phân loại và ứng dụng bài toán rwa trong phân bổ và quản lý lightpath

Để tận dụng được những ưu điểm trên đặc biệt là độ rộng băng tầncủa sợi quang, việc phân luồng định tuyến và chọn lựa gán bước sóng hợp lý cho tín hiệu đến - đi trên các tuyến sợi quang

MỤC LỤC :

……… 2

I- Tôpô ảo ……… 4

1- Tôpô vật lí và tôpô ảo ……… 5

2- Các phương pháp chuyển mạch gói ……….7

2.1- Tôpô logic trong mạng chuyển mạch gói điện ……….7

2.2- Mạng định tuyến đổi dạng (deflection routing) ……… …8

2.3- Thiết kế khoá gói quang ……… …8

II- Chuyển đổi bước sóng ……….9

1- Cơ bản về sự chuyển đổi bước sóng ……….10

1.1- Các bộ chuyển đổi bươc sóng ……… …10

1.2- Chuyển mạch ……….11

2- Các vấn đề thiết kế , điều khiển mạng và quản lí ……….……13

2.1- Thiết kế mạng ……… …13

2.2- Điều khiển mạng……… 14

2.3- Quản lí mạng……… 15

III - Phân loại và ứng dụng bài toán RWA trong phân bổ và quản lý lightpath ……… 16

1- Bài toán thiết lập lightpath tĩnh ……… 17

2- Định tuyến và gán bước sóng với bộ chuyển đổi bước sóng ……… 17

3- Bài toán thiết lập lightpath động ……….…18

4- Phương pháp giải bài toán RWA ……….20

5- Một số thuật toán gán bước sóng động ……… 20

5.1- First Fit ……….20

5.2- Longest Path ……….21

5.3- Least Used ………21

5.4- Most Used ……… 23

5.5- Min Product ……… 24

5.5- Relative Capacity Loss ……….24

6- Giới thiệu về ILP và Load Balancing ……… 27

6.1- Giới thiệu về ILP ……….27

6.2- Giới thiệu về Adaptive Routing và Load Balancing ………… 28

1- Giới thiệu ……… …28

2- Định tuyến thích ứng và cân bằng tải ……….…… 29

Kết luận ……….……… 30

MỞ ĐẦU

Trong thập kỷ qua, việc gia tăng nhanh chóng của các ứng dụng trênInternet, đa phương tiện, truyền hình, xử lý ảnh đã đòi hỏi băng thông ngàycàng cao lên tới cỡ gigabyte với khoảng cách xa, mật độ cao, độ rủi ro thấp.Các hệ thống thông tin cáp sợi quang với thuận lợi về băng thông (tần số sóngmang cỡ 200THz), trọng lượng và kích thước nhỏ; tín hiệu về điện cách biệt

về điện, không có giao thoa còng nh suy hao đường truyền thấp Những ưuđiểm đó đã được phát triển cho các ứng dụng rộng rãi trong mạng truyền dẫnhiện nay Để tận dụng được những ưu điểm trên (đặc biệt là độ rộng băng tầncủa sợi quang), việc phân luồng (định tuyến) và chọn lựa (gán) bước sóng hợp

lý cho tín hiệu đến - đi trên các tuyến sợi quang là công việc rất có ý nghĩanhằm phát huy năng lực tiềm tàng của sợi trong việc tăng dung lượng đườngtruyền

Trên thế giới mạng WDM đã được thương mại hoá từ năm 1996 Xu thếphát triển mạng hiện nay trên thế giới và ở Việt nam là xây dựng mạng truyềntải toàn quang cho mạng NGN (Next Generation Network- Mạng thế hệ sau)dựa trên công nghệ WDM Những nỗ lực phi thường về công nghệ truyền dẫnquang trong đó tập trung vào việc nghiên cứu các vấn đề công nghệ mạngWDM trên thế giới hiện nay đang dần đáp ứng được nhu cầu phát triển mạngtất yếu của mạng Có nhiều vấn đề cần phải giải quyết trong mạng WDMnhằm ngày càng hoàn thiện đặc tính mạng Trong các vấn đề đó, định tuyến

và gán bước sóng trong mạng WDM được coi là một trong những kỹ thuậthấp dẫn nhất và rất có ý nghĩa Một mặt, kỹ thuật này cho phép xây dựngđược mạng truyền dẫn quang linh hoạt và bảo đảm thông suốt các lưu lượng

tín hiện lớn Mặt khác nó cho phép tận dụng băng tần sợi quang trong khi vẫnđơn giản hoá được rất nhiều cấu trúc mạng Điều đó có tác động lớn tới việcxây dưụng, khai thác và bảo dưỡng mạng rất có hiệu quả sau này.

Nh vậy, với một cấu trúc vật lý đơn giản bằng các phương pháp định tuyến

và gán bước sóng trong cấu trúc mạng WDM sẽ cho ta truyền được lưu lượngcao và mang lại hiệu quả sử dụng băng tần cũng nh chất lượng dịch vụ

Với ý nghĩa đó công việc nghiên cứu tìm hiểu và đánh giá các thuật toánđịnh tuyến và gán bước sóng trong mạng WDM được tiến hành là rất cầnthiết, đặc biệt là khi xu thế mạng NGN yêu cầu việc cấp phát tài nguyênquang

Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo bước sóng trong các mạng quang đã đượcphát triển nhanh, nó đã đáp ứng các yêu cầu về băng tần của người sử dụngmạng Trong mạng định tuyến theo bước sóng, người sử dụng này thông tin với

người khác qua các kênh quang, các kênh này được xem như các lightpath Trong trường hợp không sử dụng bộ chuyển đổi bước sóng, một lightpath

chiếm cùng bước sóng trên tất cả các tuyến sợi mà nó đi qua Yêu cầu này gọi

là điều kiện ràng buộc về bước sóng liên tục Chúng ta giả sử rằng mỗi chuyểnmạch quang được nối tới một nút truy nhập nh là một nút Khi đưa ra một tập

kết nối (ma trận lưu lượng lightpath ), bài toán thiết lập các lightpath yêu cầu

xác định tuyến và bước sóng cho mỗi kết nối được gọi là bài toán định tuyến vàgán bước sóng (RWA- routing and wavelength Assignment) Bài toán RWA

có nhiều ứng dụng khác nhau trong các giai đoạn xây dựng, khai thác và quản

lý mạng quang Và trong mỗi một ứng dụng cụ thể bài toán có các đặc trưng vàràng buộc riêng

Do giới hạn của công nghệ hiện nay, nên qui hoạch mạng WDM cần tính đếncác ràng buộc về tham số vật lý, nh: bộ chuyển đổi bước sóng khó thực hiện, độdài trong suốt mạng bị giới hạn (suy hao, tán sắc, nhiễu ) Nói chung, đứng

trên góc độ của nhà qui hoạch mạng, thì ràng buộc quan trọng nhất đó giới hạnkhả năng chuyển đổi bước sóng của thiết bị hiện nay Còn các ràng buộc vềgiới hạn vật lý khác (như số bộ khuyếch đại, khoảch cách lớn cho phép ) củathiết bị thường do tiêu chuẩn, đặc tính của hệ thống qui định theo các mã ứngdụng; do vậy khi sử dụng các thiết bị phù hợp với phạm vi ứng dụng thì để đơngiản trong quá trình định cỡ mạng có thể bỏ qua các ràng buộc loại này.

I-TÔPÔ ẢO :

Tôpô ảo , là chuyển mạch gói , bao gồm tập các lightpaths toàn quang (all-optical lightpaths ) được đưa ra để khai thác mối liên quan mặt mạnh của cả quang lẫn điện , nghĩa là các gói có thể truyền xa tới mức có thể (as far as possible ) trên cùng một bước sóng trong miền quang (khi không có chuyển đổi bước sóng trên lighpath)

Bình thường , tôpô của mạng định tuyến bước sóng có thể là mạng lưới(mesh) bất kì Nó bao gồm các nodes nối chéo bước sóng nối liền với nhaubởi các links sợi quang Mạng cung cấp các lightpaths giữa các cặp nodesmạng Lightpath đơn giản là ống dẫn (pipe) băng thông cao , mang dữ liệu

có thể lên tới hàng gigabít trên giây Nó được thấy rõ qua việc cấp phátbước sóng trên path giữa 2 nodes Rõ ràng , ta không thể phân phối cùng 1bước sóng cho 2 lightpath có cùng chung 1 link vật lí

Mỗi link chỉ có thể hỗ trợ 1 số bước sóng nhất định do những ràng buộc vềcông nghệ và giá thành thiết bị Số bước sóng điển hình hiện nay là khoảng

4 tới 32 nhưng có thể tăng nhanh theo thời gian do công nghệ ngày càngđược cải thiện

Vấn đề thiết kế tôpô ảo tối ưu có thể được chia thành 4 bài toán nhỏ :

1 Xác định tôpô ảo tốt nghĩa là máy phát của nút nên được kết nối vớitrực tiếp với máy thu của nút

2 Định tuyến các lightpath qua tôpô vật lí

3 Phân bổ bước sóng tối ưu cho các lightpath khác nhau

4 Định tuyến các gói lưu lượng trên tôpô ảo

Líp quang cung cấp các lightpath cho các lớp mạng cao hơn Để cung cấpthêm các khả năng cho líp quang , một vài đặc tính có giá trị được đưa radưới đây :

 Trong suốt : Trong suốt đề cập tới sự thật là lightpath có thể mang dữliệu tại các tốc độ khác nhau , các giao thức khác nhau , …, có thể hỗ

trợ các lớp quang khác nhau một cách đồng thời (1 vài lightpath có thểmang dữ liệu SONET trong khi các lightpath khác có thể mang cáccells ATM trực tiếp với các tốc độ khác nhau)

 Sử dụng lại bước sóng : Mặc dù số bước sóng khả dụng là hạn chế ,mạng vẫn có thể cung cấp các dung lượng lớn bởi sự sử dụng lại bướcsóng trong mạng Bởi vậy số lightpath mà mạng hỗ trợ lớn hơn số bướcsóng khả dụng

 Sù tin cậy : Mạng được cấu hình sao cho khi có lỗi xảy ra , cáclightpath có thể được tái định tuyến qua các paths thay thế một cách tựđộng Điều này đưa đến mức độ tin cậy cao trong mạng

 Tôpô ảo : Tôpô ảo bao là graph bao gồm các nodes mạng với cạnh giữa

2 nodes nếu có lightpath giữa chúng

 Chuyển mạch kênh : Các lightpaths cung cấp bởi lớp quang có thể đượccài đặt và tháo gỡ theo yêu cầu Chúng gần giống nh trong mạngchuyển mạch kênh trừ tốc độ cài đặt và gỡ bỏ thấp hơn nhiều tốc độtrong mạng thoại với các kênh thoại

1 - TÔPÔ VẬT LÍ VÀ TÔPÔ ẢO

Hình 1 : Ví dụ mạng truyền dẫn quang định tuyến bước sóng Kết cấu của mạng truyền dẫn quang định tuyến bước sóng bao gồm mộttập hợp điểm nút và một nhóm tập hợp đường kết nối quang điểm nối điểm

nh hình 1 Kết cấu điểm nút chia làm 2 phần : phần bộ kiện quang là do mộtcặp bộ ghép/tách kênh bước sóng , ma trận khoá quang tạo thành khoá địnhtuyến bước sóng WRS , nó có thể chọn một số kênh quang nào đó thông quađiểm nút này , một số kênh khác ở ghép đường hoặc tách đường tại chỗ ;Đối với mạng quang truyền số liệu gói , bộ kiện điện là thiết bị định tuyếngói , nó thông qua một số lượng máy thu/phát kết nối vào bộ kiện quang củađiểm nút Do điểm nút không có chức năng biến đổi bước sóng , cho nêncần phân phối cho mỗi kênh quang cùng một bước sóng nh nhau

Tôpô vật lí của mạng ghép kênh bước sóng là kết cấu do điểm nút địnhtuyến và đường kết nối ghép kênh tạo yhành mạng kết nối vật lí nh đườngliền nét trong hình 1 Kết cấu cụ thể mạng điểm nút nh hình 2 Dùng kháiniệm kênh quang , có thể xây dựng tôpô ảo của mạng , thực hiện một vùngđệm giữa tôpô vật lí với yêu cầu thông tin dịch vụ của điểm nút Đường

§iÓm nót b íc sãng chän

® êng WRS

A

C B

D

Sîi quang Kªnh quang

chấm chấm trong hình một biểu thị kết cấu tôpô ảo của mạng Sự khác nhaugiữa tôppô vật lí và tôpô ảo là :

1 Tôpô vật lí hướng về kết nối vật lí của điểm nút , tôpô ảo hướng vềkết nối logic của điểm nút

2 Trên mô hình lớp mạng truyền dẫn , tôpô vật lí nằm ở môi chấttruyền dẫn , tôpô ảo nằm ở lớp kênh

3. Điểm nút định tuyến trong tôpô vật lí được xem như là mô hình bộkiện quang trong điểm nút mạng chuyển mạch bước sóng Cạnh làsợi quangđường kết nối , điểm nút nối vào tôpô ảo xem như sự trừutượngcủa bộ kiện điện trong điểm nút mạng chuyển mạch bước sóng ,cạnh là kênh quang

4. Trong tôpô vật lí , mức độ vật lí của điểm nút do số lượng điểm nút

có đường kết nối với điểm nút này và số lượng đầu dây của khoá địnhtuyến quyết định Trong tôpô ảo , độ ra lôgic và độ vào lôgic củađiểm nút do số lượng máy phát xạ quang/ số máy thu và số lượng đầudây của khoá điện quyết định

5 Kết cấu tôpô ảo có thể khác tôpô vật lí của mạng , nhưng thực hiệnmột tôpô ảo phải đem nó lồng vào trong tôpô vật lí

6. Thiết kế tôpô vật lí là chọn phương án thích hợp nhất về chi phí xâydựng , hiệu qủa và lợi Ých tổng thể với tiền đề đảm bảo tính năngtruyền dẫn của mạng , trên cơ sở các vị trí điểm nút và những bộ kiện

có thể dùng được Thiết kế tôpô là trên cơ sở các vị trí điểm nút , xâydựng phương án kết cấu sao cho tính năng truyền tin tức của tôpô làtốt nhất

Tư tưởng chia kết cấu của mạng ghép kênh bước sóng ra thành tôpô vật lí

và tôpô đã làm đơn giản quá trình thiết kế mạng , làm cho nhà thiết kế có thểthiết kế ra hình thức kết cấu mạng tốt nhất trong các điều kiện khác nhau và

hướng về mục tiêu khác nhau Vấn đề thiết kế tôpô ảo của mạng gói thểhiện đặc biệt tính linh hoạt của kết cấu mạng ghép kênh bước sóng Trongmạng ghép kênh bước sóng dùng để truyền dịch vụ gói , thông tin gói giữacác điểm nút có thể đi qua mét hay nhiều kênh quang , gọi là định tuyến góitin tức trên tôpô ảo Thiết kế kết cấu tôpô ảo , định tuyến và phân phối bướcsóng trên tôpô vật lí và quá trình định tuyến gói đều gọi chung là thiết kế tối

ưu tôpô ảo của mạng Xác định kết cấu tôpô ảo tốt nhất của mạng vàphương án định tuyến , có thể triệt để lợi dụng số lượng có hạn các máy thuphát quang và tài nguyên bước sóng khả dụng , giảm tối đa các thao tác lưugiữ và chuyển phát trên miền điện của điểm nút , làm cho chỉ tiêu tính năngcủa mạng được tối ưu

Tóm lại , tôpô ảo có thể khắc phục được mâu thuẫn tồn tại trên mục tiêu

và hiệu quả giữa nhu cầu dịch vụ và thiết kế mạng vật lí , có khả năng thíchnghi lớn với sự biến đổi nhu cầu dịch vụ , hơn nữa còn có thể tiết kiệm tàinguyên mạng

Hình 2 :Kết cấu điểm nút định tuyến bước sóng

2 - CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN MẠCH GÓI

Phần này đề cập qua về các phương pháp chuyển mạch gói trong thiết kếmạng quang Các thiết kế này có thể phân thành 2 phương pháp khác biệt :(1) truyền dẫn quang qua các lightpaths với khoá gói điện tại cuối cáclightpaths và (2) chuyển mạch gói quang tại các điểm nodes trung gian Hiện nay phương pháp trước thích hợp hơn bởi sự khó khăn trong việc xâydựng các khoá chuyển mạch gói quang phụ thuộc vào thiếu hụt bộ nhớquang

2.1 – TÔPÔ LÔGIC TRONG MẠNG CHUYỂN MẠCH GÓI ĐIỆN

Tập các lightpaths được sử dụng nh là tôpô ảo qua đó mạng chuyển mạchgói có thể được gắn vào Bài toán thiết lập tôpô ảo tối ưu trong mạngchuyển mạch dựa trên WDM , tôpô vật lí cho trước , dựa trên cường độ lưu

lượng qua các nodes Mục tiêu là cực đại thông lượng qua mạng đối với cáccận trễ gói bình quân Tôpô lôgic bị ràng buộc bởi số bước sóng hỗ trợ trênmỗi sợi quang và độ thu của node Công việc này thu được từ cận dưới củaluồng lưu lượng tên mỗi link dựa trên tổng lưu lượng , khoảng cách bướcnhảy bình quân trong tôpô ảo , và số links trong tôpô Các công thức quihoạch tuyến tính nguyên hỗn hợp được đưa ra để cực tiểu nghẽn cực đại trênlink Công thứ biên trễ được được đưa ra là biên đồng đều trên trễ bình quângiữa cặp nguồn đích nghĩa là trễ bình quân giữa cặp nguồn đích bị hạn chếtới các giá trị không đổi trong trường hợp xấu nhất của trễ truyền giữa cặpnguồn đích trong mạng Tuy nhiên , công thức này tính toán rất đắt(expensive) đối với mạng có số lượng lớn các nodes Do đó , kĩ thuậtheuristic là cần thiết để đạt cực đại lưu lượng đơn bước nhảy Công việc này

đề xuất việc có tôpô vật lí gắn với tôpô ảo để có thể định tuyến lưu lượngvới biên trễ chặt chẽ nhất (tightest) qua các links trên kênh vật lí (MILP)

Nó đưa ra các ví dụ trong đó các tôpô được lựa chọn ngẫu nhiên thực hiệntốt hơn các heuristics làm tối đa lưu lượng đơn bước nhảy

2.2 – MẠNG ĐỊNH TUYẾN ĐỔI DẠNG (DEFLECTION ROUTING)

Deflection routing được nghiên cứu trong mạng quang bởi nó có thể đượcthực hiện với bộ đệm gói cần thiết vừa phải Tuy nhiên , khó khăn trongdeflection routing phụ thuộc vào khe thời gian toàn cục Các phương phápthực hiện slotted and unslotted deflection routing trong mạng quang đượcđưa ra thảo luận Các mạng improperly designed unslotted deflectionrouting có thể chịu đựng nghẽn nghiêm trọng Để ổn định mạng và khửnghẽn , nó cung cấp kĩ thuật truy nhập để điều khiển tải link và khử các góimất hiệu lực Nó cũng cho thấy khả năng hỗ trợ hơn nữa hiệu suất thực thicác vòng trễ (recirculating delay loop) có thể cung cấp các bộ đệm gói tạm

So sánh mạng k-buffered slotted và unslotted thừa nhận mạng unslotted cóthể cung cấp thông lượng cao hơn

2.3 – THIẾT KẾ KHOÁ GÓI QUANG

Khoá gãi quang dựa trên WDM có thể dịch các gói quang tới bước sóngrỗi trên các outbound links đích được đề xuất Chuyển đổi bước sóng có thểlàm giảm xác suất rớt gói phụ thuộc vào các tranh chấp bước sóng Tuynhiên , không phải tất cả các gói cần chuyển đổi và công việc cực tiểu số góicần chuyển đổi được đề xuất Nó xuất phát từ cực đại số chuyển đổi cầntrong khoá gói đối với kích cỡ khoá cho trước và số bước sóng cho trước ,

và phát triển thuật toán định khoá để tối thiểu só chuyển đổi bước sóng ,trong khi vẫn duy trì được số gói mất mát tối thiểu Các kết phỏng cho thấyxác suất rớt gói giảm đáng kể với chuyển đổi bước sóng và xác suất thực thitốt có thể đạt được với số bộ chuyển đổi vừa phải

II-CHUYỂN ĐỔI BƯỚC SÓNG:

Hình 1 : Mạng định tuyến bước sóng toàn quang

Giả sử cho mạng nh hình trên Nó cho thấy cách nhìn khác của mạng địnhtuyến bước sóng bao gồm 2 nối chéo WDM (S1 và S2) và 5 trạm truy nhập (Atới E) Nối chéo WDM về bản chất cũng nh WRS Tuy nhiên , mỗi WRS chỉ

có một bộ phận điện gắn kèm (electronic attachment) được nhắc đến nh là node Hình trên cho thấy có hơn 1 trạm truy nhập có thể được gắn với nối chéoWDM Do vậy mô hình này có thể phân chia chia rõ ràng ranh giới giữa phầntoàn quang và phần điện của mạng

Trong hình , có 3 llightpath được cung cấp (C tới A trên , C tới B trên  , Dtới E trên )

Bây giê , ta xem xét hình 2 với số bước sóng W=2 Hai lightpath được thiếtlập trong mạng : (1) là giữa node 1 và node 2 trên bước sóng và (2) giữa node

2 và node 3 trên bước sóng  Bây giờ , giả sử lightpath gữa node 1 và node 3cần dược cài đặt , những ligthpath nh vậy là không thể thiết lập mặc dù vẫn cònnhững bước sóng rỗi trên mỗi link từ node1 tới node 3 Đó là bởi bước sóng

E

D A

B

C

All-optical portion









khả dụng trên 2 links là khác nhau Do vậy mạng định tuyến bước sóng với sựràng buộc tính liên tục bước sóng có thể chịu phong toả cao hơn so với mạngchuyển mạch kênh

Nhưng có thể dễ dàng khử tính liên tục của bước sóng nếu ta có thể chuyển

dữ kiệu tới trên bước sóng theo link sang bước sóng khác tại node trung gian vàcho qua link kế tiếp với bước sóng mới đó Kĩ thuật nh vậy là thực thi và gọi làchuyển đổi bước sóng Nh trong hình 2(b) cho thấy , chuyển đổi bước sóng cótại node 2 được sử dụng để chuyển đổi bước sóng từ sang  Lightpath mới từnode 1 tới node 3 có thể được thiết lập với bước sóng  trên link từ node 1 tớinode 2 và bước sóng từ node 2 tới node 3 Vậy , khả năng chuyển đổi bướcsóng có thể cải thiện hiệu suất mạng thông qua việc giải quyết các đụng độbước sóng của các lightpath

 

(a) Khi không có chuyển đổi bước sóng

 

  

(b) Khi có chuyển đổi bước sóng

Hình 2 : Ràng buộc tính liên tục bước sóng trong mạng định tuyến bước sóng

Có mét chú ý về thuật ngữ : các bộ chuyển đổi bước sóng có thể được đề cậptới trong các tài liệu với tên gội là bộ dịch chuyển bước sóng , bộ dịch bướcsóng , bộ thay đổi bước sóng hay thậm chí là bộ chuyển đổi tần số

1 – CƠ BẢN VỀ SỰ CHUYỂN ĐỔI BƯỚC SÓNG

1.1 – CÁC BỘ CHUYỂN ĐỔI BƯỚC SÓNG

Chức năng của các bộ chuyển đổi bước sóng là biến đổi dữ liệu trên đầu vào

từ bước sóng này sang bước sóng khác trong N bước sóng của hệ thống Bộbiến đổi bước sóng lí tưởng có các dặc tính kĩ thuật sau :

 Trong suốt với tốc độ bit và các khuôn dạng dữ liệu

 Thời gian chuyển đổi nhanh

 Chuyển đổi được cả sang bước sóng ngắn lẫn bước sóng dài

 Có thể không chuyển đổi

 Không nhạy cam với sự phân cực tại đầu vào

 Thực hiện đơn giản

 SNR cao

1.2 – CHUYỂN MẠCH

Khi các bộ chuyển đổi bước sóng đã sẵn sàng được đưa vào sử dụng , có mộtcâu hỏi quan trọng được đặt ra : chúng nên được đặt ở đâu trong mạng ? Vị trítrước là đặt trong khoá chuyển mạch (nghĩa là các nối chéo) trong mạng Cấutrúc node khoá có khả năng chuyển đổi bước sóng được chỉ ra trong hình 3

Hình 3 : Khoá có các bộ chuyển đổi

tại mỗi cổng đầu ra đối với mỗi bước sóng

Trong kiến trúc này , mỗi bước sóng theo mỗi link ra trong khoá có một bộchuyển đổi bước sóng tương ứng nghĩa là khoá MxM tại hệ thống có N bướcsóng sẽ cần có MN bộ chuyển đổi Tín hiệu quang vào từ link sợi quang tạikhoá đầu tiên được phân kênh thành các bước sóng riêng rẽ Mỗi bước sóngđược chuyển mạch tới cổng đầu ra mong muốn bởi khoá quang không phongtoả Tín hiệu đầu ra có thể thay đổi bước sóng nhờ bộ chuyển đổi tương ứng Cuối cùng các bước sóng riêng biệt được kết hợp lại và được đưa ra link sợiquang

Tuy nhiên , khoá có khả năng chuyển đổi bước sóng nh vậy lại không kinh

tế bởi không phải tất cả các bộ chuyển đổi là cần thiết tại một thời điểm Phương pháp hiệu quả để cắt giảm chi phí là chia sẻ các bộ chuyển đổi Có 2cấu trúc được đề xuất cho khoá chia sẻ các bộ chuyển đổi nh hình 4 Trong cấutrúc share-per-node , tất cả các bộ chuyển đổi tại node khoá được gom vào băngchuyển đổi (Băng chuyển đổi là tập hợp của một số Ýt các bộ chuyển đổi

O P T I C A L S W

I T C H

D E M U X

WC C WC WC

M U X

D E M U X

WC C WC WC

M U X

bước sóng mà mỗi trong số đó được coi nh có các đặc tính đồng nhất và có thểchuyển đổi bước sóng đầu vào bất kì tới bước sóng đầu ra bất kì ) Băng này cóthể được truy nhập bởi bất kì lightpath tới bằng cấu hình thích hợp Trong kiếntrúc này , chỉ có một số các bước sóng cần chuyển đổi là được qua trực tiếpbăng chuyển đổi Các bước sóng được chuyển đổi sau đó được chuyển mạchtới link đầu ra thích hợp bởi khoá quang thứ hai Trong cấu trúc share-per-link( hình 4(b) ) , mỗi link đầu ra được cung cấp một băng chuyển đổi có thể đượctruy nhập chỉ bởi các lightpath đó qua link đầu ra có liên quan Khoá quangđược cấu hình thích hợp để cho qua trực tiếp các bước sóng tới các link cụ thể ,

có qua chuyển đổi hoặc không

(a) Cấu trúc khoá có khả năng chuyển đổi bước sóng shared-per-node

O P T I C A L S W

I T C H

D E M U X

M U X

D E M U X

M U X

W

(b)Cấu trúc khoá có khả năng chuyển đổi bước sóng shared-per-link

Hình 4 : Khoá cho phép chia sẻ các bộ chuyển đổi

Khi chuyển đổi bước sóng quang điện được sử dụng , chức năng chuyển đổi bước sóng có thể được thực hiện tại các trạm truy nhập thay cho tại các khoá

2 – CÁC VẤN ĐỀ THIẾT KẾ , ĐIỀU KHIỂN VÀ QUẢN LÍ MẠNG

2.1- THIẾT KẾ MẠNG

Thiết kế mạng phải tạo ra được sự kết hợp chuyển đổi bước sóng có hiệuquả Những nhà thiết kế mạng không chỉ chọn trong số các kĩ thuật chuyển đổithích hợp mà còn trong số các kiến trúc đã trình bày ở phần trước Vấn đềquan trọng trong thiết kế là phải vượt qua những hạn chế trong việc dùng kĩthuật chuyển đổi Các hạn chế được đưa ra sau :

 Số bộ chuyển đổi bước sóng khả dụng hạn chế tại các nodes : Do các bộchuyển đỏi là đắt tiền nên việc trang bị chúng cho tất cả các nodes làkhông kinh tế Tác động của việc chỉ trang bị một số nodes mạng có

O P T I C A L S W

I T C H

D E M U X

M U X

D E M U X

M U X

WC

WC

chuyển đổi bước sóng được xem xét nghiên cứu Câu hỏi được đặt ra ởđây là nên đặt chúng ở đâu là tói ưu ?

 Chia sẻ các bộ chuyển đổi : Nhận thấy là không đem lai hiệu quả kinh tếtrong việc trang bị tất cả các cổng đầu ra khả năng chuyển đổi bước sóng Việc thiết kế các kiến trúc khoá được đề xuất ở phần trước cho phép chia

sẻ các bộ chuyển đổi giữa các tín hiệu khác nhau tại khoá Hiệu suất thựchiện của các mạng kiểu này bão hoà khi số các bộ chuyển đổi tại khoá tăngtuỳ thuộc vao ngưỡng nhất định Vấn đề quan trọng ở đây là xác định sựphụ thuộc của ngưỡng này trong thuật toán định tuyến được sử dụng vàxác suất nghẽn mong muốn

 Chuyển đổi bước sóng dải hạn chế : Chuyển đổi bước sóng toàn quang dựatrên trộn bốn sóng chỉ cung cấp khả năng chuyển đổi trong một dải hạnchế NÕu dải bị hạn chế là k , thì bước sóng đầu vào là i chỉ có thể đượcchuyển đổi từ bước từ max(i-k,1)tới min(i+k,N) , trong đó N là số bước sóng của

hệ thống (chỉ số từ 1 tới N) Các phân tích chỉ ra rằng các mạng có cácthiết bị kiểu này có thể so sánh được với các bước sóng được sử dụng cókhẩ năng chuyển đổi toàn dải dưới điều kiện nhất định

Các kĩ thuật chuyển đổi bước sóng khác cũng có các hạn chế nhất định Một phần từ các kiến trúc khoá chuyển mạch có khả năng chuyển đổi bướcsóng và việc đặt chỗ tối ưu của chúng , có một vài kĩ thuật thiết kế khác đượcđưa ra có khả năng thực thi Các mạng được trang bị nhiều sợi quang trên mỗilink được coi nh có nhiều tiềm năng trong mạng có khả năng chuyển đổi bướcsóng và được thừa nhận là chuyển đổi có khả năng thay thế được Một vấn đềquan trọng khác là thiết kế mạng có khả năng chuyển đổi bước sóng chống lỗiđược (fault-tolerant) Mạng kiểu đó có thể dự trữ dung lượng trên các links đểkiểm soát được sự cố khi có lỗi link gây ra bởi sợi quang bị đứt Các sự so

sánh định lượng cần được phát triển đối với mạng có thể chuyển đổi bước sóngtrong trường hợp kiểu đó

1. Định tuyến động : Trong mạng quang định tuyến bước sóng , các yêu cầulightpath tới ngẫu nhiên giữa các cặp nguồn-đích Các lightpaths này cầnđược thiết lập động giữa các cặp nguồn đích bằng cách xác định tuyếnqua kết nối mạng từ nguồn tới đích và phân bổ bước sóng tự do theo pathnày Hai lightpath có chung nhau Ýt nhất một link không thể có chungmột bước sóng Ngoài ra cùng một bước sóng phải được phân phối tớipath trên tất cả các links của nó Đây chính là sự ràng buộc tính liên tụccủa bước sóng Tuy nhiên nếu tất cả các khoá trong mạng có chuyển đổibước sóng đầy đủ , mạng tương đương với mạng thoại chuyển mạchkênh Các thuật toán định tuyến được sử dụng trong các mạng có khảnăng chuyển đổi bước sóng Thuật toán định tuyến gần giống chức năngchi phí của tuyến nh là tổng các chi phí riêng lẻ phụ thuộc vào việc sửdụng kênh và các bộ chuyển đổi bước sóng Đối với mục đích này ,graph phụ được tạo ra và thuật toán chọn đường ngắn nhất được áp dụngvào graph để xác địng tuyến Thuật toán với thời gian thực hiện tối ưu

có thể chứng minh được được cung cấp cho kĩ thuật kiểu này Các thuậttoán được nghiên cứu sử dụng path cố định hay tuyến biết trước(deterministic routing) Trong phác đồ kiểu đó , có path cố định giữa

mỗi cặp nguồn đích trong mạng Một vài heuristics RWA được thiết kếdựa trên phân phối bước sóng cho lightpath theo path cho trước và cáclightpaths lựa chọn phong toả Tuy nhiên , các thuật toán thiết kế tuyếntối ưu mà có những giới hạn nh trên phần 2.1 đã đề cập tới vẫn còn làvấn đề mở

2 Định tuyến tĩnh : đối lập với bài toán định tuyến tĩnh được mô tả ở trên ,bài toán định tuyến tĩnh RWA giả định rằng tất cả các lightpaths đượccài đặt trong mạng là biết trước ban đầu Mục đích là tối đa tổng thônglượng trong mạng nghĩa tổng số lightpaths được thiết lập đồng thời trongmạng Biên trên trong lưu lượng mang theo trên mỗi bước sóng đạt được(đối với mạng có hay không có chuyển đổi bước sóng ) bằng cách giảmbớt qui hoạch tuyến tính nguyên tương ứng Một vài phương pháp dựatrên heuristics được đề xuất cho việc giải bài toán RWA tĩnh trong mạngkhông có chuyển đổi bước sóng

2.3-QUẢN LÍ MẠNG

Các vấn đề nảy sinh trong quản lí mạng liên quan tới việc sử dụng sự chuyểnđổi bước sóng để thúc đẩy các hoạt động của các mạng con được quản lí bởinhững người điều khiển độc lập Chuyển đổi bước sóng hỗ trợ sự phân bố cácchức năng điều khiển và quản lí mạng trong các mạng con bằng việc cho phépcác phân phối bước sóng linh hoạt bên trong mỗi mạng con Nh trong hình 5cho thấy , các quản trị mạng 1 , 2 và 3 quản lí các mạng con của họ và có thể sửdụng chuyển đổi bước sóng cho việc liên lạc giữa các mạng con