(TIỂU LUẬN) báo cáo bài tập lớn QUY HOẠCH và QUẢN lý MẠNG VIỄN THÔNG

Không những thê song song với sự phá́t triể̉n, tăng trưởng của kinh tế việc hình thành cá́c phương tiện cần thiết cho viễn thông trở nên phức tạ ̣p hơn và có yêu cầu kỹ thuật cao hơ

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

Giảng viên hướng dẫn: TS TRẦN THỊ NGỌC LAN

Hà Nội, 12-2021

LỜI NÓI ĐẦU

Ngay nay, mạng viễn thông vô cùng phát triển Phá́t minh hệ thống điện tín và điện thoạ ̣i đã cá́ch mạ ̣ng hoá́ cá́c phương tiện thông tin truyền thông Hệ thống thông tin viễn thông được xem như cá́c phương tiện kinh tế nhất có được để̉ trao đổi tin tức

và số liệu Không những thê song song với sự phá́t triể̉n, tăng trưởng của kinh tế việc hình thành cá́c phương tiện cần thiết cho viễn thông trở nên phức tạ ̣p hơn và có yêu cầu kỹ thuật cao hơn nhằm đá́p ứng nhu cầu đang tăng về cá́c dịch vụ có chất lượng cao và dịch vụ viễn thông tiên tiến Do đó việc tổ chức một mạ ̣ng viễn thông nhằm tạ ̣o

ra một mạ ̣ng viễn thông có đủ khả năng đá́p ứng cá́c yêu cầu trên đóng một vai trò rất quan trọng Viêc tổ chức mạ ̣ng lưới này phá́t triể̉n trở thành một phần cơ bản quan trọng của xã hội thông tin hoá́ cao trong tương lai MSLA là một thuật toá́n được sử dụng trong việc thiết kế topology cho mạ ̣ng Do còn nhiều hạ ̣n chế nên chương trình vẫn mang tính chất mô phỏng, cá́c giả thiết, điều kiện chưa thể̉ giống hoàn toàn như yêu cầu thực tế nhưng nó cũng giúp chúng ta nắm được cơ bản quá́ trình xây dựng topology cho mạ ̣ng viễn thông

Trong quá́ trình tìm hiể̉u đề tài, tâp 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 cá́c thành viên mà nhóm chúng em đã hoàn thành được đề tài này Tuy nhiên, không thể̉ trá́nh khỏi sai sót.trong quá́ trình tìm hiể̉u đề tài, chúng em rất mong nhận được góp ý từ cô để̉ chúng em có thể̉ hoàn thiện hơn về đề tài này nói riêng và môn học Quy hoạ ̣ch và quản lý mạ ̣ng viễn thông nói chung

Chúng em xin chân thành cảm ơn cô!

Nhom sinh viên thưc

hiên Nhom 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 toá́n cây tối thiể̉u nhỏ nhất 5

1.4.2 Thuật toá́n 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 qua 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

P

i

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hinh 1 Vi du vê ham tiên bôi 4

Hinh 2 : Kêt qua mô phong yêu câu 1 9

Hinh 3: Kết quả mô phỏng yêu cầu 2 9

Hinh 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

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 khá́i niệm liên quan

1.1 Đặt vấn đề

Sự bù̀ng nổ của truyền dẫn thông tin đã kéo theo sự phá́t triể̉n của mạ ̣ng viễn thông Với số lượng người sử dụng ngày một cao, phạ ̣m vi phủ sóng rộng lớn từ̀ cá́c khu vực thành thị tới nông thôn và miền núi kéo theo độ phức tạ ̣p của mạ ̣ng viễn thông Do vậy cá́c giải thuật đơn giản như Dijkstra, Krushal, CMST, Esau-Williams,

đã không còn phù̀ hợp để̉ xây dựng mô hình mạ ̣ng nhiều tốc độ nhiều liên kết Giải thuật MLSA đã ra đời và là một trong nhữ̃ng giải thuật giúp giải quyết bài toá́n đa tốc

độ đa liên kết này

1.2 Một số khái niệm

1.2.1 Hàm tiền bối (Predecessor)

Cây T băt nguồn từ môt nut Gôc (Root) đươc biểu diên bơi môt ham tiên bôi pred: V → V trên các tâp các đỉnh.

Yêu câu:

Pred (Root) = Root

Pred(N) # N vơi bât ki nut N nao

Đôi vơi bât kỳ nut N nao, tồn tại n>0 sao cho = Root

Ví dụ:

Hình 1 Ví dụ vê hàm tiên bôi

4

1.3 Các đại lượng được sử dụ ̣ng

- Tập cá́c nút N0, N1, …, Nn

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

- Tập cá́c loạ ̣i đường L1, L2, …, Lm

- Dung lượng W1, W2, …, Wm

- Ma trận giá́ thành C(i,j,k) cho giá́ của liên kêt loạ ̣i Lk giữ̃a Ni và Nj

1.4 Một số thuật toán cơ sở

Dưới đây là một số thuật toá́n cơ bản á́p dụng cho mạ ̣ng một tốc độ một trung tâm

1.4.1 Bài toán cây tối thiểu nhỏ̉ nhất

Cho:

- Nút trung tâm N0

- Tập cá́c nút khá́c (N1, N2, … Nn)

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

- Dung lượng của liên kết W

- Ma trận giá́ thành Cost(i,j)

Tìm

- Tập cá́c cây T1, …, Tk

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

- Thoả mãn mối quan hệ sau:

iϵ TT T j, Ti>0

Trees Tl ∈Links

Các bươc thưc hiên:

- Sắp xếp cá́c cạ ̣nh theo thứ tự giá́ tăng dần

- Lấy cạ ̣nh có giá́ nhỏ nhất khỏi danh sá́ch sắp xếp

thêm cạ ̣nh này vào không vượt quá́ giới hạ ̣n dung lượng Quay trở lạ ̣i bước

1.4.2 Thuật toán Esau-Williams

Ly thuyêt vê Esau-Williams:

5

- Esau-Williams tạ ̣o ra cây bao trù̀m có trọng số.

- Xây dựng nhữ̃ng cây “ tốt”

Thuât toán Esau-Williams gồm các bươc:

- Mỗi cây bắt đầu từ̀ 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 lạ ̣i là có lợi

Càng giá́ trị âm càng có lợi

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

1.4.3 Giải thuật Sharma

Giải thuật Sharma khá́ thích hợp cho việc mô hình hóa mạ ̣ng viễn thông trên thực tế

Cá́c bước thực hiện:

- Tính góc qs từ̀ mỗi site S đến site trung tâm C Nếu S và C có cù̀ng toạ ̣ độ,

ta đặt qs = 0

- Sắp xếp góc qs

- Bắt đầu với site S1, tạ ̣o một tập cá́c nút theo chiều kim đồ̀ng hồ̀ ( hoặc ngược chiều kim đồ̀ng hồ̀) từ̀ S1

- Tập là hoàn chỉ̉nh 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 cá́c nút N0, N1, …, Nn

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

- Tập cá́c loạ ̣i đường L1, L2, …, Lm

- Dung lượng W1, W2, …, Wm

- Ma trận giá́ thành C(i,j,k) cho giá́ của liên kêt loạ ̣i Lk giữ̃a Ni và Nj

6

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

Scon chá́u(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 để̉ 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 toá́n 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 giá́ thành thêm vào để̉ thêm wn

đơn vị cho liên kết nối i và 0 bằng cá́ch đi ngược lạ ̣i hàm tiền bối

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

Bước 5: Xây dựng cây và ấn định loạ ̣i liên kết trên mỗi cạ ̣nh

Bảng 1: Giải thuật MLSA

7

CHƯƠNG 2 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG

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

2.1 Yêu cầu

Cho mạ ̣ng truy nhập gồ̀m 100 nút Cá́c nút được đặt một cá́ch ngẫu nhiên trên mặt

phẳng kích thước 1000x1000 Trong mạ ̣ng có 3 loạ ̣i liên kết:

Liên kết 1 có lưu lượng bằng 4 và giá́ của liên kết đó được tính bằng round

(0.2x khoảng cá́ch đề cá́c)

Liên kết 2 có lưu lượng bằng 10 và giá́ của liên kết đó được tính bằng round (0.4x khoảng cá́ch đề cá́c)

Liên kết 3 có lưu lượng bằng 20 và giá́ của liên kết đó được tính bằng round (0.6x khoảng cá́ch đề cá́c)

1 Hãy dung giải thuật MSLA để̉ 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 cá́c nút khá́c trọng số bằng 1

2 Trong trường hợp mạ ̣ng có thêm liên kết 4 có lưu lượng bằng 30 và giá́ của liên kết

đó được tính bằng round (0.7x khoảng cá́ch đề cá́c) thì khi đó giá́ của cây kết quả thay đổi như thế nào?

3 Hiệu chỉ̉nh kết quả cho trường hợp giới hạ ̣n số nút của mỗi cây bằng 4

2.2 Kết qua mô phỏng:

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

thấy rõ được kết quả của thuật toá́n

1.Trường hợp 1

8

Hình 2 : Kết qua mô phỏng yêu câu 1

2.Trường hợp 2

Hình 3: Kế́t quả mô phỏ̉ng yêu cầu 2

3.Trường hợp 3

9

Hì̀nh 4: Kế́t quả mô phỏ̉ng yêu cầu 3

Chú thích:

Bảng 2 : Chú thí́ch

10

CHƯƠNG 3 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ

3.1 Trường hợp 1

Ta thấy thuật toá́n đã triể̉n khai thành công cây đa truy nhập

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

Cá́c nút có lưu lượng lớn tương ứng với cá́c liên kết có lưu lượng đá́p 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

cá́c liên kết màu lam => thuật toá́n đã nhận ra cá́c nút có lưu lượng lớn

và triển khai liên kết đủ để̉ đá́p ứng được yêu cầu

Do giá́ của cây truy nhập phụ thuộc vào khoảng cá́ch của cá́c điể̉m, mà theo yêu cầu của đề bài, cá́c nút được đặt một cá́ch ngẫu nhiên dẫn đến giá́ của cây truy nhập sẽ thay đổi theo từ̀ng trường hợp => chỉ̉ có thể̉ đá́nh giá́ một cá́ch tương đối là khi thêm liên kết 4, giá́ của cây truy nhập sẽ tăng lên

3.3 Trường hợp 3

Dưa trên kêt qua cua thuât toán, ta thây đươc răng giơi hạn sô nut cua môi cây tôi đa băng 4, tương ưng vơi tôi đa 4 liên kêt đươc thiêt lâp, tương đương vơi viêc tông sô nut cha va con cua môt nut bât ki trên môt cây tôi đa băng 4

Kết quả mô phỏng đã đạ ̣t đúng yêu cầu khi không có cây nào có nhiều

hơn 4 nut

11

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Bai giang môn Quy hoạch va quản lý mạng viên thông, giang viên TS Trân Thi Ngoc Lan, viên Điên Tư - Viên Thông, trương Đại hoc Bách Khoa Ha Nôi

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

BẢNG PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC

12