07 Dinh tuyen mang quang

(1)

Các giao thức định tuyến

(2)

Mạng thông 8n quang

•

Mạng cáp quang

–

Fiber op8cs

–

Các nút mạng là các chuyển mạch

–

Các nút được kết nối bằng cáp quang.

–

Sử dụng các sóng ánh sáng để truyền On hiệu giữa các nút thông

qua sợi quang

–

Tốc độ 10‐100 Gbps

•

Mạng quang không dây

–

Free space op8cs

–

Sử dụng các bước sóng xung quanh dải ánh sáng nhìn thấy

được, hồng ngoại, …

(3)

Mạng thông 8n quang

 

Sử dụng ánh sáng để truyền On hiệu trên đường

truyền

 

Dùng cáp quang để dẫn ánh sáng

 

Ưu điểm

 

Băng thông rộng

 

Truyền được xa với độ suy hao thấp

 

Nhược điểm

 

Xử lý phức tạp vì chưa có bộ nhớ quang học (bộ nhớ hiện

tại lưu On hiệu ở dạng điện)

 

Đôi khi phải chuyển On hiệu sang dạng điện để xử lý, sau

đó chuyển On hiệu ngược lại dạng quang

(4)

Local Network Local Traffic Blocking Filter Optical Router/ switch Freq. Convert User User User User User User User User Optical Am p User Local Network Local Traffic Blocking Filter Optical Router/ switch Freq. Convert User User User User User User User User Optical Am p User

(5)

Mạng thông 8n quang

•

Cáp quang được khai thác dưới 2 chế độ

  Mul8‐mode (cũ)

  Truyền nhiều 8a sáng trên 1 sợi quang

  Lõi lớn, nguồn sáng rẻ

  Nhiễu giữa các chế độ truyền

  Sinh lại On hiệu sau mỗi 10km

  Tốc độ 32‐140 Mbps

  Single‐mode (mới)

  Truyền một 8a sáng trên 1 sợi quang

  Lõi nhỏ, nguồn sáng đắt 8ền

  Loại bỏ nhiễu

  Sinh lại On hiệu sau mỗi 40km

(6)

(7)

Công nghệ dồn kênh trên cáp

  TDM: Electronic Time Division Mux   Đưa xen kẽ các bit của các luồng tốc

độ thấp vào một luồng tốc độ cao

  10 Gbps‐40Gbps   SONET/SDH

  OTDM: Op8cal Time Division Mux

  Cùng nguyên tắc với TDM nhưng thực

hiện xen kẽ bit trong miền quang học

  250 Gbps

  Đang trong thí nghiệm

  WDM: Wavelength Division Mux   Truyền nhiều bước sóng trên một

cable

  Simple WDM: Ít bước sóng với mật độ

thưa

  Dense WDM (DWDM) nhiều bước

sóng với mật độ dầy

  Sử dụng rộng rãi trong mạng trục, đi

cáp dưới biển và dần đưa vào trong mang đô thị

(8)

Mạng cáp quang thế hệ 1

 

Tín hiệu sử dụng trên đường truyền là On hiệu quang học

 

Tỉ lệ lỗi thấp

 

Dung lượng lớn

 

Chuyển mạch và các chức năng mạng thông minh được

xử lý trên

miền &n hiệu điện

 

Tín hiệu được chuyển sang dạng điện trước khi được xử lý

 

Sử dụng chuyển mạch điện có bộ chuyển đổi OEO

 

Thường dùng công nghệ dồn kênh TDM trên đường

truyền

 

Sử dụng rộng rãi trong các mạng viễn thông cũ

(9)

Mạng cáp quang thế hệ 2

 

Định tuyến, chuyển mạch và các chức năng mạng

thông minh được thực hiện trong

miền &n hiệu

quang

 

Thường dùng công nghệ dồn kênh WDM trên mỗi sợi

quang

 

Để tránh việc dùng các thiết bị chuyển đổi OEO, On

hiệu thường được duy trì ở một bước sóng từ đầu

đến cuối

 

cần có một bước sóng rỗi dọc theo đường truyền



điều

kiện liên tục về bước sóng

 

Đã được đưa vào sử dụng và thường được gọi là

(10)

(11)

Thiết bị chuyển đổi bước sóng

 

Chuyển dữ liệu từ một bước sóng đầu vào thành một bước

sóng đầu ra

 Giải phóng ràng buộc liên tục về bước sóng

 Tăng khả năng tận dụng các bước sóng rỗi

 

Chuyển đổi Optoelectronic

 Chuyển On hiệu sang dạng điện

 Sinh lại On hiệu và truyền trên một bước sóng khác

  1R: khuyếch đại, không điều chế lại

  2R: khuyếch đại, khôi phục lại dạng xung On hiệu

  3R: khuyếch đại, khôi phục lại dạng xung và độ rộng xung

 Thường dùng hiện nay

 

Chuyển đổi trong miền quang

 Op8cal ga8ng, interferometric, wave mixing

(12)

Công nghệ chuyển mạch



Chuyển mạch kênh

–

Thông thường các mạng cáp quang dùng

công nghệ chuyển mạch kênh

–

Định tuyến cần được xác định trước cho từng

–

Sử dụng trong SONET/SDH, WDM



Chuyển mạch gói → OPS

(13)

Mạng WDM

WA

CA1

CA2

UT

CO

TX

NE IL

MI

NY

NJ PA

MD

(14)

Mạng WDM

 

Lightpath:

 Một kết nối bằng 1 bước sóng

giữa 2 điểm

 Lightpath có thể trải dài qua

nhiều cáp nhờ các OADM

 

Lightpath Topology

 Xác định các lightpath của tầng

WDM để thỏa mãn ma trận thông lượng

 

Topo vật lý

 Topo của các cáp

(15)

Định tuyến –nh trong mạng quang

 

Cho trước topo vật lý của mạng cáp quang

 

Cho trước ma trận thông lượng yêu cầu (giữa các chuyển

mạch)

 

Yêu cầu

  Tìm các lightpath cần thiết lập để tải ma trận thông lượng, chưa

quan tâm đến đường đi cụ thể của các lightpath

  Lightpath Topology Design (LTD)

  Xác định đường đi của các lightpath này trên các cáp quang đã có

và xác định bước sóng cho chúng

  Rou8ng and Wavelength Assignement (RWA)

 

Tài nguyên được phân phối đồng thời cho tất cả các

(16)

Ví dụ: Mạng

CA1

NY WA

CA2

UT

CO

TX

NE IL

MI

NJ PA

MD

(17)

(18)

Định tuyến động cho mạng cáp quang

 

Phát biểu bài toán

 Cho trước một mạng đang có tải

 Có thêm 1 yêu cầu kết nối mới từ s d với băng thông w

 Định tuyến cho yêu cầu kết nối này

 

Ràng buộc

 Không thay đổi các kết nối đang tồn tại trong mạng

 

Có nhiều 8êu chí định tuyến khác nhau

 Tiết kiệm tài nguyên nhất

 Dành nhiều khả năng chấp nhận các yêu cầu khác trong tương lai nhất

 …

 

Định tuyến động khó phân bố tài nguyên toàn cục một cách

tối ưu như định tuyến –nh

 

Cũng được chia thành các bước định tuyến và gán bước sóng

(19)

Rou8ng and Wavelength Assignment

 

Cho trước các lightpath và topo các cáp, vị trí các chuyển

mạch quang

 

Yêu cầu

 Xác định đường đi các lightpath trên topo các cáp  Rou8ng

 Gán bước sóng cho từng lightpath  Wavelength Assignment

 

Mục 8êu

 Có thể có mục 8êu khác nhau tùy bài toán. VD:Dùng ít bước sóng nhất

 

Ràng buộc

 Hai lightpath không thể cùng dùng 1 bước sóng trên một sợi quang

 Nếu không dùng bộ chuyển đổi bước sóng thì một lightpath phải dùng

cùng một bước sóng dọc theo đường đi của nó.

 

Dùng hay không các bộ chuyển đổi bước sóng? Số lượng bao

nhiêu?

(20)

RWA

 

Giải tổng thể bài toán RWA sẽ đem lại kết quả tối ưu,

nhưng đây là bài toán NP‐đầy đủ nên không có giải thuật

chính xác trong thời gian đa thức.

 

Để giảm độ phức tạp Định tuyến và Gán bước sóng

thường được giải trong 2 bước riêng biệt

 

Định tuyến: có thể sử dụng các giải thuật cơ bản

  Fixed path rou8ng,

  Fixed Alternate‐path rou8ng,

  adap8ve rou8ng

  randomized rou8ng

 

Gán bước sóng

 First Fit and Random Fit,

 Least Used,

 Most Used,

(21)

Fixed path rou8ng

•

Với mỗi cặp nguồn đích xác định một tuyến

đường cố định

•

Mọi yêu cầu kết nối giữa cặp nguồn đích đều đi

theo tuyến đường trên

•

Tuyến đường được Onh toán trước,

–

có thể sử dụng giải thuật như đường đi ngắn nhất.

•

Hiệu quả không cao

–

Sau một khi định tuyến cho một số yêu cầu, tuyến

(22)

Fixed alterna8ve path rou8ng

•

Một mở rộng của ﬁxed path rou8ng

•

Với mỗi cặp nguồn đích sẽ có một số tuyến

đường được Ÿm sẵn

•

Khi có yêu cầu kết nối giữa 1 cặp nút, mọi

tuyến đường giữa cặp nút đó sẽ được thử

xem có thể có lightpath rỗi trên đó không

(23)

Adap8ve rou8ng

•

Fixed path rou8ng và Fixed alterna8ve path

rou8ng không Onh đến trạng thái mạng vào

thời điểm định tuyến

•

Adap8ve rou8ng Onh đến trạng thái mạng

–

Định tuyến tránh các vùng tắc nghẽn (hết bước

sóng rỗi)

–

Định tuyến tránh những vùng có chất lượng On

hiệu kém

(24)

Gán bước sóng: First Fit

•

Sau khi định tuyến, mỗi kết nối đã có 1 tuyến

đường



lightpath

•

Cần gán cho lightpath này một bước sóng để

hoạt động

•

Lightpath cần dùng 1 bước sóng duy nhất dọc

đường đi của nó

•

First ﬁt:

(25)

Gán bước sóng: Random ﬁt, least

used, most used

•

Random ﬁt:

–

Lấy bước sóng bất kỳ còn rỗi để gán cho lightpath

•

Least used:

–

Lấy bước sóng nào ít được dùng nhất

•

Most used

–

Lấy bước sóng nào hay được dùng nhất

(26)

Bài tập

•

Thử thực hiện định tuyến bằng thuật toán đường đi

ngắn nhất và gán bước sóng băng Least Used

•

Mỗi link có 8 bước sóng.

Thông lượng:

•

WA‐UI:1

•

CA1‐IL:1

•

CA1‐TX:1

•

…

WA CA2 UT CO TX

NE IL

(27)

(28)

Dự phòng và khôi phục

 

Khái ni

ệ

m c

ơ

b

ả

n

 

Tính sẵn sàng

 

Các loại lỗi

 

Dự phòng vs khôi phục

 

D

ự

phòng dành riêng

(29)

Khái niệm cơ bản

  Các sự cố trên mạng làm gián

đoạn hoạt động của mạng

  Đứt cáp

  Hỏng thiết bị

  Thời gian gián đoạn càng nhỏ

càng tốt

  Mean Time to Repare: MTR

  Tính sẵn sàng của mạng càng cao

càng tốt

  Mean Time between Failures:

MTF

  Khả năng duy trì dịch vụ khi xảy ra

lỗi_ Survivability

(30)

Ảnh hưởng của việc gián đoạn

Impact

50

msec

0

200

msec

2

sec

10

sec

5

min

30

min

"Hit" Trigger Change- over of CCS Links FCC Reportable Packet (X.25) Disconnect Call- Dropping Private Line Disconnect May Drop Voiceband Calls

AP

S

1st

Range

2nd

Range

3rd

Range

4th

Range

5th

Range

6th

Range

Social/ Business Impacts

(31)

Yếu tố thị trường của Survivability

■ 

Quan hệ với khách hàng

■ 

Lợi thế cạnh tranh

■ 

Lợi nhuận

 

Bất lợi – Phải tăng chi phí để mạng có Onh tự phục

hồi sau lỗi

 

Ưu điểm – Tạo các dịch vụ cao cấp đem lại lợi

nhuận lớn

  Dịch vụ dành cho doanh nghiệp

  Dịch vụ cho các tổ chức y tế

  Dịch vụ dành cho các tổ chức chính phủ

(32)

Network Survivability

 

Tính sẵn sàng

 99.999% (5 con 9) => dưới 5 phút gián đoạn/năm

 

Cần có kế hoạch đối phó với lỗi

 Thêm tài nguyên thay thế, phát hiện lỗi và tự động định hướng các

luồng dữ liệu vòng qua lỗi

 

Khôi phục:

 Chỉ bổ sung băng thông, thiết bị thay thế khi sự cố đã xảy ra

 Tiết kiệm tài nguyên

 Chậm  thời gian gián đoạn lớn

 

Dự phòng: fast 8me‐scale:

 Chuẩn bị sẵn tài nguyên dự phòng để thay thế tài nguyên chính khi xảy

ra sự cố

 Chuyển luồng dữ liệu từ đường truyền bị lỗi sang đường dự phòng khi

có sự cố xảy ra

(33)

Sự cố



Các loại sự cố

 

Sự cố thành phần: trên link, nút, kênh WDM, phần

mềm…

 

Sự cố hệ thống: Thảm họa có thể hủy hoại toàn bộ

trung tâm kết nối



Lỗi đơn vs. nhiều lỗi đồng thời

 

4.39 cáp đứt/năm/1000 dặm cáp ( thống kê năm 94)

 

Thông thường giả thiết mạng chỉ có lỗi đơn

(34)

Tính s

ẵ

n sàng

Availability là xác su

ấ

t thi

ế

t b

ị

ho

ạ

t

độ

ng bình

th

ườ

ng

Reliability

(35)

Định lượng Onh sẵn sàng

Tính sẵn sàng tương ứng với thời gian mạng

không hoạt động.

•

99% 2‐Nines 5,000 Min/Yr

•

99.9% 3‐Nines 500 Min/Yr

(36)

Ví dụ mạng PSTN

 

Mỗi thành phần của mạng có tính sẵn sàng 99.99%

Facility

Entrance Facility _Entrance AN

0.01 %

0.005 % _{0.005 %}

0.02 %

0.005 % _{0.005 %}

LE

NI

LE

NI

LD

AN 0.01 %

PSTN End-2-End Availability 99.94%

NI : Network Interface LE : Local Exchange LD : Long Distance AN : Access Network

(37)

Các phương pháp bảo vệ mạng

Network Survivability Architectures

Restoration Protection

Protection Switching Self-healing

Network

Re-Configurable

Network

Mesh Restoration Architectures

Linear Protection Architectures

(38)

Phân loại các phương pháp dự phòng



Theo topo

 

Vòng

 

Tuyến Onh: link, đoạn, đường



Theo sử dụng tài nguyên

 

Dự phòng dành riêng

 

Dự phòng chia sẻ

(39)



Các nút được nối với nhau qua các link tạo

thành vòng tròn

 

Dữ liệu được truyền theo chiều ngược lại khi có sự

cố

Topo dự phòng ‐

vòng

E W

W

E W E

W

E D

L L

(40)

Topo dự phòng–

Tuyến -nh

D

ự

phòng theo link

D

ự

phòng theo

đườ

ng

(41)

Dự phòng dành riêng vs. chia sẻ

 

Dự phòng dành riêng

 

Một tài nguyên dự phòng chỉ dùng để bảo vệ một đường

truyền chính

 

Dự phòng chia sẻ

 

Một tài nguyên dự phòng có thể được dùng trong nhiều

đường dự phòng để bảo vệ nhiều đường truyền chính

 

Dự phòng chia sẻ có tốc độ khôi phục chậm hơn dự

phòng dành riêng

 

Mất thời gian thành lập đường dự phòng từ các tài nguyên

dự phòng khi sự cố xảy ra

(42)

Dự phòng dành riêng vs. chia sẻ

(43)

P‐cycle

 

Mạng mesh không có

topo hình vòng

 

Tạo các vòng trong mạng



p‐cycle

 

Sử dụng cơ chế bảo vệ

theo topo vòng

 

Các link trên p‐cycle và

các đoạn cắt p‐cycle

được bảo vệ

(44)

Bài toán định tuyến có dự phòng

 

Tìm kiếm đường đi chính và đường đi dự phòng cho mỗi kết

nối

 

Ràng buộc

 Trong trường hợp chỉ có tối đa một lỗi đơn trong mạng thì đường đi

chính và đường đi dự phòng phải không bị ảnh hưởng đồng thời lỗi

  Hai đường đi không dùng chung 1 cáp

  Hai đường đi không dùng chung một thiết bị

 Tốc độ khôi phục chấp nhận được

 Đường đi dự phòng không quá dài làm ảnh hưởng độ trễ

 

Tiêu chí

 Tiết kiệm tài nguyên tổng cộng

 

Có 2 dạng –nh và động tương ứng với bài toán định tuyến

(45)

Bài toán định tuyến có dự phòng



Hướng 8ếp cận

 

Tách thành 2 bước định tuyến:

 

Định tuyến cho đường chính trước sau đó Ÿm đường

dự phòng

 

Định tuyến đồng thời cho cả đường chính và dự

phòng

(46)

Định tuyến có dự phòng dành riêng

•

Mỗi đường làm việc và dự phòng sử dụng tài nguyên riêng

•

Thuật toán Ÿm 2 đường đi phân biệt

–

Surballe

–

Sử dụng đường đi ngắn nhất

• Với mỗi cặp nguồn đích (s,d) Ÿm 1 đường đi chính là đường đi ngắn

nhất

• Loại bỏ các cạnh của đường đi chính khỏi đồ thị

• Tìm đường đi dự phòng là đường đi ngắn nhất giữa s và d

•

Gán bước sóng cho đường làm việc và dự phòng bằng các

thuật toán thông thường.

•

Có thể thực hiện định tuyến trước cho tất cả các đường

(47)

Định tuyến có dự phòng chia sẻ

•

Các đường dự phòng có thể dùng chung tài

nguyên với điều kiện đường làm việc của

chúng không cùng gặp sự cố.

•

Định tuyến sao cho các đường dự phòng có

thể chia sẻ nhau nhiều tài nguyên (bước sóng)

chung nhất với nhau