Phân tích một số mô hình kết hợp các giải pháp xử lý tranh chấp trong mạng obs

Mạng chuyển mạch chùm quang sử dụng các sơ đồ định trước một hướng với quá trình truyền tức thời, chùm dữ liệu truyền đi sau gói điều khiển tương ứng mà không đợi phản hồi báo nhận từ nú

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

DAI HOC HUE

TRUONG DAI HOC KHOA HOC

THAI THI TRA MY

PHAN TICH MOT SO MO HINH KET HOP CAC GIAI PHAP XU LY TRANH CHAP

TRONG MANG OBS

LUAN VAN THAC SI KHOA HOC

CONG NGHE THONG TIN

Thira Thién Hué, 2020

Tai naavli!! Ban co the xoa dong chu nav!!! LT/049876056811000000

TRONG MANG OBS

CHUYEN NGANH: KHOA HOC MÁY TÍNH

MA SO: 8480101

LUAN VAN THAC Si KHOA HOC DINH HUONG UNG DUNG

NGUOI HUONG DAN KHOA HOC

TS DANG THANH CHUONG

Thira Thién Hué, 2020

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi Tất

cả số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực, chưa được người khác

công bố trong bất cứ một công trình nghiên cứu nào

Thừa Thiên Huế, tháng 02 năm 2020

Học viên

Thái Thị Trà My

của mạng Ngoài ra, để hạn chế số lượng các sự kiện tranh chấp gây ra bởi quá

tải lưu lượng tạo ra do quá trình truyền lại, chương trình truyền lại được kiểm

soát (CRT) được nêu ra trong [1] Trong chương trình này, hai thông số xác suất

lệch hướng và xác suất truyền lại được sử dụng dé cung cấp sự truyền lại được

kiêm soát

Sơ đỗ thuật toán được trình bày trong Hình 2.1, có thể được giải thích

như sau: Các hàm được xử lý bởi nút nguồn, nút đích và nút lõi trung gian trong quá trình truyền chùm được đánh đấu và được hiển thị trong sơ đồ Nút nguồn lap lich dé chùm truyền gói tin điều khiển (BHP) đến nút tiếp theo sao cho đường đi là ngắn nhất (SP) để đành trước tài nguyên Nếu tại bất kỳ nút trung gian nảo tìm thấy chùm tranh chấp với chùm đã được lập lịch trước đó, thì nó sẽ

được xử lý theo giao thức CPDR [I] Theo đó, giao thức sẽ thực hiện so sánh

hàm chi phí độ trễ của đường truyền lệch hướng từ nút hiện tại (nút xảy ra tranh chấp) đến nút đích với tổng các hàm chi phí độ trễ của đường đã đi qua (từ nút nguồn đến nút tranh chấp) và đường đi ngắn nhất từ nút nguồn đến nút đích

(đường đi ban đầu) Điều này được thực hiện dé tính độ trễ truyền lại cũng như

việc sử dụng hợp lý các tài nguyên mạng

Hàm chi phí độ trễ của một đường truyền với h số hop giữa các nút mm và

có thể được thể hiện như sau:

h h-1 Dimn)=) G+) pm (2.1)

i=1 i=1 Trong đó: C;—chi phi độ tré duong truyén (Propagation delay) của liên két thir i;

p; — chi phi độ tré xr ly (Processing delay) mit trung gian thứ ¿

21

Xác suất mắt chùm của lộ trình thu được chính là xác suất của chùm bị rơi tại

nút nguồn, tire la i = s Giá trị xác suất này có thé tính đệ quy, bắt đầu từ nút đích d với giá trị PB(d,r) =0

Khi xét với xác suất truyền lại, xác suất mất chùm của lộ trình r Ứng với cặp

sđ có thể được viết như sau:

PByar(r) = {PB(s,r) {a — Pre) (1 +(P„PBQ,r)) + (P,,PBQ@,r))” (2-13)

+ (P„,PB(s, )N + (P„,PB(s, ry") + (P,,PB(s, ry"

(1 — Pye) (1 - (Pe PB(s,r))"")

= PB(s,r)f (1—P,,PB(s,r)) + (PePB(s,r)"*")}

Đề tính xác suất tắc nghẽn trên toàn mạng, ta cũng có thể mở rộng Thuật

toán 2.2 ở trên với việc áp dụng cho tất cả các lộ trình r (các cặp sđ), như chỉ ra ở Hình 2.5 với Thuật toán 2.3

Do một chùm chỉ bị mắt tại nút biên vào nếu:

- Chùm không được đưa vào bộ đệm khi bộ đệm truyền lại (tại nút biên) bị

đầy và chùm sẽ bị rơi

- Chùm được đưa vào bộ đệm; và đã được truyền lại ret lần trước khi bị

rơi (truyền lại đến số lần ret theo quy định)

Khi đó, xác suất tắc nghẽn của lộ trình tại trạng thái ổn định có thể được biểu diễn như sau:

PB(r) = PB(s,r)-PBoup + (1- Pur) * PBpar (7) (2.14)

Trong do:

PB(s,r) - Xác suất mất chùm tại nút nguồn s đối với lộ trình r;

Pouf - Xác suất tặc nghẽn theo bộ đệm truyền lại;

PBpa„(r) - Xác suất tic nghẽn tại trạng thái ổn định khi có truyền lại

Trường hợp PB»; = 0 thì xác suất mất chùm của lộ trình r ứng với cặp

sd la:

31

Chuong 3 MO HINH HANG DOI RETRIAL PHAN TICH SU KET HOP GIAI PHAP PHAN DOAN VỚI TRUYÊN LẠI CHÙM : 41

3.1 Giới thiệu bài toán -:222s 2222 22122221122212211211211 211.2 cerre 41

3.2 Mô hình hàng đợi RetrialL - 3t 121211 E1 ty Hee 42 3.3 Mô hình phân tích - S21 1212111 E1 11H Hy Hà Hà Ho Hee 43 3.3.1 Ma trận xác suất chuyên trạng thái cân bằng - 45

3.3.2 Minh họa ví dỤ ¿+ 5 E222 E221 E23 211 231 2 v2 vn vn ren 48

3.3.3 Các thông số đo hiệu năng 2-22 ©22+2+++2E£EEE2EEE2EEx.EExerrreei 54 3.3.4 Phan tich két QUa cceccsecsessssesesssesseesssesssesssesssesssesssesssesssesseesssesseess 55 3.4 Tiêu kết chương 22222 222122122121121121122112212222222 re 57 KET LUAN VA HƯỚNG PHÁT TRIỂN 2222222252221 xe 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO -. 225222222 2221222311221122112211211221 21 e6 59

iv

Sơ đồ của thuật tốn CPDR - 220 nnnheeerrriue 22

Thuật tốn sử dụng để cĩ được các giá trị tập huấn luyện 25 Tốc độ đến trên một kênh với mơ hình truyền lại cccccce 28

Thuật tốn EEP SH He 29 Thuật tốn tính xác suất tắc nghẽn trên tồn mạng - 33 Tropo mạng;zminhthQAsacceccscssecccsroniirsssztting12E0111nnL2613 011600142 000012 50000100 33 Xác suất tắc nghẽn P(s,r1) và Ppdrr1 của một lộ trình r1 ứng với 11.0 0 -.aa 36 Xác suất tắc nghẽn P(s,rz2) và Ppdrr2 của một lộ trình r2 ứng với 11.001 4-44 37 Xác suất tắc nghẽn P(s,r3) và Ppdrr3 của một lộ trình r3 ứng với 11.0.0777 5 37 Xác suất tắc nghẽn Ppdrr1 của một lộ trình r ứng với cặp sở với các

giá trị Prt lần lượt là Prt = 0.4, Prt = 0.6 và Prt = 0.8 vs 8 38

Xác suất tắc nghẽn trên tồn mạng Ploss của 3 lộ trình ứng với cap sd theo.Pr£= 04; Prt = 0.6,,Prt = 0.8°V8.B scenes 39 Xác suất tắc nghẽn trên tồn mạng Ploss của 3 lộ trình ứng với cap sd theo Pd = 0,40695, Prt = 0,6433 và Pd = Prt = 1 vs ÿ 39

Mơ hình phân tích với hàng đợi 7efriaÏL :cccsccscccccsssxces 44

Lược đồ chuyên trạng thái ứng với mô hình phân tích 46

Mô hình minh họa với MỸ = 4 -L 21112211112 1251 151211 x e2 48

Hiệu suất sử dụng bước sóng theo M = 4 và M = 8 vs Ø 55 Hiệu suất sử dụng bước sóng theo Â' ws Ø -222222 222222222 56 Kích thước chùm ra trung bình theo Â'” vs /Ø 5-5: 52522225522 56 Xác suất tắc nghẽn chùm truyễn lại theo M ws /Ø - 57

VI

DANH MUC CAC CHU VIET TAT

ACK Acknowledged Gói tin xác nhận

Adaptive Hybrid Định tuyến lệch hướng lai thích

Deflection Routing nghi BCP Burst Control Packet Gói điều khiển chùm

BHP Burst Header Packet Gói tiêu dé chim

BLR Burst Loss Ratio Ti lé mat chum

Combined Probability , ,

Keét hop xác suât lệch hướng và CPDR Deflected and vs

| truyén lai Retransmission

DB Data Burst Chùm dữ liệu

DP Dropping Probability Xác suất rơi chùm

FDL Fiber Delay Line Duong tré quang

FDL Fiber Delay Line Đường trễ quang

IP Internet Protocol Giao thức Internet

OBS Optical Burst Switching Mạng chuyển mạch chùm quang OCS Optical Circuit Switching | Mang chuyén mach kénh quang OPS Optical Packet Switching | Mạng chuyển mạch gói quang

Optical Transmission ` OTN Mạng truyền tải quang

Network PDR Pure Deflection Routing Thuần định tuyến lệch hướng

PRT Pure Retransmission Thuần truyền lại

QoS Quality of Service Chat luong dich vu

Vii

Multiplexing

WR 'Wavelength Router Bộ định tuyến bước sóng

Vili

MỞ ĐẦU

Ly do chon dé tai

Lịch sử phát triển của mạng truyền đẫn quang đã trải qua các giai đoạn, từ mạng chuyên mạch kênh quang OCS, chuyên mạch chùm quang OBS và chuyền mạch gói quang OPS Chuyển mạch kênh quang không đáp ứng được nhu cầu Internet tốc độ cao, bởi vì chuyên mạch này luôn chiếm giữ một kênh truyền riêng cho đến khi hai máy kết thúc quá trình truyền Chuyển mạch gói quang là mục tiêu hướng đến của các nhà nghiên cứu và phát triển mạng quang, tuy nhiên

có một đặc điểm trong chuyên mạch toàn quang OPS là chúng ta chưa thể xây dựng được các bộ đệm quang ở các điểm trung gian Vì vậy, mô hình mạng chuyển mạch chùm OBS thường được lựa chọn như là một giải pháp dung hòa

được các ưu điểm của mô hình chuyển mạch kênh OCS và mô hình chuyển mạch

gói OPS Hơn nữa mạng OBS không yêu cầu các bộ đệm quang và do đó trong

suốt với tầng điều khiến [11], [1]

Tap hop chim

Hinh 1 Kién trúc của mạng chuyên mạch chùm quang

Với tốc độ giao tiếp và nhu cầu sử dụng băng thông mạng ngày càng cao như hiện nay thi van dé dat ra 1a làm thế nào đề tăng tốc độ truyền tin, lượng thông tin

có thể truyền tải nhanh nhất mà không xảy ra tình trạng tắc nghẽn Vì vậy tắc nghẽn chùm được xem là một vấn đề thách thức trong mạng chuyển mạch chùm quang Sự tắc nghẽn chùm trong mạng OBS có thê xảy ra khi hai hay nhiều chùm từ các cổng

ra khác nhau cố gắng đi ra trên cùng một công ra tại cùng một thời điểm Các giải pháp cho việc xử lý tắc nghẽn hiện nay trên mạng OBS là: Thay đổi thời gian đến của chùm bằng cách sử dụng các đường trễ quang FDL, thay đỗi bước sóng ra của chùm bằng cách sử đụng bộ chuyên đổi bước sóng, chùm bị rơi có thể được truyền lại bằng phương pháp #uyền lại chùm, thay đổi công ra của chùm bằng cách định Huyễn lệch hướng, giảm xác suất mất gói bằng phân đoạn chùm kết hợp,giàm tỉ lệ mất chùm bằng phương pháp lai (kết hợp giữa định tuyến lệch hướng và truyền lại chùm) hoặc phương pháp kết hợp phân đoạn với lập lịch, phân đoạn kết hợp với lập lịch có sử dụng đường trễ FDL, phân đoạn kết hợp với chuyên đôi bước sóng, phân đoạn kết hợp với định tuyến lệch hướng Trong đó phương pháp định tuyến lệch hướng, các chùm bị tắc nghẽn sẽ được gửi tới liên kết ra khác của nút và sau đó được định tuyến qua một tuyến khác để đến đích Tuy nhiên, khi lưu lượng mạng

tăng lên, định tuyến lệch hướng có thể làm giảm hiệu suất và tính ổn định của

mạng Với phuơng pháp truyền lại chùm khi một chùm gặp tranh chấp tại nút lõi, một gói tin NACK sẽ được gửi trở lại nút nguồn để truyền lại chùm đã bị mất nhưng

số lần truyền lại bị hạn chế Phương pháp lai tận dụng lợi thế từ cả các phương pháp

lệch hướng và truyền lại nhưng chỉ khi lưu lượng đỡ liệu nhỏ Khi lưu lượng dữ liệu được truyền đi cao, mô hình sơ đồ lai có xác suất mất chùm cao hơn so với các

phương pháp khác như phân đoạn chùm Vì vậy việc lựa chọn phương pháp nào

phù hợp cần phải được phân tích thật cần thận nhằm tận dụng ưu điểm của mỗi

phương pháp dé giải quyết việc tranh chấp chùm trong mạng OBS đạt hiệu quả tốt

nhất Đây cũng chính là lý do tôi chon dé tai “PHAN TICH MOT SO MO HÌNH

KET HOP CAC GIAI PHAP XU LY TRANH CHAP TRONG MANG OBS”

Tổng quan tài liệu

Trong mạng OBS, khi có sự tranh chấp giữa hai chùm mà không thể được giải quyết với các phương pháp như chuyển đổi bước sóng, sử dụng FDL hay định

tuyến lệch hướng, một trong hai chùm sẽ bị đánh rơi với toàn bộ chùm, ngay cả khi

sự chồng lấp (gây ra tranh chấp) là nhỏ nhất Vì vậy vấn để giải quyết tranh chấp chùm là rất quan trọng trong việc làm giảm mất chùm trong mạng OBS [1]

Định tuyến lệch hướng (deflection routing) và truyền lại chùm (chùm retransmission) là hai cách tiếp cận khác nhau để giải quyết vấn đề tranh chấp chùm Trong định tuyến lệch hướng [6]-[4] là một phương pháp giải quyết tắc nghẽn bằng việc định tuyến một chờzn tranh chấp đến một công ra khác so với cổng

ra theo dự kiến Trong định tuyến lệch hướng, một ch được lệch hướng sẽ làm

đường truyền tới đích dài hơn, dẫn tới làm tăng độ trễ và giảm chất lượng tín hiệu Hơn nữa, nó có thê dẫn đến cðzn có khả năng lặp vô hạn trong mạng và nó sẽ dẫn tới tắt nghẽn Với phương pháp truyền lại chùm [3] [2] chhm được truyền lại tại

lớp OBS nhằm giảm sự mat chùm Khi một chùm gặp tranh chấp tại nút lõi, một

gói tin NACK sẽ được gửi trở lại nút nguồn để truyền lại chùm đã bị mất

Sự kết hợp giữa định tuyến lệch hướng và truyền lại chùm được xem như

vấn đề hấp dẫn đề giảm tỉ lệ mất chùm trong giải quyết vấn để tranh chấp [ 10] [9] Một chùm nếu có tranh chấp trước hết được truyền bằng cách sử dụng phương pháp

định tuyến lệch hướng, nếu định tuyến lệch hướng thất bại, một gói NACK được

gởi trở lại để thông báo cho nút nguồn để chùm ban đầu có thể được truyền lại và

truyền lại chùm sau đó được áp dụng Mỗi chùm có thể được truyền lại bởi một số

lần truyền lại trước khi hoàn toàn bị từ chối Khi tải lưu lượng nhỏ, phương pháp lai

tận dụng lợi thế từ cả các phương pháp lệch hướng và truyền lại, do đó có thể làm giảm đáng kế sự mất chùm trong khi chỉ tăng một tải lưu lượng nhỏ

Hầu hết các nghiên cứu trước đây về mô hình định tuyến lệch hướng và truyền lại đều sử dụng mô phỏng trên nền tảng NS2, với gói OBS.9a [8] Trong bài này, sẽ phát triển mô hình phân tích toán học dựa trên xác suất mất chùm trong OBS với việc kết hợp các giải pháp như sau: định tuyến lệch hướng, truyền lại và sơ

đồ lai (kết hợp 2 phương pháp trên) Mô hình này được mở rộng từ các mô hình trước đây để đánh giá hiệu năng mạng OBS Mô hình sơ đồ lai cũng được đánh giá qua phân tích toán học, có thể kết hợp với mô phỏng trên NS2 Kết quả thu được từ

mô hình sơ đỗ lai chứng minh rằng, khi tải lưu lượng chùm đến thấp, mô hình sơ đồ lai là giải pháp tốt hơn so với các mô hình định tuyến lệch hướng và mô hình truyền lại truyền thống trong trường hợp đánh giá qua tổng xác suất mất chùm Tuy nhiên,

tại tải lưu lượng cao, mô hình sơ đỗ lai thực hiện không hiệu quả bằng các mô hình khác Vì vậy, để hạn chế sự mất mát các gói tin trong chùm, một giải pháp đã được

để xuất là phân đoạn chùm (burst segmenfation), cho phép chỉ những gói tin bi chồng lấp trong chùm tắc nghẽn mới bị đánh rơi (thay vì đánh rơi cả chùm) Với phương pháp này rõ ràng xác xuất mất gói tin sẽ được giảm đáng kế

Ngoài ra, để tăng tính hiệu quả của phương pháp phân đoạn trong việc giảm thiểu xác xuất mất chùm, phân đoạn chùm có thê được kết hợp với một số giải pháp

khác như phân đoạn kết hợp với định tuyến lệch hướng, phân đoạn kết hợp với

chuyển đổi bước sóng, phân đoạn kết hợp với truyền lại chủm hay phân đoạn kết

lệch hướng đi toàn bộ cm hoặc làm lệch hướng các phân đoạn bị đánh rơi của

chùm chưa được lập lịch đến một công ra khác với các công ra dự kiến Với phương pháp này rõ ràng xác xuất mất gói tin sẽ được giảm đáng kê

Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu của Luận văn là phân tích một số mô hình kết hợp các giải pháp xử

lý tranh chấp trong mạng OBS

Đối tượng nghiên cứu

- Một số kỹ thuật kết hợp định tuyến lệch hướng và truyểền lại chùm trong mạng chuyển mạch chùm quang

- Kỹ thuật tập hợp chùm theo phân đoạn dựa trên cơ chế cấp phát ưu tiên

dong (QoS) hé tro dinh tuyén lệch hướng

Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp giải tích sử dụng các mô hình phân tích toán học

- Phương pháp mô phỏng (dựa trên phần mềm mô phỏng OBS —NS2)

Phạm vi nghiên cứu

- Một số kỹ thuật (giải pháp) kết hợp định tuyến lệch hướng với truyền lại

chùm tại nút lõi của mạng OBS

- Nghiên cứu một số kỹ thuật (giải pháp) phân đoạn chùm có/không sự kết hợp với các phương pháp khác nhằm giảm thiểu sự mất chùm tại nút lõi của mạng OBS

Nội dung nghiên cứu và dự kiên bồ cục luận văn

Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu mạng chuyển mạch chùm quang, một số cơ chế điều khiển

tránh tắc nghẽn tại nút lõi [1, 7, 2, 5]

- Nghiên cứu một số kỹ thuật (giải pháp) kết hợp định tuyến lệch hướng với

truyền lại chùm tại nút lõi của mạng OBS

- Nghiên cứu mô hình tập hợp chùm theo phân đoạn đựa trên cơ chế cấp phát

ưu tiên dong (QoS) hỗ trợ định tuyến lệch hướng và kỹ thuật phân đoạn chùm nhằm giảm thiểu sự mắt chùm tại nút lõi mang OBS

- Phân tích, mô phỏng để đánh giá hiệu năng tại nút lõi mạng OBS trong các trường hợp sử dụng kỹ thuật định tuyến lệch hướng kết hợp với truyền lại chùm và các trường hợp sử dụng kỹ thuật phân đoạn chùm trong mạng chuyền mạch chùm quang

Dự kiến bố cục luận văn

Mở đầu

- Tính cấp thiết của đề tài

- Mục tiêu của luận văn

- Ý nghĩa thực tiễn

Chương 1: Tổng quan về mạng chuyển mạch chùm quang

- Tổng quan về mạng chuyên mạch chùm quang

- Điều khiến trong mạng chuyển mạch chùm quang

- Tiểu kết Chương I

Chương 2: Mô hình phân tích sự kết hợp các giải pháp định tuyến lệch

hướng và truyền lại

- Các mô hình phân tích sự kết hợp các giải pháp định tuyến lệch hướng và

Chương 1 TÔNG QUAN VỀ MẠNG CHUYÊN MẠCH

CHÙM QUANG

1.1 CAC CONG NGHE CHUYEN MACH QUANG

Xu thế phát triển mạng hiện nay trên thế giới và ở Việt Nam là xây dựng mạng truyền tải quang Optical Transmission Network (OTN) cho mạng internet thế

hệ mới dựa trên công nghệ WDM Những nỗ lực phi thường về công nghệ truyền dẫn quang trong đó tập trung vào việc nghiên cứu các vấn đề công nghệ mạng WDM trên thế giới hiện nay đang dần đáp ứng được nhu cầu phat trién tất yếu của mạng Có nhiều vấn để cần phải giải quyết trong mạng OTN nhằm ngày càng hoàn thiện đặc tính mạng Trong các vấn đề đó, chuyển mạch quang trong mạng OTN được coi là những hướng đi hấp dẫn nhất và rất có ý nghĩa

Cũng như chuyên mạch điện, chuyển mạch quang cũng có nhiều phương thức, công nghệ khác nhau Trong phần này sẽ giới thiệu ba công nghệ chuyển mạch quang đã và đang nghiên cứu

1.1.1 Chuyển mạch kênh quang (OCS)

Chuyển mạch kênh quang Optical Circuit Switching (OCS) duoc thue hién trong mạng quang định tuyến bước sóng thực hiện thiết lập các bước sóng toàn quang giữa hai nút mạng Sự thiết lập các luồng quang bao gồm một số bước thực

hiện: cấu hình tài nguyên, định tuyến, gán bước sóng, báo hiệu và đặt trước tài

nguyên Sự phát trién cia All-Optical Network (AON) bat đầu với Wavelength

Routed Networks (WRNs), qua trinh hoat déng bao gồm việc thiết lập các kết nối

kênh, được gọi là kênh quang (/ghípafhs), giữa các nút của mạng Ràng buộc chính của WRNs, điển hình của tất cả các giao tiếp quang là giới hạn số bước sóng trên

mỗi sợi quang Ví dụ, trong một WRN lớn, vấn dé khan hiém số bước sóng có thể tạo nên một vấn đề là không thể tạo ra mạng lưới trọn vẹn các kênh quang giữa tất

cả các người sử đụng đầu-cuối Vì vậy, với mỗi topo WRN, những người thiết kế mạng phải giải quyết được bài toán NP-đầy đủ, là bài toán định tuyến và phân phối buéc séng Routing and Wavelength Assignment (RWA) cua các kênh quang đề thỏa

mãn một cách tối ưu các yêu cầu kết nối của người sử dụng Giao thức truyền tín hiệu (signaling) duge dé nghi déi voi WRNs 1a Generalized Multi-Protocol Label Switching (GMPLS)

1.1.2 Chuyén mach gói quang (OPS)

Chuyển mạch gúi quang

Hình 1.1 Nguyên lý chuyển mạch gói quang

Vé nguyén tic, chuyén mach géi quang Optical Packet Switching (OPS) té chức dựa trên gói tiêu để và điều khiển được thực hiện trong miền quang, tuy nhiên phải trong nhiều năm nữa mới thực hiện được Trong thời điểm hiện nay, chuyển mạch gói quang sử dụng điều khiển điện tử để xử lý tiêu đề gói vẫn được xem là

thực tế hơn Trong chuyển mạch gói quang, tiêu để hoặc nhãn được đọc và so sánh

với một bảng định tuyến Tải số liệu sau đó sẽ được định tuyến tới cổng ra tương ứng với một nhãn mới (trao đổi nhãn) (Hình 1.1) Điều quan trọng là tải đữ liệu được truyền trong suốt qua chuyên mạch Trong OPSNs, lưu lượng người sử dụng được mang trong các gói quang cùng với thông tin điều khién in-band Théng tin điều khiển được rút trích và xử lý trong miền điện tử tại mỗi nút Đây là kiến trúc

có tính triển vọng bởi nó đã được biết đến trên thực tế là mạng chuyển mạch gói

điện tử, đặc trưng bởi thông lượng cao và dễ dàng thích ứng với sự tắc nghẽn hay bị lỗi Tuy nhiên, bài toán đặt ra với OPSNs đó là thiếu công nghệ đệm quang

1.1.3 Chuyển mạch chùm quang (OBS)

Trong chuyên mạch chùm quang (OBS), đữ liệu truyền tải trong các đơn vị

có kích thước khác nhau, được gọi la chim (burst) (Hinh 1.2) Béi vi tinh bién thiên

lớn trong suốt thời gian tổn tại của các chùm, mạng OBS có thể được xem như nằm

giữa OPSNs và WRNs Điều đó có nghĩa là, khi thời gian tồn tại của tất cả các chùm là rất ngắn, bằng thời gian tồn tại của một gói quang, OBSN có thể được xem

tương tự như một OPSN

Chùm Gói điều khiển chùm

\ Thai gian offset |

có sự phân tách mạnh giữa cách bồ trí kênh điều khiển va dữ liệu, cho phép có thể

điều khiển mạng linh động và đạt hiệu quả cao Hơn nữa, bản chất dong (dynamic)

của nó dẫn đến khả năng thích nghi của mạng cao, làm cho nó hoàn toàn phù hợp với sự truyền dẫn của lưu lượng chùm [2]

1.2 MANG CHUYEN MACH CHUM QUANG OBS

1.2.1 Dac trung chung cia mang OBS

Khái niệm chuyển mạch chim đã được nghiên cứu vào năm 1980 Tuy nhiên, kỹ thuật này không thành công trong mạng chuyển mạch điện tử do nhu cầu

và tính phức tạp so với kỹ thuật chuyên mạch gói Trong mạng quang có sự khác biệt lớn giữa khả năng truyền dẫn quang và khả năng xử lý điện tử; thêm vào đó

khả năng sử dụng các bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên trong miền quang là không khả dụng, vì vậy không thể giữ được dữ liệu đợi xử lý trong miền quang Mạng chuyển mạch chùm quang được nghiên cứu vào cuối năm 1990 và nó trở thành

một công nghệ hứa hẹn có thể tận dụng được những ưu điểm của mạng chuyển

mạch kênh quang và mạng chuyển mạch gói quang để tránh được những bất lợi về

kỹ thuật trong thời gian này

Mạng chuyển mạch chùm quang được xem như là một công nghệ hứa hẹn cho mạng Internet toàn quang thế hệ kế tiếp Nó có nhiều chức năng riêng và nhiều

ưu điểm hơn so với các kỹ thuật chuyên mạch khác Mạng chuyển mạch chùm quang là một giải pháp cho phép truyền tải lưu lượng trực tiếp qua mạng WDM mà không cần bộ đệm quang Mạng chuyển mạch chùm quang sử dụng các sơ đồ định trước một hướng với quá trình truyền tức thời, chùm dữ liệu truyền đi sau gói điều khiển tương ứng mà không đợi phản hồi (báo nhận) từ nút đích

Thực chất, mạng chuyên mạch chùm quang xem xét lớp quang đơn thuần như một phương tiện truyền thông trong suốt cho các ứng dụng

Một số đặc trưng chung của mạng chuyền mạch chùm quang như sau:

- Tách biệt giữa kênh truyền gói điều khién Burst Control Packet (BCP) va

kênh truyền chùm di liéu Data Burst (DB): Goi diéu khién duoc truyén trên một

kênh riêng biệt

- Sự đành riêng một chiều: Tài nguyên được cấp phát theo kiểu dành riêng một chiều, nghĩa là nút nguồn không cần đợi thông tin phản hồi từ nút đích trước khi nó bắt đầu truyền chùm

- D6 dai chùm thay đổi được: Kích thước của chùm có thể thay đổi được

theo yêu cầu

- Không cần bộ đệm quang: Nút trung gian trong mạng quang không yêu cầu phải có bộ đệm quang Các chùm đi qua các nút trung gian mà không chịu bất

kỳ sự trễ nào

10

1.2.2 Kiến trúc mạng chuyển mạch chùm quang

Một mạng chuyên mạch chùm quang bao gồm các nút chuyên mạch chùm quang kết nối với nhau thông qua các sợi cáp quang Mỗi sợi quang có khả năng hỗ

trợ các kênh đa bước sóng Như được trình bày ở Hình 1.3, các nút trên mạng

chuyên mạch chùm quang có hai kiêu: nút biên và nút lõi Nút biên được xem như

là giao điện giữa miền điện tử và miền quang

ane a Nút lối OBS

: : | = _ ` Tin hiéu ngoai bang

¢ Xác? 5 ° ce Soa ác kết nỗi Ñ Kênh điều >

cách đó, mạng OBS đã loại bỏ được yêu cầu cần sử dụng các vùng đệm quang, một

trong những hạn chế mà công nghệ quang hiện nay chưa thê vượt qua được Tại các nút lõi bên trong mang OBS, chim quang don gidn duoc chuyén (forward) theo hướng đến nút đích như đã cấu hình Khi đến nút biên ra, các luồng IP sẽ được khôi phục lại từ chùm quang dữ liệu này

11

1.2.3 Các bài toán trong mạng chuyển mạch chùm quang

1.2.3.1 Tập hợp chùm

Tap hop chim (burst) 1a qua trình tập hợp các gói tin điện tử và đóng gói thành chùm tại nút biên ngõ vào của mạng chuyển mạch chùm quang Tất cả gói đến sẽ chuyên đến hàng đợi tùy theo dich của chúng như trình bày trong Hình L4 Một giá trị ngưỡng được sử đụng như một tham số giới hạn dé quyết định khi nào tạo ra một chùm và gởi chùm vào trong mạng

LIMO Goidigukhién ( Y \ Geidiéu khiển

Hinh 1.4 Tap hop va tach chum

Hiện nay có nhiều kỹ thuật tập hợp chùm được đưa ra trong đó hai kỹ thuật được quan tâm nhất là tập hợp chùm dựa vào ngưỡng thời gian (timer-based) (Hinh

1.5) và tập hợp chùm dựa trên ngưỡng độ dài chùm (size-based) (Hinh 1.6)

Trong phương pháp tập hợp chùm dựa trên ngưỡng thời gian, một chùm được tạo ra và gởi vào trong mạng theo chu kỳ thời gian, đúng bằng thời gian đã được định sẵn vì vậy mà không quan tâm đến kích thước chùm dài hay ngắn Do

đó, chiều dài của chùm biến đổi tuỳ theo tần suất đến của gói, trong những khoảng thời gian bằng nhau

i —— TH Kích thước của burst

không bằng nhau

| —— ~Y Khoảng cách giữa các

¡ Bộ định thời gian burst bằng nhau

Ngưỡng thời gian

Hình 1.5 Tập hợp chùm theo ngưỡng thời gian

Đối với phương pháp tập hợp chùm dựa trên giá trị ngưỡng độ dài chùm, một giới hạn dựa trên số lượng tối đa gói tin chứa trong mỗi chùm Vì vậy, những chùm

được tạo ra có kích thước cố định

12

(số gói tối đa)

Hình 1.6 Tập hợp chùm theo ngưỡng độ đài chùm (số gói tối đa)

Cần xác định độ dài chùm tối ưu để tăng hiệu quả của một mạng chuyển

Thời gian tập hợp burst

Hình 1.7 Tập hợp chùm theo ngưỡng thời gian và ngưỡng độ dài chùm

Trong trường hợp các gói chịu giới hạn về chất lượng dịch vụ QoS, như ràng buộc về độ trễ, giải pháp rõ ràng là tập hợp chùm theo ngưỡng thời gian Giá trị ngưỡng thời gian được lựa chọn dựa trên yêu cầu trễ của các gói Còn trong trường

hợp không bắt buộc về độ trễ, việc thiết lập chùm theo ngưỡng độ dài tỏ ra hợp lý

hơn vì các chùm có kích thước cố định sẽ giúp giảm bớt khả năng mất chùm do xung đột

Hiện nay đo lưu lượng trong mạng có thê thay đổi nên phương pháp tập hợp chùm tốt nhất là kết hợp vừa đựa trên ngưỡng thời gian và vừa ngưỡng độ đài chùm 1.2.3.2 Bao hiệu

Báo hiệu là kỹ thuật truyền đi gói điều khiến trên hành trình từ nguồn đến đích qua các nút trung gian để thực hiện đặt trước tài nguyên và cấu hình chuyển

mạch tại mỗi nút trên hành trình Trong mạng chuyển mạch chùm quang, khi một

13

chùm được gởi tới một nút lõi, tiến trình báo hiệu được thực hiện trước để đặt trước

tài nguyên và cấu hình cho bộ chuyển mạch quang tại mỗi nút đó sao cho phù hợp với chùm dữ liệu tương ứng Tiến trình báo hiệu trong mạng chuyên mạch chùm quang được thực hiện bởi các gói điều khiển và các gói này được truyền độc lập với

các chùm dữ liệu

Có nhiều phương thức báo hiệu khác nhau tùy thuộc vào cách thực hiện và

thời gian mà tài nguyên dọc theo đường đi được đặt trước cho chùm Chúng ta có thê phân loại các phương thức báo hiệu như sau:

- Theo hướng: Đặt trước tài nguyên một chiều, hai chiều hay kết hợp

- Theo vị trí: Đặt trước bắt đầu từ nguồn, từ đích hoặc từ nút trung gian

-_ Khi tài nguyên không sẵn sàng: Đặt trước bền vững hay không bền vững

- Theo thoi gian: Đặt trước tài nguyên tức thời hoặc sau một khoảng thời gian trễ

- Giải phóng tài nguyên: Tường minh hoặc ngầm định

-_ Theo cách tính toán: Tập trung hoặc phân tán

1.2.3.3 Định tuyến

Định tuyến để chỉ sự lựa chọn đường đi cho một kết nối để thực hiện việc gởi

dữ liệu Định tuyến chỉ ra hướng dịch chuyển của các gói (đữ liệu), từ nguồn đến đích và qua các nút trung gian; thiết bị chuyên dùng cho việc định tuyến là bộ định

tuyến (router)

Khi có yêu cầu thiết lập một kết nối, bộ định tuyến bước sóng Javelength

Roufer (WR) phải sử dụng một giải thuật được chọn từ trước để xác định một công

ra và bước sóng tương ứng Sự lựa chọn bước sóng đóng vai trò rất quan trọng đối với xác suất tắc nghẽn trên toàn mạng sau này Vì vậy một bộ định tuyến bước sóng phải tìm ra kênh quang và thực hiện gán bước sóng sao cho xác suất tắc nghẽn là tối thiểu Đây là loại bài toán quan trọng trong việc thiết kế các mạng toàn quang Bài toán định tuyến và cấp phát bước sóng RWA được chia làm hai

14

loại: định tuyến và cấp phát bước sóng RWA dành cho lưu lượng mạng cố định (static traffic); định tuyến và cấp phát bước sóng RWA dành cho lưu lượng mang thay déi (dynamic traffic)

1.2.3.4 Lép lich chim

Trong mạng chuyển mạch chùm quang một vấn đề quan trọng khác là lập

lịch cho chùm Khi một gói điều khiên đến một nút, một thuật toán lập lịch được

goira dé gán chùm chưa được lập lịch với một kênh dữ liệu trên liên kết ra Dựa

vào thông tin trong gói điều khiển, bộ lập lịch biết được thời gian đến, thời gian kết thúc của chùm (do đó biết được độ dài chùm) Bên cạnh đó, bộ lập lịch duy

trì thời gian chưa lập lịch khả dụng gần nhất Lasfest Available Unscheduled Time ( LAUT), các khoảng hở (gaps) và các khoảng trống (voiđs) trên mỗi kênh

dữ liệu ra Những thông tin này cho phép bộ lập lịch tại các nút xác định được kênh bước sóng thích hợp nhất dành cho chùm dữ liệu nhờ giải thuật lập lịch của

bộ lập lịch

Mục đích chính của các giải thuật lập lịch là sắp xếp được thật nhiều chùm

trên cùng một kênh bước sóng để tối ưu hóa băng thông sử dụng và giảm số lượng

chùm mất Nếu việc lập lịch không thể thực hiện được tại thời điểm chùm đến thì

chùm có thê được làm trễ một khoảng thời gian nhờ sử dụng đường trễ FDL đề có

thể được lập lịch sau, nếu không chùm sẽ bị mất Thêm vào đó bộ lập lịch cần sử

dụng những giải thuật đơn giản hơn là các giải thuật phức tạp bởi vì các nút định

tuyến hoạt động với tốc độ rất cao và xử lý một số lượng rất lớn chùm đữ liệu Một

giải thuật phức tạp có thể dẫn đến tình trạng mất chùm khi chùm đữ liệu đến trước khi gói tin điều khiển của chùm đó được xử lý xong

1.2.3.5 Giải quyết tranh chấp

Trong mạng chuyển mạch chùm quang, cũng như các mạng chuyển mạch

gói khác, tổn tại khả năng một chùm có thể tranh chấp với một chùm khác tại một

nút Sự tranh chấp sẽ xảy ra nếu nhiều chùm đến từ nhiều công vào khác nhau được định trước cho cùng một công ra tại cùng thời điểm Điển hình của việc giải quyết tranh chấp trong các mạng chuyển mạch gói điện tử truyền thống được quản lý

15

thông qua bộ đệm, tuy nhiên trong lĩnh vực quang, việc sử dụng bộ đệm tại các nút

đang gặp khó khăn (về mặt công nghệ) Đề giải quyết tình trạng tranh chấp và việc mắt chùm, một số phương pháp cơ bản sau có thể sử dụng: thay đổi thời gian đến của chùm đữ liệu bằng cách sử đụng các đường trễ quang FDL, thay đổi bước sóng

ra của chùm bằng cách sử dụng bộ chuyển đổi bước sóng hay thay đổi cổng ra của chùm bằng cách định tuyến lệch hướng (De/flecfion Roufing)

> Sử dụng các đường trễ quang FDL

Cách tiếp cận này là cố gắng làm trì hoãn thời gian ra của chùm cho đến khi một kênh nào đó rảnh Trong các mạng chuyền mạch gói điện tử truyền thống, thực thi bằng cách lưu trữ các gói trong các bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên RAM Tuy

nhiên, bộ đệm như RAM không thực sự hiện hữu trong lĩnh vực mạng quang Do

đó, các đường trễ FDL có thể được sử dụng để làm trễ các chùm ra trong một

khoảng thời gian xác định Phương pháp này mang lại khả năng mất chùm thấp hơn, nhưng nó không đảm bảo thứ tự các chùm một cách chính xác Chú ý rằng,

trong bất kỳ kỹ thuật sử dụng bộ đệm quang nảo, kích thước của các bộ đệm bị giới hạn rất nghiêm ngặt, không những bởi chất lượng tín hiệu mà còn bởi sự giới hạn

về không gian vật lý Đề làm trễ một chùm với thời gian 1ms chúng ta cần đến hơn 200km cáp quang

> Chuyển đổi bước sóng

Quá trình chuyên đổi bước sóng là quá trình chuyển đổi bước sóng của một kênh vào thành một bước sóng khác trên một kênh ra Các bộ chuyền đổi bước sóng

là các thiết bị mà chúng chuyển đổi một tín hiệu của bước sóng vào thành một bước

sóng ra khác Với cách này cho phép tăng khả năng sử dụng lại các bước sóng hiệu quả hơn, tức là cùng một bước sóng có thê được tái sử đụng về mặt không gian đề mang các kết nối khác nhau trên các sợi khác nhau trong mạng

Trong mạng chuyển mạch chùm quang sử đụng phương pháp chuyên đổi

bước sóng, tranh chấp sẽ được giảm nhờ việc tạo ra nhiều bước sóng trên một kết nỗi Một chùm bị xung đột có thể được chuyền mạch đến bất kỳ bước sóng rỗi nào

tại đầu ra Bên cạnh đó, trong khi quá trình chuyên đổi bước sóng quang đã được

16

chứng minh trong môi trường thí nghiệm, thì kỹ thuật này chưa hắn đã hoàn thiện,

và miễn chuyển đổi hiện hữu bị giới hạn

> Định tuyến lệch hướng

Định tuyến lệch hướng là một phương pháp giải quyết tắc nghẽn bằng cách định tuyến một chùm tranh chấp đến một cổng ra khác so với cổng ra theo

dự kiến ban đầu

Trong định tuyến lệch hướng, một chùm được lệch hướng sẽ làm đường

truyền tới đích dài hơn, dẫn tới làm tăng độ trễ và giảm chất lượng tín hiệu Hơn nữa, nó có thể dẫn đến chùm có khả năng lặp vô hạn trong mạng và nó sẽ

dẫn tới tắc nghẽn Vì vậy cần có các cơ chế để thực hiện ngăn chặn độ dài

đường đi qua mite [5]

Một vấn đề khác khi các chùm lệch hướng là duy trì cdc théi gian offset thich

hợp giữa gói điều khiển và dữ liệu của chùm lệch hướng Khi chùm được lệch

hướng phải đi ngang qua một đường di dai hon la chùm không được lệch hướng, có

thé tại một thời điểm nào đó, offset_time lac dau sé khong đủ đề gói điều khiển xử

lý và cầu hình trước khi chùm dữ liệu đến Để loại trừ các vấn đề liên quan tới sự thiếu hụt offset_time, mot số chính sách khác nhau có thể được thực hiện Một cách

tiếp cận đơn giản là loại bỏ chùm nếu øØše? fime là không đủ Các cách tiếp cận dùng bộ đếm và bộ đo thời gian cũng có thể phát hiện và giới hạn số độ dài (số hop)

mà một chùm đi qua Các cách tiếp cận bộ đệm sử dụng các đường trễ fiber (FDL) cũng có thể được áp dụng: tuy nhiên các cách tiếp cận như vậy làm tăng độ phức tạp của lớp quang

> Phân đoạn chùm

Tại nút lõi OBS, khi có sự tranh chấp giữa hai chim ma khong thé duoc giải quyết với các phương pháp như sử đụng FDL, chuyển đổi bước sóng hay định tuyến lệch hướng thì một trong hai chim sẽ bị đánh rơi, ngay cả khi sự chồng chéo (gây ra tranh chấp) là nhỏ nhất Vì vậy, để hạn chế sự mất mát các gói tin trong chùm, một giải pháp đã được đề xuất trong được gọi là phân đoạn chùm (burst

17

segmenfafion) chỉ những đoạn bị chồng chéo của chùm bị đánh rơi thay vì đánh rơi

cả chùm Với phương pháp này rõ ràng xác xuất mất gói tin sẽ được giảm đáng kẻ

> Truyền lại chùm

Ý tưởng cơ bản của truyền lại chùm là cho phép các chùm tranh chấp được truyền lại trong lớp OBS thay vì có các giao thức lớp trên, như TCP, khôi phục dữ

liệu bị mất Trong sơ đỗ này, BCP được gửi ra trước khi truyền dữ liệu để bảo lưu

tài nguyên Sau một thời gian bù (offset time), chùm được truyền đi Nút xâm nhập lưu trữ một bản sao của chùm được truyền để có thê truyền lại Khi BHP di chuyển

qua các nút lõi, nếu việc đặt kênh không thành công tại nút lõi do sự tranh chấp

chùm, nút lõi sẽ gửi ARQ trên mặt phẳng điều khiển đến nút xâm nhập để báo cáo

lỗi đặt trước Khi nhận được ARQ, nút xâm nhập sẽ truyền lại một bản sao của

chùm được yêu cầu trước BHP tương ứng

Chương 2 và Chương 3 của Luận văn sẽ phân tích rõ hơn các giải pháp kết

hợp như định tuyến lệch hướng với truyền lại, truyền lại với phân đoạn chùm

1.3 TIEU KET CHUONG 1

Nội dung Chương I đã trình bày các công nghệ chuyển mạch quang, một số khái niệm cơ bản về mạng chuyển mạch chùm quang và các giải pháp điều khiển tắc nghẽn của nó Trong Chương 2 sẽ phân tích sự kết hợp giải pháp điều khiển tắc nghẽn dựa vào định tuyến lệch hướng và truyền lại để từ đó đưa ra phân tích, đánh giá hiệu năng trong mạng chuyên mạch chùm quang

18

Chương 2 GIẢI PHÁP KÉT HỢP ĐỊNH TUYẾN LỆCH HƯỚNG VÀ

TRUYEN LAI TRONG MANG OBS

2.1 DAT VAN DE

Chuyển mạch quang là một công nghệ chuyển mạch quang thích hợp cho internet đang được xem xét các yêu cầu về băng thông, công nghệ Tuy nhiên, mất chùm vẫn còn là vấn đề quan trọng trong mạng OBS Nhiều mô hình giải quyết tranh chấp đã được nêu ra để giải quyết vấn để này Định tuyến lệch hướng được coi là một phương pháp hấp dẫn đê giải quyết tranh chấp trong mạng OBS

Do sự bùng nỗ tự nhiên của mạng dữ liệu, tắc nghẽn chùm có thể xuất

hiện khi hai hoặc nhiều hơn gói điều khiển cố gắng dành trước một kênh bước

sóng tại cùng một thời điểm, từ đó có thể gây ra mất chùm Vì vậy, vấn đề giải quyết tắc nghẽn chùm là rất quan trọng trong việc giảm bớt xác suất mất chùm trong mạng OBS

Sự kết hợp giữa định tuyến lệch hướng và truyễền lại chùm hay mô hình sơ

đồ lai được xem như van dé hấp dẫn để cải tiến hiệu suất thực hiện của mạng OBS

trong giới hạn làm giảm cả độ trễ đầu — cuối và giảm tỉ lệ mất chùm trong giải quyết vấn đề tranh chấp khi tải lưu lượng thấp và trung bình Nhiều nghiên cứu về

sự kết hợp 2 giải pháp này đã được để xuất qua một số giải pháp cụ thể như HDR [7] LHDR [3], AHDR [8] và CPDR [5] Theo đó, thuật toán LHDR (giới hạn số hop để hạn chế sự lệch hướng trong HDR) giảm được số trường hợp mà định

tuyến lệch hướng buộc phải truyền lại, một chùm chỉ được phép lệch hướng một

lần Thời gian offset phải được đặt theo số lượng hop tối đa có thê đề một chùm không thể vượt qua gói điều khiển của nó trong quá trình truyền lại chùm AHDR đánh giá quyết định lựa chọn giữa lệch hướng và truyền lại Khi không xuất hiện

tắc nghẽn, đường đi ban đầu được sử dụng Tuy nhiên, khi xuất hiện tắc nghẽn,

AHDR sẽ lựa chọn phương pháp giải quyết tốt nhất giữa định tuyến lệch hướng và truyền lại LHDR sử dụng các gói tin ACK và NACK là chức năng báo tin về tình trạng mạng AHDR sử dụng và khai thác các gói tin ACK và NACK để liên tục

cập nhật về trạng thái các kết nối, sử dụng BLR và hiệu suất mạng được đo trên

19

mỗi kết nối để tính xác suất thành công Khi lưu lượng phân bố không đều trong mạng, giải thuật AHDR thực hiện tốt hơn các phương pháp tĩnh (HDR và LHDR),

bởi vì nó lựa chọn kết nối có tải thấp và thực hiện quyết định động trong hai

phương pháp lệch hướng và truyền lại

Các thuật toán HDR, LHDR, AHDR đã sử dụng phương pháp truyền lại để

giảm mất chùm Tuy nhiên, truyền lại không được kiểm soát cũng dẫn đến giảm

hiệu suất ở điều kiện tải cao hơn do sự chậm trễ truyền lại lớn hơn và tăng số lượng

truyền lại Cần hạn chế số lượng các sự kiện tranh chấp gây ra bởi quá tải lưu lượng tạo ra do quá trinh truyén lại Khi lưu lượng luồng đến tăng cao, việc xem xét giới

hạn số lần truyền lại, số lần lệch hướng dựa trên sự kết hợp các giá trị xác suất

truyền lại và xác suất lệch hướng (CPDR) cho kết quả tốt hơn và mô hình sơ đỗ lai

kết hợp giới hạn số lần truyền lại và độ lệch kết hợp giữa độ lệch xác suất và truyền lại (CPDR) có thể đạt được mắt chùm là thấp nhất và khắc phục được các bất lợi

của mô hình sơ đồ lai Mô hình này có thê giảm 25% đến 60% xác suất mất chùm

so với các mô hình tương tự khác

Mục tiêu của Chương 2 trong Luận văn là phân tích và đánh giá mô hình kết hợp giữa giải pháp truyền lại và lệch hướng dựa trên các giá trị xác suất tắc nghẽn bên trong mạng OBS (CPDR) với mô hình điểm cố định Erlang

2.2 THUẬT TOÁN LAI KÉT HỢP ĐỊNH TUYẾN LẸCH HƯỚNG VA TRUYEN LAI VOI CO CHE KIEM SOAT CO DIEU KIEN

Trong phần này sẽ trình bày mô hình phân tích trong mạng OBS theo tong xác suất mất chùm đối với lược đỗ lai đã được trình bày trong [1] Mô hình ở đây cũng chính là sự mở rộng của các nghiên cứu trước đây đối với mô hình định tuyến lệch hướng trong [1] và mô hình đánh giá hiệu năng truyền lại chùm trong [6]

Tương tự như một số giải pháp lai kết hợp định tuyến lệch hướng và truyền lại, ý tưởng chính của giải thuật ở Hình 2.1 đó là chùm tắc nghẽn sẽ được

lệch hướng hoặc truyền lại dựa trên một hàm ngưỡng thích nghi và nếu lệch hướng được lựa chọn, lộ trình lệch hướng sẽ được chọn dựa trên điều kiện tải

20

của mạng Ngoài ra, để hạn chế số lượng các sự kiện tranh chấp gây ra bởi quá

tải lưu lượng tạo ra do quá trình truyền lại, chương trình truyền lại được kiểm

soát (CRT) được nêu ra trong [1] Trong chương trình này, hai thông số xác suất

lệch hướng và xác suất truyền lại được sử dụng dé cung cấp sự truyền lại được

kiêm soát

Sơ đỗ thuật toán được trình bày trong Hình 2.1, có thể được giải thích

như sau: Các hàm được xử lý bởi nút nguồn, nút đích và nút lõi trung gian trong quá trình truyền chùm được đánh đấu và được hiển thị trong sơ đồ Nút nguồn lap lich dé chùm truyền gói tin điều khiển (BHP) đến nút tiếp theo sao cho đường đi là ngắn nhất (SP) để đành trước tài nguyên Nếu tại bất kỳ nút trung gian nảo tìm thấy chùm tranh chấp với chùm đã được lập lịch trước đó, thì nó sẽ

được xử lý theo giao thức CPDR [I] Theo đó, giao thức sẽ thực hiện so sánh

hàm chi phí độ trễ của đường truyền lệch hướng từ nút hiện tại (nút xảy ra tranh chấp) đến nút đích với tổng các hàm chi phí độ trễ của đường đã đi qua (từ nút nguồn đến nút tranh chấp) và đường đi ngắn nhất từ nút nguồn đến nút đích

(đường đi ban đầu) Điều này được thực hiện dé tính độ trễ truyền lại cũng như

việc sử dụng hợp lý các tài nguyên mạng

Hàm chi phí độ trễ của một đường truyền với h số hop giữa các nút mm và

có thể được thể hiện như sau:

h h-1 Dimn)=) G+) pm (2.1)

i=1 i=1 Trong đó: C;—chi phi độ tré duong truyén (Propagation delay) của liên két thir i;

p; — chi phi độ tré xr ly (Processing delay) mit trung gian thứ ¿

21

Thời gian offset

có đủ không? Nút trung gian

Hình 2.1 Sơ đồ của thuật toán CPDR

Nếu chi phí độ trễ đường truyền của tuyến đường lệch hướng nhỏ hơn thì

giao thức tại nút lõi sẽ chọn phương án làm lệch hướng chùm Ngược lại, chùm sẽ

bị đánh rơi và một gói NACK sẽ được gởi trở lại nút nguồn để có thể truyền lại chùm Tức là, chùm tranh chấp được lệch hướng nếu:

22

Da(c,d) < D,(s,c) + D,(s,d) (2.2) Trong do:

s - Là nút nguồn;

c - Là nút trung gian mà tại đó chùm xảy ra tranh chấp;

đ - Là nút đích;

D, - Ham chi phí độ trễ của lộ trình đi ban đầu (chính);

Dạ - Ham chi phi độ trễ của lộ trình lệch hướng

Nếu định tuyến lệch hướng được lựa chọn, chùm sẽ được lệch hướng với xác suất Pạ Định tuyến lệch hướng hoạt động phụ thuộc vào xác suất tắc nghẽn như một cách đề hạn chế độ lệch hướng ở tải lưu lượng cao nhằm ngăn chặn sự mat 6n định của mạng Gia tri thoi gian offset sé được kiểm tra trước khi lập lịch chùm trên

lộ trình lệch hướng nhằm ngăn chặn khả năng chùm đến sớm hơn so với gói điều

khiển BHP của nó (do lộ trình lệch hướng thường dài hơn so với lộ trình ban đầu)

Nếu thời gian offset không đủ (để có thể đặt trước tài nguyên cho chùm trên lộ trình

lệch hướng), chùm cũng sẽ bị đánh rơi và được truyền lại với xác suất truyền lại là

P„„ Điều này tuân theo điều kiện đó là số lần truyền lại, R„ phải nhỏ hơn số lần truyền lại tối đa được phép, là ret

Khi tải tăng cao thì hiệu năng của truyền lại thuần cũng như lệch hướng thuần là thấp hơn so với trường hợp nút lõi OBS không có bất kỳ giải pháp xử lý tranh chấp nào Điều này xảy ra bởi vì lệch hướng cũng như truyền lại có thể dẫn đến lưu lượng tăng lên và làm cho tình trạng tắc nghẽn trầm trọng thêm khi mạng

đã ở trạng thái tắc nghẽn Xác suất lệch hướng và truyền lại vì vậy được xác định dựa vào mức độ tắc nghẽn trong mạng Gia tri xác suất mắt chùm BLP (Burst Loss

Probability) được xem như là một chỉ số đánh giá về tình trạng tắc nghẽn Các nút

lõi sẽ tính BLP của các liên kết ra của nó dựa trên các gói ACK đã nhận

được Thông tin này có thể được chuyên tiếp đến nút trước dọc theo tuyến đường một lần nữa bằng cách sử dụng các gói tin ACK Các nút cũng sẽ nhận được thông tin này từ các nút lân cận Giả thiết rằng điều này có sẵn trong các giao thức báo

23

hiệu Báo hiệu thực hiện vận hành và duy trì các chức năng khác và kết hợp thông

tin này trong những gói đữ liệu không có sự cố Tuy nhiên, bản cập nhật sẽ được

thực hiện định kỳ và hiệu suất phu thuộc vào sự lựa chọn của bản cập nhật phù

hợp Mỗi nút sẽ có bảng thông tin định tuyến được cập nhật với giá trị xác suất rơi

chùm trên lộ trình và các giá trị này được sử dụng để tính toán các xác suất lệch

hướng và xác suất truyền lại Các giá trị xác suất lệch hướng và xác suất truyền lại

có liên quan đến các thông số mạng được biêu diễn bằng các biểu thức chỉ ra trong các phương trình (2.3) và (2.4), một cách tương ứng:

Các nút lõi, mà tại đó xảy ra tranh chấp, sẽ sử dụng giá trị BLP liên quan

đến lộ trình lệch hướng để tính giá trị P„ Tải chuẩn hóa tại nút lõi được tinh dua

trên lưu lượng ra bằng cách sử dụng các thông tin cục bộ sẵn có Tương tự như vậy, nút biên vào hay nút nguồn tính giá trị P„, dựa trên tải của nó và giá trị BLP

của lộ trình chính Các trọng số được tính toán bằng cách sử dụng thủ tục sau Với các giá trị tập huấn luyện cho P„, BLP va tải thu được bằng cách sử dụng thuật

toán 2.1 như trong Hình 2.2

24

Tính xác suất mất chùm bằng cách sử dụng mô hình cho PDR

(với P„ hiện thời)

(it) If Piss ~~ Pia) <a then

Hình 2.2 Thuật toán sử dụng để có được các giá trị tập huấn luyện

Nếu giá trị Pạ và P„, được thiết lập đạt đến giá trị tôi đa có thế có của nó

(bằng I), mạng sẽ phải chịu các vấn để tắc nghẽn nghiêm trọng và mất tinh én

định ở mức tải cao hơn Mặt khác, nếu các giá trị đó có giá trị rất nhỏ, sự mất

chủm cũng sẽ tăng lên Vì vậy, để có thê giữ các giá trị P„ và P„, ở giá trị tối

thiểu, mà không làm giảm hiệu suất của mạng, các giá trị này phải được xác định bởi thuật toán cho trước, như ở Hình 2.2 Thuật toán 2.1 ở Hình 2.2 tính giá trị P„

cho mỗi tải bằng cách giảm dần nó từ 1 đơn vị trong các bước nhỏ hơn Trong mỗi

bước, giá trị xác suất mất chùm sẽ được tính và nếu gia tri tang vượt qua a, gia tri

xác suất này sẽ không bị tiếp tục giảm (dừng) Do đó, P„ thu được theo cách này

sẽ là giá trị tối ưu so với hiệu suất tôn thất và tắc nghẽn Những giá trị này sẽ được tính trong phương trình (2.3) để thu được các giá trị trọng số Do đó, các trọng số này tương ứng với hàm P„ tối ưu Bất kỳ cặp giá trị trọng số nào khác sẽ

25