MÔ HÌNH TÍCH HỢP MẶT PHẲNG ĐIỀU KHIỂN GMPLS TRONG MẠNG OBS
Đặng Thanh Chương
1. Tổng quan
Ngày nay với sự ra đời của phương pháp ghép kênh phân chia bước sóng – WDM (Wavelength
Division Multiplexing) cùng với công nghệ chuyển mạch quang với những ưu điểm vượt trội về chất
lượng truyền dẫn cao, đặc biệt là băng thông rộng tốc độ lớn (tới hàng ngàn Terabit) đã là một cuộc
cách mạng không chỉ trong công nghệ truyền dẫn mà còn là giải pháp phát triển mạng viễn thông. Vì
vậy, công nghệ thông tin quang đã và đang là một công nghệ chủ đạo của mạng viễn thông. Có ba
công nghệ chuyển mach quang chính, đó là chuyển mạch kênh quang (Optical Circuit Switching-
OCS), chuyển mạch gói quang (Optical Packet Switching-OPS) và chuyển mạch chùm quang
(Optical Burst Switching-OBS). Trong đó, tại thời điểm hiện tại, công nghệ OBS được xem là công
nghệ đầy triển vọng vì nó kết hợp được những ưu điểm của cả hai công nghệ OCS và OPS, đạt được
hiệu quả cao trong việc sử dụng băng thông và không cần sử dụng bộ đệm quang.
Kiến trúc IP/WDM được xem như là các kiến trúc mạng chiếm ưu thế cho mạng thông tin
quang thế hệ sau. Trong mạng IP/WDM, sự kết hợp hài hòa giữa lớp IP và lớp quang là rất quan
trọng, nó cần một mặt phẳng điều khiển thống nhất để có thể tích hợp hai lớp này và có thể điều
khiển, quản lý các hoạt động khác như báo hiệu hoặc định tuyến. Công nghệ chuyển mạch nhãn
đa giao thức tổng quát – GMPLS (Generalized Multi-Protocol Label Switching) được phát triển
từ công nghệ MPLS và được chuẩn hóa bởi IETF. Trong GMPLS, các giao thức định tuyến và
báo hiệu được mở rộng từ MPLS, đồng thời bổ sung thêm một giao thức mới, là giao thức quản
lý kết nối LMP. GMPLS có khả năng hỗ trợ nhiểu loại chuyển mạch khác nhau như chuyển mạch
gói, chuyển mạch khe thời gian TDM, chuyển mạch bước sóng và chuyển mạch quang. GMPLS
cung cấp các tuyến đường tự động và khả năng quản lý mạng tối ưu, do đó nó được coi là công
nghệ mặt phẳng điều khiển lý tưởng cho mạng IP/WDM.
Một trong những cải thiện về mặt kiến trúc mạng của GMPLS là tách biệt hoàn toàn mặt
phẳng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển của các lớp mạng khác nhau. Công nghệ được sử dụng
bởi mặt phẳng điều khiển dựa trên nền IP, còn công nghệ sử dụng bởi mặt phẳng dữ liệu (mặt
phẳng lưu lượng) có thể đa dạng bao hàm nhiều kiểu lưu lượng như (TDM, bước sóng, gói
tin, ). Ngoài ra nó còn tách mặt phẳng điều khiển thành hai phần: phần báo hiệu chứa chức năng
báo hiệu và phần định tuyến chứa các chức năng định tuyến.
Để các dịch vụ trao đổi được giữa các nút với nhau thì phải thiết lập đường chuyển mạch nhãn

ta nghĩ đến mô hình mặt phẳng điều khiển. Hai mô hình mặt phẳng điều khiển tiêu biểu đó là: các
giao diện mạng quang cục bộ (O-PNNI) và giao thức chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát
(GMPLS). Sự khác biệt cơ bản của kiến trúc này là GMPLS có thể hỗ trợ việc tách biệt các mặt
phẳng điểu khiển và mặt phẳng dữ liệu. Một khi các mặt phẳng điều khiển được tách ra nó có thể
được sử dụng với một hoặc nhiều kiểu mạng khác nhau.
Trong việc tạo ra một mặt phẳng điều khiển ngăn cách với mặt phẳng dữ liệu sẽ tác động đáng
kể đến hoạt động của mạng lưới quang học và hệ thống quản lý. Hệ thống như vậy sẽ giảm được
các chức năng chẳng hạn như thiết lập kết nối hoặc hủy bỏ kết nối và lựa chọn tuyến đường. Mặt
khác, nó cung cấp một cách linh hoạt trong việc xử lý các mạng có dung lượng cao và tăng khả
năng mở rộng góp phần hỗ trợ quá trình chuyển mạch trên quy mô toàn cầu.
Cấu trúc chức năng của mặt phẳng điều khiển bao gồm: báo hiệu, định tuyến, lựa chọn đường
dẫn và quản lý liên kết trong khi tất cả các nguồn tài nguyên, dữ liệu truyền và lưu lượng truy cập
dữ liệu thông qua mạng quang học được thực hiện trên các mặt phẳng dữ liệu. GMPLS là kiến
trúc được thực hiện dựa trên mặt phẳng điều khiển, nó có khả năng đối phó với nhiều loại chuyển
mạch như chuyển mạch gói, chuyển mạch khe thời gian (Time Division Multiplexing-TDM),
chuyển mạch bước sóng (WDM) Vì những đặc điểm này của GMPLS nên một ý tưởng nảy ra
là tại sao không sử dụng mặt phẳng điều khiển GMPLS cho mạng chuyển mạch quang OBS. Ý
tưởng này là phải có một mặt phẳng điều khiển có khả năng xử lý với tất cả các loại mạng kể cả
các mạng chuyển mạch kênh quang (OCS), chuyển mạch gói quang (OPS) và chuyển mạch chùm
quang OBS. Mục đích chính vẫn là tích hợp mặt phẳng điều khiển GMPLS trong mạng OBS [5].
2.2 Kiến trúc GMPLS/OBS
Các kiến trúc mạng GMPLS – OBS [3,5] được dựa trên một mặt phẳng toàn quang trong suốt
(mặt phẳng dữ liệu OBS) và mặt phẳng điều khiển lai. Mặt phẳng lai bao gồm mặt phẳng điều
khiển GMPLS và một mặt phẳng điều khiển OBS, nơi mà mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng dữ
liệu được phân tách.
Mặt phẳng điều khiển này có thế khắc phục được những hạn chế của mạng OBS như khả năng
xử lý các chùm, bảo đảm chất lượng dịch vụ, điều khiển các mạng phức tạp. Mặt khác mặt phẳng
điều khiển có thể đơn giản hóa việc báo hiệu, định tuyến, phát hiện nguồn, đơn giản hóa việc
kiểm soát mạng lưới và quản lý một cách tự động. Mặt phẳng điều khiển lai cung cấp các kết nối
end-to-end, quản lý tài nguyên mạng, phân tách mặt phẳng điều khiển khỏi mặt phẳng dữ liệu và

được lưu trữ trong các đơn vị điều khiển trong mặt phẳng dữ liệu.
- Thông tin về cấu trúc liên kết mạng: Tính năng này quan tâm đến các chức năng quản lý
trạng thái liên kết mạng có thể thực hiện bởi các giao thức định tuyến OSPF-TE. Giao thức này
phụ trách cảnh báo cho các nút OBS về kết nối liên kết, quản lý lỗi và các thông tin quan trọng
3
khác như sự phân bố lưu lượng trong mạng OBS, nhằm cân bằng lưu lượng truy cập để tránh khả
năng làm mất các chùm.
2.3 Cơ chế hoạt động của mạng GMPLS/OBS
Mạng GMPLS/OBS là một loại mạng IP trên WDM, thực hiện OBS và sử dụng GMPLS cho
mặt phẳng điều khiển. Kỹ thuật điều khiển dựa trên GMPLS bao gồm định tuyến, báo hiệu, quản
lý và phục hồi liên kết sẽ được đưa vào mạng OBS để cung cấp một nền tảng điều khiển và quản
lý, sử dụng tối ưu các nguồn tài nguyên mạng. Theo loại mạng này, lớp IP và lớp WDM có thể
tích hợp hoàn hảo tiềm năng của mạng IP trên mạng WDM và hiệu suất mạng có thể được cải
thiện [10].
Hình 2. Mạng GMPLS/OBS
Mô hình GMPLS/OBS được thể hiện trên hình 2 bao gồm các nút biên và các nút lõi được liên
kết bởi các kết nối WDM. Các nút biên được liên kết với mạng bên ngoài, các liên kết WDM
giữa các nút lõi được chia làm 3 loại [3,10]:
- Kênh điều khiển GMPLS (GMPLS Control Channel-GCC): GCC được sử dụng cho việc
truyền tải thông tin điều khiển GMPLS (như: thông tin định tuyến, báo hiệu, quản lý liên kết).
- Nhóm kênh điều khiển (Control Channel Group-CCG): CCG có chức năng vận chuyển gói
điều khiển chùm (BCP).
- Nhóm kênh dữ liệu (Data Channel Group-DCG): DCG được sử dụng cho việc truyền tải dữ
liệu chùm (DB).
Các bước sóng tại GCC và CCG được đưa đến bộ chuyển đổi O/E/O nhưng các bước sóng
DCG thì không. Số lượng các kênh bước sóng trong CCG, GGC và DCG phải được cấu hình khi
mạng được khởi tạo. Các mối quan hệ số lượng giữa các nhóm kênh được xác định bởi hai nút
liền kề dựa trên năng lực thực tế và yêu cầu của chúng. Các nguồn tài nguyên dự phòng của mỗi
nhóm có thể được chia sẻ cho các nhóm khác khi các mạng đang hoạt động.
Khi một nút biên vào nhận được yêu cầu lưu lượng từ các mạng bên ngoài thì nút biên vào sẽ

được là do hoạt động của các giao thức điều khiển GMPLS (như định tuyến, báo hiệu, LMP).
o Module điều khiển OBS (OBS Control Module-OCM): Chức năng của OCM cũng giống
như sự điều khiển của đơn vị chuyển đổi (SCU). Sau khi nhận được một BCP, OCM lấy các
thông tin có trong BCP và dự trữ nguồn băng thông tài nguyên thích hợp trong DCG cho chùm
dữ liệu DB tương ứng với sự giúp đỡ của GCM. Sau đó nó sẽ gửi thông tin dự trữ tới SCANMU
cho việc cấu hình bộ chuyển mạch quang. Cùng lúc đó OCM sửa đổi, cập nhập và gửi BCP tới
nút kế tiếp.
o Bộ điều khiển chuyển mạch và đơn vị quản lý mạng (Switching Control And Network
Manage Unit-SCANMU): SCANMU được xem như là nhà điều hành và quản trị mạng trực tiếp
cho quá trình chuyển đổi quang, nó có thể cấu hình tài nguyên theo yêu cầu của OCM hoặc cũng
có thể thực hiện một số hoạt động khác để quản lý và duy trì mạng dựa trên thông tin từ GCM.
2.4.2 Các module chức năng của nút biên
Nút biên là nút liên kết với mạng ngoài và là xương sống của mạng OBS, nó tập hợp lưu
lượng đến từ các mạng ngoài (như IP, ATM) vào mạng lõi OBS (hình 5).
Khi một yêu cầu lưu lượng nhận được từ mạng khách hàng, module điều khiển GMPLS sẽ
kiểm tra xem những yêu cầu này có được thỏa mãn hay không. Các yêu cầu sẽ bị từ chối nếu nó
không được phép, ngược lại sẽ được cung cấp các tuyến đường bởi module điều khiển GMPLS
và xây dựng một LSP (Label Switched Path) cho BCP của nó. Khi một gói tin đến sẽ được nút
biên đưa vào bộ phận phân loại để phân loại các gói tin dựa vào đích đến và chất lượng dịch vụ
của chúng và đưa chúng vào các lớp chuyển tiếp tương đương khác nhau với sự giúp đỡ của
GCM. Tiếp theo là tập hợp các gói thành các chùm dữ liệu OBS và gán nhãn cho các BCP dựa
trên các giao thức của OBS và GMPLS. Sau đó các BCP được lên lịch và được gửi vào mạng lõi
OBS, DB của nó cũng được gửi đi sau một khoảng thời gian offset T.
Hình 5. Module chức năng cua nút biên
Tại các nút biên ra thực hiện nhiệm vụ ngược lại, là tách các chùm dữ liệu về các gói tin gốc
và chuyển tới đích. Khi một BCP và chùm dữ liệu tương ứng tới nút biên đích, bộ phân tách sẽ
thực hiện công việc tách rời các DB trở về các gói dữ liệu gốc dựa trên các giao thức của OBS và
GMPLS. Module điều khiển GMPLS sẽ cập nhập thông tin liên quan đến DB và đích đến cho các
BCP. Sau đó các gói dữ liệu gốc này được truyền tới đích của nó.
2.5. Mặt phẳng điều khiển cho mạng GMPLS/OBS

7
o Giải quyết tranh chấp giữa các chùm dữ liệu, được xử lý trong trường hợp xung đột về
việc dự trữ băng thông cho DB theo các thông tin có trong BCP tương ứng của nó. Một trong ba
phương án giải quyết tranh chấp là chuyển đổi bước sóng, FDLs và định tuyến lệch hướng có thể
được lựa chọn.
o Nếu việc cấu hình chuyển đổi của DB là thành công thì một BCP mới được tạo. Và sau
đó, nhãn mới của BCP được chèn vào đầu ra của hàng đợi để truyền tới nút kế tiếp thông qua
kênh CCG, và cung cấp những thông tin về cấu hình chuyển mạch tới bộ điều khiển chuyển mạch
và các đơn vị quản lý mạng (SCANMU).
Việc xử lý điện tử các gói tin điều khiển GMPLS (gói định tuyến, gói báo hiệu, quản lý liên
kết) trong mô-đun điều khiển GMPLS trải qua các bước sau:
o Nhận được địa chỉ đích của gói tin gửi đến thì chuyển tiếp gói tin này theo địa chỉ đích
của nó một cách trực tiếp mà không qua bất kì quá trình nào nếu điểm đến của nó là cục bộ,
ngược lại xác định gói tin này thuộc loại giao thức nào và hoàn thành việc xử lý tướng ứng dựa
trên giao thức đó.
o Nếu có một số kết quả xử lý có liên quan đến các khối tiến trình khác (OCM hoặc
SCANMU) thì chuyển giao chúng tới các khối tiến trình cụ thể.
2.6 Sự chia sẻ tài nguyên trong GMPLS/OBS
Mạng tích hợp GMPLS- OBS có khả năng chia sẻ tài nguyên cao, mỗi kết nối end-to-end có
thể thiết lập trước các bước sóng, một số bước sóng có thể được chia sẻ giữa một vài kết nối end-
to-end [6].
Hình 7 thể hiện quá trình thiết lập một kết nối end-to-end xảy ra sau khi mạng khách hàng
giao tiếp với nút OBS biên thông qua giao diện báo hiệu UNI [1]. Tại các nút GMPLS, sau khi
nhận được yêu cầu thiết lập LSP đến từ nút OBS tương ứng với các thông tin liên quan tới client
(địa chỉ nguồn, địa chỉ đích, chất lượng dịch vụ QoS và sự truyền tải), nó sẽ sử dụng các giao
thức báo hiệu để gửi các thông điệp yêu cầu kết nối và sử dụng các giao thức định tuyến để tính
toán đường đi ngắn nhất để tới đích. Trong trường hợp này các tin nhắn PATH được chuyển đi
cùng với các bước sóng được chia sẻ trên mỗi cặp nút GMPLS liền kề. Những thông điệp này
được chuyển tới đích theo phương pháp hop-by-hop. Ngay sau khi đích nhận được các thông tin
trên sẽ gửi trả lời bằng tin nhắn xác nhận RESV cũng theo phương pháp hop-by- hop để trở về

phục hồi nhờ giao thức LMP.
+ Thông tin về trạng thái nút và các liên kết riêng lẻ, các thông tin này sẽ được sử dụng bởi
các giao thức OSPF-TE trong GMPLS để tìm đường đi mới.
+ Các thông tin về trạng thái LSP toàn cục (ở nút biên): giúp cho việc lên kế hoạch lưu lượng.
o Yêu cầu thiết lập một LSP mới:
+ Tự động: do các yêu cầu về lưu lượng, các thay đổi của mạng hoặc các yêu cầu LSP khác.
+ Tường minh: do khách hàng xác định các tuyến đường mong muốn (LSP).
3. Kết luận
Việc tích hợp mặt phẳng điều khiển GMPLS trong mạng OBS mang lại nhiều lợi ích. Thứ
nhất, việc quản lý, cung cấp băng thông lưu lượng của mạng GMPLS sẽ cải thiện khả năng mở
rộng của mạng OBS. Giao thức quản lý liên kết của GMPLS sẽ cung cấp khả năng giám sát trực
tiếp và quản lý tài nguyên mạng bao gồm các trạng thái kết nối và các thuộc tính liên quan của
liên kết. Các liên kết không đánh số có thể giảm bớt sự yêu cầu của địa chỉ IP và tăng khả năng
9
mở rộng của mạng. Thứ hai, kĩ thuật lưu lượng trong mặt phẳng điều khiển GMPLS sẽ giúp cho
việc cấu hình và sử dụng tài nguyên mạng OBS một cách hợp lý và cân bằng. Kĩ thuật này dựa
trên định tuyến cưỡng bức cung cấp theo nhu cầu định tuyến dựa trên hiện trạng sử dụng tài
nguyên trực tiếp, nó sẽ tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên và đạt được sự cân bằng trọng tải trong
các mạng OBS. Việc sử dụng nhãn sẽ đẩy nhanh việc xử lý chuyển tiếp các BCP và đơn giản hơn
nhiều lần so với việc sử dụng địa chỉ IP, vì thế mà chất lượng dịch vụ được đảm bảo hơn. Thứ ba
là, khả năng của mạng OBS sẽ được cải thiện nhờ cơ chế phục hồi lỗi của GMPLS bao gồm cả
việc phát hiện lỗi, kĩ thuật phục hồi và cô lập lỗi, tăng cường khả năng phản ứng và xử lý lỗi của
các mạng OBS. Ngoài ra chính sách chia sẻ tài nguyên giữa ba loại kênh: kênh điều khiển
GMPLS, nhóm kênh điều khiển và nhóm kênh dữ liệu tạo điều kiện thuận lợi cho việc sử dụng
tối ưu các nguồn tài nguyên và cải thiện tốc độ xử lý của BCP. Việc tích hợp mặt phẳng GMPLS
trong mạng OBS sẽ là một mô hình tối ưu nhất cho mạng Internet thế hệ sau.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. T.S Hoàng Văn Võ, “Mạng thông tin quang thế hệ sau”, nhà xuất bản bưu điện – Hà Nội,
2008.
[2]. Adrian Farrel, Igor Bryskin, “GMPLS-achitecture and aplication”, Morgan Kaufmann,