Thạc Sĩ Mô phỏng mạng chuyển mạch quang chùm (optical burst switching)

LỜI MỞ ĐẦU
Sự bùng nổ nhanh chóng của mạng Internet và nhu cầu ngày càng tăng đối với thông tin đa phương tiện đòi hỏi một hệ thống mạng dung lượng lớn và hiệu quả để hỗ trợ cho các yêu cầu băng thông đang phát triển. Các mạng quang là một sự lựa chọn hợp lý để đáp ứng các yêu cầu truyền thông trong tương lai với các liên kết sợi quang cung cấp băng thông lớn lên đến 50Tbps.
Sự phát triển của công nghệ quang như DWDM, OADM và OXC đã cung cấp nhứng sự truyền dẫn tốc độ cao, dung lượng lớn, để các mạng quang hiện tại phát triển thành mạng quang thế hệ tiếp theo. Sự tăng tốc độ đường truyền và băng thông, các switching node được đòi hỏi phải đáp ứng được những dung lượng đó. Việc xây dựng một chuyển mạch gói chỉ sử dụng công nghệ quang có thể dẫn đến những hệ thống cổ chai. Chuyển mạch toàn quang là chìa khoá của thành công của mạng quang thế hệ tiếp theo bởi vì sự truyền dẫn tốc độ cao dung lượng lớn của nó.
Ba công nghệ chuyển mạch quang được biết đến là: chuyển mạch quang kênh, chuyển mạch quang gói và chuyển mạch quang chùm OBS. Chuyển mạch quang kênh hạn chế về băng thông và có độ trễ lớn. Chuyển mạch quang gói đáp ứng được những vấn đề về băng thông và độ trễ nhưng phức tạp và hầu như chỉ được xem xét trong các phòng thí nghiệm. Trong bối cảnh đó chuyển mạch quang chùm OBS được đánh giá cao bởi nó được xem như một công nghệ cân bằng giữa chuyển mạch quang kênh và chuyển mạch quang gói. Thêm vào đó chuyển mạch quang chùm OBS ít phức tạp hơn so với chuyển mạch quang kênh nên khả năng ứng dụng vào thực tế rất cao.
Các vấn đề về chất lượng dịch vụ là mối quan tâm hàng đầu của những nhà nghiên cứu trước khi đưa vào ứng dụng trong thực tế. Do đó mục tiêu chính của đề tài là tìm hiểu và mô phỏng những vấn đề QoS trên hệ thống OBS network. Chương trình mô phỏng được thực hiện trên phần mềm ns-2 kết hợp với phần mềm mô phỏng mạng quang OBS4NS chạy trên nền Linux. Phần mềm này được chọn vì nó có khả năng mô phỏng được những hệ thống mạng lớn, đồng thời cũng hỗ trợ tốt cho việc mô phỏng các mạng quang.
Đề tài được trình bày trong 5 chương. Chương 1 giới thiệu tổng quan về những công nghệ chuyển mạch quang. Chương 2 đề cập đến những vấn đề chính của một hệ thống chuyển mạch quang chùm. Chương 3 tập trung vào những vấn đề chất lượng dịch vụ trong hệ thống mạng OBS. Chương 4 là phần mô phỏng các vấn đề QoS trên OBS network. Cuối cùng, chương 5 là phần kết luận và hướng phát triển của đề tài.

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1
1.1 Giới thiệu 1
1.2 Các loại chuyển mạch quang 2
CHƯƠNG 2: CHUYỂN MẠCH QUANG CHÙM OBS (Optical Burst Switching) .8
2.1 Nguyên lý OBS .8
2.2 Kiến trúc chuyển mạch quang chùm .9
2.2.1 Kiến trúc dạng mắc lưới 14
2.2.2 Kiến trúc dạng vòng 15
2.3 Đóng khối (Burst assembly) 16
2.4 Định tuyến và sắp xếp bước sóng .18
2.4.1 Định tuyến .18
2.4.2 Sắp xếp bước sóng 19
2.5 Báo hiệu 20
2.5.1 Tell and Go (TAG) 20
2.5.2 Just-In-Time (JIT) .20
2.5.3 Just-Enough-Time (JET) .22
2.5.4 Tell-And-Wait (TAW) 23
2.6 Lập lịch kênh truyền .26
2.6.1 Giải thuật FFUC 28
2.6.2 Giải thuật LAUC (horizon) .28
2.6.3 Giải thuật FFUC-VF .28
2.6.4 Giải thuật LAUC-VF 29
2.7 Giải quyết xung đột .29
2.7.1 Bộ đệm quang .31
2.7.2 Chuyển đổi bước sóng .31
2.7.3 Định tuyến chuyển hướng .33
2.7.4 Phân đoạn burst .34
2.7.5 Phân đoạn kết hợp chuyển hướng .38
2.8 Công nghệ OBS over MPLS .39
2.8.1 Công nghệ MPLS 39
2.8.2 Công nghệ OBS over MPLS .41
CHƯƠNG 3: CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ .44
3.1 Định nghĩa chất lượng dịch vụ .44
3.2 Các cơ chế QoS .45
3.3 Giá trị của thời gian bù .48
3.4 Tín hiệu ưu tiên 50
3.5 QoS dựa trên thời gian bù .53
3.6 Giải quyết tranh chấp ưu tiên 54
3.7 Hàng đợi ưu tiên 57
- i v -
GVHD: TS. LÊ QUỐC CƯỜNG HVTH: CAO NHỰT BÌNH
3.8 QoS dựa trên việc đóng khối burst 58
3.9 Một số trường hợp QoS khác .61
3.9.1 QoS ưu tiên theo xác suất 62
3.9.2 Rớt gói sớm và gom nhóm bước sóng 62
3.9.3 Các cơ chế tích hợp .63
CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG .64
4.1 Mục đích của việc mô phỏng 64
4.2 Mô hình mạng và các thông số mô phỏng .64
4.3 Phần mềm mô phỏng mạng ns-2 65
4.3.1 Giới thiệu .65
4.3.2 Kiến trúc của ns-2 .66
4.3.3 Các đặc tính của ns-2 72
4.4 Phần mềm mô phỏng mạng quang OBS4NS 73
4.4.1 Giới thiệu .73
4.4.2 Các module trong OBS4NS 73
4.5 Các trường hợp thực hiện mô phỏng .82
4.6 Xây dựng kịch bản mô phỏng .83
4.6.1 Lưu đồ xây dựng kịch bản mô phỏng .83
4.6.2 Các bước thực hiện mô phỏng 84
4.7 Kết quả mô phỏng 89
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .100
5.1 Kết luận .100
5.2 Hướng phát triển .100
PHỤ LỤC A: HƯỚNG DẪN CÀI ĐẶT PHẦN MỀM NS-2 .101
PHỤ LỤC B: HƯỚNG DẪN CÀI ĐẶT PHẦN MỀM MÔ PHỎNG
OBS4NS 106
PHỤ LỤC C: HƯỚNG DẪN CÀI ĐẶT LƯU LƯỢNG POISSON .109
TÀI LIỆU THAM KHẢO 113