Một mô hình kết hợp phân đoạn và truyền lại chùm có kiểm soát trong mạng chuyển mạch chùm quang

Trong nghiên cứu này đề xuất một mô hình kết hợp giữa truyền lại với phân đoạn chùm có điều kiện nhằm giảm mất mát dữ liệu, giảm độ trễ truyền thông đầu cuối và nâng cao hiệu quả hoạt động của mạng OBS trong tương lai. Các phân tích, đánh giá hiệu quả dựa trên mô phỏng và phân tích sẽ khẳng định ưu điểm của mô hình đề xuất này

MỘT MƠ HÌNH KẾT HỢP PHÂN ĐOẠN VÀ TRUYỀN LẠI CHÙM CĨ KIỂM SỐT TRONG MẠNG CHUYỂN MẠCH CHÙM QUANG PHAN HOÀNG NAM1, VÕ HỒ THU SANG2 NGUYỄN ĐỨC TÙNG3, VÕ MINH CHÂU4 Trung tâm CNTT, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Huế Khoa Tin học, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Huế Khoa Cơ bản, Trường Đại học Y, Đại học Huế Sở Giáo dục Đào tạo Tỉnh Quảng Trị Email: phanhoangnam@dhsphue.edu.vn Tóm tắt: Chuyển mạch chùm quang xem cơng nghệ chuyển mạch gói khả thi internet quang hay tương lai gần Tuy nhiên khơng có đệm quang nút lõi mạng tranh chấp tài nguyên tránh khỏi chùm điều tất yếu xảy Bên cạnh mạng chuyển mạch chùm quang, giao thức TCP thực lớp cao hơn, việc tranh chấp dẫn đến chùm làm giảm hiệu suất giao thức TCP toàn mạng Hiện có nhiều phương pháp giải tranh chấp chùm q trình truyền thơng mạng chuyển mạch chùm quang đề xuất, truyền lại phân đoạn chùm hai phương pháp quan tâm nghiên cứu Trong nghiên cứu đề xuất mơ hình kết hợp truyền lại với phân đoạn chùm có điều kiện nhằm giảm mát liệu, giảm độ trễ truyền thông đầu cuối nâng cao hiệu hoạt động mạng OBS tương lai Các phân tích, đánh giá hiệu dựa mơ phân tích khẳng định ưu điểm mơ hình đề xuất Từ khố: Mạng chuyển mạch chùm quang, truyền lại chùm, phân đoạn chùm, tắc nghẽn GIỚI THIỆU Tốc độ phát triển nhanh Internet năm gần đây, với bùng nổ loại hình dịch vụ truyền thơng, làm gia tăng không ngừng nhu cầu băng thông truyền thông Ðiều đặt thách thức việc tìm kiếm cơng nghệ truyền thơng phù hợp nhằm nâng cao khả truyền thông mạng Internet hệ Kỹ thuật truyền dẫn quang, với cơng nghệ ghép kênh bước sóng quang WDM (Wavelength Division Multiplexing) mang đến giải pháp hoàn hảo đáp ứng yêu cầu bùng nổ Internet tương lai Truyền thông quang, từ đời nay, trải qua nhiều hệ phát triển: từ mơ hình định tuyến bước sóng WR (Wavelength-Routed) ban đầu với đường quang (lightpath) đầu-cuối dành riêng cho dịch vụ truyền thông mơ hình chuyển mạch gói quang OPS (Optical Packet Switched) đề xuất gần đây, với ý tưởng xuất phát từ mạng chuyển mạch gói điện thực trưởng thành [6] Tuy Tạp chí Khoa học, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Huế ISSN 1859-1612, Số 3(59)/2021: tr.124-137 Ngày nhận bài: 23/9/2020; Hoàn thành phản biện: 29/11/2020; Ngày nhận đăng: 30/11/2020 MỘT MƠ HÌNH TRUYỀN LẠI KẾT HỢP PHÂN ĐOẠN CHÙM CĨ KIỂM SỐT 125 nhiên, với số hạn chế mặt công nghệ quang nay, sản xuất đệm quang (tương tự nhớ RAM mạng điện) hay chuyển mạch tốc độ nano giây, mô hình chuyển mạch gói quang chưa thể trở thành thực Một giải pháp thỏa hiệp mơ hình chuyển mạch chùm quang OBS (Optical Burst Switched) Mạng chuyển mạch chùm quang (mạng OBS) đề xuất chuyển mạch chùm quang trở thành công nghệ hứa hẹn tận dụng ưu điểm mạng chuyển mạch kênh quang mạng chuyển mạch gói quang để tránh bất lợi kỹ thuật thời gian Mạng OBS khắc phục hạn chế khả sử dụng khai thác không hiệu băng thông bước đầu đưa mô hình chuyển mạch gói quang thành thực mà công nghệ chế tạo đệm quang chưa thực phát triển Tuy nhiên bùng nổ tự nhiên mạng truyền liệu cấu trúc, cách truyền tải mạng OBS, tắc nghẽn chùm xuất hai nhiều gói điều khiển cố gắng dành trước kênh bước sóng thời điểm, vậy, vấn đề giải tắc nghẽn chùm quan trọng việc giảm bớt mát chùm mạng OBS nhằm nâng cao hiệu mạng vấn đề cần quan tâm nghiên cứu Hiện có phương pháp để xử lý tắc nghẽn đề xuất: (1) dụng đường trễ sợi quang [9] nhằm trì hỗn thời điểm đến chùm kênh bước sóng khả dụng để lập lịch cho chùm đó; (2) sử dụng chuyển đổi bước sóng [7] với trường hợp chùm đến bước sóng bị tắc nghẽn chuyển đổi qua bước sóng khác khả dụng cổng ra; (3) thực định tuyến lệch hướng [5] cách định tuyến chùm tranh chấp đến cổng khác so với cổng theo dự kiến ban đầu; (3) truyền lại chùm [2, 6, 11, 13, 18, 21] việc nút biên vào truyền chùm bị đánh rơi có xảy tranh chấp nút lõi hay sử dụng kỹ thuật phân đoạn chùm [1, 16, 19], có tắc nghẽn xảy có đoạn chồng lấp bị đánh rơi thay đánh rơi tồn chùm Trong phân đoạn chùm truyền lại chùm hai phương pháp khơng làm thay đổi hệ thống mạng, tận dụng tài nguyên rỗi kết nối khác nghiên cứu rộng rãi Tuy nhiên việc truyền lại chùm phân đoạn chùm không kiểm sốt dẫn đến việc tăng số luồng liệu lưu thông, làm phân mảnh kênh tăng số lượng chùm bị phân đoạn, tăng độ trễ truyền thơng đầu cuối, tình trạng tắc nghẽn tăng lên số lượng chùm truyền lại làm thay đổi thứ tự gói tin đến đích Bài viết đề xuất mơ hình kết hợp phân đoạn truyền lại chùm có kiểm sốt nhằm giảm độ trễ truyền thông, giảm xác suất chùm tăng tỉ lệ sử dụng băng thông mạng OBS Cấu trúc viết sau: Phần II trình bày nghiên cứu liên quan đến cơng bố, Phần III mơ tả mơ hình kết hợp phân đoạn truyền lại chùm có kiểm sốt đề xuất; Phần IV mô thực nghiệm phân tích kết Phần V phần kết luận MỘT SỐ NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN Hiện có số hướng tiếp cận truyền lại phân đoạn chùm đề xuất việc giải tắc nghẽn nút lõi mạng xem giải pháp làm giảm xác suất chùm, giảm độ trễ truyền thông tăng lưu lượng gửi vào mạng 126 PHAN HOÀNG NAM cs Ý tưởng phân đoạn chùm đề xuất Vokkarane cộng [17], chùm chia thành đoạn (Hình 1), đoạn bao gồm phần tiêu đề (header) phần liệu (payload) Phần tiêu đề chứa thông tin bit đồng (GuardBits) để ngăn hai đoạn liên tiếp, kiểu liệu (Payload Type), định danh đoạn (Seg Id), độ dài đoạn (Segmentlenght) thơng tin sửa lỗi (Checksum) Mỗi đoạn mang loại liệu nào, gói IP tế bào ATM Khi chùm đến chồng lấp với chùm lập lịch kênh (Hình 2), đoạn chồng lấp bị loại bỏ thay loại bỏ tồn chùm Hình Phân đoạn chùm cấu trúc bên phần điều khiển đoạn (a) Loại bỏ phần đuôi (b) Loại bỏ phần đầu Hình Trong trường hợp chùm tranh chấp bị phân đoạn, có khả xảy ra: (a) loại bỏ đoạn đuôi (b) loại bỏ đoạn đầu chùm tranh chấp Các tác giả [6, 17] đề xuất giải thuật lập lịch kết hợp phân đoạn chùm NPMOC (Non-Preemptive Minimum Overlapping Channel) có khơng lấp đầy khoảng trống Giải thuật NP-MOC cải tiến giải thuật LAUC (Latest Available Unused Channel) Ý tưởng giải thuật NP-MOC dựa vào giá trị LAUT (Latest Available Unscheduled Time) kênh liệu Khi khơng tìm thấy kênh khả dụng để lập lịch cho chùm đến, lúc giải thuật lập lịch NP-MOC xem xét tất kênh liệu tìm kiếm kênh có khoảng chồng lấp nhỏ thời gian đến chùm LAUT để tiến hành phân đoạn lập lịch cho phần lại chùm kênh Giải MỘT MƠ HÌNH TRUYỀN LẠI KẾT HỢP PHÂN ĐOẠN CHÙM CĨ KIỂM SỐT 127 thuật NP-MOC-VF (Non-Preemptive Minimum Overlapping Channel Void Fill) kết hợp giải thuật LAUC-VF (Latest Available Unused Channel Void Fill) với phân đoạn chùm giải thuật cải tiến giải thuật NP-MOC Giải thuật kết hợp NPMOC-VF tiến hành tìm kiếm kênh khả dụng Khi khơng tìm thấy kênh khả dụng để lập lịch cho chùm chưa lập lịch (với giải thuật LAUC-VF) giải thuật NPMOC-VF ưu tiên xem xét tất kênh liệu nhóm lấp đầy khoảng trống trước tìm kiếm kênh có khoảng chồng lấp nhỏ để tiến hành phân đoạn lập lịch cho chùm chưa lập lịch Giải thuật NP-MOC-VF xếp vào nhóm lập lịch lấp đầy khoảng trống Trong giải thuật NP-MOC-VF, tác giả chia nhiều phương án loại bỏ đoạn bị chồng lấp như: loại bỏ phần đầu, loại bỏ phần đuôi, loại bỏ lúc phần đầu phần đuôi nhằm tận dụng băng thông kênh giảm số gói tin bị loại bỏ chùm bị tranh chấp, nhiên vấn đề phân đoạn chùm lựa chọn phương án loại bỏ đoạn chồng lấp Có hai cách tiếp cận, gồm:  Loại bỏ phần đầu, đoạn đầu chùm đến (chùm tranh chấp) bị loại bỏ (Hình 2b)  Loại bỏ phần đi, đoạn chùm đến (chùm tranh chấp) bị loại bỏ (Hình 2a) Ưu điểm loại bỏ phần đuôi so với loại bỏ phần đầu phân đoạn chùm không làm thay đổi trật tự gói tin đến đích, với giả định gói tin truyền lại sau thời gian Bên cạnh giải thuật kết hợp phân đoạn chùm đoạn chùm tranh chấp bị loại bỏ gửi lại từ nguồn TCP Điều dẫn đến tăng độ trễ truyền thông ảnh hưởng đến chế tránh tắc nghẽn, nút biên vào gửi chùm vào mạng thực lưu lại chùm đó, tắc nghẽn xảy cần truyền lại đoạn chùm từ nút biên vào làm giảm độ trễ tuyền thông không ảnh hưởng đến cửa sổ điều khiển TCP Ngồi việc khơng quan tâm đến độ dài chùm sau phân đoạn làm ảnh hưởng đến phân mảnh kênh lập lịch cho chùm hành trình từ nguồn đến đích Đối với truyền lại chùm [11, 13, 15, 18]: Ý tưởng chế truyền lại cho phép chùm bị tranh chấp truyền lại lớp OBS chùm lưu nút biên vào Đã có nhiều tác giả đề xuất mơ hình truyền lại phân thành hai loại: thụ động/phản ứng (reactive) [13,15] chủ động (proactive) [11,18] Đối với chế truyền lại chủ động, nút biên thực truyền lại chùm sau khoảng thời gian định trước mà khơng cần có phản hồi từ nút lõi Trong mơ hình truyền lại BCS (Burst Clone Schema) [18], ý tưởng nhân chùm gốc gửi đồng thời chùm nhân qua mạng Nếu chùm gốc bị mất, chùm nhân có khả đến đích Nút đích lựa chọn chùm đến trước, phân rã chùm chuyển gói bên đến đích đến chúng Với cách làm mơ hình BCS giảm xác suất mát liệu ngẫu nhiên mạng chuyển mạch chùm quang, phù hợp tải lưu lượng gửi vào mạng thấp Nhược điểm mơ hình làm phát sinh chùm giống đích, tăng lưu lượng gửi vào mạng tăng xác suất chùm tải cao 128 PHAN HOÀNG NAM cs Để khắc phục tồn nhóm tác giả [11] đề xuất mơ hình DBTM (Duplicate Burst Transmission Mechanism) với ý tưởng nhân chùm gán ID cho chùm nút biên vào Gói điều khiển chùm gốc chùm gửi đi, thời gian offset chùm gốc điều chỉnh tăng thêm so với chùm nhân Nút nguồn thực gửi chùm gốc sau chùm gửi đi, nút trung gian lưu định tuyến để nhận biết chùm có bị đánh rơi hay không Nếu chùm bị đánh rơi, nút trung gian tiếp tục nhân chùm gốc truyền sau khoảng thời gian điều chỉnh Đối với truyền lại thụ động [2, 6, 13, 21], nút lõi gửi phản hồi nút biên vào để thông báo việc đánh rơi chùm phát tranh chấp dẫn đến cấp phát tài nguyên Khi nhận thông báo này, nút biên vào thực truyền lại chùm tương ứng Nếu sau khoảng thời gian định trước chùm mà nút biên vào khơng nhận thơng báo chùm, xem chùm đến đích xóa chùm Các tác giả [2,13] đề xuất hai mơ hình truyền lại cải tiến dựa vào chế truyền lại thụ động Ý tưởng cải tiến hai mơ hình khơng thể cấp phát tài nguyên cho chùm dẫn đến tranh chấp, nút lõi tính tốn thời điểm lập lịch lại thông báo cho nút biên vào để truyền lại chùm Cả hai mơ hình u cầu nút lõi phải có khả tính tốn thời điểm lập lịch lại cho chùm bị rơi tranh chấp tài ngun Trong mơ hình thứ nhất, nút lõi nhận gói tin điều khiển khơng thể cấp phát tài nguyên cho chùm tương ứng, nút lõi tính tốn thời điểm cấp phát tài ngun cho việc lập lịch lại chùm bị đánh rơi gửi gói tin CRP (Core Reserve Packet) chứa thông tin nút biên vào để thông báo thời điểm thích hợp truyền lại chùm Đề xuất rõ ràng không giảm tranh chấp tài nguyên lần truyền chùm đầu tiên; đảm bảo việc truyền lại chùm thành công số lần truyền lại chùm nhỏ Trong trường hợp tải mạng tăng cao, số lần truyền lại lớn 2, điều làm tăng thời gian tồn chùm đệm chùm tăng số lượng chùm lưu thơng mạng Vì tác giả [6, 21] đề xuất cải tiến thứ hai nút biên khơng thực việc truyền chùm mà gửi gói tin RRP (Reservation Request Packet) đến nút lõi không truyền chùm nút lõi cấp phát tài nguyên cho chùm tương ứng có gửi gói tin phản hồi CRP cho nút biên vào Với công bố tác giả đề xuất số mơ hình truyền lại nhằm giảm xác suất chùm, nhiên mơ hình chưa xét đến trạng thái mạng nhằm thực truyền lại cách hiệu tránh trường hợp làm tăng tắc nghẽn mạng tải cao, làm phức tạp thêm hệ thống, tăng thời gian xử lý loại bỏ gói tin giống đích giảm lưu lượng gửi vào mạng Từ phân tích ưu điểm số tồn phương pháp giải tắc nghẽn thông qua phân đoạn chùm truyền lại công bố Trong nghiên cứu đề xuất mơ hình kết hợp phân đoạn chùm truyền lại chùm có điều kiện nhằm khắc phục tồn nói MỘT MƠ HÌNH TRUYỀN LẠI KẾT HỢP PHÂN ĐOẠN CHÙM CĨ KIỂM SỐT 129 MƠ HÌNH TRUYỀN LẠI KẾT HỢP PHÂN ĐOẠN CHÙM ĐỀ XUẤT Xét mạng OBS có hỗ trợ truyền lại phân đoạn chùm, nút biên vào chịu trách nhiệm lưu chùm cho mục đích truyền lại trước truyền chùm vào mạng, nút lõi đóng vai trị kiểm sốt việc phân đoạn truyền lại chùm đến lập lịch Như mô tả Hình 3, chùm sau tập hợp xong nhân nút biên vào: chùm gửi vào mạng lõi, chùm lưu vào đệm chùm để phục vụ cho việc truyền lại Giả sử nút biên vào trang bị đệm đủ lớn để lưu chùm hoàn thành, chùm nhân bị xóa chùm truyền đến đích thành cơng lúc gói điều khiển (ARQ) gửi trả để yêu cầu thực việc chùm nhân bị xoá thời gian sống chùm hết Các phân tích thời gian sống chùm xem xét phần sau Kiểm tra định kỳ thời gian sống Nếu hết ? Tập hợp burst Nhân chùm Xóa chùm Yes Bộ đệm chùm Lưu chùm Lấy chùm Truyền lại chùm Gửi gói ARQ Gói tin đến Gửi chùm Lập lịch burst Thành công? Kiểm tra điều kiện truyền lại No Nút biên vào Yes Thỏa mãn? Phân đoạn chùm ? No Yes Yes Cập nhận lại độ dài chùm No Loại bỏ chùm Gửi chùm tiếp Nút lõi Nhận chùm phân rã chùm Nút biên Hình 3: Mơ hình kết hợp phân đoạn truyền lại chùm đề xuất Tại nút lõi mơ hình thực giai đoạn: Giai đoạn 1: Một giải thuật lập lịch BFVF (Best Fit Void Filling) [10]) gọi có gói điều khiển đến yêu cầu lập lịch cho chùm tương ứng Nếu việc lập lịch thành cơng, chùm chuyển tiếp đến nút điều lặp lại nút lõi chùm đến đích (nút biên ra) Tuy nhiên, việc lập lịch khơng thành cơng, mơ hình chuyển sang Giai đoạn (các điều kiện phân đoạn chùm thực truyền lại đoạn bị loại bỏ xem xét đến) 130 PHAN HỒNG NAM cs Giai đoạn 2: Tính tốn độ chồng lấp chùm đến với chùm lập lịch kênh kênh có khoảng chồng lấp nhỏ chọn để lập lịch cho chùm đến sau cắt phần đoạn chồng lấp (mơ hình xem xét trường hợp cắt phần chùm chồng lấp nhằm đảm bảo gói tin đến đích thứ tự); Chùm tắc nghẽn phần đoạn chồng lấp xem xét truyền lại thời gian sống gói tin đoạn/chùm cịn đủ để truyền lại từ nguồn đến đích băng thơng kết nối chưa đạt đến mức tắc nghẽn Nếu điều kiện thỏa mãn, nút lõi gửi gói tin ARQ yêu cầu nút biên vào gửi lại gói tin chùm truyền lại chùm nhân Mơ hình kết hợp phân đoạn chùm truyền lại có điều kiện mơ tả chi tiết sau, đó: - 𝑏𝑢𝑏 (𝑠𝑢𝑏 , 𝑒𝑢𝑏 ), burst đến chưa lập lịch, 𝑠𝑢𝑏 thời điểm đến, 𝑒𝑢𝑏 thời điểm kết thúc (chiều dài chùm 𝑙𝑒𝑛𝑢𝑏 = 𝑒𝑢𝑏 −𝑠𝑢𝑏 ); - 𝑊: Số kênh liên kết 𝑊 = {1,2, , 𝑤}; - Độ trễ truyền thông từ nút gửi mạng IP đến nút biên vào mạng OBS 𝑻𝒂 - Độ trễ truyền thông từ nút biên mạng OBS đến nút đích mạng IP 𝑻𝒂 ’ - Độ trễ tập hợp chùm mạng OBS 𝑻𝒃 - Độ trễ tách chùm mạng OBS 𝑻𝒃 ’ - Độ trễ lan truyền phát sinh mạng OBS 𝑻𝒐𝒃𝒔 (𝒏 ∗ 𝑻𝒑𝒓𝒐 + 𝑻𝒑𝒂𝒕𝒉 ), 𝑻𝒑𝒓𝒐 thời gian xử lý nút lõi, 𝑻𝒑𝒂𝒕𝒉 độ trễ đường truyền, 𝑛 số nút mạng mà chùm qua Như độ trễ truyền từ nút nguồn đến nút đích tính: 𝑇𝐷𝑒𝑙𝑎𝑦 = (𝑇𝑎 + 𝑇𝑏 + 𝑇𝑜𝑏𝑠 + 𝑇𝑏′ + 𝑇𝑎′ ) (1) - Độ trễ (thời gian sống gói tin) cho phép: ∗ 𝑇𝐷𝑒𝑙𝑎𝑦 = ∗ (𝑇𝑎 + 𝑇𝑏 + 𝑇𝑜𝑏𝑠 + 𝑇𝑏′ + 𝑇𝑎′ ) (2) - 𝑚: số nút mà burst qua; Thuật toán lập lịch kết hợp phân đoạn chùm truyền lại nút lõi Input - 𝑏𝑢𝑏 (𝑠𝑢𝑏 , 𝑒𝑢𝑏 ) ; - 𝑊, 𝑇𝑎 , 𝑇𝑏 , 𝑇𝑜𝑏𝑠 , 𝑇𝑏′ , 𝑇𝑎′ 𝑚; - 𝑆𝐵𝑘 {𝑏𝑗 (𝑠𝑗 , 𝑒𝑗 )|𝑗 = 1,2, , |𝑆𝐵𝑘 |} tập chùm lập lịch kênh thứ 𝑘(𝑘 ∈ 𝑊); - 𝑙𝑒𝑛𝑔ℎ𝑡𝐵𝑢𝑟𝑠𝑡𝑚𝑖𝑛 : Chiều dài chùm tối thiểu [3]; - 𝑡𝑠𝑥 : khoảng cách chùm truyền kênh; - 𝐵𝑊 = 1𝐺𝑏𝑝𝑠; MỘT MƠ HÌNH TRUYỀN LẠI KẾT HỢP PHÂN ĐOẠN CHÙM CĨ KIỂM SỐT Output - Chùm lập lịch kênh 𝑠𝑐 loại bỏ; Phương pháp: (Khởi tạo) 𝑠𝑐 = −1; 𝑠𝑐 = 𝐵𝐹𝑉𝐹(𝑢𝑏, 𝑊); IF (𝒔𝒄 −1) THEN { Lập lịch chùm 𝑏𝑢𝑏 kênh 𝑠𝑐; } RETURN sc; Else 𝑑𝑟𝑜𝑝𝑚𝑖𝑛 = ∞; FOR EACH𝑘 ∈ 𝑊 DO FOR EACH 𝑗 ∈ |𝑆𝐵𝑘 | DO If((𝑠𝑢𝑏 > 𝑒𝑗,𝑘 )&(𝑠𝑢𝑏 < 𝑠𝑗+1,𝑘 )& (𝑒𝑢𝑏 < 𝑒𝑗+1,𝑘 )) &((𝑒𝑢𝑏 − 𝑠𝑗+1,𝑘 ) < 𝑑𝑟𝑜𝑝𝑚𝑖𝑛 )) THEN 𝑑𝑟𝑜𝑝𝑚𝑖𝑛 = (𝑒𝑢𝑏 − 𝑠𝑗+1,𝑘 ); 𝑠𝑐 = 𝑘; 𝑇𝐷𝑒𝑙𝑎𝑦 = (𝑇𝑎 + 𝑇𝑏 + 𝑇𝑜𝑏𝑠 + 𝑇𝑏′ + 𝑇𝑎′ ); ∗ 𝑇𝐷𝑒𝑙𝑎𝑦 = ∗ (𝑇𝑎 + 𝑇𝑏 + 𝑇𝑜𝑏𝑠 + 𝑇𝑏′ + 𝑇𝑎′ ); 𝑇𝑛 ’ = 𝑚 ∗ 𝑇𝑝𝑟𝑜 + 𝑚 ∗ 𝑇𝑝𝑎𝑡ℎ /𝑛 ; 𝐵𝑊𝑛𝑜𝑤 = |𝑆𝐵𝑘 | ∑𝑊 (𝑒𝑗 −𝑠𝑗 ) 𝑘=1 ∑1 𝐵𝑊 ; IF (2 ∗ 𝑇𝑛 ’ < 𝑇𝐷𝑒𝑙𝑎𝑦 ) ∧ (𝐵𝑊𝑛𝑜𝑤 < 0.7) THEN IF (𝑠𝑐 > 0) THEN 𝑒𝑢𝑏 = 𝑒𝑢𝑏 − 𝑑𝑟𝑜𝑝𝑚𝑖𝑛 + 𝑡𝑠𝑤 ; {Lập lịch chùm 𝑏𝑢𝑏 sau cắt đoạn chồng lấp kênh 𝑠𝑐;} IF (𝑑𝑟𝑜𝑝𝑚𝑖𝑛 > 𝑙𝑒𝑛𝑔ℎ𝑡𝐵𝑢𝑟𝑠𝑡𝑚𝑖𝑛 ) THEN 𝑇𝐷𝑒𝑙𝑎𝑦 = 𝑇𝐷𝑒𝑙𝑎𝑦 − 𝑇𝑛′ ; //cập nhật lại thời gian sống chùm ′ (𝑠 ′ ′ Khởi tạo chùm với đoạn bị chồng lấp 𝑏𝑢𝑏 𝑢𝑏 , 𝑒𝑢𝑏 ); ′ 𝑠𝑢𝑏 = 𝑒𝑢𝑏 − 𝑡𝑠𝑤 ; ′ ′ 𝑒𝑢𝑏 = 𝑠𝑢𝑏 + 𝑑𝑟𝑜𝑝𝑚𝑖𝑛 ; 𝑡𝑟𝑒𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖𝑜𝑛 = 𝑟𝑒𝑠𝑒𝑛𝑑𝑠𝑒𝑔; 131 132 PHAN HOÀNG NAM cs ′ 𝑆𝑒𝑛𝑑𝐴𝑅𝑄(𝐼𝐷𝐵𝑢𝑟𝑠𝑡, 𝑏𝑢𝑏 , 𝑇𝐷𝑒𝑙𝑎𝑦 , 𝑡𝑟𝑒𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖𝑜𝑛 ); ELSE 𝐷𝑟𝑜𝑝(𝑑𝑟𝑜𝑝𝑚𝑖𝑛 ); // loại bỏ đoạn chồng lấp ELSE 𝑇𝐷𝑒𝑙𝑎𝑦 = 𝑇𝐷𝑒𝑙𝑎𝑦 − 𝑇𝑛′ ; //cập nhật lại thời gian sống chùm 𝑡𝑟𝑒𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖𝑜𝑛 = 𝑟𝑒𝑠𝑒𝑛𝑑𝐵𝑢𝑟𝑠𝑡; 𝑆𝑒𝑛𝑑𝐴𝑅𝑄(𝐼𝐷𝐵𝑢𝑟𝑠𝑡, 𝑏𝑢𝑏 , 𝑇𝐷𝑒𝑙𝑎𝑦 , 𝑡𝑟𝑒𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖𝑜𝑛 ); ELSE 𝐷𝑟𝑜𝑝(𝑏𝑢𝑏 ); RETURN sc; Tại nút biên vào INPUT - 𝐴𝑅𝑄(𝐼𝐷𝐵𝑢𝑟𝑠𝑡, 𝑏𝑢𝑏 , 𝑇𝐷𝑒𝑙𝑎𝑦 , 𝑡𝑟𝑒𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖𝑜𝑛 ); OUTPUT PHƯƠNG PHÁP: IF (𝑡𝑟𝑒𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖𝑜𝑛 = 𝑟𝑒𝑠𝑒𝑛𝑑𝐵𝑢𝑟𝑠𝑡) THEN 𝑆𝑒𝑛𝑑(𝑏𝑢𝑏 , 𝐼𝐷𝐵𝑢𝑟𝑠𝑡); ELSE ′ 𝑆𝑒𝑛𝑑(𝑏𝑢𝑏 , 𝐼𝐷𝐵𝑢𝑟𝑠𝑡); RETURN; FUCNTION BFVF(ub,W): INPUT - 𝑏𝑢𝑏 (𝑠𝑢𝑏 , 𝑒𝑢𝑏 ) ∶ chùm đến chưa lập lịch, - 𝑊: Số kênh liên kết W={1,2, ,w}; - 𝑆𝐵 = {𝑆𝐵𝑘 }, 𝑆𝐵𝑘 tập chùm lập lịch kênh thứ k (k∈W); OUTOUT - 𝑠𝑐: kênh tương ứng để lập lịch cho chùm đến PHƯƠNG PHÁP: 𝑏𝑒𝑠𝑡𝑈𝑡𝑖𝑙𝑖𝑠𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 = ; 𝑠𝑐 = −1; FOR EACH 𝑘 ∈ 𝑊 DO 𝑒0,𝑘 = 0; s|𝑆𝐵𝑘|+1,k = ; MỘT MƠ HÌNH TRUYỀN LẠI KẾT HỢP PHÂN ĐOẠN CHÙM CĨ KIỂM SỐT 133 FOR EACH 𝑗 ∈ |𝑆𝐵𝑘 | DO IF(((𝑠𝑢𝑏 ≥ 𝑒𝑗,𝑘 ) ∧ (𝑠𝑗+1,𝑘 ≥ 𝑒𝑢𝑏 )) ∧ ((𝑠𝑗+1,𝑘 − 𝑒𝑗,𝑘 ) < 𝑏𝑒𝑠𝑡𝑈𝑡𝑖𝑙𝑖𝑠𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛))) THEN 𝑏𝑒𝑠𝑡𝑈𝑡𝑖𝑙𝑖𝑠𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 = 𝑠𝑗+1,𝑘 − 𝑒𝑗,𝑘 ; 𝑠𝑐 = 𝑘; RETURN sc; Đánh giá độ phức tạp giải thuật: Tại nút biên: Thực việc tập hợp lập lịch chùm cổng có độ phức tạp O(𝑤 ∗ 𝑙𝑜𝑔(|𝑆𝐵𝑤|)) [10] Tại nút lõi: Mơ hình thực giai đoạn: - Giai đoạn 1: Gọi giải thuật lập lịch BFVF [10] để lập lịch cho chùm đến 𝑤 kênh có độ phức tạp O(𝑤 ∗ 𝑙𝑜𝑔(|𝑆𝐵𝑘 |)) - Giai đoạn 2: Thực tính tốn độ chồng lấp để thực phân đoạn, tính độ trễ băng thơng chiếm dụng cho việc truyền lại đoạn chồng lấp có độ phức tạp O(𝑤 ∗ 𝑙𝑜𝑔(|𝑆𝐵𝑘 |)) Ở giai đoạn thực tuần độ phức tạp mơ hình nút lõi là:O(𝑤 ∗ 𝑙𝑜𝑔(|𝑆𝐵𝑘 |) + O(𝑤 ∗ 𝑙𝑜𝑔(|𝑆𝐵𝑘 |))) Trong 𝑤 tổng số kênh ra, 𝑆𝐵𝑘 số chùm lớn lập lịch kênh 𝑤 kênh cổng xem xét MƠ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ Hình Mơ hình mạng mơ NSFNET Để chứng minh tính hiệu mơ hình thực nghiệm thực cài đặt mô mơ hình đề xuất so sánh với mơ hình truyền lại, phân đoạn chùm trình bày phần dựa xác suất byte (số byte chứa chùm bị mất), độ trễ truyền thông lưu lượng gửi vào mạng Môi trường mô NS2 với 134 PHAN HOÀNG NAM cs gói mở rộng obs0.9a [22] phần mềm C++, máy tính CPU Intel Core CPU 2.4 GHz, 8G RAM Mơ hình mạng mơ thực mạng NSFNet 14 nút lõi (𝐶𝑖 , 𝑖 = 0,1, ,13), nút lõi kết nối với nút biên (𝐸𝑖 , 𝑖 = 0,1, … ,13) mơ tả Hình Các luồng liệu đến nút biên có phân phối Poisson Mỗi liên kết có 10 kênh liệu kênh điều khiển Mô thực với tải chuẩn hoá từ 0.1 đến 0.9 với thời gian 10s Qua kết mơ thể Hình so sánh xác suất byte mô hình khơng truyền lại (BFVF) truyền lại thụ động với tải mạng từ 0.1 đến 0.9 cho thấy xác suất byte mơ hình truyền lại thụ động giảm đáng kể so với mơ hình khơng sử dụng truyền lại với tải thấp Tuy nhiên với tải cao 0.7, 0.8, 0.9 việc thực truyền lại chùm khơng cịn hiệu truyền lại chùm trạng thái tải mạng cao làm tăng thêm tắc nghẽn mạng kết mô cho thấy xác suất byte tăng truyền lại với tải từ 0.8 đến 0.9 Hình So sánh xác suất byte mơ hình khơng truyền lại (BF_VF) truyền lại thụ động với tải mạng từ 0.1 đến 0.9 Hình So sánh xác suất byte mơ hình truyền lại thụ động phân đoạn chùm NP_MOC_VF với tải mạng từ 0.1 đến 0.9 Bên cạnh kết thể Hình cho thấy xác suất byte mơ hình phân đoạn chùm hiệu tải cao từ 0.7 đến 0.9 điều giải thích chùm bị tắc MỘT MƠ HÌNH TRUYỀN LẠI KẾT HỢP PHÂN ĐOẠN CHÙM CĨ KIỂM SỐT 135 nghẽn khơng thể lập lịch thay phải đánh rơi chùm mơ hình phân đoạn đánh rơi phần đoạn bị chồng lấp, đoạn lại thực lập lịch kênh Một kết so sánh tỷ lệ số byte rơi mơ hình truyền lại thụ động, mơ hình phân đoạn chùm NP_MOC_VF mơ hình đề xuất thể Hình cho thấy mơ hình đề xuất giảm đáng kể tải thấp tải cao, điều giải thích mơ hình truyền lại đề xuất chùm đến lập lịch khơng tìm thấy tài ngun, lúc mơ hình tính tốn băng thông thời để xác định mức độ tắc nghẽn mạng thời gian sống chùm nhằm xác định việc truyền lại có ý nghĩa Nếu chùm rơi ngẫu nhiên tính chất lập lịch mạng OBS thực truyền lại chùm, ngược lại tải cao loại bỏ chùm không thực truyền lại nhằm giảm tắc nghẽn mạng Ngồi khơng thể truyền lại chùm tắc nghẽn mơ hình đề xuất thực phân đoạn nhằm giảm thêm xác suất byte toàn mạng Hình So sánh xác suất byte mơ hình truyền lại thụ động, phân đoạn chùm(NP_MOC_VF) mơ hình đề xuất với tải mạng từ 0.1 đến 0.9 Bên cạnh so sánh tỉ lệ số chùm truyền lại thành công số chùm truyền lại Hình cho thấy mơ hình đề xuất có tỉ lệ truyền lại thành cơng cao so với mơ hình truyền lại thụ động điều khẳng định mơ hình đề xuất giảm xác suất byte Hình So sánh tỷ lệ truyền lại thành cơng hai mơ hình truyền lại thụ động mơ hình đề xuất với tải mạng từ 0.1 đến 0.9 136 PHAN HOÀNG NAM cs KẾT LUẬN Trong nghiên cứu chúng tơi đề xuất mơ hình kết hợp truyền lại phân đoạn chùm có kiểm sốt Qua kết mơ thực so sánh, phân tích đánh giá cho thấy hiệu mơ hình kết hợp truyền lại phân đoạn chùm có kiểm soát đề xuất giảm xác suất byte, giảm độ trễ truyền thông đầu cuối linh hoạt trường hợp tải mạng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] A Mandloi and V Mishra (2014) A segmentation based channel scheduling scheme for improving channel utilization in OBS networks Optik, 125(10):2437–2441 Agustí-Torra, Anna, Gregor V Bochmann, and Cristina Cervelló-Pastor (2005) Retransmission schemes for optical burst switching over star networks Second IFIP International Conference on Wireless and Optical Communications Networks, 2005 WOCN 2005 IEEE B Kantarci and S Oktug (2007) Adaptive threshold based burst assembly in OBS networks In Canadian Conference on Electrical and Computer Engineering, pages 1419–1422, Harb, Hani AM, et al (2017) A study of the number of wavelengths impact in the optical burst switching core node The 4th International Conference on Electrical Engineering, Computer Science and Informatics (EECSI) IEEE Hsu, Ching-Fang, Te-Lung Liu, and Nen-Fu Huang (2002) Performance analysis of deflection routing in optical burst-switched networks Proceedings Twenty-First Annual Joint Conference of the IEEE Computer and Communications Societies Vol.1 IEEE Hou, Rui, et al (2014) A framework of prioritized burst segmentation supporting controlled retransmission in OBS networks AEU-International Journal of Electronics and Communications, 68.1 (2014): 44-50 Jankuniene, R., and P Tervydis (2014) The contention resolution in OBS network Elektronika ir Elektrotechnika 20.6 (2014): 144-149 K Janicki, P Mrozicki, and P Wiatr (2009) Management platform for next generation optical networks 2009.07 M F Hayat, F Z Khan, and H R van As (2011) Performance model for an OBS node with a shared wavelength converter pool and an FDL buffer per link Optical Network Design and Modeling (ONDM), 2011 15th International Conference on, pages 1–6 M Nandi, A K Turuk, D K Puthal and S Dutta (2009) Best Fit Void Filling Algorithm in Optical Burst Switching Networks”, IEEE Second International Conference on Emerging Trends in Engineering and Technology, 609-614 Q Zhang, V M Vokkarane, Y Wang, and J P Jue (2005) Evaluation of burst retransmission in optical burst-switched networks 2nd Int Conf Broadband Networks, BROADNETS 2005, vol 2005, pp 297–303, DOI: 10.1109/ICBN.2005.1589624 Rosberg, Zvi, et al (2003) Performance analyses of optical burst-switching networks.IEEE Journal on Selected Areas in Communications 21.7: 1187-1197 S Riadi and A Maach (2012) A Controlled Retransmission Scheme for Optical MỘT MƠ HÌNH TRUYỀN LẠI KẾT HỢP PHÂN ĐOẠN CHÙM CĨ KIỂM SỐT 137 Burst Switching over Star Networks, no May 2012 [14] S Verma, H Chaskar, and R Ravikanth (2000) Optical Burst Switching: A Viable Solution for Terabit IP Backbone IEEE Network, 14(6): 48–53 [15] T Venkatesh, T L Sujatha, and C S R Murthy (2005) A novel burst assembly algorithm for optical burst switched networks based on learning automata Optical Network Design And Modeling, Proceedings, 4534:368–377 [16] Tai-Won Um, Hai L Vu, Jun Kyun Choi, and Won Ryu (2008) Priority-Based Duplicate Burst Transmission Mechanism in OBS Networks, ETRI Journal, Volume 30, Number 1, February 2008 [17] V M Vokkarane and J P Jue (2005) Segmentation-Based Non-Preemptive Scheduling Algorithms, Department of Computer Science, The University of Texas at Dallas, Richardson [18] Vanitha, D Veera, and M Sabrigiriraj (2015) Mathematical modelling for retransmission based contention resolution in OBS networks, IEEE International Conference on Computational Intelligence and Computing Research (ICCIC) IEEE [19] Vo Viet Minh Nhat, Nguyen Hong Quoc (2015) An Improved Composite Scheduling Approachfor Reducing Data Loss in OBS Networks Proceeding of SoICT 2015 (ACM ICPS,ISBN:978-1-4503-3843-1), pp: 143-148 [20] X Huang, V.M Vokkarane, and J.P Jue (2005) Burst Cloning: A Proactive Scheme to Reduce Data Loss in Optical Burst-Switched Networks IEEE ICC, May 2005, pp 1673-1677 [21] Zhang, Qiong, et al (2011) TCP over optical burst-switched networks with controlled burst retransmission, Photonic Network Communications 22.3 (2011): 299-312 [22] Network Simultor, http://www.isi.edu/nsnam/ns/ Title: A PROPOSED MODEL OF COMBINING CONTROLLED RETRANSMISSION AND BURST SEGMENTATION IN OPTICAL BURST SWITCHING NETWORK Abstract: Optical Burst Switching has been considered as a promising packet switching technology for the Internet However, because of the optical bufferless of core node, the resource contention and burst loss are inevitable In addition, the fact that TCP protocol operates at a higher layer in Optical Burst Switching network might lead the entire network performance to be reduced when burst loss rate rising due to contentions There are currently many proposed burst contention solutions for communication problems over Optical Burst Switching network, in which retransmission and burst segmentation have been the two most concerned methods In this paper, we propose a model of controlled condition-based burst segmentation and retransmission to efficiently decrease data loss probability, end-to-end delay and consequently increase the OBS network performance An extensive simulation is used to analyse and validate our proposed model Keywords: Optical Burst Switching networks, burst retransmission, burst segmentation, contention  ... qua phân đoạn chùm truyền lại công bố Trong nghiên cứu chúng tơi đề xuất mơ hình kết hợp phân đoạn chùm truyền lại chùm có điều kiện nhằm khắc phục tồn nói MỘT MƠ HÌNH TRUYỀN LẠI KẾT HỢP PHÂN ĐOẠN... ĐOẠN CHÙM CĨ KIỂM SỐT 129 MƠ HÌNH TRUYỀN LẠI KẾT HỢP PHÂN ĐOẠN CHÙM ĐỀ XUẤT Xét mạng OBS có hỗ trợ truyền lại phân đoạn chùm, nút biên vào chịu trách nhiệm lưu chùm cho mục đích truyền lại trước... trước truyền chùm vào mạng, nút lõi đóng vai trị kiểm sốt việc phân đoạn truyền lại chùm đến lập lịch Như mơ tả Hình 3, chùm sau tập hợp xong nhân nút biên vào: chùm gửi vào mạng lõi, chùm lưu vào