BÁO cáo bài tập lớn QUY HOẠCH và QUẢN lý MẠNG VIỄN THÔNG

Không những thế song song với sự phát triển, tăng trưởng của kinh tế việc hình thành các phương tiện cần thiết cho viễn thông trở nên phức tạp hơn và có yêu cầu kỹ thuật cao hơn nhằ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

QUY HOẠCH VÀ QUẢN LÝ

MẠNG VIỄN THÔNG

Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm 10

4 VŨ THỊ THU TRANG 20172859

Giảng viên hướng dẫn: TS TRẦN THỊ NGỌC LAN

Hà Nội, 12-2021

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, mạng viễn thông vô cùng phát triển Phát minh hệ thống điện tín và điện thoại đã cách mạng hoá các phương tiện thông tin truyền thông Hệ thống thông tin viễn thông được xem như các phương tiện kinh tế nhất có được để trao đổi tin tức

và số liệu Không những thế song song với sự phát triển, tăng trưởng của kinh tế việc hình thành các phương tiện cần thiết cho viễn thông trở nên phức tạp hơn và có yêu cầu kỹ thuật cao hơn nhằm đáp ứng nhu cầu đang tăng về các dịch vụ có chất lượng cao và dịch vụ viễn thông tiên tiến Do đó việc tổ chức một mạng viễn thông nhằm tạo

ra một mạng viễn thông có đủ khả năng đáp ứng các yêu cầu trên đóng một vai trò rất quan trọng Việc tổ chức mạng lưới này phát triển trở thành một phần cơ bản quan trọng của xã hội thông tin hoá cao trong tương lai MSLA là một thuật toán được sử dụng trong việc thiết kế topology cho mạng Do còn nhiều hạn chế nên chương trình vẫn mang tính chất mô phỏng, các giả thiết, điều kiện chưa thể giống hoàn toàn như yêu cầu thực tế nhưng nó cũng giúp chúng ta nắm được cơ bản quá trình xây dựng topology cho mạng viễn thông

Trong quá trình tìm hiểu đề tài, tập tuy có rất nhiều khó khăn nhưng nhờ sự hướng dẫn tận tình của TS.Trần Thị Ngọc Lan cũng như nỗ lực của tất cả các thành viên mà nhóm chúng em đã hoàn thành được đề tài này Tuy nhiên, không thể tránh khỏi sai sót.trong quá trình tìm hiểu đề tài, chúng em rất mong nhận được góp ý từ cô để chúng em có thể hoàn thiện hơn về đề tài này nói riêng và môn học Quy hoạch và quản lý mạng viễn thông nói chung

Chúng em xin chân thành cảm ơn cô!

Nhóm sinh viên thực hiện

Nhóm 10

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU i

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT i

DANH MỤC HÌNH VẼ ii

DANH MỤC BẢNG BIỂU iii

CHƯƠNG 1 GIẢI THUẬT MLSA 4

1.1 Đặt vấn đề 4

1.2 Một số khái niệm 4

1.2.1 Hàm tiền bối (Predecessor) 4

1.3 Các đại lượng được sử dụng 5

1.4 Một số thuật toán cơ sở 5

1.4.1 Bài toán cây tối thiểu nhỏ nhất 5

1.4.2 Thuật toán Esau-Williams 5

1.4.3 Giải thuật Sharma 6

1.5 Giải thuật MLSA 6

CHƯƠNG 2 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 8

2.1 Yêu cầu 8

2.2 Kết quả mô phỏng: 8

CHƯƠNG 3 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 11

3.1 Trường hợp 1 11

3.2 Trường hợp 2 11

3.3 Trường hợp 3 11

TÀI LIỆU THAM KHẢO 12

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

C CMST Capacitated Minimum Spanning Tree Problem

E

M MSLA Multi-speed Local Access

P

i TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 Ví dụ về hàm tiền bối 4

Hình 2 : Kết quả mô phỏng yêu cầu 1 9

Hình 3: Kết quả mô phỏng yêu cầu 2 9

Hình 5: Kết quả mô phỏng yêu cầu 3 10

ii

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1: Giải thuật MLSA 7 Bảng 2: Chú thích 10

iii TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com

CHƯƠNG 1 GIẢI THUẬT MLSA

Trong Chương 1, chúng em sẽ trình bày lý thuyết cơ bản liên quan tới giải thuật MLSA và một số khái niệm liên quan

1.1 Đặt vấn đề

Sự bùng nổ của truyền dẫn thông tin đã kéo theo sự phát triển của mạng viễn thông Với số lượng người sử dụng ngày một cao, phạm vi phủ sóng rộng lớn từ các khu vực thành thị tới nông thôn và miền núi kéo theo độ phức tạp của mạng viễn thông Do vậy các giải thuật đơn giản như Dijkstra, Krushal, CMST, Esau-Williams,

đã không còn phù hợp để xây dựng mô hình mạng nhiều tốc độ nhiều liên kết Giải thuật MLSA đã ra đời và là một trong những giải thuật giúp giải quyết bài toán đa tốc

độ đa liên kết này

1.2 Một số khái niệm

1.2.1 Hàm tiền bối (Predecessor)

Cây T bắt nguồn từ một nút Gốc (Root) được biểu diễn bởi một hàm tiền bối pred: V → V trên các tập các đỉnh

Yêu cầu:

 Pred (Root) = Root

 Pred(N) # N với bất kì nút N nào

 Đối với bất kỳ nút N nào, tồn tại n>0 sao cho = Root

Ví dụ:

Hình 1 Ví dụ về hàm tiền bối

4

1.3 Các đại lượng được sử dụng

- Tập các nút N0, N1, …, Nn

- Tập các trọng số cho mỗi nút (w1, …, wn)

- Tập các loại đường L1, L2, …, Lm

- Dung lượng W1, W2, …, Wm

- Ma trận giá thành C(i,j,k) cho giá của liên kết loại Lk giữa Ni và Nj

1.4 Một số thuật toán cơ sở

Dưới đây là một số thuật toán cơ bản áp dụng cho mạng một tốc độ một trung tâm

1.4.1 Bài toán cây tối thiểu nhỏ nhất

Cho:

- Nút trung tâm N0

- Tập các nút khác (N1, N2, … Nn)

- Tập các trọng số cho mỗi nút (w1, …, wn)

- Dung lượng của liên kết W

- Ma trận giá thành Cost(i,j)

Tìm

- Tập các cây T1, …, Tk

- Sao cho:

- Mỗi Ni thuộc về một Tj và mỗi Tj đều có chứa N0

- Thoả mãn mối quan hệ sau:

∑

iϵ T j , i>0 w i =W

min∑

Trees ∑

l ∈Links Const (end l1,end l2) Các bước thực hiện:

- Sắp xếp các cạnh theo thứ tự giá tăng dần

- Lấy cạnh có giá nhỏ nhất khỏi danh sách sắp xếp

- Thêm cạnh vào cây kết quả nếu như cạnh này không nối hai nút đã nối rồi hoặc thêm cạnh này vào không vượt quá giới hạn dung lượng Quay trở lại bước

1.4.2 Thuật toán Esau-Williams

Lý thuyết về Esau-Williams:

5

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com

- Esau-Williams tạo ra cây bao trùm có trọng số.

- Sử dụng hàm thoả hiệp

- Xây dựng những cây “ tốt”

Thuật toán Esau-Williams gồm các bước:

- Mỗi cây bắt đầu từ một nút

- Tính hàm thoả hiệp cho mỗi nút

- Thoả hiệp(Ni) = minj[Cost(Ni,Nj)] –Cost (Comp(Ni), N0)

- Nếu thoả hiệp là âm, việc ghép lại là có lợi

Càng giá trị âm càng có lợi

Việc ghép chỉ được phép nếu như W(Comp(Ni) ) +W(Comp(Nj) ) < W

1.4.3 Giải thuật Sharma

Giải thuật Sharma khá thích hợp cho việc mô hình hóa mạng viễn thông trên thực tế

Các bước thực hiện:

- Tính góc qs từ mỗi site S đến site trung tâm C Nếu S và C có cùng toạ

độ, ta đặt qs = 0

- Sắp xếp góc qs

- Bắt đầu với site S1, tạo một tập các nút theo chiều kim đồng hồ ( hoặc ngược chiều kim đồng hồ) từ S1

- Tập là hoàn chỉnh khi thêm nút tiếp theo sẽ có Ssetw(site) > W

- Tập tiếp theo sẽ bắt đầu với nút này

- Thiết kế là kết thúc khi xây dựng cây MST trong mỗi tập và đều có thêm nút trung tâm C

1.5 Giải thuật MLSA

Giả thiết:

- Tập các nút N0, N1, …, Nn

- Tập các trọng số cho mỗi nút (w1, …, wn)

- Tập các loại đường L1, L2, …, Lm

- Dung lượng W1, W2, …, Wm

- Ma trận giá thành C(i,j,k) cho giá của liên kêt loại Lk giữa Ni và Nj

6

Tìm cây có gốc tại N0 với ấn định liên kết sao cho:

Scon cháu(N) w(i) < WLink(N, pred(N))

Và SLinksc(end1L, end2L, typeL) là nhỏ nhất

Bước 1: Ấn định mỗi nút, liên kết nhỏ nhất l để nối nó đến nút trung tâm.

Bước 2: Với mỗi nút, tính dung lượng còn rỗi (n) = Wl – wn và đặt pred(n)=0

Bước 3: Tính toán thoả hiệp cho nút n - lợi ích của việc nối nút n với i thay vì

nối với nút trung tâm (tương tự như E-W)

• Thoả hiệpn(i) = c(n,i,L) + Upgrade (i, wn) – c(n,0,L)

• Thoả hiệp (n)=mink thoả hiệpn(k) Hàm Cập nhật Upgrade() tính giá thành thêm vào để thêm wn

đơn vị cho liên kết nối i và 0 bằng cách đi ngược lại hàm tiền bối

Bước 4: Thêm cạnh đến khi nào thoả hiệp nhỏ hơn hoặc bằng 0

Bước 5: Xây dựng cây và ấn định loại liên kết trên mỗi cạnh

Bảng 1: Giải thuật MLSA

7

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com

CHƯƠNG 2 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG

Trong Chương 2, chúng em sẽ trình bày kết quả mô phỏng giải thuật MLSA để giải quyết bài toán trong đề số 3

2.1 Yêu cầu

Cho mạng truy nhập gồm 100 nút Các nút được đặt một cách ngẫu nhiên trên mặt phẳng kích thước 1000x1000 Trong mạng có 3 loại liên kết:

 Liên kết 1 có lưu lượng bằng 4 và giá của liên kết đó được tính bằng round (0.2x khoảng cách đề các)

 Liên kết 2 có lưu lượng bằng 10 và giá của liên kết đó được tính bằng round (0.4x khoảng cách đề các)

 Liên kết 3 có lưu lượng bằng 20 và giá của liên kết đó được tính bằng round (0.6x khoảng cách đề các)

1 Hãy dung giải thuật MSLA để tìm cây truy nhập.Biết nút trung tâm là nút 8 Lưu lượng của nút W1=W18=W48=5, W17=W25=3, W79=W53=2, W4=W33=W55=8 còn các nút khác trọng số bằng 1

2 Trong trường hợp mạng có thêm liên kết 4 có lưu lượng bằng 30 và giá của liên kết đó được tính bằng round (0.7x khoảng cách đề các) thì khi đó giá của cây kết quả thay đổi như thế nào?

3 Hiệu chỉnh kết quả cho trường hợp giới hạn số nút của mỗi cây bằng 4

2.2 Kết quả mô phỏng:

Đề xuất: Sử dụng thêm 3 nút có trọng số bằng 20 là các nút:5,10,20 để dễ dàng

thấy rõ được kết quả của thuật toán

1.Trường hợp 1

8

Hình 2 : Kết quả mô phỏng yêu cầu 1

2.Trường hợp 2

Hình 3: Kết quả mô phỏng yêu cầu 2

3.Trường hợp 3

9

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com

Hình 4: Kết quả mô phỏng yêu cầu 3

Chú thích:

Bảng 2 : Chú thích

10

CHƯƠNG 3 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ

3.1 Trường hợp 1

 Ta thấy thuật toán đã triển khai thành công cây đa truy nhập

 Các cây có nhiều nút, lưu lượng của liên kết tăng dần về phía gốc

 Các nút có lưu lượng lớn tương ứng với các liên kết có lưu lượng đáp ứng

đủ

3.2 Trường hợp 2

 Tương tự trường hợp 1:

 Sau khi thêm ba nút 5,15,20 có lưu lượng lớn (20) ta thấy xuất hiện các

liên kết màu lam => thuật toán đã nhận ra các nút có lưu lượng lớn và

triển khai liên kết đủ để đáp ứng được yêu cầu

 Do giá của cây truy nhập phụ thuộc vào khoảng cách của các điểm, mà theo yêu cầu của đề bài, các nút được đặt một cách ngẫu nhiên dẫn đến giá của cây truy nhập sẽ thay đổi theo từng trường hợp => chỉ có thể đánh giá một cách tương đối là khi thêm liên kết 4, giá của cây truy nhập sẽ tăng lên

3.3 Trường hợp 3

 Dựa trên kết quả của thuật toán, ta thấy được rằng giới hạn số nút của mỗi cây tối đa bằng 4, tương ứng với tối đa 4 liên kết được thiết lập, tương đương với việc tổng số nút cha và con của một nút bất kì trên một cây tối đa bằng 4

 Kết quả mô phỏng đã đạt đúng yêu cầu khi không có cây nào có nhiều

hơn 4 nút

11

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Bài giảng môn Quy hoạch và quản lý mạng viễn thông, giảng viên TS Trần Thị Ngọc Lan, viện Điện Tử - Viễn Thông, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

[2] https://slideplayer.com/slide/4168453/ truy cập lần cuối 20h, 26/05/2021

BẢNG PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC

12