Nghiên cứu định tuyến và gán bước sóng trong mạng WDM sử dụng phương pháp tính toán tiến hóa lai

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG--- TIÊU VĂN GIANG NGHIÊN CỨU ĐỊNH TUYẾN VÀ GÁN BƯỚC SÓNG TRONG MẠNG WDM SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TIẾN HÓA LAI NGÀNH : KHOA HỌC MÁY TÍNH MÃ S

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

-

TIÊU VĂN GIANG

NGHIÊN CỨU ĐỊNH TUYẾN VÀ GÁN BƯỚC SÓNG

TRONG MẠNG WDM SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP

TÍNH TOÁN TIẾN HÓA LAI

NGÀNH : KHOA HỌC MÁY TÍNH

MÃ SỐ : 60.48.01 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI - 2012

LỜI NÓI ĐẦU

Sự bùng nổ của mạng Internet, sự phát triển số lượng người

sử dùng, sự phát triển của các ứng dụng và dịch vụ mới trên nền IP,

đó là những gì mà chúng ta đã chứng kiến trong vòng gần một thập

kỉ qua [7] Mạng truyền dẫn quang đã đáp ứng được rất nhiều yêu cầu về dung lượng, chi phí xây dựng và tính bảo mật thông tin Hai công nghệ quan trọng gần đây giúp tăng dung lượng mạng quang

đó là ghép kênh theo bước sóng WDM và khuếch đại sợi quang EDFA [25]

Định tuyến và gán bước sóng (RWA) có thể được coi là một bài toán cổ điển trong mạng quang WDM [17] Trong đó nó có thể được phân thành hai bài toán con: (i) định tuyến và (ii) gán bước sóng Bài toán con định tuyến là tìm đường từ nguồn tới đích, còn bài toán con gán bước sóng thực hiện gán một bước sóng cho tuyến được thiết lập bởi bài toán con định tuyến Bài toán RWA có tính kết hợp bởi bản chất của nó và thuộc lớp bài toán tối ưu hóa, do vậy phù hợp với cách tiếp cận heuristic [13]

Đối với vấn đề RWA ta có thể xem xét nhiều mục tiêu thiết

kế mạng đồng thời như tối đa hóa số lượng yêu cầu liên lạc để được phục vụ và giảm thiểu số lượng kênh bước sóng được chỉ định[3][6]

Để giải bài toán thiết kế đa mục tiêu, các kỹ thuật tối ưu hóa

đa mục tiêu thường được sử dụng Một số phương pháp sử dụng các gần đúng đơn mục tiêu để giải các bài toán đa mục tiêu như ràng buộc  và tổng trọng số [1] Tuy nhiên các gần đúng đơn mục tiêu có một nhược điểm là rất khó tìm được các nghiệm tối ưu[16]

Do vậy mà các thuật toán tiến hóa đa mục tiêu được áp dụng để giải các bài toán thiết kế đa mục tiêu này [18] sẽ thu được những kết quả quan trọng cho việc thiết kế mạng toàn quang trên cơ sở công nghệ WDM

Qua đây tôi xin trân trọng cảm ơn TS.Nguyễn Đức Nhân và

các thầy cô trong hội đồng khoa học nhà trường, Khoa Quốc tế và

sau đại học đã giúp đỡ rất nhiều cho tôi để hoàn thiện luận văn này

Tuy nhiên, do thời gian và trình độ còn giới hạn, tôi kính mong

được các thầy cô tiếp tục đóng góp, giúp đỡ để luận văn được hoàn

thiện tốt hơn và được ứng dụng vào thực tế

Tôi xin trân trọng cảm ơn!

TÁC GIẢ TIÊU VĂN GIANG

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Hệ thống thông tin của con người có lịch sử phát triển từ rất

lâu Cho tới nay, đã có rất nhiều các hệ thống thông tin dưới các

hình thức đa dạng Các hệt hống thông tin này được gán cho các

tên gọi nhất định theo môi trường truyền dẫn và đôi khi theo cả tính

chất dịch vụ của hệ thống So với hệ thống thông tin hiện đại đầu

tiên là thông tin điện báo (đưa vào khai thác năm 1844) thì hệ

thống thông tin quang (mới được khai thác từ những năm 1980) là

hệ thống có tuổi đời còn khá trẻ Tuy vậy cùng với sự phát triển của

các dịch vụ mạng và đòi hỏi ngày càng cao về dung lượng và băng

thông, hệ thống thông tin quang cũng đã phát triển rất mạnh mẽ về

công nghệ trong gần 3 thập niên qua Do có ưu điểm như vậy nên

các hệ thống thông tin quang nhanh chóng được áp dụng rộng rãi

trên mạng lưới Chúng còn tiềm tàng những khả năng rất lớn trong

việc hiện đại hoá các mạng lưới viễn thông trên thế giới

1.1 Mạng WDM

1.1.1 Định nghĩa:

WDM (Wavelength Division Multiplexing – Ghép kênh theo bước sóng) là công nghệ “trong một sợi quang truyền dẫn đồng thời nhiều tín hiệu quang với nhiều bước sóng khác nhau” ở đầu phát, nhiều tín hiệu quang có bước sóng khác nhau được tổ hợp lại (ghép kênh) để truyền đi trên một sợi quang ở đầu thu, tín hiệu tổ hợp đó được phân giải ra (tách kênh), khôi phục lại tín hiệu gốc rồi đưa vào các đầu cuối khác nhau

1.1.2 Các công nghệ dùng trong mạng thông tin quang

Phần này sẽ trình bày về các công nghệ đã, đang và sẽ được dùng trong hệ thống thông tin quang

1.1.2.1 TDM (Time Division Multiplexing):

TDM là phương pháp ghép kênh phân chia theo thời gian Đây là phương pháp giúp tăng số lượng tín hiệu được gửi trên đường truyền vật lý

Hình 1.1 : Ghép kênh theo thời gian

1.1.2.2 SONET/SDH:

SONET (Sychronous Optical Network : Mạng quang đồng

bộ) là một chuẩn của American National Standards Institute để

truyền dữ liệu đồng bộ trên môi trường truyền là cáp sợi quang

Tương đương với SONET về mặt quốc tế là SDH

SONET/SDH lấy các luồng n bit, ghép chúng lại, điều chế quang

tín hiệu và sử dụng thiết bị phát quang để gửi nó ra ngoài với một

tốc độ bit tương đương với : (tốc độ bit đi vào)  n Vì vậy lưu

lượng đi đến bộ ghép kênh SONET tù bốn đầu vào với tốc độ 2,5

Gbps sẽ đi ra như một luồng đơn ở tốc độ 4  2,5 Gbps = 10 Gbps

Nguyên tắc này được minh họa trong hình 1.2

Hình 1.2 : Nguyên tắc ghép kênh trong mạng SONET

SONET cung cấp các chuẩn cho một số lượng lớn các tốc độ

truyền (tốc độ truyền thực tế vào khoảng 20 Gbps)

1.1.2.3 Gigabit Ethernet:

Công nghệ Ethernet 10 Gigabit được xây dựng trên nghi thức

Ethernet, nhưng có tốc độ nhanh gấp 10 lần Ethernet (1000 Mbps)

Ethernet Gigabit được triển khai như một công nghệ xương sống

cho các mạng đô thị Đối với mạng diện rộng WAN, Ethernet 10

Gigabit cho phép các ISP (Internet Service Provider) và NSP

(Network Service Provider) tạo ra các liên kết tốc độ rất cao với giá

thành thấp từ các bộ chuyển mạch và các bộ định tuyến trong phạm

vi công ty cho đến thiết bị quang gán trực tiếp vào SONET/SDH Công nghệ Ethernet Gigabit hỗ trợ cả cáp sợi quang đơn mode và

đa mode Tuy vậy, các khoảng cách được hỗ trợ tùy vào các kiểu cáp sợi quang và bước sóng được thực thi trong ứng dụng

1.1.3 Hệ thống thông tin quang nhiều kênh

Trên thực tế, sự ra đời của các hệ thống quang đa kênh đã giải quyết được những hạn chế của hệ thống đơn kênh, đồng thời cũng tận dụng được những công nghệ hiện có để phát triển mạnh mẽ Cụ thể là :

Thứ nhất, đối với hệ thống đơn kênh, khi tốc độ đạt tới mức khoảng vài chục Gbit/s thì khoảng cách tuyến truyền dẫn sẽ bị rút ngắn lại, các thiết bị điện tử sẽ đạt đến giới hạn của nó và không đáp ứng được các xung tín hiệu cực kì hẹp; thêm vào đó chi phí dành cho các giải pháp trên tuyến truyền dẫn trở nên tốn kém vì cấu trúc, thuật toán phức tạp và đòi hỏi các thiết bị có công nghệ cao

Thứ hai, kỹ thuật ghép kênh quang được sử dụng sẽ tận dụng được phổ hẹp của Laser, tận dụng được băng tần rất lớn của sợi quang

1.1.4 Nguyên lý cơ bản của ghép kênh theo bước sóng quang

Nguyên lý cơ bản của ghép kênh theo bước sóng mang có thể minh họa như hình 1.3

Hình 1.3 : Quá trình ghép và giải ghép WDM

1.1.5 Mục đích công nghệ WDM

Do băng thông quang rất lớn nên nếu chỉ sử dụng cho mục

đích đơn lẻ sẽ rất hao phí Vì vậy sử dụng công nghệ WDM nhằm

mục đích tận dụng băng tần truyền dẫn của sợi quang bằng cách

truyền đồng thời nhiều kênh bước sóng trên cùng một sợi quang

1.1.6 Phân loại hệ thống truyền dẫn WDM

1.1.6.1 Hệ thống ghép bước sóng đơn hướng:

Chỉ thực hiện truyền theo một chiều trên sợi quang Do vậy

để truyền thông tin giữa hai điểm cần hai sợi quang

Hình 1.4: Hệ thống WDM đơn hướng

1.1.6.2 Hệ thống ghép bước sóng song hướng:

Có thể truyền theo hai chiều trên một sợi quang nên chỉ cần

một sợi quang để có thể trao đổi thông tin giữa hai điểm

1.2.1.2 Phân loại định tuyến

Có nhiều cách phân loại định tuyến, có thể đưa ra một số loại định tuyến như sau:

 Dựa vào chức năng thích nghi với trạng thái hiện thời của mạng để phân loại thành: định tuyến tĩnh và định tuyến động

+ Định tuyến tĩnh: với định tuyến tĩnh, đường dẫn được chọn trước cho mỗi cặp nguồn – đích của các node trong mạng

+ Định tuyến động: định tuyến động lựa chọn tuyến dựa trên thông tin trạng thái hiện thời của mạng

 Dựa vào phạm vi định tuyến, ta phân loại thành: định tuyến trong và định tuyến ngoài

Định tuyến trong: định tuyến xảy ra bên trong một hệ thống độc lập (AS – Autonomous System), các giao thức thường dùng là RIP (Router Information Protocol), IGRP (Interior Gateway Routing Protocol), OSPF (Open Shortest Path First), EIGRP (Enhanced IGRP),…

Định tuyến ngoài: định tuyến xảy ra giữa các hệ thống độc lập (AS), liên quan tới dịch vụ của nhà cung cấp mạng sử dụng giao thức định tuyến ngoài rộng và phức tạp Giao thức thường dùng là BGP (Border Gateway Protocol)

Hình 1.6: Định tuyến trong và định tuyến ngoài

1.2.2 Định tuyến và gán bước sóng (Routing and

Wavelength Assignment - RWA)

Tìm đường được hiểu theo hai khía cạnh, đó là tìm đường

vật lí mang được mẫu lưu lượng yêu cầu (Routing) và đưa ra bước

sóng phù hợp để mang lưu lượng trên mỗi link dọc path

(Wavelength Assignment) trong số các bước sóng cho phép (bởi

mỗi path gồm một số fiber, mà trên mỗi fiber này, bạn có thể có W

sub-chanels, cũng là W bưóc sóng và W lựa chọn cho yêu cầu kết

nối hiện tại) Vấn đề này được viết tắt là RWA Rắc rối đặt ra đối

với bài toán RWA là nó đưa ra hai điều kiện sau:

Điều kiện tính liên tục bước sóng: một lightpath phải sử

dụng chung một bước sóng trên tất cả các link dọc theo đường đi

của nó từ nguồn đến đích

Hình 1.7: Điều kiện tính liên tục bước sóng

Điều kiện tính riêng biệt về bước sóng: tất cả các lightpath

sử dụng cùng một link (fiber) phải được gán các bước sóng riêng biệt

Hình 1.8: Mạng WDM định tuyến bước sóng

1.3 Động cơ và mục tiêu nghiên cứu

1.3.1 Động Cơ

Để giải bài toán thiết kế đa mục tiêu, các kỹ thuật tối ưu hóa

đa mục tiêu thường được sử dụng Một số phương pháp sử dụng các gần đúng đơn mục tiêu để giải các bài toán đa mục tiêu như ràng buộc  và tổng trọng số Tuy nhiên các gần đúng đơn mục tiêu

có một nhược điểm là rất khó tìm được các nghiệm tối ưu Do vậy

mà các thuật toán tiến hóa đa mục tiêu được áp dụng để giải các bài toán thiết kế đa mục tiêu này

1.3.2 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu giải quyết bài toán định tuyến và gán bước sóng

đa mục tiêu trong mạng WDM bao gồm:

+ Xây dựng bài toán RWA như là một bài toán tối ưu đa mục tiêu

+ Giải bài toán RWA được xây dựng ở trên bằng thuật toán

di truyền để tối ưu hóa các tham số mạng khác nhau

1.4 Nội dung và đóng góp của luận văn

1.4.1 Nội dung của luận văn

Nội dung của luận văn dự kiến sẽ được chia thành 4 chương

với những nội dung cụ thể như sau:

Chương 1: Trình bày tổng quan về mạng WDM, các vấn đề

cơ bản về định tuyến và gán bước sóng trong mạng WDM, nhiệm

vụ, hướng nghiên cứu và những đóng góp của luận văn

Chương 2: Giới thiệu bài toán RWA, các mục tiêu thiết kế,

các phương pháp tiếp cận bài toán RWA: heuristic và

meta-heuristic

Chương 3: Trình bày bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu, các

giải thuật tiến hóa trong tối ưu hóa đa mục tiêu, các giải thuật di

truyền trong RWA đa mục tiêu

Chương 4: Trình bày mô hình mô phỏng RWA đa mục tiêu,

cách thức giải bài toán RWA đa mục tiêu bằng phương pháp tính

toán tiến hóa lai và kết quả mô phỏng bài toán RWA

1.4.2 Những đóng góp của luận văn

Kết quả của đề tài có thể ứng dụng cho thiết kế mạng quang

định tuyến bước sóng WDM hiệu quả hơn Bằng việc sử dụng tiếp

cận đa mục tiêu thay cho chỉ xem xét từng mục tiêu một cách độc

lập, nghiệm thu được trong việc giải bài toán RWA bằng phương

pháp tiến hóa lai cho kết quả khả thi tốt hơn, hay nói cách khác nó

cung cấp cho nhà thiết kế mạng những thông tin bù trừ bổ ích giữa

nhiều mục tiêu khác nhau Hơn nữa các thuật toán tiến hóa được

nghiên cứu có thể áp dụng cho việc điều khiển mạng quang định

tuyến bước sóng động một cách hiệu quả hơn

Đề tài cũng làm cơ sở định hướng nghiên cứu cho các đề tài tốt nghiệp của sinh viên đại học và cho các nghiên cứu chuyên sâu tiếp theo đối với sinh viên cao học

CHƯƠNG 2:ĐỊNH TUYẾN VÀ GÁN BƯỚC SÓNG TRONG MẠNG WDM

2.1 Giới thiệu bài toán RWA

Phân loại bài toán RWA được thể hiện trong Bảng 2.1

Bảng 2.1: Phân loại RWA

Kiểu lưu lượng Static,Dynamic

Công thức ILP Link-based, Path-based Chuyển đổi bước sóng Full,Sparse,None

RWA bài toán được coi là một bài toán NP-đầy đủ Phức tạp của bài toán RWA phát sinh từ hai sự kiện sau đây:

(i) Ràng buộc bước sóng liên tục : Một lightpath phải chiếm cùng bước sóng trên tất cả các sợi liên kết mà qua đó nó đi qua

(ii) Ràng buộc bước sóng riêng biệt: Hai lightpaths phải không được chỉ định cùng một bước sóng trên một liên kết nào

2.2 Cách tiếp cận heuristic đối với bài toán RWA

Chlamtac[8] đề xuất khái niệm về Lightnet kiến trúc để đối

phó với các vấn đề không phù hợp giữa tốc độ xử lý điện tử và

truyền dẫn quang băng thông trong WDM dựa trên các mạng diện

rộng

Zhang và Acampora[26] đã đề xuất một thuật toán hiệu quả

để gán một số giới hạn các bước sóng giữa các trạm truy cập của

mạng trong đó các phương tiện vật lý bao gồm các phân đoạn sợi

quang được kết nối qua các thiết bị chuyển mạch bước sóng quang

chọn lọc

Banerjee [4] đã xem xét các vấn đề thiết kế một cấu trúc liên

kết mạng quang học hợp lý cho một mô hình vật lý và một ma trận

nhu cầu giao thông giữa những người sử dụng cuối cùng

Banerjee và Mukherjee[2] đã trình bày một công thức lập

trình tuyến tính số nguyên để đưa ra một giải pháp tối thiểu khoảng

cách bước nhảy đến các vấn đề thiết kế cấu trúc liên kết ảo trong

một mạng bước sóng định tuyến quang học, trong trường hợp

không có ràng buộc bước sóng liên tục

2.3 Cách tiếp cận meta-heuristic đối với bài toán RWA

Các giải pháp meta Heuristic thiết kế các cấu trúc liên kết

trong khu vực mạng mesh diện rộng để giảm thiểu chi phí mạng

Các thuật toán di truyền đã được sử dụng để giải quyết bài toán

RWA theo giả định khác nhau Các tác giả đã xây dựng các vấn đề

RWA tĩnh trong các mạng quang học là một vấn đề tối ưu hóa mục

tiêu duy nhất và giải quyết nó bằng cách sử dụng một thuật toán

tiến hóa

MC Sinclair[23] đã đề xuất một chi phí tối thiểu định tuyến

đường đi bước sóng và phương án phân bổ bước sóng bằng cách sử

dụng một thuật toán di truyền / Heuristic dựa trên thuật toán lai

ghép

Zhong Pan [21] phát triển một chức năng phù hợp mới để giải quyết các bài toán con của của bài toán RWA bằng cách sử dụng thuật toán di truyền Mục tiêu là để định tuyến mỗi lightpath theo cách để giảm thiểu số lượng bước sóng cần thiết để nhường quyền tất cả các lightpaths tĩnh Các mục tiêu thứ yếu là giảm thiểu chi phí trong việc thiết lập các lightpaths

D Bisbal[5] đề xuất một thuật toán di truyền để thực hiện định tuyến động và gán bước sóng trong định tuyến bước sóng mạng quang không có bước sóng chuyển đổi

Le[15] đã đề xuất một thuật toán di truyền cải tiến để giải quyết bài toán RWA động Để đạt được cân bằng tải tốt hơn giữa các cá thể, họ đã xây dựng một hàm thích hợp mới, đồng thời liên quan đến chiều dài đường đi, số bước sóng tự do và khả năng chuyển đổi bước sóng trong tuyến đường đánh giá

2.4 Các mục tiêu thiết kế trong bài toán RWA

Bài toán thiết kế đa mục tiêu được thể hiện với các hàm đa mục tiêu thường được giải quyết với "kỹ thuật tối ưu hóa đa mục tiêu" Tối ưu hóa đa mục tiêu là một kỹ thuật để tìm ra giải pháp tốt nhất từ các giải pháp lớn có thể xem xét tất cả các mục tiêu cùng một lúc

Có một số nghiên cứu[20] được lồng ghép trong các tài liệu

mà hình thành heuristics và meta-heuristics cho việc thiết kế hiệu quả của biểu đồ tổng quát dựa trên các cấu trúc liên kết mạng CHƯƠNG 3:

MÔ HÌNH ĐA MỤC TIÊU CHO BÀI TOÁN RWA

3.1 Xây dựng bài toán đa mục tiêu

Bài toán RWA là một bài toán tối ưu hóa tổ hợp và một loạt

các phương pháp tối ưu đã được sử dụng để giải quyết bài toán này

Các bài toán RWA có thể được mô hình hóa như một bài toán lập

trình số nguyên tuyến tính (ILP) và giải quyết ILP được đảm bảo

để cung cấp cho các tối ưu toàn phần

3.1.1 ký hiệu sử dụng

Ký hiệu được sử dụng trong việc xây dựng ILP được quy

định như sau:

+ V = Thiết lập các nút trong mạng

+ E = Thiết lập các liên kết sợi hai chiều trong mạng

+ W = Thiết lập các kênh bước sóng không nhiễu hỗ trợ bởi

tất cả các liên kết sợi trong mạng

+ (i,j) Là cặp nút nguồn-đich; {i,j}  V

+ D = Ma trận nhu cầu của các yêu cầu kết nối, nơi Dij dùng

để chỉ một giá trị đầy đủ ghi rõ nhu cầu tối đa giữa các cặp nút (i, j)

và Dij = Dji

+ -(v) = Thiết lập các liên kết sợi được sử dụng bởi

lightpath vào nút v

+ +(v) = Thiết lập các liên kết sợi được sử dụng bởi

lightpath rời khởi nút v

3.1.2 Các biến sử dụng

Các biến được sử dụng trong việc xây dựng ILP được quy

định như sau:

3.1.3 Xây dựng ILP đa mục tiêu

Trong phần này, xây dựng các bài toán RWA như là một bài toán đa mục tiêu ILP Lightpaths được nhóm lại theo cặp nút nguồn-đích của nó K là tập hợp các yêu cầu lightpath Thì K được tính theo công thức:

j i and i j K j i K j i K K

V V j

|),(),();

,(

ji

ij D D i j K j i

K( , )  ( , )  3.1 Các hàm mục tiêu mà chúng ta muốn tối ưu hóa được quy định như sau:

+ Giảm thiểu ách tắc của nhiều nhất liên kết tắc nghẽn trong mạng:

max

ij D V V

j k K j w W

e w k E

B e k



(i,j) = 1 nếu lightpath k giữa cặp nút (i, j) được thiết lập bước sóng w với liên kết e

0 nếu không

+ Giảm thiểu sự khác biệt giữa tắc nghẽn nhiều nhất và tắc

,

, ,

}),(min

),(max

{

D V

V

j k K j j V V D k K j w W

e w k E

e W

w

e w k E

+ Giảm thiểu sự khác biệt giữa các liên kết tắc nghẽn nhiều

nhất và ùn tắc trung bình của tất cả các liên kết trong mạng:

Min {

E

j i b j

i

ij

D V V

j k K j w W

e w k

D V V

j k K j w W

e w k E

,

,

),()

,(

K k

j i b Minimize

ij D j

),(

) , (

0 : ) ,

,

}),(

|{

ij D

j k K j w W

e w

k i j b E

e Minimize (3.8)

+ Hạn chế chiều dài tuyến đường tối đa:

j i b d Minimize

ij D j

0),(

|(

) , (

0 : ) , (

Trong đó de = Trễ liên quan đến liên kết e

+ Hạn chế tối đa tổng chiều dài tuyến đường:



0 :

,

)0),(

|(

ij D

j k K j e E w W

e w k

e b i j d

3.2 Các giải thuật tiến hóa trong tối ưu hóa đa mục tiêu

3.2.1 Thuật toán đáp ứng tiến hóa

EA là một thủ tục lặp ngẫu nhiên để tạo ra các nghiệm thăm dò cho một bài toán P nào đó Thuật toán điều khiển một bộ sưu tập P của các cá nhân (quần thể), một trong số đó bao gồm một hoặc nhiều nhiễm sắc thể Các nhiễm sắc thể này cho phép mỗi cá nhân đại diện cho một nghiệm tiềm năng cho các bài toán đang được xem xét

Toàn bộ quá trình được phác thảo trong hình 3.1

Hình 3.1: Tác giả của phương pháp tiến hóa để tối ưu hóa

Thuật toán tiến hóa như sau:

1 P ← áp dụng ι trên G để có được các cá nhân μ (quản thể ban đầu);

2 while Tiêu chuẩn kết cuối không được đáp ứng do

(a) P0 ← áp dụng σ trên P; / * lựa chọn * / (b) P00 ← áp dụng ω1, · · ·, ωk P0; / * sinh sản * / (c) P ← áp dụng ψ trên P và P00; thay thế / * / Endwhile

Quá trình này được lặp đi lặp lại cho đến khi một tiêu chí

chấm dứt nhất định (thường là đạt được một số lượng tối đa lần lặp

lại) được thỏa mãn Mỗi lần lặp của quá trình này thường được gọi

là một thế hệ

3.2.2 Giải thuật SPEA2

Thuật toán tiến hóa cải tiến đầy đủ Pareto (SPEA2) ) là nổi

tiếng như là một kỹ thuật hiệu quả để tìm kiếm tập hợp Pareto tối

ưu trong bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu chung SPEA2 đã được đề

xuất bởi Zitzler[29] SPEA2 là một thuật tiến hóa đa mục tiêu toán

thế hệ thứ hai (MOEA), thành công của thuật toán được sử dụng để

giải quyết một số vấn đề kỹ thuật

N đại diện cho kích thước quần thể, Nlà kích thước lưu trữ

1 Tạo một cá thể ban đầu P0 và tạo khoảng trống lưu trữ P0

2 Tính toán số lượng yêu cầu kết nối được chấp nhận và các

kênh bước sóng yêu cầu, bằng cách sử dụng GA-MDF

3 Tính toán giá trị sức mạnh của các cá nhân trong Pt và P t

4 Xếp hạng cá nhân theo giá trị sức mạnh của họ và

k-khoảng cách hàng xóm gần nhất nơi

N N

5 Môi trường lựa chọn

a.Nếu kích thước của P t1 vượt quá thì loại bỏ các

cá nhân có tối thiểu k- khoảng cách hàng xóm gần nhất trong P t1

P với các cá nhân chiếm ưu thế trong Pt và P t

6 Biến đổi và đảo chéo các cá nhân trong Pt

7 Lặp lại các bước 2-6, cho đến khi thỏa mãn với số lượng tối đa của lặp

3.3 Các giải thuật di truyền trong RWA đa mục tiêu Thuật toán di truyền (GA) đã được sử dụng để giải quyết bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu ở một số lĩnh vực Khả năng GA đa mục tiêu được khuyến khích để tìm kiếm theo hướng đúng Pareto trước trong khi vẫn duy trì sự đa dạng trong quần thể Đầu tiên, Schaffer[24] đề xuất đánh giá thuật toán di truyền vector tiến hóa(VEGA) để giải quyết tối ưu hóa đa mục tiêu trong từng mục tiêu riêng biệt và kết hợp các con hoặc các quần thể của từng mục tiêu lại với nhau Các nghiệm thu được từ VEGA vô cùng nhiều cho từng mục tiêu Fonseca và Fleming[11] đề xuất một thuật toán tiêu di truyền đa mục (MOGA) để tìm kiếm các nghiệm trong tất cả các hướng có thể không gian mục tiêu

Ví dụ về GA thảo luận bởi Konak trong[13] bao gồm các thuật toán di truyền đa mục tiêu khác nhau Thảo luận này phân loại các thuật toán di truyền đa mục tiêu dựa trên các tính năng của gán độ hợp lý và xếp hạng nghiệm thành bốn nhóm:

1 Hàm tổng hợp các mục tiêu chuẩn hóa

a GA dựa trên trọng số (WBGA)

b GA trọng số ngẫu nhiên (RWGA)

2 So sánh trực tiếp của độ chi phối Pareto

a GA đánh giá vector (VEGA)

b Niched Pareto GA (NPGA)

3 Tiếp cận xếp hạng cụ thể

a GA Đa mục tiêu (MOGA)

b GA xếp loại không bị chi phối (NSGA) và GA xếp loại nhanh không bị chi phối (NSGA-II)

c Thuật toán tiến hóa đầy đủ Pareto (SPEA) và bản cải thiện SPEA là (SPEA2)

4 Phương pháp tiếp cận dựa trên không dân cư

a Chiến lược tiến hóa Pareto lưu trữ (PAES)

CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT

QUẢ

4.1 Mô hình mô phỏng

Trong phần này, bài toán thiết kế RWA đa mục tiêu và mô

hình thiết kế sẽ được trình bày Bài toán RWA trong thiết kế mạng

quang WDM được xem xét để hỗ trợ nhiều yêu cầu liên lạc đồng

thời (bài toán luồng đa yêu cầu kết nối) Mỗi yêu cầu kết nối có rất

nhiều tuyến có thể và mỗi tuyến có một số lựa chọn gán kênh bước

sóng Bài toán thiết kế mạng trong chương này là để tối đa hóa số

yêu cầu được chấp nhận từ một tập các yêu cầu đã định sẵn và để

giảm thiểu số lượng bước sóng yêu cầu Điều này cho phép một số yêu cầu liên lạc nhất định bị chặn để tiết kiệm một số kênh bước sóng Yêu cầu liên lạc đã được gán thành công với một bước sóng được gọi là "yêu cầu được chấp nhận" Hàm mục tiêu của bài toán bao gồm:

1 Mục tiêu thiết kế đầu tiên là để tối đa hóa số lượng yêu cầu kết nối được chấp nhận Một số lượng lớn các yêu cầu chắc chắn đòi hỏi một số lượng lớn các kênh truyền dẫn (hay được gọi là các kênh bước sóng) Mục tiêu thiết kế này là tùy vào số lượng giới hạn kênh bước sóng trên mỗi cạnh mạng

2 Mục tiêu thiết kế thứ hai là để giảm thiểu số lượng bước sóng yêu cầu trên mỗi cạnh trong khi thỏa mãn một giá trị mục tiêu

về yêu cầu kết nối được chấp nhận Ta giả định rằng mỗi cạnh mạng có cùng số lượng bước sóng Mục tiêu thiết kế này là để giảm thiểu số lượng các bước sóng trong khi đáp ứng được lượng yêu cầu được chấp nhận

Thông tin đã cho:

- Cấu hình mạng

- Tập các yêu cầu (tức là, các cặp nút nguồn đích với yêu cầu băng thông)