch vụ [9].
Lược đồ hình thành chùm dữ liệu là lược đồ biểu diễn quá trình tạo chùm dữ liệu từ các gói tin. Vấn đề ở đây là thời điểm để tạo chùm dữ liệu, kích thước của chùm dữ liệu và các loại gói tin trong chùm dữ liệu. Lược đồ tạo chùm dữ liệu sẽ ảnh hưởng tới độ dài của chùm dữ liệu cũng như ảnh hưởng tới thời gian chờ trước khi gói tin được truyền đi. Lược đồ tạo chùm dữ liệu thường dựa trên hai kỹ thuật cơ bản là định thời (timer) và dựa trên ngưỡng (threshold) mà ta sẽ đề cập trong các phần sau.
Lược đồ báo hiệu phục vụ công việc tích luỹ tài nguyên và cấu hình trường chuyển mạch khi chùm dữ liệu đến các node mạng. Lược đồ báo hiệu phục vụ tích luỹ tài nguyên trong mạng chuyển mạch chùm quang thông thường sử dụng các kỹ thuật TAG (Tell-And-Ago), TAW (Tell-And-Wait) và JET (Just-Enough- Time). Trong lược đồ TAG, trạm nguồn gửi một bản tin điều khiển báo cho các trạm trên đường truyền về chùm dữ liệu tới. Ngay sau đó trạm nguồn sẽ phát đi chùm dữ liệu như đã thông báo mà không chờ bản tin xác nhận từ phía các trạm nhận dữ liệu. Để đảm bảo thời gian xử lý gói tin điều khiển và cấu hình trường chuyển mạch chùm dữ liệu phải được đệm trong bộ đệm quang tại mỗi trạm nhận. Đối với kỹ thuật TAW, trạm nguồn gửi một bản tin điều khiển để yêu cầu tích luỹ tài nguyên cho chùm dữ liệu dọc theo các trạm nó sẽ truyền qua. Sau đó trạm nguồn sẽ chờ một tín hiệu xác nhận tài nguyên có sẵn sàng đáp ứng chưa.
Nếu bản tin xác nhận sẵn sàng, trạm nguồn sẽ phát đi chùm dữ liệu như đã thông báo. Trường hợp ngược lại trạm nguồn sẽ tiếp tục thực hiện yêu cầu tích luỹ tài nguyên [8]. Ở lược đồ JET, trạm nguồn phát gói điều khiển trước và sau một thời gian sẽ trễ nào đó nó phát đi gói tin tương ứng với gói điều khiển đã phát.
Thời gian trễ này được thiết lập lớn hơn tổng thời gian xử lý gói điều khiển trên toàn tuyến mà gói đi qua. Chính vì vậy, khi chùm dữ liệu đến mỗi trạm trung chuyển thì gói tin điều khiển đã được xử lý và đã dành riêng cho dữ liệu một kênh lối ra. Đối với lược đồ JET mạng sẽ không cần sử dụng tới các bộ đệm tại các trong mạng. Đây là một ưu điểm rất quan trọng vì các bộ đệm trong miền quang rất khó thực hiện. Một đặc điểm nữa trong kỹ thuật JET đó là việc dự trữ tài nguyên tại trường chuyển mạch được thực hiện khi chùm dữ liệu đến thay vì dự trữ tài nguyên khi xử lý gói tin điều khiển.
Trong các lược đồ TAG và JET, trạm nguồn không chờ tín hiệu xác nhận ACK (acknowledgement) trước khi phát đi chùm dữ liệu. Bởi vậy, có thể xảy ra
trường hợp tài nguyên không sẵn sàng tại trạm nào đó trên đường truyền. Trong trường hợp này, chùm dữ liệu bị tranh chấp đường truyền, tắc nghẽn xảy ra khi nhiều hơn một chùm dữ liệu tranh chấp cùng một tài nguyên mạng tại một thời điểm. Tranh chấp có thể được giải quyết bằng một số phương pháp. Một trong những phương pháp đó là lưu trữ một trong số các chùm dữ liệu đến khi tài nguyên trở lên sẵn sàng. Một cách khác để giải quyết vấn đề này đó là thực hiện ánh xạ các chùm sang một cổng lối ra khác. Hoặc có thể thực hiện chuyển đổi chùm dữ liệu sang bước sóng khác ở cùng sợi lối ra. Khi các kỹ thuật giải quyết tắc nghẽn thực hiện không thành công chùm dữ liệu buộc phải bị loại bỏ. Một giải pháp để giảm thiểu mất mát dữ liệu khi có tranh chấp đó là thực hiện chia đoạn các chùm dữ liệu. Khi thực hiện phân đoạn, những phần dữ liệu chồng lấn giữa các chùm sẽ bị loại bỏ nên sẽ giảm được tổng dữ liệu mất. Khi sử dụng giải pháp chuyển đổi bước sóng, một vấn đề đặt ra là cần phải xác định bước sóng phù hợp có thể trên một lối ra [9]. Vấn đề này được đề cập tới như là lược đồ kênh. Lược đồ kênh chỉ ra phương thức thực thi đảm bảo số kênh tối đa có thể được truyền.
Một vấn đề cần quan tâm trong tất cả các mạng là cung cấp chất lượng dịch cho các ứng dụng có các yêu cầu chất lượng dịch vụ khác nhau. Các lược đồ tạo chùm dữ liệu, các giao thức báo hiệu, giải pháp cho xung đột và sơ đồ kênh có thể cần phải thay đổi để cung cấp cho các dịch vụ tương ứng với các phân lớp lưu lượng khác nhau.