SLIDE THUYET TRINH ĐỊNH TUYẾN và gán bước SÓNG TRONG WDM

Mạng WDM còn được gọi là mạng định tuyến từ khi nó sử dụng kỹ thuật định tuyến theo bước sóng Định tuyến theo bước sóng cung cấp cho mạng khả năng xác định và khoanh vùng luồng lưu lượng

Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông

Khoa Viễn Thông 2

CÔNG NGHỆ TRUYỀN TẢI QUANG

BỘ MÔN

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG TP.HCM

LỚP D18CQVT01 – KHOA VIỄN THÔNG 2

VÀ GÁN BƯỚC SÓNG TRONG WDM

Giảng viên: LÊ QUỐC CƯỜNG

Báo cáo đề tài:

THÀNH VIÊN NHÓM

HOÀI MAI PHƯƠNG TRÂM TRƯƠNG VĂN TRƯỜNG

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Bijoy Chand Chatterjee, Nityananda, Partha Pratim Sahu, Eiji Oki Routing and Wavelength Assignment for based Optical Network, 10-2016.

WDM-[2] Mục c), Phần 3.4.1, Chương 3, Kỹ thuật thông tin quang Đỗ Văn Việt Em, 2007.

[3] Mục e), Phần 3.4.2, Chương 3, Kỹ thuật thông tin quang Đỗ Văn Việt Em, 2007.

[4] 1.Introduction Routing and Wavelength Assignment in Optical Networks Oliveir Brun, Sami Baraketi ,11-2014 [5] George N Rouskas Routing and Wavelength Assignment in Optical WDM Networks, 2010

[6] Coursehero Chương 1: Mạng quang WDM

[7] Mục c), Phần 1.1.2, Chương 1, Kỹ thuật thông tin quang Đỗ Văn Việt Em, 2007.

[8] Nguyễn Đình Hải, Vài nét cơ bản về Distance vecstor và Link State, 2011

[9] Nguyễn Xuân Tùng, vnoi.Các thuật toán về tìm đường đi ngắn nhất, 2018

[10] GeekforGeek Different between Physical Topology and Logical Topology.2020

[11] Digicenter Topology là gì 2019

GIỚI THIỆU CHUNG

Các công nghệ truyền tải như hệ thống phân cấp kỹ thuật số đồng bộ (SDH /

SONET) và Chế độ truyền không đồng bộ (ATM) ngày càng bị giới hạn về tốc độ

và không còn có thể đáp ứng nhu cầu về các dịch vụ băng thông cao.

Tốc độ của các công nghệ này được giới hạn ở vài chục Gbps so với tốc độ điện tử cao nhất của các thành phần mạng, nơi một sợi quang đơn mode có thể truyền dữ liệu ở tốc độ cao nhất, ngân hàng điện tử , ứng dụng đa phương tiện, v.v.)

Để tăng băng thông của cáp quang, công nghệ ghép kênh phân chia theo bước

sóng (WDM) được phát triển Đây là một công nghệ đầy hứa hẹn để sử dụng hiệu quả băng thông khổng lồ của cáp quang

Trong công nghệ ghép kênh phân chia theo bước sóng, sự truyền tải phổ của một liên kết sợi quang có thể được chia thành nhiều kênh trong suốt giao thức Nhiều

kênh có thể hoạt động đồng thời trong một sợi quang ở các bước sóng khác nhau, cung cấp cho mỗi kênh băng thông tương thích với tốc độ xử lý điện tử hiện tại.

Giới thiệu định tuyến và gán bước sóng

Mạng WDM được phát triển nhanh chóng như một lớp mạng mạnh mẽ để sử dụng trong các mạng diện rộng Các mạng này bao gồm các thiết bị chuyển mạch quang định tuyến tín hiệu dựa trên nhận dạng của cổng đầu vào và bước sóng của tín hiệu đến.

Mạng WDM còn được gọi là mạng định tuyến từ khi nó sử dụng kỹ thuật định tuyến theo bước sóng

Định tuyến theo bước sóng cung cấp cho mạng khả năng xác định và khoanh vùng luồng lưu lượng, do đó cho phép sử dụng lại cùng một bước sóng trong các phân đoạn rời rạc về mặt không gian của mạng

Trong mạng quang định tuyến bước sóng, người sử dụng liên lạc với nhau qua các kênh thông tin quang được gọi là các lightpath Lightpath là một đường đi của tín hiệu ánh sáng từ nguồn đến đích dưới dạng quang thông qua các kết nối trung gian Khi một lightpath được chọn và xác định, mỗi lightpath cần được định tuyến và gán bước sóng cho nó Từ đó đặt ra bài toán định tuyến và gán bước sóng Định tuyến là vấn đề tìm đường giữa hai node bất kì trong mạng để thoả mãn một mục đích nào đó, thuật ngữ gọi là để tối ưu hàm mục tiêu (cost function)

ĐỊNH TUYẾN BƯỚC SÓNG

Một số công trình đã nghiên cứu vấn đề RWA trong mạng WDM toàn quang và nhiều đóng góp khác nhau đã được thực hiện thông qua các thuật toán thú vị Bài toán xem xét một mạng có hướng G = (V, E) trong đó V là tập các nút đại diện cho các chuyển mạch của mạng vật lý

và E là tập các cạnh đại diện cho các liên kết sợi của mạng vật lý.

Vấn đề RWA trong mạng WDM được chia thành 2 loại dựa trên lưu lượng truy cập:

+ Thành lập đường dẫn ánh sáng tĩnh (SLE)

+ Thiết lập đường dẫn ánh sáng động (DLE)

Thành lập đường dẫn ánh sáng tĩnh

(SLE)

Lưu lượng là tĩnh và tập hợp các yêu cầu kết

nối được biết trước Loại vấn đề này liên quan

đến giai đoạn lập kế hoạch của mạng WDM

Các thuật toán được đề xuất để giải quyết vấn

đề RWA tĩnh được gọi là thuật toán Ngoại

tuyến Static RWA được biết đến là một bài

toán tối ưu hóa NP-khó vì nó được coi là một

trường hợp đặc biệt của bài toán luồng đa chỗ

số nguyên (MCF) [21] [13] với các ràng buộc

cụ thể bổ sung và có thể được xây dựng dưới

dạng một số nguyên tuyến tính chương trình

nó nhằm mục đích cùng nhau tối ưu hóa các đường dẫn ánh sáng được sử dụng bởi các kết nối trong giống như cách bài toán luồng đa hàng khó hơn bài toán đường đi ngắn nhất trong các mạng nói chung

ĐỊNH TUYẾN

(ROUTING)

11

-Định tuyến (Routing hay Roueting) là quá trình lựa chọn và xác định đường đi trên mạng máy tính để gửi các gói tin

thông qua các thiết bị định tuyến.

-Định tuyến là thành phần không thể thiếu trong mạng viễn thông

12

Giới thiệu

định tuyến

Phân Loại Định Tuyến

ĐỊNH TUYẾN ĐỘNG

13

ĐỊNH TUYẾN TĨNH

ĐỊNH TUYẾN TĨNH:

-Định tuyến tĩnh dựa theo phương thức thủ công do người quản trị khai báo thông tin định tuyến cho thiết bị định tuyến.

Tuesday, February 2, 20XX Sample Footer Text 14

Không tiêu tốn tài nguyên để tính toán

và phân tích gói tin Khả năng mở rộng kém, phù hợp với mô hình nhỏ

Bảo mật tốt

-Sử dụng định tuyến tĩnh khi:

+ Đường truyền có băng thông thấp

+ Người quản trị cần kiểm soát kết nối hệ thống

+ Hệ thống có ít tuyến kết nối

+ Dùng làm đường dự phòng khi đường kết nối dùng giao thức định tuyến động

-Phương thức triển khai: có 2 phương thức:

+Next hop: thông tin sẽ chuyển đén Router kế tiếp nào trước khi đến đích +Exit interface: thông tin sẽ được đưa ra cổng nào trước khi đến đích.

+Tự tính toán và đưa ra tuyến đường tốt nhất +Yêu cầu xử lý hệ thống cao hơn so với định tuyến tĩnh +Đơn giản trong việc cấu hình

Protocol)

EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol)

OSPF (Open Shortest Path

First)

Giao thức định tuyến trongGiao thức định tuyến trong

IGP (Interior Gateway Protocol) (Interior Gateway Protocol)IGP

Giao thức định tuyến ngoài

Giao thức định tuyến ngoài

EGP (Exterior Gateway Protocol)EGP

(Exterior Gateway Protocol)

Sample Footer Text 18

LÝ THUYẾT

ĐỒ THỊ

Tuesday, February 2, 20XX Sample Footer Text 19

Tuesday, February 2, 20XX Sample Footer Text 20

không nhất thiết phải khác nhau.

Khi một cạnh nối một đỉnh với chính nó thì gọi là đồ thị có chứa khuyên

Hoặc

E = {(V2,V1), (V3,V2), (V1,V3), (V1,V1)}

V1 ϵ V và (V1,V1) ϵ E thì ta nói có một khuyên tại đỉnh V1

ĐƠN ĐỒ THỊ VÔ HƯỚNG ĐA ĐỒ THỊ VÔ HƯỚNG GIẢ ĐỒ THỊ VÔ HƯỚNG

e3

RK TOPOLO

(TOPO LOGIC)

Topo vật lý của mạng là quan

hệ kết nối vật lý của các điểm nút mạng, là tập hợp các điểm

nút và các sợi quang

NETWORK TOPOLOGY

Mạng topo là mô hình kết nối các phần tử mạng

PHYSICAL

TOPOLOGY

(TOPO VẬT LÝ)

LOGICAL TOPOLOGY

(TOPO LOGIC)

Topo logic là sự phân bố dịch

vụ giữa các điểm nút của mạng

SO SÁNH TOPO VẬT LÝ VÀ TOPO LOGIC

TOPO VẬT LÝ TOPO LOGIC

Sự kết nối vật lý giữa các điểm nút Quan hệ kết nối logic giữa các điểm nút

Trong lớp môi trường vật lý Trong lớp kênh quang của mạng.

Quan hệ mật thiết với số lượng đầu dây của điểm

nút mạng

Quan hệ trực tiếp với số lượng đầu dây của điểm nút, số lượng bước sóng ghép kênh, chức năng và

kết cấu của mạng Đáp ứng nhu cầu dịch vụ mạng, thiết kế sao cho

phân bố địa lý của nút mạng và quan hệ kết nối

vật lý các điểm nút là tối ưu

Dựa vào topo vật lý đã có nâng cao chỉ tiêu vận hành và kinh doanh mạng, tối ưu hóa chức năng

mạng của lớp kênh quang

CÁC THUẬT TOÁN CƠ BẢN TRONG ĐỊNH TUYẾN

Trong thực tế việc định tuyến tối ưu cáp quang trên thế giới như mạng cáp quang quốc tế hay đơn giản hơn là một mạng nội bộ chúng ta phải có giải thuật toán để giải quyết vấn đề này.

Các thuật toán này đòi hỏi các tính chất sau:

Hiện nay có rất nhiều thuật toán tối ưu đường đi như Dijkstra, Bellman-ford, Floyd Warshall, Flooding,… Hầu hiết các thuật toán đang được sử dụng để tính đường đi tối thiểu trong các gói chuyển mạch và internet là Dijkstra hoặc Bellman-Ford.

CÁC THUẬT TOÁN CƠ BẢN TRONG ĐỊNH TUYẾN

VẤN ĐỀ ĐẶT RA

Ta sẽ đi xét hai thuật toán Dijkstar và Bellman-Ford cho từng trừng hợp

Dijkstar Bellman-Ford

CÁC THUẬT TOÁN CƠ BẢN TRONG ĐỊNH TUYẾN

Giải thuật trạng thái liên kết

Trong thuật toán trạng thái liên kết Link State không gửi bảng định tuyến của mình, mà chỉ gửi tình trạng của các đường link trong linkstate-database của mình đi cho các router khác, các router

sẽ áp dụng giải thuật để tự xây dựng routing-table riêng cho mình Khi mạng đã hội tụ, Link State protocol sẽ không gửi update định kỳ mà chỉ gởi khi nào có một sự thay đổi trong mạng

Một trong nhưng thuật toán sử dụng trong định tuyến trạng thái liên kết là thuật toán Dijkstra

CÁC THUẬT TOÁN CƠ BẢN TRONG ĐỊNH TUYẾN

Thuật toán Dijkstra

Giải thuật chọn đường đi ngắn nhất Dijkstra (1959):

 Thuật toán Dijkstra, mang tên của nhà khoa học máy tính người Hà Lan Edsger Dijkstra, là một thuật toán giải quyết bài toán đường đi ngắn nhất nguồn đơn trong một đồ thị có hướng

 Thuật toán thực hiện tìm đường đi từ một đỉnh đến tất cả các đỉnh còn lại của

đồ thị có trọng số không âm

 Thuật toán Dijkstra bình thường sẽ có độ phức tạp là trong đó m là số cạnh, n là

số đỉnh của đồ thị đang xét

CÁC THUẬT TOÁN CƠ BẢN TRONG ĐỊNH TUYẾN

Thuật toán Dijkstra

BÀI TOÁN ĐẶT RA

Cho một đồ thị như hình bên, tìm đường đi ngắn nhất

từ đỉnh u tới các đỉnh còn lại

G = (V,E) : Đồ thị với tập đỉnh V và tập cạnh E

c(x,y): chi phí của liên kết x tới y, = ∞ nếu không phải 2 nút kế nhau

d(v): chi phí hiện thời của đường đi từ nút nguồn tới nút đích V

p(v): nút ngay trước nút v trên đường đi từ nguồn tới đích

T: Tập các nút mà đường đi ngắn nhất đã được xác định

Ta có các ký hiệu

CÁC THUẬT TOÁN CƠ BẢN TRONG ĐỊNH TUYẾN

Thuật toán Dijkstra

Ưu điểm :

 Có thể thích nghi được với đa số hệ thống , cho phép người thiết

kế có thể thiết kế mạng linh hoạt , phản ứng nhanh với tình huống xảy ra Do không gởi interval-update , nên link state bảo đảm được bandwidth cho các đường mạng

+ Nhược điểm :

 Do router phải sử lý nhiều , nên chiếm nhiều bộ nhớ , tốc độ CPU chậm hơn nên tăng delay

 Link State khá khó cấu hình để chạy tốt

CÁC THUẬT TOÁN CƠ BẢN TRONG ĐỊNH TUYẾN

Thuật toán Dijkstra

CÁC THUẬT TOÁN CƠ BẢN TRONG ĐỊNH TUYẾN

Giải thuật tuyến vectơ khoảng cách

Tóm tắt định tuyến vector khoảng cách: Các giao thức định tuyến thuộc loại này như : RIP , IGRP , ……Hoạt động theo nguyên tắc Neighbor , nghĩa là mỗi router sẻ gửi routing-table của mình cho tất cả các router được nối trực tiếp với nó Các router đó sau đó so sánh với bảng routing-table mà mình hiện có và kiểm tra lại các tuyến đường của mình với các tuyến đường mới nhận được, tuyến đường nào tối ưu hơn sẻ được đưa vào routing-table

CÁC THUẬT TOÁN CƠ BẢN TRONG ĐỊNH TUYẾN

Thuật toán Bellman-Ford

Thuật toán tìm đường đi ngắn nhất Bellman-Ford:

 Là một thuật toán tính các đường đi ngắn nhất nguồn đơn trong một đồ thị có hướng có trọng số (trong đó một số cung có thể có trọng số âm)

 Thuật toán Dijkstra giải cùng bài toán này với thời gian chạy thấp hơn, nhưng lại đòi hỏi trọng số của các cung phải có giá trị không âm

 Do đó, thuật toán Bellman-Ford thường chỉ được dùng khi có các cung với trọng số âm

BÀI TOÁN ĐẶT RA

CÁC THUẬT TOÁN CƠ BẢN TRONG ĐỊNH TUYẾN

Thuật toán Bellman-Ford

A

C

E B

4

3 2

Tương tự như bài toán của Dijkstra, bài toán mà thuật

toán Bellman-Ford phải giải quyết là tương tự nhưng

trong trường hợp đồ thị có trong số âm

Bước 1: Thực hiện chọn đỉnh bắt đầu và gán các giá trị vô cực

cho đường đi của tất cả các đỉnh khác

CÁC THUẬT TOÁN CƠ BẢN TRONG ĐỊNH TUYẾN

Thuật toán Bellman-Ford

Bước 2:Thực hiện duyệt qua từng cạnh và nới lỏng khoảng cách

đường đi nếu không chính xác

Bước 3: Ta cần thực hiện V lần bởi trong trường hợp xấu nhất,

độ dài đường đi của một đỉnh có thể bị thay đổi V lần

Bước 4: Lưu ý rằng đỉnh nằm ở góc trên bên phải đã thay đổi độ

dài đường đi của nó

Bước 5: Sau khi tất cả các đỉnh đã có độ dài đường đi của nó, ta sẽ kiểm tra xem có tồn tại một vòng lặp có trọng số âm hay không

CÁC THUẬT TOÁN CƠ BẢN TRONG ĐỊNH TUYẾN

Thuật toán Bellman-Ford

CÁC THUẬT TOÁN CƠ BẢN TRONG ĐỊNH TUYẾN

Thuật toán Bellman-Ford

Ưu điểm

 Dễ cấu hình , router không phải xử lý nhiều nên không tốn nhiều dung lượng bộ nhớ

và CPU có tốc độ xử lý nhanh hơn

CÁC THUẬT TOÁN CƠ BẢN TRONG ĐỊNH TUYẾN

Kết luận

Tóm lại cả hai thuật toán Dijkstra và Bellman-Ford đều hoạt động dưới điều kiện tĩnh của topo mạng và chi phí định tuyến thì cả hai đều chung một kết quả như nhau Khi có sự thay đổi về các node trong mạng thì thuật toán sẽ cố gắng bám theo sự thay đổi để tính toán lại đường đi tuy nhiên, nếu chi phí định tuyến phụ thuộc vào lưu lượng, tức là nó lại phụ thuộc vào đường dẫn được chọn thì với đáp ứng làm cho mạng không ổn định

Định tuyến trạng thái liên kết Định tuyến vector khoảng cách

Phức tạp Đơn giản dễ cài đặtHiểu cấu hình của mạng hiện tại bằng các tích

Cập nhật thông tin định tuyến một cách định kỳ

Chỉ gửi những thông tin cập nhập cần thiết, túc chỉ gửi những thay đổi mà thôi

Thông điệp cập nhật thông tin đinh tuyến lớn,

do sao chép toàn bộ bảng định tuyếnThông tin định tuyến được gửi cho tất cả các

router bằng cách flooding

Thông tin định tuyến trao đổi với láng giềng bằng cách broastcast

GÁN BƯỚC SÓNG ĐỘNG TRONG

IP/WDM (D-RWA)

Gán bước sóng động trong IP/WDM (D-RWA)

Còn gọi là bài toan thiết lập lightpath động (DLE-Dynamic Lightpath Establishment), xét lưu lượng mạng thay đổi Các yêu cầu kết nối xuất hiện một cách ngẫu nhiên

Các lightpath vì thế cũng vừa xuất hiện động và giải phóng độ

D-RWA (Dynamic – Routing Wavelength Assignment)

Gán bước sóng động trong IP/WDM (D-RWA)

- Giải thuật Random

- Giải thuật First-Fit(FF)

- Giải thuật Least-Used(LU)

- Giải thuật Most-Used(MU)

- Giải thuật Min-Product(MP)

- Giải thuật Least-Loaded(LL)

- Giải thuật Max-Sum(M∑)

- Giải thuật Relative Capacity Loss (RCL)

Các giải thuật gán bước sóng

Gán bước sóng động trong IP/WDM (D-RWA)

Giải thuật Random

Là giải thuật gán bước sóng đơn giản nhất, theo đó thì nút nguồn sẽ tìm kiếm tất cả các bước sóng

để xác định tập bước sóng rỗi trên đường đi đã xác định trước Sau đó, sẽ chọn một bước sóng ngẫu nhiên để gán bước sóng cho lightpath đó

Nguyên lý hoạt động

- Khi có yêu cầu đến 1 nút, nút đó sẽ xác định những bước sóng còn rỗi( tức là còn hiệu lực)

và chọn ngẫu nhiên 1 bước sóng trong những bước sóng đó để gán cho yêu cầu đó Các bước sóng còn rồi ở mỗi nút được xác định bằng cách loại bỏ các bước sóng đã sử dụng ra khỏi danh sách bước sóng còn rỗi

- Khi cuộc gọi kết thúc thì thì bước sóng được loại ra khỏi danh sách bước sóng bận và trở lại danh sách bước sóng rồi ban đầu

- Phép gán này phân phối lưu lượng 1 cách tùy ý

- Phương pháp này không đòi hỏi những thông tin về toàn bộ trạng thai của mạng khi thực hiện gán bước sóng Trong trường hợp thiếu thông tin về tinh trạng bước sóng trong mạng thì phương pháp này sẽ dẫn đến kết quả cân bằng được số lượng các bước sóng được sử dụng do đó xác suất nghẽn cũng thấp hơn

Gán bước sóng động trong IP/WDM (D-RWA)

Giải thuật Random