Ứng Dụng Cơ Chế Điều Khiển Mpls-Te Để Điều Khiển Các Oxc

Ưu điểm của cách thứ hai là chuyển mạch bảo vệ đó có thể thực hiện mà không cần có sự chuyển đổi bước sóng ở trong OADM. Sự chuyển đổi bước sóng có thể được thực hiện hoàn toàn quang ở trong tương lai nhưng thường thì sẽ được thông qua bộ chuyển đổi điện-quang (E/O).

3.2.3.2 Phục hồi lớp dịch vụ

Thiết bị ở lớp dịch vụ, điển hình là các bộ định tuyến, có khả năng phục hồi và bảo vệ đa dạng. Đặc biệt là trong các mạng đa bước sóng, sự phục hồi IP được sử dụng để thực hiện hiệu quả việc đấu nối mạng từ đầu cuối này tới đầu cuối khác.

Chuyển mạch bảo vệ tự động (APS) được dùng trong các mạng SONET hoặc phần ghép kênh (MSP) được dùng tronh các mạng SDH. Đồng thời nó cũng có thể dược dùng trong mạng quang. Các thiết bị đầu cuối DWDM đã có thể cung cấp một cơ chế làm việc và một cơ chế bảo vệ giao diện tương thích SONET/SDH. Trong trường hợp có lỗi thì một giao diện chuyển đổi có thể được kích chuyển thông qua các bộ APS/MSP.

Chuyển mạch bảo vệ thông minh: các mạng vòng ring sợi kép tự hàn gắn DPT cung cấp tương thích cao bởi vì chức năng IPS của SRP. Khi một liên kết hoặc một nút mạng bị lỗi, IPS khởi tạo các mạch nối 2 vòng ring và truyền lưu lượng vào sợi bảo vệ.

Phục hồi IP

Phục hồi dựa trên lớp ứng dụng: Thực hiện phục hồi diễn ra ở ba lớp sẽ đưa lại lợi điểm quan trọng, đó là tính linh động cao. Chính việc cung cấp các đường dẫn phục hồi và định rõ các mức tái tạo đã tạo nên tính linh động cao.

Ví dụ, lưu lượng tiếng nói, mà độ trễ là rất cao, có thể khác nhau và được tái lại với mức phục hồi cao nhất. Còn lưu lượng internet thông thường có thể được phục hồi ở mức thấp nhất bởi vì nó dễ dàng lưu lại trên các bộ nhớ đệm và định tuyến trên mạng.

Hội tụ định tuyến lớp 3: Bên cạnh ưu điểm về tính linh động, có một nhược điểm lớn là thời gian tái tạo của các giao thức định tuyến tiêu chuẩn là khá lớn, mà điển hình trong dải rộng khoảng vài giây. Tuy các bộ đếm thời gian và cơ chế định tuyến tắt dần cung cấp tính ổn định của mạng, nhưng dẫn đến thời gian hội tụ rất dài.

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 75 trang tài liệu này.

Hướng tiếp cận đầu tiên để giảm nhỏ thời gian phục hồi là giảm các giá trị định tuyến của các giao thức định tuyến. Với việc làm này thì thời gian hội tụ có thể được

điều chỉnh giảm xuống còn một hoặc hai giây. Điều này dẫn đến việc lưu lượng tạo ra bởi bản thân giao thức định tuyến sẽ cao hơn.

Cân bằng tải: là kỹ thuật để cộng thêm phần dự trữ vào một mạng. Bằng việc dùng kỹ thuật cân bằng tải, các tuyến song song được dùng để chia lưu lượng ra và truyền trên cả hai đường truyền cùng một lúc. Để dễ dàng thực hiện cân bằng tải, giao thức định tuyến được điều chỉnh thông qua việc gán giá trị met xác định cho các đường truyền trên mạng. Kết quả là có các đường truyền song song với cùng các giá trị met giữa vùng đi và vùng đến, vì vậy giao thức định tuyến có hai mục đầu vào trong bảng định tuyến cho cùng một đích đến.

3.3. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN IP TRÊN QUANG ĐỘNG

Sự cung cấp bước sóng là vấn đề then chốt đối với các mạng đa bước sóng. IP là “lưu lượng của sự lựa chọn”. Vì vậy sự đấu nối chéo quang OXC (Optical cross- conect) được kết hợp với sự thông minh của định tuyến IP để điều khiển sự phân phối bước sóng, thiết lập và chia nhỏ một cách linh hoạt. Kết quả là có một mạng ổn định cao hơn với quá trình cung cấp bước sóng được tiến hành và khả năng phục hồi được tăng cường.

3.3.1 Mô hình định tuyến bước sóng

Một vài nhà sản xuất đã cung cấp các giải pháp định tuyến bước sóng độc quyền. Điều này khiến cho các nhà cung cấp dịch vụ xây dựng nên một OTN thông minh, ngược lại với một OTN tĩnh, mà chỉ đơn giản là bao gồm một DWDM điểm-điểm và các mạng con dạng mạng vòng ring. Một mạng định tuyến theo bước sóng bao gồm một hỗn hợp các liên kết DWDM điểm-điểm và các bộ định tuyến bước sóng tại các điểm nối.

Tất cả các giải pháp định tuyến bước sóng sẵn có hiện nay đều tập trung vào lớp truyền tải. Các giao thức định tuyến IP hoặc các giao diện mạng được làm thích ứng để tạo ra một giao thức định tuyến được dùng bởi WR. Sử dụng giao thức định tuyến bước sóng này, các đầu nối có thể cung cấp một cách linh động cho các bộ định tuyến IP nối liền nhau hoặc các thiết bị ở lớp dịch vụ khác mà tập trung ở phần trên của OTN. Bởi vì giao thức định tuyến bước sóng chỉ là giao thức chạy trên WR, mạng IP không tham gia vào qua trình định tuyến bước sóng và tương tác với OTN trong mối quan hệ client/server. Kiểu mạng này được gọi là mô hình xếp chồng.

Hiện nay, tất cả WR phải xuất phát từ một chuẩn giống nhau để chúng có thể tham gia vào quá trình định tuyến. Để đảm bảo cho các thao tác hợp chuẩn mà nó cho phép một tổ hợp các WR khác nhau được sử dụng trong OTN, một kiểu cấu trúc được tiêu chuẩn hóa.

3.3.2 Kiến trúc và các phần

Yếu tố then chốt của các mạng định tuyến bước sóng là định tuyến bước sóng (WR- Wavelength Router). Nó là một bộ định tuyến IP kết hợp với một OXC được dùng như một nút đấu nối trung gian trong các mạng quang hỗn hợp.

Một bộ định tuyến bước sóng được nối qua nhiều cổng mạng (network ports) tới các thiết bị đầu cuối DWDM. Những cổng drop của WR được dùng để kết nối WR tới các thiết bị lớp dịch vụ. Các cổng drop và cổng mạng là các giao diện các sóng đơn thường được hoạt động ở 1300 nm hoặc 1550 nm. Trong trường hợp các thiết bị lớp dịch vụ có tính năng DWDM, các hệ thống DWDM được đấu nối tới các cổng drop để cung cấp một tín hiệu DWDM để kết nối với bộ định tuyến, chuyển mạch ATM, hoặc thiết bị đầu cuối SONET/SDH.

Kết nối vật lý giữa các thiết bị đầu cuối DWDM cạnh nhau bao gồm một cặp cáp sợi quang. Các hệ thống DWDM sử dụng nhiều bước sóng trên một đoạn sợi quang. Một đường truyền dẫn linhk được định nghĩa là một tập hợp nhiều kênh giữa hai nút mạng nơi mà mỗi kênh là một đấu nối nhánh quang có hướng duy nhất. Nếu như một WR thực hiện dễ dàng việc ghép kênh kênh các tín hiệu điện, các kênh được ghép sẽ được truyền trên một bước sóng đơn.

Bộ định tuyến bước sóng chuyển mạch kênh động giữa cổng đầu vào và đầu ra để cung cấp kết nối quang từ đầu cuối đến đầu cuối thông qua OTN được kết thúc ở biên. Trong mạng quang không có chuyển đổi bước sóng thì các bước sóng giống nhau định vị tới OCH trail rộng khắp mạng. Trong trường hợp này OCH trail được gọi là đường dẫn sóng (WLP- Wavelength path). Nếu có chuyển đổi bước sóng thì các bước sóng khác nhau được dùng cho OCH trail và gọi là đường ánh sáng (light path).

Đường ánh sáng là một kết nối băng thông rộng cố định đẳng hướng được xác định thông qua định vị của một kênh mà trên mỗi đoạn dọc tuyến mong muốn thông qua mạng quang. Đường ánh sáng song hướng được thiết lập bởi hai đường sáng có hướng ngược nhau. Mặc dù định tuyến IP dùng để định tọa độ đường sáng cho trước, đường sáng vẫn có thể mang lưu lượng không IP như ATM và SDH.

3.3.3 Giải pháp điều khiển định tuyến bước sóng

Mặt phẳng điều khiển đảm nhiệm việc thiết lập kết nối đầu cuối đến đầu cuối và mặt phẳng điều khiển định tuyến bước sóng thiết lập kết nối đầu cuối đến đầu cuối là tạo ra một đường ánh sáng. Tiếp theo, đường ánh sáng được sử dụng bắt đầu khởi tạo giao thức lớp IP hoặc lớp dịch vụ khác.

Có 2 cách để thực hiện mặt phẳng điều khiển dựa trên nền IP sử dụng trong mạng định tuyến bước sóng. Cách thứ nhất là gắn vào bộ định tuyến IP ngoài thông qua giao diện điều khiển chuẩn tới mỗi OXC. Các bộ định tuyến được xem như các bộ điều khiển định tuyến bước sóng ( WRC- Wavelength Routing Controller) và cung cấp các chức năng như quản lý tài nguyên quang, quản lý cấu hình và dung lượng, địa chỉ, định tuyến, kỹ thuật lưu lượng, phát hiện trạng thái mạng và sự phục hồi.

Cách thứ hai là tích hợp chức năng định tuyến IP vào OXC và phát triển thành các hộp định tuyến bước sóng đơn.

Định tuyến bước sóng duy trì bảng kết nối chéo dùng để phân tách luồng dữ liệu từ cổng đi vào tới cổng đi ra cung cấp kết nối quang đầu cuối đến đầu cuối thông qua OTN. Các WR với thiết bị đầu cuối tích hợp DWDM duy trì bảng kết nối chéo với đầu vào có các cổng vào và kênh vào với cổng ra và kênh ra.

Mặt phẳng điều khiển trao đổi luồng điều khiển thông qua DCN (Mạng thông tin số). DCN này có thể là mạng điều khiển trong băng hoặc ngoài băng thông. Với các kết nối DCN trong băng giữa các bộ định tuyến bước sóng, đường ánh sáng định tuyến mặc định một bước nhảy được xác định trên mỗi kết nối tới WR.

Đối với các kết nối DCN trong băng tới các thiết bị đầu cuối bước sóng với giao diện DWDM thì sử dụng đường ánh sáng định tuyến mặc định. Nếu WR kết nối với giao diện bước sóng đơn tới lớp dịch vụ, kết nối DCN trong băng được bổ sung qua các gói IP truyền trong các khung nằm trên giao diện thiết bị lớp dịch vụ.

Đối với DCN ngoài băng, dùng các bộ định tuyến và đường thuê riêng để thiết lập mạng IP riêng biệt kết nối trong tất cả bộ định tuyến bước sóng và đầu cuối bước sóng.

Mô hình xếp chồng được sử dụng điển hình tronh trường hợp khi OTN là một trong mạng sóng mang quang biến đổi. Các nhà cung cấp dịch vụ khác mua các đường ánh sáng để thiết lập mạng IP ở lớp dịch vụ và sử dụng không gian IP cho thiết bị lớp dịch vụ.

3.3.4 Cung cấp đường ánh sáng

Mô hình xếp chồng được định nghĩa là một mô hình client/server trong đó lớp dịch vụ là client của lớp truyền tải quang. Hai mặt phẳng điều khiển là độc lập, một cho lớp dịch vụ, một cho lớp truyền tải quang. Do đó, định tuyến và tín hiệu được tách biệt nhau. Lớp truyền tải quang cung cấp các đường ánh sáng dạng điểm-điểm đến lớp dịch vụ. Các đường ánh sáng cung cấp các kết nối tới các nút lớp dịch vụ và đưa ra tô pô ảo mong muốn dùng cho truyền tải IP. Đường ánh sáng qua OTN có thể được thiết lập tĩnh nhờ thiết lập bằng nhân công hoặc thiết lập động qua cơ chế định tuyến bước sóng.

Chức năng của các WR là tạo ra các đường ánh sáng được thiết lập hoặc giải phóng như kết nối tới lớp dịch vụ, thường là lưu lượng IP. Mỗi đường ánh sáng được biểu diển qua một tên nhận dạng đường ánh sáng duy nhất. Khả năng của nó biểu diển bởi thuộc tính băng thông và thuộc tính này được giới hạn bởi 2 giá trị biên. Các mạng quang cung cấp kết nối băng thông cao cho các lớp trên. Giá trị băng thông của đường ánh sáng có thể đạt giá trị từ 2,5 đến 10 Gbit/s. Tùy thuộc vào công nghệ quang, giá trị băng thông cao hơn của đường ánh sáng sẽ được tạo ra.

Do bản chất của kết nối quang đường ánh sáng là đẳng hướng. Đối với luồng dữ liệu 2 chiều thì cần 1 kết nối 2 chiều. Khi đó 2 đường ánh sáng đẳng hướng phải có hướng ngược nhau.

3.3.5 Chuyển đổi bước sóng

Khi sử dụng các bộ định tuyến theo bước sóng thì việc chỉ định bước sóng là rất đơn giản. Các bộ định tuyến theo bước sóng đó có một ma trận chuyển mạch là các phần tử điện và vì vậy nó cung cấp đầy đủ chuyển đổi bước sóng. Hơn nữa, các mạng quang sử dụng bộ định tuyến bước sóng điều khiển bằng điện cung cấp sự tái tạo 3R bao gồm: tạo lại hình dạng, định lại thời gian và tạo lại biên độ.

Trong các mạng quang trong suốt (transparent optical network), các bộ định tuyến theo bước sóng được sử dụng và việc sử dụng bước sóng trở nên phức tạp hơn, tinh vi hơn. Hầu hết các bộ định tuyến theo bước sóng dựa trên cơ sở là hệ thống vi cơ điện tử nên các bước sóng cho phép có thể được chuyển mạch giữa các giao diện DWDM nhưng không cung cấp khả năng kết nối giữa các bước sóng. Nếu trường hợp mà các bước sóng giống nhau có thể hình thành đường ánh sáng nối thông hoàn toàn qua mạng quang. Vì số lượng bước sóng có thể cung cấp trên mỗi bộ định tuyến bước

sóng là có hạn nên không có khả năng thực hiện các tuyến nối khi số bước sóng bị giới hạn.

3.3.6 Phục hồi

Có nhiều các tiếp cận trong vấn đề phục hồi mạng số liệu. Một trong các cách tiếp cận đó là sử dụng máy chủ điều khiển tập trung để cung cấp dịch vụ và bảo đảm lưu lượng một các tin cậy. Thời gian phục hồi có thể vượt quá vài phút. Tuy nhien thời gian phục hồi phụ thuộc vào kiến trúc mạng, kiến trúc điều khiển và sự hội tụ của giao thức định tuyến.

Đối với các mạng vòng ring quang SONET/SDH, các chức năng chuyển mạch bảo vệ, khôi phục lỗi mạng nhỏ hơn 50ms để tránh bất kỳ sự gián đoạn nào cho ứng dụng lớp trên. Mặt hạn chế của mạng vòng ring quang SONET/SDH là độ rộng băng thông sử dụng không hiệu quả bởi vì 50% dung lượng được dự trữ dành cho mục đích bảo vệ an toàn mạng. Mạng mesh cung cấp hiệu suất sử dụng băng thông hiệu quả nhất vì nó có thể bảo vệ lưu lượng đang hoạt động bằng cách mỗi tuyến nối đều có sự dự phòng từ nhiều tuyến nối khác khi mạng bị lỗi. Thời gian có thể khôi phục lại tùy thuộc vào việc thực hiện điều khiển phân tán.

Cấu trúc định tuyến theo bước sóng có thể mang đến sự cơ động, có thể quản lý được cho những mạng quang sử dụng cơ cấu điều khiển theo bước sóng. Một trong những bí quyết đem lại sự phát triển trong sử dụng tuyến theo bước sóng trong mạng truyền tải quang OTN là cung cấp các đường dẫn động từ đầu cuối đến đầu cuối thông qua mạng được tự động định tuyến lại lưu lượng đang làm việc trên đường dự phòng.

Việc định tuyến theo bước sóng mang lại cấu hình các đường dẫn ánh sáng một cách mềm dẻo với khả năng đảm bảo an toàn cao và đặc tính về chất lượng dịch vụ thỏa mãn yêu cầu mà ứng dụng yêu cầu.

Việc chọn lựa thuộc tính thích hợp sẽ mang lại một phương thức bảo vệ phù hợp cho đường dẫn ánh sáng. Mức chất lượng dịch vụ được thiết lập tạo ra nhiều khả năng khác nhau giữa các đường dẫn ánh sáng để có thể chọn một đường tốt nhất trong đó.

Bảo vệ dự phòng trước

Sử dụng kiểu bảo vệ này thì tại cùng một thời điểm cả 2 đường chính cà đường dự phòng đều được cung cấp. Điều này rất quan trọng, đường dự phòng cũng bao gồm trong các nút mạng nhưng đường nối là độc lập để ngăn chặn tạo ra đường dự phòng

không đúng khi mạng lỗi. Có hai loại khác nhau của giải pháp bảo vệ dự phòng trước được quan tâm.

Thứ nhất là phương thức bảo vệ 1+1. Ở phương thức này cả hai đường làm việc và đường dự phòng được thiết lập cùng một lúc và băng thông được cấp cho cả hai, lưu lượng tải được gửi đồng thời trên cả hai đường. Bằng cách này nút đích có thể lựa chọn nút nào một cách độc lập với nút nguồn, đường làm việc được giám sát về chất lượng hay tỷ lệ lỗi bit, như vậy không cần phải biesn đổi tín hiệu hay thông tin.

Thứ hai là tài nguyên có thể sử dụng hiệu quả hơn, đó là phương thức 1:1. Khi cung cấp cho đường đang làm việc, người ta dành ra một độ rộng băng thông thích hợp với mức ưu tiên thấp làm đường dự phòng. Nếu lỗi được những nút liền kề phát hiện, các nút này thông báo lỗi dọc theo đường dẫn tới các nút khác. Sau vài ms nút nguồn phát hiện ra lỗi. Sau đó nút nguồn gửi thông báo ở hướng lên cho nút đích, yêu cầu nút đích hủy bỏ mức ưu tiên thấp và chuyển sang đường dự phòng cung cấp băng thông rỗi cho đường dự phòng.

Thông tin trao đổi giữa các nút bao gồm báo hiệu và quảng bá lỗi có thể sử dụng kênh báo hiệu xác định được tạo ra trong mào đầu của các gói dữ liệu để đảm bảo cho thông tin đầy đủ được truyền kịp thời qua mạng quang.

Trong phương thức bảo vệ dự phòng này, đường dự phòng không được thiết lập từ trước, nếu lỗi được tìm thấy ở một nút nào đó, các nút lân cận sẽ phát quảng bá lỗi ở nút đó tới nút nguồn và nút đích. Nút nguồn theo tuần tự bắt đầu thiết lập ra một đường nối một cách độc lập và lưu lượng làm việc được chuyển qua đường nối này khi hoàn thành việc kết nối.

Tuy nhiên thời gian phục hồi trong trường hợp này là sẽ lâu hơn so với trường hợp bảo vệ dự phòng trước. Thời gian phục hồi có thể thay đổi tùy thuộc vào tình huống cụ thể và nó nằm trong khoảng 200 ms đến 1 giây. Lợi ích chính của kiểu bảo vệ này là khả năng bảo vệ được chia sẻ với tất cả các đường ánh sáng hoạt động.

3.4. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TÍCH HỢP IP TRÊN QUANG

Sử dụng cơ chế điều khiển MPLS-TE (Multi Protocol Lambda Switching – Traffic Engineering) để thực hiện cho mặt phẳng điều khiển trên cơ sở hạ tầng IP của mạng định tuyến theo bước sóng đã được nghiên cứu và đề xuất bởi IETF trong dự thảo Multi Protocol Lambda Switching phối hợp điều khiển MPLS-TE với đấu nối quang chéo OXCs.

3.4.1 Ứng dụng cơ chế điều khiển MPLS-TE để điều khiển các OXC

Một ưu điểm rất quan trọng khi sử dụng MPLS-TE để thực hiện điều khiển cho mạng quang là việc sử dụng này sẽ mang lại khả năng rất tốt để cung cấp các đường dẫn quang với thời gian thực qua mạng OTN.

Có ba yêu cầu chính khi sử dụng MPLS-TE để thỏa mãn cho mặt phẳng điều khiển OXC:

- Cần phải có khả năng để tạo ra các đường ánh sáng ổn định

- Cung cấp chức năng kỹ thuật lưu lượng để sử dụng hiệu quả các nguồn tài nguyên sẵn có

- Cơ chế bảo vệ và phục hồi cần phải cung cấp để dảm bảo khả năng phục hồi nhanh qua mạng

Lý do đầu tiên vì sao chọn MPLS-TE là giải pháp cho mặt phẳng điều khiển OXC. Vấn đề là ở chỗ các bộ định tuyến bước sóng WR và các định tuyến chuyển mạch nhãn LSR là rất giống nhau về cấu trúc và chức năng. Cả WR và LSR đều có mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng số liệu riêng biệt. Vì vậy chuyển mạch kết nối quang hoặc truyền tải lưu lượng số liệu được thực hiện một cách riêng biệt bằng các cơ chế định tuyến và báo hiệu.

Lý do thứ hai chọn MPLS-TE là vì các đường ánh sáng rất giống LSP. Cả hai đều là các tuyến ảo điểm-điểm, đẳng hướng giữa một nút vào và một nút ra. Thông qua quá trình xử lý tiêu đề (header) các gói của LSR, tải tin tức được truyền đến các phần tử mạng của cả hai mạng LSR và WR. Các LSP được định nghĩa là một tô pô ảo trên mạng dữ liệu, còn các đường dẫn ánh sáng là những tô pô ảo trên mạng OTN. Nếu như xác định một nhãn cho một LSP thì tương đương xác định một kênh cho một đường dẫn ánh sáng.

Trong kiến trúc MPLS, nhãn biểu thị cho một chiều dài cố định trong tiêu đề của gói. Các LSR xử lý tiêu đề để phân biệt giữa các LSP khác nhau, mà các LSP được mang trên đường dẫn (link).

Trong kiến trúc MPLmS, nhãn biểu thị một bước sóng xác định trên một đoạn truyền dẫn quang hoặc là một kênh TDM xác định của một bước sóng nếu các WR có đặc tính TDM. Vì vậy WR xử lý lưu lượng đến tại mức cổng/kênh và phân biệt giữa các LSP khác nhau phù hợp với việc nhận biết các cổng/kênh đến chúng.