Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http //www lrc tnu edu vn 1 VŨ THỊ NAM Mã số 60 48 01 01 PGS TS LÊ TRỌNG VĨNH ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG MỘT SỐ PHƯƠNG[.]
1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG VŨ THỊ NAM MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ LIÊN KẾT LỖI TRÊN MẠNG QUANG Mã số: 60 48 01 01 Chuyên ngành: KHOA HỌC MÁY TÍNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS LÊ TRỌNG VĨNH Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn MỞ ĐẦU Trong vài thập kỷ qua, ảnh hưởng “mạng” ngày rõ rệt việc tổ chức hệ thống máy tính Mạng máy tính hệ thống máy tính độc lập kết nối với nhằm đáp ứng công việc chung tổ chức Mạng đem lại thuận tiện sống như: cung cấp phương tiện liên lạc, chia sẻ tài nguyên sẵn có, cải tiến tin cậy dịch vụ, giảm thiểu chi phí… Mạng thơng tin phát triển cách ma ̣nh mẽ cùng với sự phát triể n nhanh chóng của các công nghê ̣ quang ho ̣c, thiết bị giao tiế p liên tu ̣c phát triể n hướng đế n ma ̣ng cáp quang (AONs) Trong những ma ̣ng cáp quang WDM (phương thức ghép kênh theo bước sóng), hàng trăm bước sóng đươ ̣c tić h hợp mô ̣t sơ ̣i quang đơn Vì vâ ̣y mô ̣t sơ ̣i quang bi ̣đứt sẽ làm mấ t mát lươ ̣ng dữ liệu lớn Chính vì thế mà việc phát hiê ̣n và đinh ̣ vị lỗi nhanh chóng là mô ̣t vấn đề quan trọng trình vận hành khai thác mạng cáp quang Phát lỗi liên kế t ma ̣ng cáp quang có thể đươ ̣c thực hiê ̣n ở nhiều tầ ng khác nhau: tầ ng quang, tầ ng vật lý, tầ ng mạng,… hầ u hết phương pháp đinh ̣ tuyế n có chế phát lỗi Để đẩ y nhanh tố c đô ̣ phát hiê ̣n lỗi, người ta cũng đề xuấ t thiế t kế các tầ ng liên kết chéo (cross-layer) Tuy vậy, với kỹ thuật này thời gian phát hiê ̣n lỗi vài giây và lâu so với yêu cầ u đă ̣c trưng mạng quang Do đó người ta hướng đến việc phát lỗi tầ ng quang Nói cách khác, phương thức đã thiế t kế cho ma ̣ng cáp quang truyề n thố ng không thể áp dụng trực tiếp cho ma ̣ng cáp quang hồn toàn( AONs) Ở tầ ng quang, mơ ̣t lỡi có thể đươ ̣c phát hiê ̣n bằ ng viê ̣c đo lươ ̣ng quang, phân tích quang phổ , Điề u này đươ ̣c thực hiê ̣n bởi mô ̣t thiế t bi ̣ quang đă ̣c biê ̣t đươ ̣c go ̣i là tra ̣m kiể m soát (monitor) Phương pháp kiể m soát dựa kênh sử du ̣ng mỗi kênh bước sóng của mô ̣t liên kế t mô ̣t tra ̣m kiể m soát Điều yêu cầu nhiều trạm kiểm Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn soát Phương thức kiể m soát liên kế t là khái niê ̣m tố t hơn, vẫn yêu cầ u mỗi liên kết tra ̣m kiể m soát Để giảm thiể u số lươ ̣ng trạm kiể m soát cầ n thiế t phải có, tác giả đưa khái niê ̣m monitoring-cycle (m-cycle), m-tree, m-trail Ý tưởng cách tiếp cận này là: Đối với: m - cycle tìm tâ ̣p M m-cycle {c1, c2,… cM} cho tập này bao phủ tấ t cả các liên kết mạng, và gán cho mỡi m-cycle mơ ̣t trạm kiểm sốt Mỗi liên kết có thể bao phủ bởi nhiề u m-cycle Nế u mô ̣t liên kế t bi ̣lỗi nó sẽ gây mỗi mã cảnh báo tấ t cả m-cycle bao phủ lên liên kế t này Đối với m-tree cần diot laser thường đủ để theo dõi tất mạng Diot laser đặt nút truyền tín hiệu giám sát hướng liên kết gọi "ngọn cây" (head of the tree) Tại nút dọc theo liên kết đầu vào, tín hiệu giám sát bị dừng chuyển tiếp qua liên kết nhất, nhân gửi qua hai hay nhiều liên kết Đối với m-trail: Cho nút giám sát MN ={MN0, , MNn}, cần thiết kế giải pháp m-trail với số lượng nhỏ bước sóng cần cho việc giám sát, mỡi MN thực nhanh định vị rõ liên kết lỗi dựa tín hiệu báo động quang thu cách cục Trên sở ý tưởng trên, có nhiề u thuâ ̣t toán xây dựng các m-cycle, m-tree, mtrail để phát hiê ̣n và đinh ̣ vi ̣ lỡi Luận văn tìm hiểu th ̣t toán xây dựng các m-cycle, m-tree, m-trail với đô ̣ dài nhỏ nhấ t nhằ m nhanh chóng phát hiê ̣n lỗi ở tầ ng quang Bố cu ̣c vủa luâ ̣n văn được trình bày sau: Chương 1: Mạng cáp quang Giới thiệu tổng quan mạng quang, kiến trúc mạng quang vấn đề mạng quang Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Chương 2: Một số phương pháp đinh vị liên kết lỗi mạng quang Trình bày phương pháp định vị liên kết lỗi mạng quang, phát biể u toán, thuật toán xây dựng m- cycle, m - trail, m - tree Chương 3: Kết thực nghiệm Thực nghiệm thuâ ̣t toán M2-CYCLE Chương trình minh họa kết thực nghiệm, đánh giá, nhận xét Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn CHƯƠNG – MẠNG CÁP QUANG 1.1 Giới thiệu chung Mạng cáp quang hoạt động dựa tượng phản xạ toàn phần sợi quang Nó nhanh mạng truyền thống liệu truyền qua sợi quang dạng photon, mạng truyền thống liệu truyền qua cáp đồng dạng electron Photon có lượng nhỏ electron, photon khơng có tương tác electron Mặt khác, ánh sáng có tần số cao nên bước sóng ngắn hơn, đó với chiều dài, cáp quang truyền nhiều thông tin cáp đồng Cùng với đặc tính ưu việt như: cung cấp băng thơng cực lớn, chi phí thấp, tỉ lệ lỡi bít cực thấp, độ nhiễu tín hiệu nhỏ, u cầu khơng gian nhỏ, khả bảo mật cao…, mạng cáp quang công nghệ hứa hẹn cho tương lai sử dụng rộng rãi mạng truyền thông backbone (mạng truyền thông đường trục) 1.2 Công nghệ WDM Xác định lỗi nhiệm vụ quan trọng việc đạt khả tồn mạng all-optical WDM (phân chia đa hợp bước sóng) Để đảm bảo chất lượng cho người sử dụng dịch vụ (Qos) yêu cầu, thời gian dừng dịch vụ lỗi nên giảm đến mức tối thiểu để tránh liệu lớn Trong lỗi kế hoạch sống sót phụ thuộc, điều đó cấp bách mà lỡi xác định cách kịp thời, kết nối dịch vụ bị phá vỡ định tuyến lại để bỏ qua thành phần lỗi Để giảm thiểu thời gian xác định lỡi, chương trình giám sát lỡi quang học xem xét để tránh tín hiệu phức tạp Mục đích xác định lỗi liên kết nhanh rõ ràng nhất, lúc giảm thiểu đến mức thấp thời gian ước tính cho mỡi lỡi liên kết tài nguyên giám sát yêu cầu Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Theo lý thuyết, sợi quang có băng thông cực lớn (khoảng 25THz), gấp khoảng 1000 lần so với băng thơng tổng cộng sóng radio vệ tinh trái đất Tuy nhiên tốc độ truy cập mạng người dùng bị giới hạn tốc độ điện nút mạng (vài Gb/s ) Sự không tương đồng băng thông quang điện làm cho việc khai thác hết băng thông khổng lồ sợi cáp quang mà dùng kềnh truyền song khó khăn Rất may cho người sử dụng công nghệ WDM (wavelength division multiplexing ) với EDFA (erbium doped fiber amplifer ) đời giải vấn đề WDM phương thức ghép kênh quang theo bước sóng Thơng thường tuyến thông tin quang điểm nối điểm, mỗi sợi quang cho tia laser với bước sóng ánh sáng truyền qua, đầu thu, tách sóng quang tương ứng sẽ nhận tín hiệu từ sợi Mỡi sóng laser mang số tín hiệu điện với phổ định Từ năm 1980, công nghệ sợi quang có nhiều tiến nên phương thức ghép kênh quang theo bước sóng ứng dụng mạng viễn thông đường trục quốc tế Ở đây, WDM cho phép ta tăng dung lượng kênh mà không cần tăng tốc độ bít đường truyền khơng dùng thêm sợi dẫn quang Nó cho phép khai thác cách đơn giản kinh tế lượng thông tin vào sợi quang đơn (sợi quang cho chùm laser truyền qua lõi nó, cịn sợi quang đa chế độ nhiều chùm laser truyền qua lõi nó góc khác ) cự ly dài tăng độ mềm dẻo cấu trúc phân phối Những đường truyền dẫn thử nghiệm đạt tốc độ lưu lượng 160Gbit/s phân phối kênh ghép theo bước sóng Hơn nữa, ghép kênh theo bước sóng WDM khơng giảm bớt ảnh hưởng tán sắc mà chống tổn hao phân cực Các hệ thống tin quang đại có sử dụng khuếch đại quang để ghép nhiều kênh theo WDM Nếu với lưu lượng 2,5Gbit/s, ghép theo WDM từ đến 16 luồng ta thực đường thông tin quang với lưu lượng 20Gbit/s đến 40Gbit/s sợi đơn mà dùng lại cá thiết bị ghép kênh phân kênh Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn có Nói cách khác, WDM cho phép tăng tích số lưu lượng nhân với cự ly sợi quang 1.3 Một số khái niệm mạng cáp quang 1.3.1 Định tuyến gán bước sóng Trong mạng cáp quang, kết nối thực lightpath Thuật tốn để chọn tuyến (path) bước sóng (wavelength) cho việc thiết lập lightpath gọi thuật tốn định tuyến ấn định bước sóng (RWA) u cầu kết nối (hay lưu lượng) mạng tĩnh động Đối với lưu lượng mạng tĩnh, yêu cầu kết nối thường biết trước Lưu lượng mạng xác định theo cặp nguồn-đích dựa đánh giá chiều dài liên kết chúng Chúng ta cần chọn tuyến bước sóng cho tất nhu cầu đáp ứng với số bước sóng cần sử dụng nhất, cực đại số nhu cầu thỏa mãn với số bước sóng cố định Vấn đề nằm toán thiết lập lightpath tĩnh (SLE) Bài toán SLE chứng minh NP đầy đủ, thuật toán giải gần với thời gian đa thức thường sử dụng Khi nhu cầu lưu lượng mạng động, yêu cầu kết nối mạng ngẫu nhiên Các lightpath thiết lập tồn khoảng thời gian có hạn Khi nhu cầu lưu lượng mạng thay đổi thành phần đó mạng bị hỏng, số lightpath tồn bị loại bỏ, số lightpath thiết lập để phù hợp với thay đổi đó Khơng giống tốn RWA tĩnh, lời giải cho toán RWA động tính tốn đơn giản, u cầu cần xử lý trực tuyến Thuật toán RWA động thực đơn giản thuật toán RWA tĩnh khơng biết u cầu kết nối tương lai, tất yêu cầu kết nối biết trước thuật toán RWA tĩnh Thuật toán RWA động xử lý yêu cầu kết nối hoàn toàn theo thứ tự mà chúng đến, thuật tốn RWA tĩnh Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn xử lý yêu cầu đó theo thứ tự định vài thuật toán heuristic Các thuật toán Heuristic gán bước sóng cho tuyến theo trật tự khơng tăng chiều dài hop chúng (hop bước truyền, nút mạng kết nối trực tiếp với lightpath tạo nên hop), kết nối có số hop lớn thường khó tìm bước sóng rỡi tồn tuyến so với kết nối có số hop nhỏ Ví dụ sau sẽ chứng minh cho vấn đề nói Ví dụ: Xét mạng với nút bước sóng w0 w1 hình 1.3 Cần thiết lập lightpath cặp nút ,,, Giả thiết yêu cầu đến theo thứ tự Một thuật toán RWA động thiết lập lightpath p0, p1, p2 cho yêu cầu đến hình 1.4(a) Thuật tốn sử dụng bước sóng rỗi cho tuyến chọn Các lightpath p0, p1 sử dụng w0, p2 sử dụng w1 Khơng có lightpath thiết lập nút nút 2, tuyến nút khơng đảm bảo liên tục bước sóng Một thuật tốn RWA tĩnh thiết lập lightpath q0, q1, q2 q3 cho cặp nút hình 1.1(b) Thuật tốn xét kết nối thứ tự không tăng chiều dài hop, bước sóng rỗi gán cho kết nối Ở cặp nút xét theo thứ tự ,,, Hình 1.1: Các lightpath thiết lập với a) RWA động b) RWA tĩnh Bài tốn RWA tốn NP-đầy đủ, để giải nó người ta thường chia thành hai toán con: Định tuyến ấn định bước sóng Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Có phương pháp định tuyến quan trọng: định tuyến cố định (fixed routing), định tuyến luân phiên (fixed alternate routing), định tuyến đầy đủ (exhaust routing) Phương pháp định tuyến cố định chọn tuyến cặp nút, thông thường tuyến đó tuyến ngắn cặp nút Phương pháp định tuyến luân phiên dùng hai hay nhiều tuyến cặp nút Những tuyến tìm theo thứ tự định trước, thường theo thứ tự không tăng chiều dài hop chúng Phương pháp định tuyến đầy đủ tìm kiếm tất tuyến cặp nút chọn tuyến ngắn (cái mà ấn định wavelength) theo trạng thái mạng Phương pháp định tuyến đầy đủ có tính khả thi cao hai phương pháp nó lại u cầu tính tốn phức tạp Tương tự phương pháp định tuyến cố định u cầu tính tốn đơn giản phương pháp định tuyến chọn lọc, tính khả thi lại thấp Phương pháp ấn định bước sóng chia thành bốn loại: bước sóng sử dụng nhiều (most used), bước sóng sử dụng (least used), thứ tự bước sóng cố định (fixed oder) thứ tự bước sóng ngẫu nhiên (random oder) Trong phương pháp thứ nhất, bước sóng tìm theo thứ tự khơng tăng khả tận dụng mạng Các lightpath nhóm lại để có nhiều bước sóng sẵn sàng cho yêu cầu kết nối sau Trong phương pháp thứ hai, bước sóng tìm theo thứ tự khơng tăng khả tận dụng mạng Phương pháp ấn định bước sóng cho lightpath để khác bước sóng chúng nhiều Ý tưởng yêu cầu tìm tuyến ngắn với bước sóng cịn rỡi nó Phương pháp thứ ba ấn định bước sóng theo thứ tự cố định Mỗi bước sóng gán số, bước sóng với số thấp kiểm tra Trong phương pháp thứ tư, bước sóng gán theo thứ tự ngẫu nhiên Theo tài liệu báo cáo khoa học, với thuật toán định tuyến, hiệu phương pháp ấn định bước sóng Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 10 1.3.2 Sự cần thiết wavelength converter Nếu khơng có thiết bị chuyển đổi bước sóng (wavelength converters), lightpath sẽ u cầu sử dụng wavelength tất liên kết mà trải qua Điều biết ràng buộc liên tục bước sóng Và buộc làm giảm hiệu sử dụng tài nguyên mạng Chúng ta thấy rõ điều qua ví dụ đơn giản sau đây: w1& w0 w0 w1 w1 w0 w1 w0 Hình 1.2: Mạng quang khơng có wavelength converter Ví dụ: Giả sử có mạng quang hình 1.2 khơng có wavelength converters mạng Mỗi liên kết có hai wavelength w0 w1 Giả sử có kết nối cặp nút (1, 4) (2, 3) Giả sử kết nối cặp nút (1,4) sử dụng lightpath theo đường (1, 3, 4) với wavelength w0 Kết nối cặp nút (2, 3) sử dụng lightpath theo đường (2, 1, 3) với wavelength w1 Bây giờ, giả sử có yêu cầu kết nối nút (1, 3) Rõ ràng thiết lập kết nối cho yêu cầu vì: Liên kết (1,3) bận (cả w0 w1 sử dụng), đường (1,2,4,3) khơng tồn wavelength cho tất liên kết liên kết (3,4) liên kết (1,2) có hai wavlength rỗi lại khác w0 w1 tương ứng Rõ ràng, trường hợp tài ngun mạng cịn rỡi lại không phục vụ nhu cầu kết nối Bây ta lại giả sử mạng có wavelength converter nút số Khi đó, yêu cầu kết nối nút (1, 3) ví dụ hình vẽ 1.3 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 11 Hình 1.3: Mạng quang với wavelength converters Mạng cáp quang có bị lỡi đứt cáp vật lý hay lỗi vật lý nút mạng Do vậy, để an toàn cho liệu người ta thường phải sử dụng hai lightpaths cho mỗi kết nối Một lightpath dùng (primary) dùng làm dự phịng (backup) Điều biết toán định tuyến gán bước sóng mạng quang đàm bảo tính chịu lỡi Hình 1.4: Kỹ thuật chia sẻ dự phịng Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 12 Trong thực tế, nút mạng liên kết chúng sợi quang hỏng tượng tự nhiên Khi hỏng hóc xảy ra, lightpath liên quan đến chúng sẽ bị hỏng theo, hệ hệ quả, truyền thông dựa lightpath bị cắt thơng tin bị mát Vì vậy, để trách mát thông tin, truyền thông hai nút mạng thường xây dựng dựa hai lightpath khác Ví dụ, truyền thơng hai nút (0, 5) sẽ thiết lập theo hai lightpath dọc theo hai tuyến (0, 1, 4, 5) (0, 2, 3, 5) Với cách thiết lập vậy, truyền thông nút luôn đảm bảo Mặt khác, mạng cáp quang thường có độ an tồn cao, vậy, nút mạng hai liên kết mạng hỏng đồng thời, đường backup chia sẽ liên kết đường primary chúng rời (ko có liên kết chung) Kỹ thuật biết đến kỹ thuật chia sẻ dự phòng (backup multiplexing technique) Ví dụ, hình 1.4, lightpath thứ sử dụng đường primary P1 (0, 1, 4) lightpath thứ hai sử dụng đường primary P2 (0,4,5) Hai đường primary rời nhau, chúng sử dụng hai đường backup B1 (0, 2, 3, 4) B2 (0, 2, 3, 5) có hai liên kết chung 0-2 2-3 1.3.4 Định tuyến công Trong mạng máy tính đa người sử dụng sử dụng dịch vụ cung cấp hệ thống mạng thông qua kết nối vật lý khác Mỡi kết nối vật lý trải qua nhiều lần chuyển mạch, mỗi lần chuyển mạch gọi hop Rõ ràng, kết nối vật lý có nhiều hops sẽ có nguy khơng phục vụ kết nối có hợp (dễ tắc nghẽn hơn) Điều có nghĩa, người xa có nguy khơng phục vụ người gần Vì vậy, việc định mức độ ưu tiên lại toán vơ khó khăn Vì vậy, tốn fairness mạng máy tính vấn đề cịn nhiều thách thức nhà nghiên cứu phát triển cơng nghệ Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 13 1.3.5 Vấn đề multicast Như trình bày trên, mạng cáp quang dựa cơng nghệ WDM xem công nghệ cho việc xây dựng hệ Internet (Next-Generation Internet Backbone) Vì mạng phải có khả để hỡ trợ truyền thơng unicast (điểm - điểm) truyền thông multcast (điểm - nhiều điểm) để thích hợp với nhiều ứng dụng Internet audio video theo yêu cầu, hệ thống điều khiển thời gian thực, bán hàng trực tuyến, Mỗi truyền thông multicast sẽ liên quan đến nút tài nguyên tập nút đích Đưa nút tài nguyên tập nút đích, tốn multicast tìm tập liên kết bước sóng liên kết để thiết lập kết nối từ tài nguyên tới tất nút đích cho tổng chi phí nhỏ Tổng chi phí định nghĩa tổng số bước sóng phải dùng mỗi liên kết Để tránh việc gửi riêng rẻ tới mỡi đích, truyền thơng multicast thường thực multicast (multicast tree) với gốc nút tài nguyên nhánh vươn tới tất nút đích Một multicast gọi lighttree có bước sóng ấn định tới liên kết Chú ý rằng, nó thường khó để xây dựng multcast đơn cho truyền thơng multcast, thường tập light-tree (mỗi ấn định bước sóng khác nhau) sẽ xây dựng để phục vụ cho truyền thông multicast Tập light-trees gọi rừng (light-forest) Để hỗ trợ truyền thông multicast hiểu quả, mỡi nút mạng WDM cần có khả việc phân chia bước sóng (light splitting) Một nút với khả có thể chuyển tín hiệu cổng đến thành nhiều tín hiệu nhiều cổng bước sóng gọi Multicast-Capable (MC) Bởi xây dựng nút mạng với khả MC đắt, nên mạng quang có số nút mạng chiến lược có khả Các nút mạng khác khơng có khả MC gọi Multicast Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 14 Incapable (MI) Các nút mạng MI chuyển tín hiệu từ cổng đến đến cổng Một mạng cáp quang biết mạng cáp quang với khả chia bước sóng thưa (optical network with sparse light splitting) Thêm nữa, nút MI trích - – tiếp tục (Tap-or-Continue -ToC) trích – – tiếp tục (Tap-and-Continue -TaC), nghĩa ToC khơng thể vừa trích hiệu quang từ cổng đến vừa chuyển tín hiệu tới cổng Một nút MC với khả chuyển đổi bước sóng (wavelength conversion) gọi tài nguyên ảo (Virtual Source -VS) nút có khả chuyển tìn hiệu từ cổng đến tới cổng sử dụng bước sóng 1.3.6 Định vị liên kết lỗi Như mục 1.3.3 đề cập, lỡi mạng quang dây dẫn bị đứt (nếu sợi bị lỡi tất sợi khác nối với sợi sẽ bị lỗi), thiết bị đầu cuối bị lỗi, nút mạng bị lỡi (có thể lỡi WXC), kênh bước sóng dùng bị lỗi (do lỗi chuyển đổi bước sóng kết nối WXC) Khi thành phần bị lỡi tất lightpath sử dụng thành phần lỗi đó bị lỗi liệu mát Chính vì thế mà viê ̣c phát hiê ̣n và đinh ̣ vi ̣lỗi nhanh chóng là mô ̣t vấn đề quan trọng trình vận hành khai thác mạng cáp quang Phát hiê ̣n lỗi liên kế t ma ̣ng cáp quang có thể thực hiê ̣n ở nhiề u tầ ng khác nhau: tầ ng quang, tầ ng vật lý, tầ ng mạng,… Để đẩ y nhanh tốc đô ̣ phát hiê ̣n lỗi, người ta cũng đề xuất thiế t kế các tầ ng liên kết chéo (cross-layer) Tuy vâ ̣y, với kỹ thuâ ̣t này thời gian phát hiê ̣n lỗi vài giây lâu so với yêu cầu đă ̣c trưng của mạng quang Do đó người ta hướng đến việc phát lỗi tầ ng quang Nói cách khác, các phương thức đã thiế t kế cho mạng cáp quang truyề n thố ng không thể áp dụng trực tiếp cho ma ̣ng cáp quang hoàn toàn (AONs) Ở tầ ng quang, mô ̣t lỗi có thể dươ ̣c phát hiê ̣n bằ ng viê ̣c đo lươ ̣ng quang, phân tích quang phổ , Điề u này đươ ̣c thực hiê ̣n bởi mô ̣t thiế t bi ̣ quang đă ̣c biê ̣t đươ ̣c go ̣i là Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 15 tra ̣m kiể m soát (monitor) Phương pháp kiể m soát dựa kênh sử du ̣ng mỗi kênh bước sóng của mô ̣t liên kế t mô ̣t tra ̣m kiể m soát Điều yêu cầu nhiều trạm kiểm soát Phương thức kiể m soát liên kế t là khái niê ̣m tố t hơn, vẫn yêu cầ u mỗi liên kết tra ̣m kiể m soát Để giảm thiể u sớ lươ ̣ng trạm kiể m sốt cầ n thiế t phải có, tác giả [17] đưa khái niê ̣m monitoring-cycle (m-cycle), monitoring-Tree (m-Tree), monitoringTrail (m-Trail) Trên sở ý tưởng trên, đã có nhiề u thuâ ̣t toán xây dựng các m-cycle, m-tree, m-trail để phát hiê ̣n đinh ̣ vi ̣ lỗi Luận văn tìm hiểu phương pháp định vị liên kết lỗi mạng quang, đặc biệt quan tâm đến thuật toán xây dựng mcycle CHƯƠNG – MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ LIÊN KẾT LỖI TRÊN MẠNG QUANG 2.1 Lỗi định vị lỗi Mạng thông tin phát triển cách ma ̣nh mẽ cùng với sự phát triể n nhanh chóng công nghệ quang học, thiê ̣t bi ̣giao tiế p liên tu ̣c phát triể n hướng đế n ma ̣ng toàn quang (AON – All Optical Networks) Trong những ma ̣ng tồn quang sử dụng cơng nghệ ghép kênh theo bước sóng WDM (Wavelength Division Multiplexing) cho phép hàng trăm bước sóng đươ ̣c tích hợp mô ̣t sơ ̣i quang đơn Vì vâ ̣y lỡi mạng quang gây mấ t mát mô ̣t lươ ̣ng dữ liê ̣u lớn Chiń h vì thế mà viê ̣c phát hiê ̣n và đinh ̣ vi ̣ lỗi nhanh chóng là vấn đề quan trọng trình vận hành khai thác mạng cáp quang Lỡi mạng quang gây lỗi nút mạng, đứt liên kết quang nút Bởi tính an tồn thiết kế, nút mạng thường có thiết bị dự phịng (backup), vậy, lỡi xảy hệ thống sẽ chuyển qua (switch) chạy chế độ dự phòng Thêm nữa, liên kết quang thường chuyển Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 16 lượng thơng tin khổng lồ, để xảy việc đứt nhiều liên kết lúc khó xảy Chính vậy, thực tế, người ta thường quan tâm đến mơ hình lỡi mạng quang là: lỗi liên kết đơn (single link fail) Nghĩa thời điểm có nhiều liên kết bị lỡi Ở tầ ng quang, lỗi có thể dươ ̣c phát hiê ̣n bằ ng viê ̣c đo lượng quang, phân tích quang phổ, Điều đươ ̣c thực hiê ̣n mô ̣t thiế t bi ̣ quang đă ̣c biê ̣t go ̣i là tra ̣m kiể m soát (monitor) Phương pháp kiểm soát dựa kênh sử dụng mỗi kênh bước sóng của mô ̣t liên kết mô ̣t tra ̣m kiể m soát Điều yêu cầu nhiều trạm kiểm soát Phương thức kiể m soát liên kế t khái niê ̣m tố t hơn, vẫn yêu cầ u mỗi liên kết tra ̣m kiể m soát Để giảm thiể u số lươ ̣ng tra ̣m kiể m soát cầ n thiế t người ta thường xây dựng m-trail, m-tree, hay m - cycle, để phát định vị lỗi Hầu hết phương pháp tiếp cận [10] -[13] bao gồm việc triển khai giám sát quang chịu trách nhiệm tạo báo động có lỡi liên kết Bộ giám sát (monitor) sẽ đưa cảnh báo cho hệ thống điều khiển để thực thể định tuyến định vị lỡi liên kết thực phục hồi lưu lượng truy cập thời gian thực Trong tiếp cận đề xuất kênh giám sát chuyên dụng sử dụng cho mục đích giám sát lỡi lightpath hoạt động Nói cách khác, kênh giám sát khơng thể mang lưu lượng mạng người sử dụng Cơ chế giám sát hiểu giám sát luồng (out-of-band), trái ngược với giám sát bên (in-band), giám sát sẽ giám sát hoạt động lightpath Mục đích phương pháp để tối thiểu hóa chi phí giám sát định vị lỡi cụ thể Các chi phí giám sát thường bao gồm số lượng giám sát quang học, số lượng điốt-laser số lượng kênh giám sát yêu cầu Việc giám sát truyền thống dựa vào liên kết vị trí điốt laser / giám sát đơn giản Mỗi liên kết quang (fiber-link) trang bị với điốt laser giám quang học mỗi đầu nó Như vậy, kênh giám sát quang Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 17 dành riêng mỗi liên kết hai chiều để phát lỗi xảy hai hướng liên kết đó Do đó, phương pháp có thể phát xác định vị trí mà khơng cần khơng rõ ràng lỗi liên kết nhiều liên kết lỗi mạng Mặc dù phương pháp sử dụng số lượng tối thiểu kênh giám sát quang học, nó sử dụng số lượng nhiều điốt laser giám sát quang học, vậy, làm cho nó khơng quan tâm nhiều mạng lớn Một cách tiếp cận tinh vi nhằm giảm số lượng giám sát mạng đạt định vị liên kết cụ thể Vào năm cuối năm 2000, hai mô hình cho phát lỡi định vị đề xuất, cụ thể m-cycles m-trail Các m-cycles [10] -[11] đề xuất với mục tiêu để giảm số lượng yêu cầu điốt laser giám sát quang học, sau đó để giảm chi phí giám sát mạng Mcycle kết nối cycle quang sử dụng kênh quang giám sát mỗi đường qua, với điốt laser giám sát quang học đặt nút dọc theo cycle Tuy nhiên, nhược điểm m-cycles khơng có khả để phân biệt số trường hợp lỗi liên kết liên kết đơn xảy liên kết khác Để khoanh vùng lỗi liên kết mà không cần nhập nhằng, thêm giám sát liên kết yêu cầu Các m-trails [12] - [13] đề xuất thay cho m-cycle với mục tiêu rõ ràng địa phương hóa mà không với nhập nhằng lỗi liên kết đơn giảm số lượng yêu cầu điốt laser giám sát quang Một mtrail hoạt động cách m-cycle, kết nối quang học kênh giám sát thiết phải cycle Như vậy, điốt laser giám sát quang m-trail không thiết phải đặt nút Kết là, hai giám sát dựa liên kết và m-cylce coi trường hợp đặc biệt m- rail Tuy nhiên số điốt laser thấp giám sát quang triển khai mạng, cao số lượng kênh giám sát quang học cần thiết cho việc phát rõ Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 18 ràng Vì vậy, cách tiếp cận m-trail cố gắng để tìm cân chi phí bất lợi thêm kênh giám sát quang học chi phí có lợi giảm số lượng điốt laser giám sát quang Cách tiếp cận m-tree, lợi dụng khả quảng bá nút mạng quang để tối ưu chi phí giám sát phát lỗi rõ ràng Các vấn đề thiết kế m-tree xây dựng chương trình ngun tuyến tính (ILP) 2.2 Định vị lỗi dựa vào m-trail 2.2.1 Phát biểu toán Cho tập nút giám sát {MN0, , MNn}, chúng cần thiết kế giải pháp m-trail với số lượng nhỏ tổng bước sóng giám sát, cho mỡi MN thực nhanh rõ định vị liên kết lỡi dựa tín hiệu báo động quang cục Nếu hai giải pháp có số bước sóng nhau, giải pháp với số m-trail sẽ ưu tiên Mỡi nút giám sát phục vụ tập m-trail qua nó Nó xác định lỗi liên kết cách tham chiếu đến bảng mã báo động cục (local alarm code table LACT) Mỗi hàng LACT lưu trữ mã báo động cục (local alarm code LAC) cho mỗi liên kết mỗi cột gọi mã trail cho m-trail Ví dụ hình 2.1b, liên kết (0,1) LAC "001" m-trail t0 có mã trail "0001111" Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 19 L.kết phân (a) Giải pháp m-trail t0, t1, t2 Phần thập (b)Bảng mã báo động Hình 2.1.M - Trail Demo 2.2.2 Nguyên lý bước sóng nhỏ thơng tin lớn Xét tập giám sát {MN0, , MNn} Sau m-trail sinh ra, nó giúp xác định vài liên kết lỡi mà khơng phân biệt (không với m-trail này) Do đó mã báo động khác mỡi MN LACT tăng số δi , nó định nghĩa độ lợi thơng tin cho MNi Do đó thơng tin tồn cục lấy từ m-trail δ = Dường như, thông tin lấy tỷ lệ thuận với đóng góp m-trail cho việc định vị lỡi liên kết Ngun lý bước sóng nhỏ thơng tin lớn có nghĩa m-trail với lượng thông tin thu giá trị bước sóng thấp thích hợp Do vậy, hiệu suất trail : η = tính phục vụ độ đo để chọn m-trail tốt, mà ω biểu diễn cho giá trị bước sóng trail Trong hình 2.3 sau thêm mã trail "0101001", giải pháp phân biệt kịch liên kết lỡi MN0 hay nhiều Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 20 kịch cho MN1 Nếu trail có bước nhảy (có thể liên kết qua lần) hiệu suất tính = 2.2.3 Thuật toán xác định m-trail 2.2.3.1 Ý tưởng thuật toán Thuật tốn xác định m-trail [12] mơ tả hình 2.2 Chúng ta xét mỡi MN dựa giải pháp chưa hồn chỉnh giành tất MNs xem xét trước đó Với MN xét, LACT trước tiên sinh với mã ngẫu nhiên Nó bao gồm tập liên kết, mỗi bao gồm đồ thị để biểu thị trail Trail sau đó chia thành phần liên thông (CC) tìm kiếm theo chiều sâu ngẫu nhiên (RDFS) đồ thị con, ứng cử trail (TC) trải qua MN rút từ CCs Sau cải tiến TCs việc tách trail lặp trail, trail hợp lệ cho MN thu lại Nếu trail đạt thơng tin có lợi lớn nhất, nó chọn dựa ngun lý bước sóng nhỏ thơng tin lớn Ngược lại, bị xóa bỏ Với mỡi trail chọn, LACTs tất MNs phục vụ cập nhật Kế tiếp, mã ngẫu nhiên phát lại để tìm nhiều ứng cử trail thủ tục lặp lại MN xác minh tất liên kết lỗi Sau đó thủ tục fix-zero gọi để điều chỉnh giải pháp LAC số liên kết 0, thủ tục code-shringking sẽ loại bỏ trail dư thừa Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ... CHƯƠNG – MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ LIÊN KẾT LỖI TRÊN MẠNG QUANG 2.1 Lỗi định vị lỗi Mạng thông tin phát triển cách ma ̣nh mẽ cùng với sự phát triể n nhanh chóng công nghệ quang học, thiê... 1: Mạng cáp quang Giới thiệu tổng quan mạng quang, kiến trúc mạng quang vấn đề mạng quang Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Chương 2: Một số phương pháp đinh vị liên kết. .. Phương pháp định tuyến đầy đủ có tính khả thi cao hai phương pháp nó lại u cầu tính tốn phức tạp Tương tự phương pháp định tuyến cố định u cầu tính tốn đơn giản phương pháp định tuyến chọn lọc, tính