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 3 1 PHẠM THỊ LAN 20182630 2 VŨ QUỐC ĐẠT 20182420 3 TRẦN VĂN ĐẠT 20172453 4 LÊ QUANG DƯƠNG 20172506 5 ĐẶNG PHÚ TRUNG 20172874 Giảng viên hướng dẫn TS TRẦN THỊ NGỌC LAN Hà Nội, 6 2022 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 t.
Trang 1TRƯỜNG 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 3
1 PHẠM THỊ LAN 20182630
2 VŨ QUỐC ĐẠT 20182420
3 TRẦN VĂN ĐẠT 20172453
4 LÊ QUANG DƯƠNG 20172506
5 ĐẶNG PHÚ TRUNG 20172874 Giảng viên hướng dẫn: TS TRẦN THỊ NGỌC LAN
Hà Nội, 6-2022
Trang 3LỜI 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 3
Trang 5MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU i
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 1
DANH MỤC HÌNH VẼ 2
DANH MỤC BẢNG BIỂU 3
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 Môi trường phát triển 8
2.3 Kết quả mô phỏng 9
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
Trang 71
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
C CMST Capacitated Minimum Spanning Tree Problem
E E-W Esau-Williams
M MSLA Multi-speed Local Access
P Pred Predecessor
Trang 82
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
Trang 93
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1: Giải thuật MLSA 7 Bảng 2: Chú thích 10
Trang 104
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
Trang 115
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:
∑ 𝑤𝑖 = 𝑊
𝑖𝜖𝑇 𝑗 ,𝑖>0
𝑚𝑖𝑛 ∑ ∑ 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑡(𝑒𝑛𝑑𝑙1, 𝑒𝑛𝑑𝑙2)
𝑙∈𝐿𝑖𝑛𝑘𝑠 𝑇𝑟𝑒𝑒𝑠
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:
Trang 126
- 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
Tìm cây có gốc tại N0 với ấn định liên kết sao cho:
Trang 137
Scon cháu(N) w(i) < WLink(N, pred(N)) Và SLinksc(end1L, end2L, typeL) là nhỏ nhất
Bảng 1: Giải thuật MLSA
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
Trang 148
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 60 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 3 và giá của liên kết đó được tính bằng round (0.2x khoảng cách đề các)
• Liên kết 2 có lưu lượng bằng 8 và giá của liên kết đó được tính bằng round (0.3x khoảng cách đề các)
• Liên kết 3 có lưu lượng bằng 16 và giá của liên kết đó được tính bằng round (0.5x khoảng cách đề các)
1 Hãy dung giải thuật MSLA để tìm cây truy nhập.Biết nút trung tâm là nút 10 Lưu lượng của nút W1=W18=W48=4, W17=W25=W39=2 , W4=W43=W55=6 còn các nút khác trọng số bằng 1
2 Trong trường hợp mạng có thêm liên kết 4 có lưu lượng bằng 32 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 5
2.2 Môi trường phát triển
Dựa trên sự đề xuất của thành viên trong nhóm, nhóm lựa chọn ngôn ngữ Java và IDE Visual Studio Code để phát triển phần mềm
Trang 159
2.3 Kết quả mô phỏng
1.Trường hợp 1
Hình 2 : Kết quả mô phỏng yêu cầu 1
2.Trường hợp 2
Hình 3: Kết quả mô phỏng yêu cầu 2
Trang 1610
3.Trường hợp 3
Hình 4: Kết quả mô phỏng yêu cầu 3
Chú thích:
Bảng 2 : Chú thích
Loại liên kết Màu
Trang 1711
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
• 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 truy cập của mỗi cây tối đa bằng 5, tương ứng với tối đa 5 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 6
• Kết quả mô phỏng đã đạt đúng yêu cầu khi không có cây nào có nhiều hơn 5 nút
Trang 1812
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
BẢNG PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC
