thuật toán gen trong bài toán định tuyến và phân bước sóng mạng cáp quang

I HC QUC GIA HÀ NI I HC CÔNG NGH  THUNH TUYN C SÓNG MNG CÁP QUANG KHOÁ LUN TT NGHII HC H CHÍNH QUY Ngành: Công ngh thông tin - 2010 I HC QUC GIA HÀ NI TI HC CÔNG NGH  THUNH TUYN C SÓNG MNG CÁP QUANG KHOÁ LUN TT NGHII HC H CHÍNH QUY Ngành: Công ngh thông tin Cán b ng dn: TS. Nguyn Minh Hng - 2010 Li c! c tiên tôi xin gi li c   c nh n Tin Minh Hng, n tình ch bng dn tôi trong sut quá trình thc hin khóa lun. Tôi xin chân thành c   y cô trong  i hc Công Ngh nói chung và các thy cô trong b môn mng máy tính và truy     o u kin thun l tôi hc tp, nghiên cu, tích n thc làm c vào cuc sng. Cui cùng tôi mun gi li cình, bn bè, nhi luôn  bên cng viên tôi trong quá trình thc hin khóa lun.  c 1                                    nhu cu           ng     t gii pháp t  gii quyt v trên. Ni b s i ca m Wavelength Division Multipexing). Mt trong nhng v  quan trng ca mng quang WDM là v nh tuyn và  c sóng RWA ( Routing and Wavelength Asignment ) tnh tuyn  cho mt b  ng quang (lightpath) và phân mt c sóng cho m ng quang . Mt trong nh c nghiên cu  trong khóa lun này là s dng thut toán gen (Genetic Algorithm) hay còn gi là thut toán di truyn  gii bài toán RWA cho mng WDM. 2 Mục lục Tóm tt 1 Lời mở đầu 4 Bảng kí hiệu – chữ viết tắt 6  thng mng quang 7 1.1. Gii thiu chung 7 1.2. Lch s và s phát trin 8 1.3. ng quang 8 1.3.1. m 9 1.3.2. m 9 1.4. Si quang 10  12 2.1. Gii thiu chung 12 2.2. Nguyên lý hong 13 2.2.1. Tng quan 13 2.2.2.  hong 14 2.2.3. m, v tn tng gii quya h thng WDM 15 2.3. nh tuyc sóng 16 2.3.1. Gii thiu chung 16 2.3.2. Tng quan v nh tuyc sóng (RWA) 16  19 3.1. Gii thiu 19 3.2. Thut toán gen trên máy tính 19 3 3.3. n ca thut toán gen 22 3.3.1. Quá trình lai ghép (phép lai) 22 3.3.2. t bit bin) 24 3.3.3. Quá trình sinh sn và chn lc (phép tái sinh và phép chn) 24     quang 25 4.1. Gii thiu chung 25 4.2. c lý thuy th và thun nht. 25 4.2.1. Lý thuy th 25 4.2.2. Thut toán BFS 26 4.3. Các nghiên cnh tuyc sóng mng WDM 29 4.4. Thut toán BFD-RWA 30 4.4.1. Mô t thut toán 30 4.4.2. Chng minh thut toán 36 4.5. Thunh tuyn vc sóng (GA  RWA) 37 4.5.1. t v 37 4.5.2. Thut toán gen trong bài toán RWA 38 4.5.3. Chng minh thut toán 41  42 5.1. Công c thc hin 42 5.3. Kt qu 45 t lun 54 Tài liu tham kho 55 4 Lời mở đầu Ngày nay, nhu c      c bit là s bùng n ca các loi hình dch v i phi xây dng và phát trin các mô hình mng quang v   cao. Công ngh ghép kênh phân c sóng WDM  i  t gii pháp hoàn ho, cho phép tn dng t rng ln ca si quang. WDM cho phép s dng hiu qu   t ca các si quang, nó cho phép truyng thi nhiu kênh khác nhau theo mt si quang bng cách m s dng mc sóng khác nhau. nh tuyc sóng RWA ( Routing and Wavelength Asignment ) là mt trong nhng v  quan trong nht ca mng WDM. Trong mng quang mt lightpath     t kt ni gia hai node trong mng (có th qua nhng node trung gian). Trong mng WDM hai lightpath có th s dng chung m c sóng min là chúng không s dng cùng mt s c sóng khác nhau s dng có liên quan rt ln chi phí xây dn lí m t ra là làm th  gim thiu s c s dc     u trong khóa lun này là s dng thut toán gen (Genetic Algorithm)  gim thiu s c sóng khác nhau c s dng. Khóa lun g i n c mô t   : Hệ thống mạng quang.  gii thiu tng quan v mt h thng mng quang bao gm lch sm ca mng quang và cu trúc ca si quang.  2: Mạng quang WDM    gii thiu v mng WDM v nguyên lý ho ng và các khái nim chung v nh tuyc sóng trong mng WDM  : Thuật toán gen    gii gii thiu tng quan v s dng thut toán di truyn trên máy tính và các phép toán trong thut toán di truyn  Thuật toán gen trong bài toán định tuyến và phân bước sóng mạng quang mô t chi tit vic áp dng thunh tuyn   c sóng mng WDM 5  : Thực hiện mô phỏng. Mô phng li thut toán trong mt s mô hình mng ví d.  6: Kết luận 6 Bảng kí hiệu – chữ viết tắt BFD Best Fit Decreasing BFS Breadth-First Search GA Genetic Algorithm RWA Routing and Wavelength Asignment SDM Space Devision Multiplexing TDM Time Devision Multiplexing WDM Wavelength Division Multipexing 7 H thng mng quang 1.1. Gii thiu chung H thng mng quang là h thng truyn thông tin qua si quang.   c bi      c truyn trong si quang. Ti thit b nhn nó bi i   u.     i trên các h thng mng    t nhanh. S ng truy cp  cao mà Internet là mt ví d n hình: s  i s dng Internet ngày   nhu cu v      n. Chng hn khi download nhng d liu hàng GB chúng ta phi ch i hàng ngày mc d liu cn thit hoc vi nhu cu gi  . Hình 1.1 H thng mng s d n t Hình 1.2 H thng mng quang   mng                        mng [...]... làm tiền đề để áp d ng thuật toán gen vào bài toán RWA 4.4 Thuật toán BFD-RWA 4.4.1 Mô tả thuật toán Thuật toán BFD (Best Fit Decreasing) là thuật toán được Skorin-Kapov nghiên cứu cho bài toán đ nh tuyến và phân bước sóng (RWA) trong mạng quang WDM Một topology vật lý c a mạng quang được biểu diễn bằng đồ th G = (V, A) với V là số đỉnh c a đồ th tương ứng với số node trong mạng và A là số cạnh nối 2... cho bài toán đ nh tuyến và phân bước sóng mạng WDM Bài toán đ nh tuyến và phân bước sóng RWA (Routing and Wavelength Assignment) c a chúng ta được mô tả như sau: Với một mạng quang WDM và một bộ lightpath có sẵn, cần tìm một tuyến đường cho mỗi sợi quang và gán cho mỗi sợi quang đó một bước sóng sao cho số lượng bước sóng sử d ng nhỏ nhất 29 Có nhiều phương pháp khác nhau đề xuất để giải quyết bài toán. .. dưới dạng quang thông qua các kết nối trung gian Khi các lightpath thực hiên việc mang thông tin t một node nguồn đến một node đ ch nào đó th nó cần được đ nh tuyến và gán bước sóng Đ nh tuyến và gán bước sóng cho lightpath là vấn đ hết sức quan trong và xảy ra thường xuyên trong mạng Phần này sẽ nói rõ về việc đ nh tuyến và gán bước sóng trong mạng WDM 2.3.2 Tổng quan về định tuyến và gán bước sóng (RWA)... pháp th chia bài toán thành hai bài toán con: bài toán đ nh tuyến và bài toán phân bước sóng Một số phương pháp khác th giải quyết đồng thời cả hai vấn đề Bannerjee và Mukherjee [5] giải quyết bài toán trong 2 giai đoạn Đầu tiên một trong những tuyến đường cho mỗi lightpath được chọn bởi thuật toán làm t m đường ngẫu nhiên Sau đó một bước sóng sẽ được chọn cho để gán mỗi lightpath Hyytia và Virtamo [6]... thống mạng WDM và thuật toán gen đều có những ưu điểm rất vượt trội Một bên là một công nghệ mạng được coi là cuộc cách mạng trong công nghệ truyền thông, một bên là một thuật toán tìm kiếm đang tỏ ra là thuật toán tối ưu nhất, hoàn thiện nhất so với các thuật toán tìm kiếm thường hay sử d ng Vậy nếu có thể kết hợp chúng được vào cho nhau tức là sử d ng thuật toán gen cho bài toán đ nh tuyến và phân bước. .. lightpath được chọn và ác đ nh, mỗi lightpath cần được đ nh tuyến và gán bước sóng cho nó T đó đ t ra bài toán đ nh tuyến và gán bước sóng Đ nh tuyến là vấn đề t m đường giữa hai node bất kì trong mạng để thỏa mãn một m c đ ch nào đó gọi là hàm m c tiêu (cost function) Vấn đề này rất quan trọng trong mạng Bài toán RWA cần thỏa mãn hai điều kiện sau:  Điều kiện về tính liên t c c a bước sóng: mỗi lightpath... biến, sinh sản và chọn lọc tự nhiên 3.2 Thuật toán gen trên máy tính Với khả n ng hiện nay máy t nh đã giúp giải được rất nhiều bài toán khó mà trước kia không thể giải được M c dù vậy, vẫn còn một số lớn các bài toán chưa có giải thuật 19 hợp lý để giải chúng Trong số đó bài toán tối ưu là bài toán thường xuyên g p phải trong các ứng d ng thực tế Bài toán tối ưu có thể được xem như bài toán t m kiếm... chuyển sang sử d ng nhiều bước sóng trên đường đi t nguồn đến đ ch c a nó M c dù vậy chi phí cho mỗi bộ chuyển bước sóng là rất cao, cho nên các nghiên cứu hiện nay tập chung giải quyết bài toán với số bộ chuyển bước sóng ít nhất có thể ho c không sử d ng Và trong khuôn kh khóa luận này bài toán giải quyết là không sử d ng bộ chuyển bước sóng 17 Trong một mạng không có bộ chuyển bước sóng, các lightpath... án gen 3.1 Giới thiệu Thuật toán gen (GA - Genetic Algorithm) hay thuật toán di truyền là thuật toán tìm kiếm dựa trên chọn lọc tự nhiên và quá trình thích nghi Thuật toán này được áp d ng cho một loạt các vấn đề phức tạp để tìm ra một lời giải chính xác ho c gần đúng Thuật toán di truyền là một lớp đ c biệt c a thuật toán tiến hóa được lấy cảm hứng t tiến hóa sinh học di truyền, đột biến, lựa chọn và. .. cũng đi theo chiến thuật phân chia nhưng sử d ng thuật toán khác nhau cho t ng giai đoạn Các tuyến đường được tính bằng cách sử d ng thuật toán đường đi ngắn nhất Sau đó một bước sóng được chọn để gán cho mỗi lightpath Manohar, Manjunath và Shegaonkar [7] sử d ng thuật toán tham lam để giải quyết bài toán R A đây là phương pháp đầu tiên giải quyết đồng thời cả hai bài toán con Tại mỗi bước l p, một tập . toán trong thut toán di truyn  Thuật toán gen trong bài toán định tuyến và phân bước sóng mạng quang  mô t chi tit vic áp.  : Thuật toán gen     gii gii thiu tng quan v s dng thut toán di truyn trên máy tính và các phép toán trong thut toán di