So sánh các thuật toán thiết kế topo logic và tái cấu hình topo logic ứng dụng giải thuật di truyền

Công nghệ WDM cho dung lượng truyền dẫn cực lớn. Giao thức IP ngày càng phát triển rộng rãi. Do đó tích hợp IP và WDM để chuyển tải lưu lượng IP trên mạng quang WDM đã trở thành vấn đề cấp bách và quan trọng. Tuy nhiên do số lượng bước sóng sử dụng trong hệ thống WDM là hạn chế do đó vấn đề là phải làm thế nào để sử dụng nguồn tài nguyên này một cách hiệu quả nhất. Vì vậy tối ưu hoá việc sử dụng tài nguyên và hiệu năng của mạng là một yêu cầu đặt ra cho các nhà cung cấp dịch vụ. Vì lẽ đó cuốn đồ án này sẽ xoáy sâu vào vấn đề kỹ thuật lưu lượng trong mạng IPWDM, tức là làm thế nào để truyền lưu lượng IP trên mạng quang một cách hiệu quả nhất. Đồ án này đưa ra 2 giải pháp đó là khi lưu lượng mạng thay đổi thì “ta thiết kế topo mạng mới hoặc tái cấu hình topo logic dùng thuật toán di truyền GA”

MỤC LỤC

BẢNG CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮTViết Tắt Nghĩa tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt

ADM Add/Drop Multiplexer Bộ xen/rớt kênh

ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền không đồng bộARQ Automatic Repeat Request Yêu cầu lặp lại tự động

BER Bit Error Ratio Tỉ số lỗi Bít

CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra số dư chu trình

DEMUX Demultiplexer Bộ giải ghép kênh

D-RWA Dynamic Routing Định tuyến và gán bước sóng

Wavelength Assignment động

DWDM Dense Wavelength Ghép kênh chia bước sóng quang

Division Multiplexer dày đặc

ECMP Equal Cost Multi Path Nhiều tuyến chi phí bằng nhau

EDFA Erbium Doped Fiber Amplifier Bộ khuyếch đại quang sợi trộn ErbiumENNI External Network to Network Giao diện giữa mạng với mạng

GA Generic Algorithms Thuật toán di truyền

INNI Internal Network to Network Giao diện giữa mạng với mạng nội bộ

Interface

IP Internet Protocol Giao thức Internet

ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet

ITU-T International Ban tiêu chuẩn hóa Viễn Thông trong Telecommunication trong Liên minh Viễn Thông

Union –Telecommunication Quốc tế

Standardization Bureau

LSA Link State Advertisements Bản tin thông báo trạng thái liên kếtLSP Label Switched Path Đường dẫn chuyển mạch nhãn

LTD Logical Topo Design Bài toán thiết kế topo mạng

MAC Media Access Protocol Giao thức truy nhập môi trường

MPLS Multi Protocol Label Switch Chuyển mạch nhãn đa giao thức

MUX Multiplexer Bộ ghép kênh

NNI Network to Network Interface Giao diện giữa mạng với mạngOADM Optical Add/Drop Multiplexer Bộ xen rớt quang

OAMP Optical Amplifier Bộ khuếch đại quang

OLT Optical Line Terminal Bộ kết cuối đường quang

OSI Open System Interconnection Mô hình kết nối các hệ thống mởOSPF Open Shortest Path First Giao thức đầu tiên ngắn nhất mở OXC Optical Cross Connect Bộ kết nối chéo quang

PDFA Praseodymium Doped Fibre Bộ khuếch đại sợi pha

Amplifier Praseodymium

QoS Quality of Service Yêu cầu chất lượng dịch vụ

SDH Synchronous Digital Hierachy Phân cấp số đồng bộ

SOA Semiconductor Optical Amplifier Bộ khuếch đại quang bán dẫnSOH Section Over Head Mào đầu đoạn

SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ

S-RWA Static Routing Wavelength Định tuyến và gán bước song tĩnh

Assignment

STM Synchronous Transport Module Mô đun truyền dẫn đồng bộ

TDM Time Division Multiplexer Ghép kênh theo thời gian

TE Traffic Engineering Kỹ thuật lưu lượng

UNI User to Network Interface Giao diện giữa user và mạng

WDM Wavelength Division Ghép kênh theo bước song

Multiplexing

WRS Wavelength Routing Switching Chuyển mạch định tuyến bước sóng

LỜI NÓI ĐẦU

Trong kỹ thuật truyền dẫn với sự ra đời của công nghệ mạng quang WDM được coi như là công nghệ tối ưu thay thế cho công nghệ TDM truyền thống Với công nghệ WDM thì cho phép các nhà thiết kế mạng lựa chọn phương án tối ưu nhất để tăng dung lượng đường truyền với chi phí thấp nhất Bên cạnh đó thì ngày nay các dịch vụ sử dụng giao thức IP ngày càng phát triển rộng rãi Do đó tích hợp

IP và WDM để chuyển tải lưu lượng IP trên mạng quang WDM đã trở thành vấn đề cấp bách và quan trọng Tuy nhiên do số lượng bước sóng sử dụng trong hệ thống WDM là hạn chế do đó vấn đề là phải làm thế nào để sử dụng nguồn tài nguyên này một cách hiệu quả nhất Vì vậy tối ưu hoá việc sử dụng tài nguyên và hiệu năng của mạng là một yêu cầu đặt ra cho các nhà cung cấp dịch vụ

Vì lẽ đó cuốn đồ án này sẽ trình bày cho chúng ta biết một vài kiến thức cơ bản

về mạng IP/WDM và các kỹ thuật lưu lượng trong mạng này, tức là làm thế nào để truyền lưu lượng IP trên mạng quang một cách hiệu quả nhất Có nhiều giải pháp đưa ra để thực hiện kỹ thuật lưu lượng một cách tối ưu trong mạng IP/WDM Trong khuôn khổ của cuốn đồ án này tôi đã trình bày hai giải pháp đó là khi lưu lượng mạng thay đổi thì ta thiết kế topo mạng mới hoặc tái cấu hình topo logic dùng thuật toán di truyền GA Các nội dung được trình bày trong đồ án hầu hết đều có mối liên

hệ chặt chẽ với nhau, bổ trợ cho nhau Với phương pháp thực hiện đồ án là nghiên cứu lý thuyết kết hợp với mô phỏng bằng cách sử dụng ngôn ngữ lập trình Matlab

Đồ án này gồm 4 chương với nội dung của các chương được tóm tắt như sau:

Chương 1 : Giới thiệu tổng quan về mạng IP/WDM, ưu nhược điểm của

WDM, các mô hình cấu trúc mạng IP/WDM

Chương 2 : Giới thiệu về kỹ thuật lưu lượng trong mạng IP/WDM và các

mô hình triển khai kỹ thuật lưu lượng trong mạng IP/WDM

Chương 3 : Trình bày một số vần đề cơ bản bề thiết kế topo logic, các thuật

toán để thiết kế topo logic trong mạng IP/WDM đồng thời nhận xét một số kết quả

mô phỏng khi thiết kế topo logic ứng dụng toolbox Matplan của Matlab

Chương 4 : Trình bày một số kiến thức cơ bản về thuật toán di truyền GA, ứng

dụng thuật toán GA vào tái cấu hình topo logic đồng thời nhận xét đánh giá kết quả

mô phỏng

Kết luận chung và hướng phát triển đề tài

Qua đây em cũng xin cảm ơn Thầy giáo – Thạc Sĩ Nguyễn Duy Nhật Viễn, đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho em hoàn thành cuốn đồ án này

Đà Nẵng, tháng 6 năm 2011

Sinh viên thực hiện

Trần Huy Cần

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ MẠNG IP/WDM

1.1 Giới thiệu chương

Tích hợp IP vào mạng quang WDM (Wavelength Division Multiplexing) là một

xu hướng của công nghệ mạng kế tiếp Các chủ đề chương này giới thiệu một số nội dung cơ bản sau : giới thiệu chung về IP, tổng quan về công nghệ WDM, nguyên lý hoạt động của WDM, các thành phần trong mạng WDM, cấu trúc mạng WDM, tổng quan về mạng IP/WDM, giải thích sơ lược về khái niệm và cách thức chuyển tải IP trên nền WDM Các ưu khuyết điểm của các cấu trúc trong mạng WDM từ đó có thể giúp ta có thể chọn cấu trúc nào cho phù hợp để làm cơ sở cho các chương tiếp theo

1.2 Giới thiệu chung về IP

IP (Internet Protocol) là một giao thức liên mạng nằm ở lớp 3 trong mô hình OSI IP bao gồm thông tin địa chỉ và điều khiển cho phép các gói tin được định tuyến IP cung cấp hoạt động không kết nối phân phối nỗ lực tốt nhất cho các datagram thông qua các liên mạng và cung cấp phân mảnh và tái hợp cho các datagram để hỗ trợ các tuyến dữ liệu với kích thước đơn vị dữ liệu khác nhau Datagram (packets) là đơn vị dữ liệu dùng trong giao thức IP, và là đơn vị cơ bản của việc truyền tin Internet Giao thức IP rất thông dụng trong mạng Internet ngày nay

Định tuyến trong IP : Là quá trình chuyển lưu lượng người dùng từ nguồn đến

đích Trong mạng bộ định tuyến Router được dùng để định tuyến lưu lượng Router cần dựa vào bảng định tuyến để chuyển gói tin đi

Hoạt động định tuyến :

+ Quá trình tìm đường : Sử dụng thuật toán tìm đường ngắn nhất Dijkstra, dựa

vào đơn vị đo lường chuẩn là Metric (độ dài đường đi, độ tin cậy, độ trễ tuyến,

băng thông, tải, chi phí truyền thông

+ Chuyển gói tin theo đường đã chọn : Dựa vào địa chỉ IP và địa chỉ vật lý (địa chỉ MAC) để chuyển gói đi Địa chỉ vật lý của gói dữ liệu luôn thay đổi khi qua trạm trung gian, ngược lại địa chỉ IP không thay đổi

1.3 Tổng quan về công nghệ WDM

WDM là phương thức ghép kênh quang theo bước sóng (Wavelength Division Multiplexing) WDM truyền song song nhiều bước sóng trên cùng một sợi quang Các kênh tín hiệu khác nhau sẽ được chuyển thành các bước sóng khác nhau và được ghép vào một sợi quang tại đầu phát nhờ bộ ghép kênh và được tách ra trở lại tại đầu thu nhờ bộ phân kênh

Ưu nhược điểm của mạng WDM

 Ưu điểm : So với hệ thống truyền dẫn đơn kênh quang thì WDM có những

ưu điểm sau :

- Hệ thống WDM có dung lượng truyền dẫn lớn hơn nhiều so với hệ thống TDM

- TDM phải tăng tốc độ số liệu khi lưu lượng truyền dẫn tăng, WDM chỉ cần mang vài tín hiệu, mỗi tín hiệu ứng với mỗi bước sóng riêng

- Đáp ứng linh hoạt việc nâng cấp dung lượng hệ thống, kỹ thuật WDM cho phép tăng dung lượng của mạng hiện có mà không cần phải gắn thêm sợi quang

- Nhờ việc định tuyến và phân bố bước sóng trong mạng WDM nên có khả năng quản lý băng tần truyền dẫn và cấu hình lại dịch vụ mạng là hiệu quả và mềm dẻo

- Truyền chương trình truyền hình chất lượng cao, cự ly dài, giảm chi phí đầu tư mới

- Những tiến bộ trong công nghệ WDM hứa hẹn sẽ tăng băng thông truyền trên sợi quang lên đến hàng Tbps, đáp ứng nhu cầu sử dụng mạng ở nhiều cấp độ khác nhau

 Nhược điểm :

- Hiện tại WDM chỉ mới tận dụng băng C và băng L

- Chi phí khai thác và bảo dưỡng tăng do có nhiều hệ thống cùng hoạt động

Hình 1.1 Nguyên lý ghép kênh phân chia theo bước sóng

Từ hình trên ta thấy các luồng tín hiệu quang từ các nguồn có các bước sóng khác nhau λ1,λ2, ,λnsẽ được ghép lại nhờ bộ ghép kênh MUX Bộ ghép MUX phải đảm bảo ít suy hao và không cho sự xuyên nhiễu giữa các luồng Các luồng tín hiệu sau khi ghép được truyền trên một sợi quang tới phía thu Trên một tuyến đường có cự

li dài thì chùm sóng quang được khuyếch đại nhờ các bộ khuyếch đại

Tại đầu thu, luồng sóng quang được tách ra thành các bước sóng λ1,λ2, ,λn

riêng lẻ rồi đưa đến bộ thu Rx tương ứng cho từng luồng Các bộ tách sóng quang trong thiết bị thu Rx khôi phục lại tín hiệu điện từng luồng tương ứng với phía phát

Bộ đầu cuối quang OLT (Optical Line Terminal) là thiết bị có trong các mô hình mạng điểm-điểm, thực hiện ghép tín hiệu tại đầu phát, truyền đi trên sợi quang, giải ghép ở đầu thu và chuyển các tín hiệu thành phần đến phía khách hàng

Hình 1.2 Thiết bị đầu cuối OLT OLT có 3 khối chức năng chính : chuyển đổi tín hiệu (Transponder), ghép tách bước sóng và khuyếch đại quang (bộ khuyếch đại quang không mô tả trong hình trên)

- Bộ chuyển đổi tín hiệu : Chuyển tín hiệu sang bước sóng, mức công suất và các thông số quang cho phù hợp với yêu cầu chung của lớp kênh quang

- Bộ ghép tách bước sóng : Thực hiện ghép các tín hiệu thuộc các bước sóng khác nhau thành tín hiệu để truyền đi trên sợi quang theo khuyến nghị của ITU-T.

- Bộ khuyếch đại quang : Có chức năng khuyếch đại tín hiệu

Hình 1.3 Mô hình tổng quát của 1 bộ khuếch đại quang Tín hiệu quang bị suy hao khi truyền Nếu tín hiệu quá yếu, chẳng hạn như qua một cự li dài mà không có bộ khuếch đại quang thì máy thu không thể tách được tín hiệu Bộ khuếch đại quang sử dụng để tăng cường tín hiệu quang nhờ khuếch đại

Thiết bị liên quan đến bộ khuếch đại là trạm lặp mà trước đây đã sử dụng rộng rãi để tái tạo hoàn toàn tín hiệu sau một khoảng cách nhất định Sau này công nghệ phát triển đã xuất hiện nhiều bộ khuếch đại quang trong đó có bộ khuếch đại EDFA Với những ưu điểm nổi bật của mình EDFA nhanh chóng trở thành bộ khuếch đại được sử dụng một cách rộng rãi

Hình 1.4 Bộ khuếch đại dùng sợi quang có pha Erbium

Chức năng chính của OADM là để truy nhập, tách hoặc chuyển tiếp các kênh bước sóng trong mạng quang WDM OADM thường dùng cho mạng đô thị và mạng

quang đường dài vì nó có hiệu quả kinh tế cao Hình 1.5 đưa ra cấu trúc của một OADM

Hình 1.5 Bộ xen/rớt quang OADM

Hình 1.6 đưa ra cấu trúc của một OXC Trong đó, có 4 sợi đầu vào và 4 sợi đầu

ra, mỗi sợi có một số bước sóng Qua bộ tách, các tín hiệu có thể tới các cổng Phụ thuộc vào cài đặt chuyển mạch, một tín hiệu trên bước sóng nào đó từ một sợi có thể kết nối tới cùng bước sóng nhưng trên một sợi đầu ra khác Trong thực tế, có thể có nhiều tín hiệu cạnh tranh một kênh bước sóng trên một sợi đầu ra nên gây ra tranh chấp Để giảm bớt tranh chấp đã đưa vào sử dụng trao đổi bước sóng, theo đó một bước sóng có thể đưa đến một sợi với tần số quang khác nhau Trao đổi bước sóng là tốn kém và có thể làm giảm chất lượng tín hiệu trong chuyển đổi bước sóng hoàn toàn quang, vì vậy nó chỉ được sử dụng khi cần thiết

Ngoài chuyển mạch bước sóng ra, OXC còn có thể cung cấp chuyển mạch băng sóng và chuyển mạch sợi Chuyển mạch băng sóng kết nối đồng thời một tập con bước sóng từ sợi đầu vào đến sợi đầu ra Chuyển mạch sợi chuyển toàn bộ sợi bao gồm tất cả các kênh bước sóng đến sợi đầu ra Chuyển mạch bước sóng cung cấp chuyển mạch chi tiết hoá tốt hơn chuyển mạch băng sóng và chuyển mạch sợi

Hình 1.6 Bộ kết nối chéo quang OXC

1.3.4.1 Cấu trúc mạng WDM điểm – điểm

Hình 1.7 Cấu trúc mạng WDM điểm-điểm Trong cấu trúc này, mỗi kênh bước sóng được dùng để truyền tải một luồng tìn hiệu riêng biệt Bộ WDM sẽ có nhiệm vụ tổ hợp các kênh bước sóng này lại thành một chùm bước sóng sau đó đưa vào sợi quang để truyền dẫn Ở đầu thu, chùm bước sóng sẽ được tách ra bởi bộ tách kênh WDM, sau đó các tín hiệu này sẽ được chuyển quang thành điện qua bộ biến đổi O/E

Mạng WDM điểm – điểm có ưu điểm là tăng độ rộng băng thông bằng cách ghép nhiều kênh với chi phí thấp, tuy nhiên mạng này có nhược điểm là độ linh hoạt của cấu trúc mạng này không cao do các kết nối chỉ sử dụng một bước sóng cố định

1.3.4.2 Cấu trúc mạng WDM định tuyến theo bước sóng quang

Hình 1.8 Cấu trúc mạng WDM định tuyến theo bước sóng quang

Trong cấu trúc trên, mỗi node bao gồm các chuyển mạch định tuyến bước sóng WRS và các end-user, các node này liên kết với nhau bởi liên kết sợi quang và tạo thành topo vật lý Mỗi node đều trang bị các bộ thu phát Bộ phát tại mỗi node có nhiệm vụ gửi dữ liệu vào mạng, bộ thu sẽ thu dữ liệu từ mạng Dữ liệu ở các node trung gian sẽ không qua bất kì bộ xử lí quang điện nào

Trong hình trên lightpath được thiết lập giữa node A với node C trên kênh bước sóng λ1, giữa B với F qua kênh bước sóng λ2, và giữa G với H qua kênh bước sóng 1

λ .

Ưu điểm của cấu trúc mạng này: có khả năng sử dụng lại bước sóng, tức là

các lightpath không truyền qua trên cùng một kết cấu vật lí sẽ sử dụng được cùng bước sóng, ở ví dụ trên thì lightpath thiết lập giữa A –C và H – G có thể sử dụng chung bước sóng λ1 Do việc sử dụng lại bước sóng nên các mạng định tuyến bước sóng có thể khai thác dung lượng của sợi quang bằng cách dùng kĩ thuật WDM Chi phí quản lí thấp hơn so với cấu trúc mạng điểm – điểm do các thiết bị quang có chi phí bảo dưỡng thấp hơn Các lightpath có thể thiết lập hoặc hủy bỏ một cách động

do đó có thể hỗ trợ sự thay đổi lưu lượng trong mạng

1.4 Tổng quan về mạng IP/WDM

IP một giao thức lớp 3, được thiết kế nhằm phối hợp hoạt động mức mạng và định tuyến trên các mạng con khác nhau có các công nghệ lớp 2 khác nhau Phía

trên lớp IP, có sự khác nhau rất nhiều của các dịch vụ Vì vậy, sự vượt trội không tránh khỏi của lưu lượng IP dẫn tới một điều hiển nhiên là các phương tiện kỹ thuật của cơ sở hạ tầng mạng được tối ưu hoá dành cho IP Dưới lớp IP, sợi quang trong WDM là công nghệ có dây đầy hứa hẹn, đưa ra dung lượng mạng khổng lồ nhằm duy trì sự tăng trưởng liên tục của Internet.

Công nghệ WDM trở nên hấp dẫn hơn vì giá thành của các hệ thống WDM thấp Với sự triển khai toàn cầu và liên tục về sợi quang và sự chín muồi của WDM, các mạng quang dựa vào WDM đã phát triển không chỉ trên các đường trục, mà còn trong mạng thành phố, mạng vùng và mạng truy nhập

Động cơ thúc đẩy tiến tới mạng IP/WDM có thể tóm tắt như sau:

- Các mạng quang WDM có thể hướng vào sự tăng trưởng liên tục của lưu lượng Internet bằng cách khai thác cơ sở hạ tầng sợi hiện có Việc sử dụng công nghệ WDM có thể làm tăng đáng kể việc sử dụng độ rộng băng tần

- Hầu hết các mạng mà lưu lượng dữ liệu đi ngang qua đều là IP Hầu như tất

cả các ứng dụng dữ liệu người sử dụng đầu cuối đều sử dụng IP Lưu lượng

thoại truyền thống cũng có thể đóng gói nhờ các kỹ thuật VoIP

(Voice-over-IP)

- IP/WDM hy vọng hướng tới WDM hoặc sự phối hợp hoạt động của các nhà cung cấp và phối hợp hoạt động dịch vụ của phần tử mạng (NE) có trợ giúp của các giao thức IP

- Mạng IP /WDM tích hợp không chỉ giảm chi phí điều hành mạng, mà còn có thể cung cấp việc phân phối động các nguồn tài nguyên và giám sát dịch vụ theo yêu cầu

- Rút ra các bài học từ tích hợp IP và WDM, IP và WDM cần tích hợp chặt chẽ hơn với mục đích hiệu quả và linh hoạt Chẳng hạn giải pháp IP/ATM là phức tạp và không hiệu quả vì topo lớp 2(ATM) có thể khác với topo lớp 3(IP), thiết bị lớp 2 khó biết được thông tin định tuyến lớp 3 và sự khác biệt giữa kết nối có hướng và không kết nối

1.4.2 Giải thích sự ra đời của công nghệ IP trên WDM

Mạng IP/WDM dùng để truyền lưu lượng IP trên mạng quang WDM nhằm gắn kết các kết nối IP thông dụng và dung lượng độ rộng băng tần WDM cực lớn Hình 1.9 thể hiện truyền các gói IP hoặc các tín hiệu SONET/SDH trên các mạng.

Hình 1.9 Chuyển tải các gói IP trên các bước sóng Hình 1.10 chỉ rõ ba giải pháp có khả năng đối với IP trên WDM :

Giải pháp thứ 1 là chuyển tải (IP/ATM) / SONET / SDH và cuối cùng là sợi quang WDM WDM được sử dụng như là công nghệ truyền dẫn song song trong lớp vật lý, ưu điểm cơ bản của giải pháp này khi sử dụng ATM là có khả năng chuyển tải các loại lưu lượng khác nhau trên cùng một ống có yêu cầu QoS khác nhau.Ưu điểm khác khi sử dụng ATM là khả năng kỹ thuật lưu lượng và tính linh hoạt trong cung cấp mạng nhằm bổ sung định tuyến lưu lượng IP thông thường có

nỗ lực cao nhất Tuy nhiên, giải pháp này phức tạp do IP/ATM phức tạp vì topo lớp 2(ATM) có thể khác với topo lớp 3(IP), thiết bị lớp 2 khó biết được thông tin định tuyến lớp 3 và sự khác biệt giữa kết nối có hướng và không kết nối

Hình 1.10 Ba giải pháp đối với IP trên WDM Giải pháp thứ 2 là (IP/MPLS) trên SONET/SDH và WDM SONET/SDH cung cấp một số đặc trưng hấp dẫn cho giải pháp này:

- Thứ nhất, SONET cung cấp phân cấp ghép tín hiệu quang tiêu chuẩn nhờ vậy mà các tín hiệu tốc độ thấp được ghép thành các tín hiệu tốc độ cao

- Thứ hai, SONET cung cấp khung truyền dẫn tiêu chuẩn

- Thứ ba, mạng SONET có khả năng bảo vệ / hồi phục hoàn toàn trong suốt từ các lớp trên, chẳng hạn như lớp IP

Giải pháp thứ 3 cho IP/WDM sử dụng trực tiếp IP/MPLS trên WDM là giải pháp có hiệu quả nhất trong các giải pháp có khả năng Tuy nhiên, nó đòi hỏi lớp IP phải chú ý đến bảo vệ và hồi phục tuyến

Việc quản lý mạng theo các phương pháp trên gặp không ít khó khăn Nguyên nhân chủ yếu gây nên sự phức tạp trong quản lý chính là sự phân lớp theo truyền thống của các giao thức mạng Các mạng truyền thống có rất nhiều lớp độc lập,

do đó có nhiều chức năng chồng chéo nhau ở các lớp và thường xuyên có sự mâu thuẫn lẫn nhau Vì vậy, một trong những giải pháp để giảm chi phí xây dựng

và quản lý mạng một cách triệt để đó là giảm số lớp giao thức

Hơn nữa, khi dung lượng và khả năng kết nối mạng trong cả công nghệ IP và WDM tăng lên thì càng cần thiết tối ưu mạng IP và bỏ qua tất cả các công nghệ lớp trung gian để tạo nên mạng Internet quang thật sự hiệu quả và mềm dẻo Tuy nhiên, các lớp trung gian cũng cung cấp một số chức năng có giá trị như kỹ thuật lưu lượng (Traffic Engineering) và khôi phục Những chức năng này cần phải được giữ lại trong mạng IP/WDM bằng cách đưa chúng lên lớp IP hoặc xuống lớp quang

Từ đó người ta mới nghĩ đến công nghệ IP over WDM Đây là một công nghệ mới tuy rằng còn nhiều vấn đề chưa giải quyết nhưng với lợi ích của nó, thị trường rộng lớn và tương lai sáng sủa, các tổ chức viễn thông quốc tế đang triển khai công tác nghiên cứu công nghệ này IP over WDM cung cấp khả năng truyền dẫn trực tiếp gói số liệu IP trên kênh quang, giảm sự trùng lặp chức năng giữa các lớp mạng, giảm bộ phận trung tâm dư thừa tại các lớp SDH/SONET, ATM, giảm thao tác thiết bị, dẫn đến giảm chi phí bảo dưỡng và quản lý Do không phải qua lớp SDH và ATM nên gói số liệu có hiệu suất truyền dẫn cao nhất, đồng nghĩa với chi phí thấp nhất Ngoài ra còn có thể phối hợp với đặc tính lưu lượng không đối xứng của IP, tận dụng băng tần nhằm giảm giá thành khai thác

Từ đó gián tiếp giảm chi phí cho thuê bao Rõ ràng đây là một kết cấu mạng trực tiếp nhất, đơn giản nhất, kinh tế nhất, rất thích hợp sử dụng cho các mạng đường trục

1.5 Các mô hình mạng IP /WDM

Mô hình tổng quát của mạng IP /WDM được mô tả trong hình sau :

Hình 1.11 Mô hình tổng quát của mạng IP/WDM Hình trên thể hiện nhiều mạng quang tồn tại trong miền quang Giao diện ENNI (External Network to Network interface) được sử dụng để báo hiệu giữa các mạng quang với nhau) Một mạng quang riêng lẻ bao gồm các mạng quang nhỏ hơn

và báo hiệu giữa chúng sử dụng giao diện INNI ( Internal Network to Network interface) Một mạng quang nhỏ hơn đó gồm nhiều nút mạng quang (các bộ OXC) được nối với nhau bởi sợi quang Các mạng khách hàng như IP, ATM, SONET giao tiếp với mạng quang thông qua giao diện UNI ( User to Network Interface) Các kĩ thuật chuyển mạch quang quyết định loại hình dịch vụ mà mạng quang có thể cung cấp cho khách hàng

Hình 1.12 Mô hình xếp chồng

Mô hình xếp chồng cho phép mỗi router giao tiếp với mạng quang thông qua giao diện UNI Giao tiếp giữa các mạng con được thực hiện thông qua giao diện NNI Trong mô hình mạng này, mỗi mạng con được tiến triển độc lập, nhờ đó cho phép các nhà khai thác mạng đưa ra các công nghệ mới mà không bị gánh nặng bởi

các công nghệ cũ, đáp ứng các cơ sở hạ tầng thừa kế nó Mô hình xếp chồng có ưu điểm là khả năng tương thích dễ dàng, kiến trúc trực tiếp và đơn giản hơn so với mô hình ngang hàng Cho phép đổi mới lại lớp quang độc lập với lớp IP trong khi vẫn cung cấp khả năng kết nối tương thích cần thiết cho các dịch vụ nhanh mà vẫn duy trì tính toàn vẹn thông tin của các nhà khai thác mạng quang.

Hình 1.13 Mô hình ngang hàng

Mô hình ngang hàng cũng hỗ trợ cho các thiết bị luồng động bằng cách sử dụng các luồng đầu cuối ở biên mạng quang và cho phép quản lý chúng từ xa Mô hình ngang hàng giả định rằng các router điều khiển lớp mạng quang Mối quan hệ giữa IP router và OXC là bình đẳng về mặt điều khiển Do đó về mặt định tuyến và báo hiệu sẽ không có sự phân biệt nào giữu UNI, NNI, và giao diện giữa các router Trong mô hình này cần một khối lượng lớn thông tin trạng thái và điều khiển chuyển qua lại giữa lớp IP và quang Do đó sẽ khó hơn cho việc kết nối hơn trong môi trường nhiều nhà khai thác so với mô hình xếp chồng

Mô hình ngang hàng cho phép tích hợp hoàn toàn IP/quang tạo nên mạng Internet quang thống nhất Do đó việc sử dụng và quản lí mạng trở nên hiệu quả hơn và phù hợp với các ISP hơn

Bảng 1.1 Bảng tóm tắt so sánh giữa 2 mô hình

Đây là mô hình mà kết hợp giữa mô hình ngang hàng và mô hình xếp chồng

Mô hình này cho phép trao đổi thông tin định tuyến giữa lớp IP và lớp WDM Mô hình này chính là sự kết hợp những thuận lợi giữa mô hình xếp chồng và mô hình ngang hàng đồng thời giảm thiểu các bất lợi của chúng

1.6 Kết luận chương

Chương này trình bày tổng quan về IP , công nghệ WDM cũng như mạng IP/WDM đồng thời cũng trình bày khá chi tiết nguyên lý hoạt động cơ bản cũng như các thành phần và cấu trúc của mạng WDM Nó đã cho ta thấy ưu khuyết điểm của cấu trúc mạng WDM định tuyến theo bước sóng quang so với cấu trúc mạng WDM điểm - điểm Như vậy với cấu trúc mạng WDM định tuyến theo bước sóng quang thì có thể khắc phục được hiện tượng nghẽn cổ chai so với cấu trúc mạng WDM điểm - điểm Trong chương này đã giới thiệu xu hướng và các thách thức hiện nay trong việc tích hợp mạng IP/WDM Trong các mô hình kể trên thì mô hình xếp chồng là mô hình đơn giản nhất, không cần sự thống nhất về mặt điều khiển, trong khi đó mô hình ngang hàng cần phải thống nhất về mặt điều khiển cũng như cần một lượng lớn thông tin trạng thái và điều khiển chuyển qua lại giữa lớp IP và lớp quang Vì vậy tiến trình phát triển đầu tiên trong quá trình triển khai mạng IP/WDM sẽ bắt đầu từ mô hình xếp chồng, vì mô hình này chưa có sự trao đổi thông tin định tuyến giữa IP và mạng WDM, do đó tiến trình tiếp theo có lẽ là sử dụng kết hợp với mô hình ngang hàng để có sự trao đổi liên kết giữa IP và WDM

Chương này đã trình bày tương đối đầy đủ ưu nhược điểm của từng loại mô hình từ

đó giúp ta có cơ sở để lựa chọn mô hình phù hợp nhất Và chương này cũng là tiền

đề, cơ sở cho việc trình bày các chương tiếp theo

CHƯƠNG 2

KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG TRONG MẠNG IP/WDM

2.1 Giới thiệu chương

Khái niệm kỹ thuật lưu lượng được các nhà cung cấp dịch vụ đưa ra để triển khai mạng có hiệu quả Kỹ thuật lưu lượng chính là cách thức điều khiển các luồng lưu lượng đi qua mạng sao cho sử dụng tối ưu hoá tài nguyên và hiệu năng của mạng Chương này sẽ trình bày cho chúng ta biết mục đích vì sao phải sử dụng kỹ thuật lưu lượng, khái niệm cơ bản về kỹ thuật lưu lượng Sau đó sẽ trình bày về việc thực hiện kỹ thuật lưu lượng trong mạng IP/WDM bao gồm kỹ thuật lưu lượng cho mạng IP/MPLS và kỹ thuật lưu lượng cho mạng WDM, cách thức thực hiện 2 loại

kỹ thuật này để từ đó chúng ta có những hướng giải quyết phù hợp và hiệu quả

2.2 Mục tiêu của kỹ thuật lưu lượng

Kỹ thuật lưu lượng TE (Traffic Engineering) là quá trình điều khiển cách thức các luồng lưu lượng đi qua trong mạng sao cho tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên

và hiệu năng của mạng Như vậy TE sử dụng cả phương pháp tính toán chính xác cũng như những đánh giá dựa vào kinh nghiệm để có thể đưa ra một phương pháp

đủ tốt tùy thuộc vào tài nguyên của cơ sở hạ tầng mạng cũng như các điều kiện về lưu lượng mạng Như vậy sử dụng TE là vì :

- Lưu lượng của mạng thì lớn và không thể đoán trước được Do đó có thể lưu lượng của mạng không khớp với topology, sẽ xảy ra điểm nóng trong mạng gây nghẽn mạng

- Các giải thuật định tuyến thông thường thì thường tìm đường ngắn nhất để đến đích, như vậy nếu có nhiều traffic đến cùng một phía thì rất có thể sẽ xảy ra nghẽn cục bộ Trong khi những đường khác thì vẫn còn có thể sử dụng được

- Khi xảy ra nghẽn mạng các định tuyến thông thường phải mất một khoảng thời gian để đẩy dữ liệu sang đường khác Ngoài việc tránh nghẽn thì TE còn có thể làm

thế nào để chuyển sang đường Backup một cách nhanh nhất, nhưng lại không tốn quá nhiều tài nguyên cho việc Backup đường truyền.

Như vậy các mục tiêu triển khai kỹ thuật lưu lượng phân theo 2 hướng sau :

 Hướng lưu lượng (Traffic oriented) : Bao gồm giảm thiểu mất gói và trễ, tối

thiểu hóa tắt nghẽn, và tăng tối đa thông lượng

 Hướng tài nguyên (Resource oriented) : Quản lý hiệu quả tài nguyên băng

thông, đặc biệt là trong mạng WDM, mỗi kênh bước sóng mang một lượng lớn băng thông, do đó nếu không tận dụng tài nguyên mạng sẽ gây ra một sự lãng phí lớn

Các mục tiêu hướng lưu lượng liên quan đến việc tăng cường QoS cho các luồng lưu lượng Trong mô hình đơn lớp (dịch vụ best-effort), các mục tiêu này gồm: giảm thiểu mất gói và trễ, tăng tối đa thông lượng (throughput) và tuân thủ các hợp đồng mức dịch vụ (SLA) Băng thông là một tài nguyên cốt yếu của mạng, do

đó chức năng trọng tâm của kỹ thuật lưu lượng là quản lý hiệu quả tài nguyên băng thông, sao cho có điều khiển được tắt nghẽn

2.3 Khái niệm kỹ thuật lưu lượng trong mạng IP/WDM

Kỹ thuật lưu lượng cho mạng IP/WDM tập trung vào việc tận dụng tài nguyên của các bộ định tuyến và các bộ đệm trên router, các chuyển mạch trong mạng WDM, sợi quang và các bước sóng một cách có hiệu quả và mềm dẻo cho việc truyền tải IP và các gói thông tin trên mạng Kỹ thuật lưu lượng cho mạng IP/WDM bao gồm kỹ thuật lưu lượng cho mạng IP/MPLS và kỹ thuật lưu lượng cho mạng WDM

Kỹ thuật lưu lượng cho MPLS liên quan đến phân phối luồng và thiết kế nhãn tuyến Các MPLS LSP hoạt động như các tuyến ảo dùng chung topo IP đã thiết lập

Kỹ thuật lưu lượng cho WDM đưa ra giả định một cấu trúc IP tĩnh trên mạng WDM, kỹ thuật lưu lượng WDM giải phóng sự đảm đương của topo IP tĩnh trong mạng WDM

Hình 2.1 Kỹ thuật lưu lượng trong mạng IP/WDM

2.3.1 Kỹ thuật lưu lượng IP/MPLS

2.3.1.1 Những hạn chế trong kỹ thuật lưu lượng IP

Trong mạng IP truyền thống thì việc định tuyến dựa trên một đơn vị đo lường chuẩn gọi là metric Các loại metric này bao gồm : độ dài đường đi, độ tin cậy, độ trễ tuyến, băng thông, tải, chi phí truyền thông Để tìm ra các đường đi một cách ngắn nhất chúng ta sử dụng các thuật toán dựa vào các metric này một cách thích hợp nhất

Khi có lỗi xuất hiện thì các bộ định tuyến IP sẽ gửi các bản tin thông báo trạng thái liên kết LSA mô tả trạng thái liên kết bị lỗi từ đó sẽ báo cho Router biết lỗi liên kết này Do đó việc tính toán lại đường đi sẽ được thực hiện lại sau khi bảng định tuyến của mỗi Router đã hội tụ về trạng thái ổn định Vì quá trình tràn bản tin thông báo trạng thái liên kết LSA (Link State Advertisements) gây ra độ trễ hội tụ lớn, nên quá trình phục hồi lỗi cũng như việc tính toán lại đường đi sẽ mất nhiều thời gian, gây ra độ trễ lớn đặc biệt là đối với các mạng lớn Đặc biệt thậm chí trong quá trình hội tụ mạng vẫn có thể xảy ra tình trạng không ổn định như dao động tải cũng như quá trình định tuyến lặp lại Vì vậy các nhà điều hành mạng sẽ không dễ dàng trong việc quyết định nên chọn metric nào thay đổi cho hợp lý, thay đổi như thế nào cũng như bằng cách nào dự đoán mức ưu tiên trong quá trình thi hành mạng Do đó với mạng IP truyền thống thì nó không hữu dụng trong các ứng dụng có tính nghiệp vụ cũng như ứng dụng mà nhạy về độ trễ

Tóm lại định tuyến IP truyền thống có những hạn chế :

- Phải dựa vào các giao thức định tuyến để phân bố thông tin định tuyến

- Việc thực hiện quá trình chuyển tiếp phải dựa trên địa chỉ đích của gói tin, không thể dựa trên các tham số QoS (Chất lượng dịch vụ)

- Mỗi node mạng đều phải thực hiện việc tìm kiếm thông tin định tuyến

2.3.1.2 Kỹ thuật lưu lượng MPLS

MPLS (Multi Protocol Label Switch) là một giải pháp để giải quyết nhiều vấn

đề trong mạng như tốc độ, khả năng mở rộng mạng, quản lí chất lượng dịch vụ (QoS), và điều phối dung lượng MPLS là một công nghệ kết hợp tốt nhất giữa định tuyến lớp 3 và chuyển mạch lớp 2 cho phép chuyển tải các gói rất nhanh trong

mạng lõi và định tuyến tốt ở mạng biên bằng cách dựa vào nhãn (label) MPLS là một phương pháp cải tiến việc chuyển tiếp gói trên mạng bằng cách các nhãn được gắn với mỗi gói IP, tế bào ATM hoặc frame lớp 2 MPLS kết nối tính thực thi và khả năng chuyển mạch lớp 2 và định tuyến lớp 3 Cho phép các ISP cung cấp nhiều dịch

vụ khác nhau mà không cần bỏ đi các hạ tầng sẵn có Cấu trúc MPLS có tính mềm dẻo trong bất kỳ sự phối hợp với công nghệ lớp 2 nào

MPLS hỗ trợ mọi giao thức lớp 2 ,triển khai có hiệu quả các dịch vụ IP trên 1 mạng chuyển mạch IP MPLS sẽ hỗ trợ việc tạo ra các tuyến khác nhau giữa nguồn

và đích trên một đường trục Internet Bằng việc tích hợp MPLS vào kiến trúc mạng, các ISP có thể giảm chi phí, tăng lợi nhuận, cung cấp nhiều hiệu quả khác nhau và đạt được hiệu quả cạnh tranh cao

Nguyên lý hoạt động của MPLS : Thay thế cơ chế định tuyến lớp 3 bằng cơ chế chuyển mạch lớp 2, MPLS hoạt động trong lõi của mạng IP Tất cả các gói IP sẽ được gán nhãn( Label) và chuyển tiếp theo một đường dẫn LSP (Label Switched Path) Đường chuyển mạch nhãn LSP là một đường nối giữa router ngõ vào và router ngõ ra, được thiết lập bởi các nút MPLS để chuyển các gói xuyên qua mạng Các router trên đường dẫn chỉ căn cứ vào nội dung của nhãn để quyết dịnh chuyển tiếp gói mà không cần phải kiểm tra header IP Vì vậy tốc độ xử lý trong miền MPLS sẽ nhanh hơn nhiều so với định tuyến IP truyền thống Nhãn sẽ được tách ra khi gói ra khỏi mạng MPLS

Ưu điểm của chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS :

- Tốc độ và độ trễ : Chuyển mạch nhãn đa giao thức được thực hiện để giải quyết vấn đề về tốc độ và độ trễ một cách có hiệu quả Chuyển mạch nhãn nhanh hơn nhiều so với chuyển mạch IP cổ điển vì giá trị nhãn được đặt ở header của gói đến, được sử dụng để quản lý bảng định tuyến theo cách nhãn sẽ được sử dụng là chỉ mục trong bảng Việc tìm kiếm này yêu cầu chỉ một lần là tìm ra, ngược lại định tuyến cổ điển có thể phải tìm trong bảng đó vài nghìn lần Kết quả, trên luồng vận chuyển, các gói được gửi thông qua mạng nhanh hơn thông thường, giảm thời gian trễ, và đáp ứng thời gian cho người dùng

- Khả năng mở rộng : Chuyển mạch nhãn còn có thể cung cấp khả năng mở rộng,

đó là có thể điều tiết một số lượng lớn và ngày càng tăng nhanh chóng các user trên mạng Internet Chuyển mạch nhãn đề nghị một cách giải quyết cho vấn đề phát triển mạng một cách nhanh chóng như vậy bằng cách cho phép một số lượng lớn các địa chỉ IP được liên kết với nhau trên một hay một vài nhãn Cách tiếp cận này

sẽ cắt giảm bớt bảng định tuyến và cho phép một router phục vụ nhiều người dùng hơn tại một thời điểm và cũng không cần đòi hỏi khả năng xử lý cao của các router

- Đơn giản : Chuyển mạch nhãn về cơ bản là nó chỉ tập hợp các giao thức định tuyến, việc chuyển tiếp một gói dựa trên nhãn của gói đó Chuyển mạch nhãn có thể được thực hiện trong một phần mềm, trong các mạch điện tử tích hợp hay trong một vi xử lý đặc biệt

- Mức sử dụng tài nguyên : Chuyển mạch nhãn không làm tốn nhiều tài nguyên trong việc thiết lập một chuyển mạch cho đường dẫn

Ứng dụng quan trọng nhất của MPLS khởi đầu là kỹ thuật lưu lượng Kỹ thuật lượng MPLS nhằm mục đích điều khiển chính xác các luồng lượng trong mạng để tối ưu việc sử dụng mạng

Khi xem xét chọn lọc tuyến, kỹ thuật lưu lượng MPLS có thể được sử dụng nhằm hai mục đích sau :

 Cân bằng tải : được sử dụng để cân bằng các luồng lưu lượng đi ngang qua

mạng để tránh nghẽn, các điểm nóng và thắt nút cổ chai Nó được thiết kế đặc biệt để tránh các tình trạng một số thành phần mạng bị sử dụng quá mức, trong khi các thành phần khác của mạng lại ít được sử dụng.Trong mạng IP, nhiều tuyến chi phí bằng nhau có thể được thiết lập giữa các nút Không có định tuyến tường minh hoặc hỗ trợ cân bằng tải, một tuyến được lựa chọn một cách tuỳ tiện Hình 2.2 chỉ rõ vấn đề nghẽn mạng , trong đó tất

cả lưu lượng được chuyển tiếp dọc trên một tuyến Hậu quả là tuyến có thể bị nghẽn, nhưng một số tuyến chi phí bằng nhau lại bỏ phí Để khắc phục điều này OSPF đưa vào sử dụng kỹ thuật nhiều tuyến chi phí bằng nhau (ECMP – Equal Cost Multi Path), nhờ vậy mà tải được phân chia bằng nhau trên nhiều tuyến

Hình 2.2 Lưu lượng chuyển dọc theo 1 tuyến

Kỹ thuật lưu lượng MPLS tốt hơn kỹ thuật ECMP tối thiểu trong hai phương diện Thứ nhất, MPLS đưa ra lựa chọn tuyến tối ưu Nói chung, ECMP chỉ cố gắng phân phối đều tải trên các tuyến chi phí bằng nhau, nhưng nó không cố gắng phân phối các luồng một cách tối ưu tới các tuyến mà cũng không hiểu biết tính khả dụng

và điều kiện tải động của nhiều tuyến Kỹ thuật lưu lượng MPLS thông qua cơ chế làm tràn LSA để cấu trúc và duy trì cơ sở dữ liệu kỹ thuật lưu lượng chứa thông tin

kỹ thuật lưu lượng khi xem xét mỗi tuyến về độ rộng băng tần tổng, độ rộng băng tần khả dụng, dự phòng và độ rộng băng tần dự phòng Kỹ thuật lưu lượng MPLS

có khả năng đưa ra quyết định phân phối luồng tối ưu trong môi trường mạng động phù hợp với cơ sở dữ liệu kỹ thuật lưu lượng

Trong trường hợp của các mạng sử dụng không đúng mức, các quyết định định tuyến chiếm ưu thế nhờ giảm thiểu trễ Trong trường hợp của các mạng sử dụng đúng mức, các quyết định định tuyến phải lưu ý các liên kết dung lượng thấp và các liên kết có tải cao Nhờ cân bằng tải mà việc sử dụng mạng đạt cực đại Tuy nhiên, việc sử dụng tăng hơn nữa thì cân bằng tải nhờ điều chỉnh chi phí liên kết không còn thích hợp nữa vì mạng đã đạt tới hoặc gần tới dung lượng cực đại

 Cung cấp mạng : Kỹ thuật lưu lượng MPLS có thể được sử dụng để cung

cấp mạng như là kết quả của lập kế hoạch mạng dài hạn hoặc tương đối ngắn hạn, cung cấp mạng trên toàn cầu một cách tối ưu

2.3.1.3 Cơ chế bảo vệ và khôi phục đường dẫn trong MPLS

MPLS hỗ trợ cơ chế bảo vệ, khôi phục đường dẫn cũng như là tái định tuyến lưu lượng qua một đường dẫn chuyển mạch nhãn LSP cụ thể là :

Đối với việc khôi phục bằng tái định tuyến thì đường khôi phục sẽ được thiết lập mỗi khi có sự cố xảy ra Khi phát hiện có sự cố trên đường làm việc thì một LSP đứng trước vị trí mà xảy ra sự cố đó sẽ có nhiệm vụ sửa chữa sự cố đó bằng cách nó

sẽ báo hiệu đường khôi phục đi vòng qua điểm có sự cố và nối vào điểm phía sau điểm có sự cố nằm trên đường làm việc Đường làm việc này có thể được tính toán

trước hoặc sau khi phát hiện ra sự cố xảy ra Khi đường khôi phục được thiết lập xong thì lưu lượng sẽ được truyền trên đường này.

Trong chuyển mạch bảo vệ thì đường khôi phục được tính toán và thiết lập trước khi xảy ra sự cố trên đường làm việc Khi có sự cố xảy ra thì một PSL (Path Switch LSP) sẽ chuyển mạch lưu lượng sang đường khôi phục Do đường khôi phục đượng thiết lập trước nên chuyển mạch bảo vệ sẽ nhanh hơn so với khôi phục bằng tái định tuyến

2.3.2 Kỹ thuật lưu lượng trong mạng WDM

2.3.2.1 Định tuyến và gán bước sóng trong mạng WDM

2.3.2.1.1 Định tuyến và gán bước sóng tĩnh

Kỹ thuật định tuyến và gán bước sóng tĩnh được thực hiện khi các luồng quang

và các tuyến của nó đã biết trước và có tính ổn định,chúng ta cần gán bước sóng cho các luồng quang sao cho mỗi luồng quang trong các tuyến sợi đưa ra 1 bước sóng khác nhau

Phương pháp thực hiện : Sử dụng thuật toán tìm đường đi ngắn nhất cho mỗi yêu cầu kết nối, sau đó xác định bước sóng nào để thiết lập lightpath Nếu có nhiều đường đi giữa 2 nút mạng cần kết nối bằng nhau thì quá trình định tuyến sẽ chọn ngẫu nhiên 1 trong các đường đó Khi đường dẫn và bước sóng đã được xác định thì các bộ định tuyến được lập trình để thiết lập các lightpath đã được chỉ dẫn trước Tuy nhiên cũng không phải lúc nào cũng phải được thiết lập theo tuyến ngắn nhất

mà cũng có khi thiết lập theo tuyến dài hơn vì như vậy sẽ có thể tránh được tắc nghẽn không đáng có trên một số liên kết trong mạng

Quá trình thiết lập lightpath cần thoả mãn 2 ràng buộc :

- Ràng buộc về tính liên tục bước sóng : những kết nối chia sẽ chung một sợi phải

+ Cho trước topo vật lí, tức là cho trước các nút mạng và các liên kết vật lí.

+ Cho trước tập các yêu cầu kết nối hoặc ma trận lưu lượng tĩnh để từ đó xác định các yêu cầu kết nối

+ Thích hợp cho dạng trạng thái lưu lượng biết trước và có tính ổn định,sự thay đổi chỉ xảy ra trong khoảng thời gian dài

+ Trong bài toán S-RWA , đường dẫn và bước sóng được xác định trước cho từng kết nối Không phụ thuộc vào sự thay đổi thông tin trạng thái đang diễn ra trên mạng Khi đường dẫn và bước sóng đã xác định, các bộ OXC ở các nút mạng sẽ được lập trình để thiết lập các lightpath đã được chỉ định trước

Mục tiêu :

+ Tối thiểu hoá bước sóng cần sử dụng

+ Hoặc tối đa số kết nối có thể thiết lập ứng với một số lượng bước sóng và một tập kết nối cho trước

Với công nghệ hiện tại thì ta luôn có giới hạn số lượng các bước sóng trong một sợi quang (hay liên kết) Và nếu giải pháp thực hiện tìm được nhiều bước sóng hơn giới hạn này thì xem như là không khả thi trong thực tế Vì vậy bài toán S-RWA cũng sẽ trả lời cho ta câu hỏi là liệu topo vật lí hiện tại có thể đáp ứng yêu cầu lưu lượng đó hay không Nếu không thì ta phải thêm vào mạng các liên kết mới

Như vậy kỹ thuật này cho phép tận dụng tài nguyên mạng tương ứng với những điều kiện trên một cách hiệu quả Ngoài ra khi các tuyến đã cố định thì việc còn lại

là gán các bước sóng khả thi cho chúng sao cho số lượng bước sóng được sử dụng trên mạng là nhỏ nhất để có thể thoã mãn các yêu cầu công nghệ về số lượng bước sóng tối đa trên một sợi cáp quang

2.3.2.1.2 Định tuyến và gán bước sóng động

Một trong những yếu tố quan trọng để sử dụng hiệu quả tài nguyên của mạng là tính đáp ứng cho nhiều yêu cầu thiết lập lightpath ở các thời điểm khác nhau, tức là phải thực hiện định tuyến và gán bước sóng động Trong kỹ thuật định tuyến và gán bước sóng động D-RWA hay còn gọi là kỹ thuật thiết lập các lightpath động, ta xem xét lưu lượng mạng là động Các yêu cầu kết nối xuất hiện một cách ngẫu nhiên tuỳ theo yêu cầu liên lạc giữa các nút mạng Các kết nối này được yêu cầu tồn tại trong

một khoảng thời gian cũng ngẫu nhiên Vì vậy các lightpath không chỉ được thiết lập động mà còn phải được giải phóng động.

Việc định tuyến và gán bước sóng tuỳ thuộc vào trạng thái của mạng ở thời điểm yêu cầu kết nối xảy ra Mỗi khi có yêu cầu kết nối xuất hiện, các thuật toán D-RWA phải thực hiện để xem xét liệu tài nguyên mạng có đáp ứng yêu cầu kết nối đó hay không Nếu có thể thì thực hiện quá trình định tuyến và gán bước sóng tại các nút trung gian cần thiết để thiết lập lightpath Còn nếu một yêu cầu kết nối không thể đáp ứng do thiếu tài nguyên thì xem như bị nghẽn

Khi quá trình liên lạc kết thúc, kết nối được giải phóng vì vậy bước sóng đã sử dụng có thể sử dụng lại cho một kết nối khác Như vậy ta thấy định tuyến động tận dụng bước sóng tốt hơn Về mặt kinh tế thì phương pháp này sẽ đem lại lợi nhuận nhiều hơn cho các nhà kinh doanh mạng và gián tiếp giảm chi phí cho các thuê bao.Bài toán định tuyến và gán bước sóng động D-RWA có thể được khái quát như sau: Đặc điểm :

+ Các yêu cầu kết nối xuất hiện ngẫu nhiên và tồn tại trong một khoảng thời gian nào đó

+ Việc định tuyến và gán bước sóng phụ thuộc vào trạng thái hiện tại của mạng và phải được xuất hiện mỗi khi có yêu cầu kết nối xuất hiện

Nhận xét : Ta thấy định tuyến và gán bước sóng tĩnh không phụ thuộc vào sự thay

đổi thông tin trạng thái diễn ra trên mạng, kỹ thuật này có ưu điểm là có thể tận dụng tài nguyên mạng tương ứng với những điều kiện đã biết trước một cách có hiệu quả Tuy nhiên do lưu lượng mạng thực tế là thay đổi nên phương pháp này sẽ

không đáp ứng được yêu cầu một cách tức thời của mạng nên sẽ dẫn đến trình trạng nghẽn mạng.

Còn đối với định tuyến và gán bước sóng động thì nó phụ thuộc vào sự thay đổi thông tin trạng thái của mạng, các lightpath sẽ được thiết lập và giải phóng 1 cách động, khi mà quá trình liên lạc kết thúc thì lightpath sẽ được giải phóng Do đó ta thấy rằng so với định tuyến và gán bước sóng tĩnh thì phương pháp này sử dụng tài nguyên bước sóng hiệu quả hơn nhiều, khả năng nghẽn mạng thấp hơn, do đó nó sẽ đem lại lợi nhuận nhiều hơn cho nhà kinh doanh cũng như gián tiếp giảm chi phí cho các thuê bao

Với xu hướng bùng nổ thông tin như hiện nay, yêu cầu lưu lượng lớn và luôn thay đổi, thì phương pháp định tuyến và gán bước sóng động là giải pháp thực hiện hiệu quả hơn rất nhiều so với phương pháp định tuyến và gán bước sóng tĩnh, vì vậy

xu hướng là sử dụng phương pháp định tuyến và gán bước sóng động

2.3.2.1.3 Cơ chế bảo vệ lưu lượng trong mạng WDM

Trong mạng quang thì các thành phần của mạng như liên kết sợi quang, kết nối chéo quang… có thể gây nên lỗi ở đường dẫn thông tin quang, do đó cần phải có sự bảo vệ luồng thông tin quang mỗi khi có sự cố xảy ra Các kiến trúc bảo vệ mạng sợi quang đựa trên cơ chế bảo vệ hoặc khả năng tự hồi phục động

- Cơ chế bảo vệ : Dựa trên nguồn tài nguyên dự phòng, các dung lượng rỗi sẽ được lưu trữ trong suốt quá trình thiết lập các kết nối theo yêu cầu

- Khả năng phục hồi động : Dung lượng rỗi sẵn có trong mạng được sử dụng cho quá trình phục hồi các dịch vụ bị ảnh hưởng bởi sự cố

Nếu xét về dung lượng được sử dụng thì phục hồi động có tính hiệu quả hơn nhưng xét về thời gian phục hồi lỗi thì cơ chế bảo vệ có thời gian phục hồi nhanh hơn

Ví dụ về sự bảo vệ lưu lượng trong mạng WDM :

Hình 2.3 Sự bảo vệ trong mạng WDM Trong cơ chế trên ta giả sử đường dẫn chính là 2-6-8-11-15-20, đường bảo vệ cho đường dẫn chính là đường dự phòng 2-1-5-10-18-19-20.

Các cơ chế bảo vệ đường dẫn :

+ Cơ chế bảo vệ đường dẫn 1-1 : Giả sử có một liên kết trong đường dẫn chính bị hỏng ví dụ như liên kết 8-11, node 8 báo cho node nguồn 2 biết về sự cố sau đó node nguồn 2 này sẽ tự động chuyển lưu lượng sang đường dẫn dự phòng

+ Cơ chế bảo vệ đường dẫn con : Giả sử đường dẫn chính được chia làm 2 đường dẫn con là 2-6-8 và 8-11-15-20 Mỗi đường dẫn con sẽ có các đường dẫn dự phòng riêng đó là đường dẫn dự phòng 2-1-5-8 cho đường dẫn con 2-6-8 và đường dẫn dự phòng 8-10-14-19-20 cho đường dẫn con 8-11-15-20 Giả sử 1 liên kết của đường dẫn chính là 11-15 bị hỏng thì nó sẽ thông báo đến node nguồn của đường dẫn con

là node 8 về sự cố này và do đó node 8 này sẽ chuyển lưu lượng đến đường dẫn dự phòng tương ứng đó là đường dẫn 8-10-14-19-20

+ Cơ chế bảo vệ liên kết: Giả sử liên kết dọc theo đường dẫn chính là 8-11 bị hỏng, khi đó 1 node nguồn của liên kết bị hỏng; ở đây là node 8; sẽ chuyển mạch lưu lượng đến đường dẫn dự phòng của liên kết hỏng đó, đó là đường dẫn 8-10-11

2.4 Các mô hình thực hiện kỹ thuật lưu lượng trọng mạng IP/WDM

2.4.1 Kỹ thuật lưu lượng chồng lấn

Nguyên tắc của kỹ thuật lưu lượng chồng lấn là tối ưu hoá được thực hiện cho mỗi lớp tại một thời điểm Lợi thế của kỹ thuật lưu lượng chồng lấn là các cơ cấu đó có thể thích hợp cho việc đáp ứng tốt nhất nhu cầu của lớp đặc thù (IP hoặc

WDM) dành cho các đối tượng đã chọn Hình 2.5 minh hoạ kỹ thuật lưu lượng chồng lấn

Hình 2.4 Kỹ thuật lưu lượng chồng lấn

Kỹ thuật lưu lượng chồng lấn được cấu trúc bằng cách kết nối các bộ định tuyến IP tới một mạng WDM có OXC thông qua một OADM Các mạng IP/WDM cấu trúc theo cách này đưa ra mạng WDM dựa vào OXC nên mạng vật lý bao gồm các phần tử quang và sợi quang tạo thuận lợi cho lớp máy dịch vụ Mỗi sợi quang chuyển tải nhiều bước sóng nên định tuyến là cấu hình lại linh hoạt Tôpô của mạng

ảo là cấu hình lại nhờ khả năng cấu hình lại của tuyến quang trong lớp máy dịch vụ Các giao diện của bộ định tuyến IP được kết nối tới OADM là các giao diện cấu hình lại Bằng cách đó, các kề cận IP được kết nối thông suốt nên các giao diện cấu hình lại có thể thay đổi nhờ nâng cấp cấu hình tuyến quang nằm dưới

Có hai lớp cơ bản trong mô hình này là:

- Lớp chủ: được đơn giản hóa đó là lớp vật lý bao gồm các phần tử mạng và

các sợi quang Mỗi sợi quang mang nhiều bước sóng quang và được tái định tuyến một cách mềm dẻo

- Lớp con: được hình thành bởi các router IP liên kết với nhau thông qua các

đường dẫn quang hình thành trên mạng vật lý

Vì chức năng phục hồi lỗi đều có cả ở lớp IP và lớp WDM nên yêu cầu là cần phải có sự kết hợp giữa 2 lớp này để có thể tìm ra cũng như khắc phục lỗi một cách nhanh chóng, chi phí thấp nhất Trong một mạng có nhiều lớp thì giải pháp khắc phục lỗi là sử dụng bộ dịnh thời, đó là khắc phục lỗi ở lớp thấp hơn sẽ thực hiện trước rồi đến lớp cao hơn, bộ định thời sẽ làm cho quá trình khắc phục lỗi của 2 lớp không xung đột nhau

Trong các mạng IP/WDM, điều khiển nghẽn được giải phóng không chỉ tại mức luồng khi sử dụng tôpô như nhau, mà còn tại mức tôpô khi sử dụng cấu hình lại tuyến quang.Vì vậy, không chỉ có nguồn lưu lượng điều chỉnh luồng gói trước khi gửi lên mạng, mà mạng cũng có thể tự thích nghi với mẫu lưu lượng trong các giai đoạn kế tiếp nhau đã chọn Trong lớp IP, điều khiển nghẽn cung cấp cơ sở cho

kỹ thuật lưu lượng, chẳng hạn như chuyển tải các luồng bit dọc các tuyến thế nào

để tới đích nhanh chóng Trong lớp WDM, điều khiển phân phối được sử dụng để quản lý các nguồn tài nguyên mạng (chẳng hạn như bước sóng) và phân phối chúng tới các tuyến ảo Điều khiển phân phối lớp WDM có thể là tĩnh, thí dụ cố định lúc bắt đầu yêu cầu kết nối, hoặc có thể động và thay đổi trong thời gian kết nối Hơn nữa, tính linh hoạt này cho phép lớp WDM cung cấp kết nối tới lớp trên với QoS khác nhau

2.4.2 Kỹ thuật lưu lượng tích hợp

Nguyên tắc của kỹ thuật lưu lượng tích hợp là tối ưu hoá được thực hiện tại các mạng IP và WDM đồng thời nên giải pháp tối ưu toàn cầu yêu cầu không gian nhiều chiều Kỹ thuật lưu lượng tích hợp được áp dụng cho các mạng có tích hợp chức năng IP và WDM tại mỗi NE (Network Equipment – phần tử mạng) Khi đã tích hợp chức năng IP và WDM thì mặt bằng điều khiển tích hợp của các mạng trở thành khả thi Quản lý lưu lượng IP, điều khiển và quản lý nguồn tài nguyên WDM được xem xét đồng thời,khi đó việc thống nhất đường đi sẽ được thống nhất với nhau,phương pháp này đảm bảo chắc chắn các gói tin IP được chuyển tiếp trên lighpath được định cấu hình bởi định tuyến bước sóng Tuy nhiên, việc triển khai kỹ thuật lưu lượng trong mô hình tích hợp gặp một số khó khăn như phương pháp triển khai phức tạp, quá trình đồng bộ lớn một số node mạng IP/WDM cho các thông tin trạng thái và cấu hình cho các node mạng, cần phải có thời gian hội tụ cao Hình 2.6 chỉ rõ kỹ thuật lưu lượng tích hợp

Hình 2.5 Kỹ thuật lưu lượng tích hợp

2.4.3 So sánh 2 mô hình

Mối liên hệ giữa tối ưu hoá hiệu năng và phân phối nguồn tài nguyên phân biệt phương pháp chồng lấn và phương pháp tích hợp Với sự có mặt của kỹ thuật lưu lượng chồng lấn, tối ưu hoá hiệu năng, chẳng hạn như cân bằng tải và định tuyến lưu lượng, được tiến hành tại lớp IP tách biệt với phân phối nguồn tài nguyên vật lý WDM Việc phân phối được thực hiện trong lớp WDM Tối ưu hoá hiệu năng tại lớp IP có sự lựa chọn bao nhiêu nhu cầu quan tâm đến các trạng thái nguồn

tài nguyên của lớp WDM nơi diễn ra phân phối nguồn tài nguyên vật lý thực tế Mặt khác, tối ưu hoá hiệu năng và phân phối nguồn tài nguyên mạng được kết hợp trong

kỹ thuật lưu lượng tích hợp Nếu tối ưu hoá hiệu năng kéo theo sự thay đổi tập hợp của các nguồn tài nguyên mạng thì phân phối nguồn tài nguyên bao gồm trong tối

ưu hoá

Tóm lại, phương pháp chồng lấn có thể thực hiện không có hiệu quả khi kích

cỡ mạng tăng, vì các máy dịch vụ của hệ thống quản lý mạng IP và WDM trở thành các thắt nút cổ chai Phương pháp tích hợp đối mặt với sự thực hiện quá phức tạp Đồng bộ hoá một số lượng lớn các nút IP/WDM khi chú ý đến thông tin trạng thái mạng và cấu hình chiếm thời gian đáng kể để hội tụ Sự lựa chọn kỹ thuật lưu lượng chồng lấn trái với kỹ thuật lưu lượng tích hợp và lựa chọn việc thực hiện tương ứng

là phụ thuộc mạng hoạt động và lưu lượng ứng dụng.Tuy nhiên, cơ cấu TE chức năng đã trình bày bao gồm hai mô hình của hai phương pháp thực hiện Các thành phần trong cơ cấu là chung cho các ứng dụng kỹ thuật lưu lượng trong các mạng IP/WDM

2.5 Kết luận chương

Như trình bày về nội dung của chương trên ta thấy mục đích của kỹ thuật lưu lượng chính là tối ưu hoá tài nguyên mạng và phục vụ tốt nhu cầu của khách hàng, hạn chế tối đa sự cố nghẽn mạng và khắc phục sự cố 1 cách nhanh chóng khi có 1

sự cố nào đó xảy ra Phạm vi của kỹ thuật lưu lượng IP/WDM bao hàm kỹ thuật lưu lượng IP/MPLS và kỹ thuật lưu lượng mạng WDM Chương này đã nêu lên ưu nhược điểm của các mô hình thực hiện kỹ thuật lưu lượng trong mạng IP/WDM Với mô hình chồng lấn thì đơn giản vì thực hiện ở 2 lớp riêng lẻ nhưng lại có thể xảy ra trường hợp xung đột nếu không có sự thống nhất trong điều khiển Trong khi

đó ở mô hình tích hợp thì việc điều khiển và quản lý tài nguyên sẽ đơn giản và không có xung đột giữa các lớp nhưng phương pháp này triển khai lại phức tạp hơn Như vậy kỹ thuật lưu lượng trong mạng IP/WDM có thể đạt được bằng 2 phương pháp cơ bản hoặc là định tuyến hiệu quả nhằm chọn đường đi thích hợp nhất giữa các node và các các liên kết hoặc là thiết kế topo mạng tối ưu để đáp ứng một cách linh hoạt Do đó chương tiếp theo ta sẽ tìm hiểu thêm về 2 phương pháp trong kỹ

thuật lưu lượng trong mạng IP/WDM cũng như tìm hiểu sơ qua phần mềm có thể

mô phỏng các giải pháp kỹ thuật lưu lượng trong mạng IP/WDM

CHƯƠNG 3

THIẾT KẾ TOPO LOGIC TRONG MẠNG IP/WDM

3.1 Giới thiệu chương

Trong chương 2 đã trình bày về kỹ thuật lưu lượng và cách thức thực hiện

kỹ thuật lưu lượng trong mạng IP/WDM Trong các mạng quang, các node được liên kết thông qua các sợi quang, với băng thông rất lớn nhờ sử dụng công nghệ ghép kênh theo bước sóng quang WDM Ở đó hai node kế cận được kết nối bởi một

số kênh vật lý độc lập và được nhận dạng bởi các bước sóng khác nhau trên một hay nhiều sợi quang Do đó vấn đề đặt ra là với một số lượng đường quang có hạn đồng thời các thiết bị thu phát tại mỗi node cũng hạn chế thì phải làm thế nào để có thể xây dựng một topo logic tối ưu để có thể truyền một cách tốt nhất thông tin yêu cầu đặt ra giữa các node Từ đó bài toán thiết kế topo logic (LTD - Logical Topo Design) được đặt ra để có thể xây dựng các đường nối logic cần thiết để tạo thành một topo logic cụ thể, qua đó có thể đáp ứng một cách tốt nhất cho lưu lượng cần trao đổi giữa các node trong mạng Trong chương này sẽ trình bày nội dung, mục đích, phân tích về bài toán thiết kế topo logic đồng thời thực hiện mô phỏng so sánh một số thuật toán thiết kế topo logic điển hình để có thể hiểu rõ nội dung của chương

3.2 Sự cần thiết của việc thiết kế topologic

Trong mạng IP/WDM, các gói tin IP được mang trực tiếp trên mạng WDM, cung cấp băng thông lớn trên các liên kết điểm nối điểm, nghĩa là mỗi bước sóng trên sợi quang được đối xử như một liên kết vật lý giữa các IP routers quy ước Theo cách này, khi có nhiều bước sóng được ghép kênh trên sợi quang thì dung lượng liên kết tăng lên có thể gây nên hiện tượng nghẽn cổ chai điện tử tại các router

Với sự ra đời của mạng WDM định tuyến bước sóng đã phần nào khắc phục được hiện tượng nghẽn cổ chai điện tử ở các nút router Trong cấu trúc mạng này, mỗi node có các chuyển mạch quang kết nối trực tiếp một bước sóng đầu vào đến

một bước sóng đầu ra và không có quá trình xử lý điện tử nào tại node Sau đó, đường dẫn bước sóng (lightpath) có thể được thiết lập trực tiếp giữa hai node thông qua một hoặc nhiều chuyển mạch quang Tập hợp các node và các lightpath tạo thành topo logic Lưu lượng IP được vận chuyển trực tiếp trên topo logic này Một cách lý tưởng, có thể thiết lập lightpath cho tất cả các cặp node trong mạng Tuy nhiên, có 2 lý do khiến trường hợp này không thể xảy ra Thứ nhất, số lượng bước sóng sẵn có quy định số lượng lightpath được thiết lập Thứ hai, số lượng bộ phát, bộ thu tại mỗi node không thể đáp ứng yêu cầu thiết lập lightpath đến tất cả các node khác trong mạng Khi số node trong mạng tăng lên thì điều này càng khó thực hiện.

Do đó vấn đề đặt ra là với một số lượng đường quang có hạn đồng thời các thiết bị thu phát tại mỗi node cũng hạn chế thì phải làm thế nào để có thể xây dựng một mạng topo logic tối ưu để có thể truyền một cách tốt nhất thông tin yêu cầu đặt

ra giữa các node

3.3 Thiết kế topo logic

3.3.1 Giới thiệu về topo trong mạng WDM

3.3.1.1 Topo vật lý

Topo vật lý của mạng bao gồm các bộ định tuyến quang kết nối với nhau bằng các cặp liên kết sợi quang điểm nối điểm trong một topo mạng lưới bất kỳ

Hình 3.1 Topo vật lý Trong hình 3.1 mỗi cặp liên kết được tượng trưng bằng một cạnh vô hướng giữa các nút định tuyến, nút đầu cuối kết nối với bộ định tuyến Topo vật lý của mạng là một tập hợp các nút đầu cuối, nút định tuyến và các liên kết sợi quang kết nối các

nút với nhau về mặt vật lý mà trên đó người ta có thể thiết lập các đường quang giữa các nút đầu cuối Đường quang là một đường dẫn đi qua mạng đã được cấp phát bước sóng giữa các nút đầu cuối và được thiết lập bằng cách cấu hình định tuyến trong mạng.

Topo vật lý có thể xem các đường nối là song hướng, tức là nếu có đường nối từ nút a đến nút b thì cũng có đường nối từ nút b đến nút a Ngoài phương thức kết nối đơn giản là điểm-điểm thì topo vật lý còn có các loại kết nối khác đó là : topo vật lý hình sao, hình vòng, hình cây, hình lưới

3.3.1.3 So sánh giữa topo vật lý và topo logic

Có liên quan trực tiếp với việc định

tuyến khi đặt đường cáp quang, tuy

nhiên topo vật lý không thể theo kịp với

sự phát triển của các loại hình dịch vụ

vì topo vật lý có thể được xem là topo

cứng

Có liên quan đến khái niệm kênh quang với sự phân bố dịch vụ giữa các điểm nút, có thể thay đổi topo logic từ các chương trình phần mềm, nên có thể xem topo logic là topo mềm

Cơ sở của topo vật lý là kết nối giữa các

bước sóng ghép kênh, chức năng và kết cấu của mạng

Mục đích của thiết kế topo vật lý là đáp

ứng nhu cầu dịch vụ mạng, do đó quá

trình thiết kế được thực hiện sao cho

phân bố địa lý của các điểm nút mạng

và quan hệ giữa các điểm nút là tối ưu

Mục đích của thiết kế topo logic là dựa vào topo vật lý đã có để nâng cao chỉ tiêu vận hành và kinh doanh mạng, tối

ưu hoá chức năng của lớp kênh quang

Bảng 3.1 So sánh giữa topo vật lý và topo logic

3.3.2 Tóm tắt bài toán thiết kế topo logic

Các giả thiết chung :

+ Các đường nối vật lý là song hướng

+ Các đường nối logic hay đường quang là đơn hướng

+ Traffic (lưu lượng) yêu cầu là không đối xứng tức là traffic từ node i đến node j

là khác với traffic từ node j đến node i Traffic yêu cầu thể hiện dưới dạng ma trận

đó là ma trận không đối xứng

+ Các thiết bị chuyển mạch quang đặt ở node mạng có chức năng chuyển đổi bước sóng, tức là nới lỏng điều kiện ràng buộc về bước sóng liên tục trong các đường quang

Các thông số đầu vào :

+ Topo vật lý : topo của mạng cáp quang cụ thể

+ Traffic yêu cầu: nhu cầu kết nối các node trong mạng thể hiện bằng ma trận traffic

Các thông số đầu ra:

+ Topo logic : topo của các đường quang

+ Kết quả định tuyến cho từng luồng traffic trên topo logic

+ Kết quả định tuyến cho từng luồng quang trên topo vật lý

+ Kết quả phân định bước sóng cho từng đường quang

Các điều kiện ràng buộc:

+ Số lượng thiết bị thu phát được lắp đặt tại mỗi node

+ Dung lượng của mỗi đường quang

+ Số bước sóng trên mỗi sợi quang

+ Số hop logic lớn nhất mà mỗi luồng traffic phải vượt qua khi truyền từ nguồn tới đích.

+ Chiều dài vật lý lớn nhất mà đường quang phải truyền qua

3.3.3 Mục tiêu của bài toán thiết kế topo logic

- Mục tiêu xem xét mức độ nghẽn lớn nhất trong mạng :

t h t

Trong đó :

hsd là số hops hay số chặng trên đường quang truyền từ node s đến node d

tsd là traffic từ node s đến node d

ttot là tổng traffic trong mạng

Tối thiểu số hop trung bình trong mạng cũng dẫn đến tối thiểu trung bình của các luồng traffic trên các liên kết Như vậy mục tiêu tối thiểu số hop trung bình trong mạng và mức độ nghẽn lớn nhất trong mạng có mối liên hệ lớn với nhau

3.3.4 Một số thuật toán thiết kế topo logic

3.3.4.1 Thuật toán thiết kế topo logic HLDA

Mục đích của thuật toán HLDA (Heuristis Logical Design Algorithm) là thiết

kế topo logic sao cho xác suất nghẽn mạng là bé nhất Hiện tượng nghẽn mạng xảy

ra khi lưu lượng cực đại xuất hiện trên bất cứ lightpath nào do đó thuật toán này sẽ tối đa luồng lưu lượng single hop nhằm tối thiểu nghẽn Để làm được điều này thuật toán HLDA đặt các liên kết logic giữa các cặp node theo thứ tự lưu lượng giảm dần

Nội dung thuật toán :

- Bước 1 : Nhập ma trận phân phối lưu lượng P = (pij)

Tạo Q = (qij) = P

- Bước 2 : Lựa chọn cặp node nguồn - đích (imax, jmax), có lưu lượng lớn nhất, ví

thì đi Bước 4

- Bước 3 : Nếu node imax có số bộ phát Timax≠0 và node jmax có bộ thu Rjmax≠0 thì + Tìm đường dẫn ngắn nhất đi từ imax đến jmax

+ Nếu bước sóng trên đường dẫn này có sẵn thì :

Thiết lập lighpath đi từ imax đến jmax

Tìm cặp nguồn-đích có ma trận lưu lượng cực đại kế tiếp

qi’j’ = maxi≠imax,j≠jmax qij

Gán : qimaxjmax = qimaxjmax-qi’j’

Gán : Timax = Timax-1

Gán : Rjmax = Rjmax-1

Trở lại bước 2

+ Ngược lại nếu bước sóng không có sẵn thì gán qimaxjmax = 0

Ngược lại nếu Timax = 0 hoặc Rjmax = 0 thì gán qimaxjmax = 0

Trở lại bước 2

- Bước 4 : Thiết lập tất cả các lighpath có thể một cách ngẫu nhiên

Lưu đồ thuật toán :

qimaxjmax=qi’j’ – qimaxjmax Timax = Timax – 1 Rjmax = Rjmax – 1

Begin

Nhập mẫu lưu lượng P=(pij)

Nhập số bộ phát tại mỗi node: Tmax

Nhập số bộ thu tại mỗi node: Rmax

Nhập số bước sóng trên mỗi node : W

Tạo copy ma trận lưu lượng Q=(qij)=P

(Ti)=Tmax

(Rj)=Rmax

Tìm phần tử lưu lượng cực đại qimaxjmax=maxijqij

Thiết lập lightpath giữa imax và jmax Tìm lưu lượng cực đại tiếp theo Thiết lập tất cả các lightpath có thể có một cách ngẫu nhiên Gọi thuật toán Dijkstra để tìm đương ngắn nhất giữa imax và jmax

qimaxjmax=0