36 Trang 6 DANH M C CÁC HÌNH VỤẼHình 1.1 - H thệ ống ghép kênh theo bước sóng WDM đơn hướng Hình 1.2 - H thệ ống ghép kênh theo bước sóng WDM song hướng Hình 1.3 - Mô hình m ng o ạ ảHì
Nguyên lý hoạt động của hệ thống tách/ghép kênh quang
Sơ đồ khối tổng quát của một hệ thống truyền dẫn quang đơn hướng ghép kênh theo bước sóng được mô tả như hình 1.1
Hình 1.1 - H thệ ống ghép kênh theo bước sóng WDM đơn hướng
Tại mỗi bộ phát, tín hiệu điện của các kênh quang được điều chế bằng sóng mang quang có độ rộng phổ hẹp Các tín hiệu quang đầu ra có bước sóng khác nhau và được ghép lại thông qua bộ ghép kênh quang MUX, truyền trên một sợi quang duy nhất đến đầu thu Bộ ghép kênh cần có độ suy hao nhỏ để đảm bảo tín hiệu đến đầu ra ít bị suy giảm, đồng thời giữa các kênh cần có khoảng bảo vệ để tránh nhiễu lẫn nhau.
Bộ DMUX thực hiện quá trình tách tín hiệu thành các kênh khác nhau, mỗi kênh tương ứng với một bước sóng riêng biệt Tín hiệu từ mỗi kênh được gửi đến một đầu thu độc lập Để đảm bảo chất lượng tín hiệu và tránh nhiễu giữa các kênh, việc thiết kế bộ giải ghép cần phải chính xác và hiệu quả.
Phương án truyền dẫn ghép bước sóng quang một hướng cho phép tín hiệu được ghép tại một đầu và tách tại đầu kia, với tín hiệu truyền trên sợi quang theo một hướng duy nhất Bên cạnh đó, có thể thực hiện truyền dẫn ghép bước sóng quang hai hướng trên cùng một sợi quang, như minh họa trong hình 1.2.
Hình 1.2 - H thệ ống ghép kênh theo bước sóng WDM song hướng
Trong hệ thống truyền dẫn hai hướng, n kênh quang với bước sóng λ1 đến λn được ghép lại và truyền đi theo một hướng, trong khi n kênh quang khác với bước sóng λn+1 đến λ2n được truyền theo hướng ngược lại trên cùng một sợi quang Phương pháp này đòi hỏi độ rộng phổ của từng kênh và chất lượng bộ tách kênh phải rất nghiêm ngặt Các kênh quang có bước sóng cách xa nhau, thường thuộc các cửa sổ khác nhau, được gọi là ghép thưa SWDM (Sparse Wavelength Division Multiplexing) Ngược lại, hệ thống có khoảng cách giữa các kênh quang nhỏ và các bước sóng gần nhau được gọi là ghép kênh mật độ cao DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing), đòi hỏi yêu cầu chất lượng cao hơn cho các thành phần trong hệ thống quang.
Đặc điểm của hệ thống WDM
Công nghệ WDM khai thác tối đa băng thông của sợi quang, giúp tăng dung lượng truyền dẫn từ vài lần đến hàng trăm lần so với truyền dẫn bước sóng đơn, từ đó giảm chi phí hệ thống Hiện tại, dải tần truyền dẫn có suy hao thấp của sợi quang vẫn chưa được sử dụng hết, và việc áp dụng công nghệ WDM sẽ mang lại hiệu quả vượt trội trong việc tận dụng băng tần cho truyền dẫn.
Công nghệ WDM cho phép ghép nhiều bước sóng trong một sợi quang đơn mode và truyền dẫn hoàn toàn song công, giúp tiết kiệm số lượng sợi quang khi truyền thông tin đường dài với dung lượng lớn Hơn nữa, công nghệ này còn mang lại khả năng mở rộng dung lượng cho hệ thống quang đã được xây dựng, chỉ cần hệ thống cũ có độ dư công suất tương đối lớn là có thể tăng thêm dung lượng mà không cần thay đổi nhiều.
1.1.3.2 Đồng thời truyền dẫn nhiều tín hiệu
Công nghệ WDM cho phép truyền dẫn các tín hiệu với bước sóng độc lập, từ đó hỗ trợ tổng hợp và phân chia nhiều dịch vụ viễn thông khác nhau, bao gồm tín hiệu số, tín hiệu tương tự, tín hiệu PDH và SDH Điều này giúp truyền tải hiệu quả các loại tín hiệu đa phương tiện như thoại, dữ liệu, đồ họa và video.
Công nghệ WDM có nhiều ứng dụng quan trọng dựa trên nhu cầu, bao gồm mạng đường trục, mạng phân phối kiểu quảng bá, và mạng cục bộ nhiều đường, nhiều địa chỉ Điều này cho thấy vai trò thiết yếu của WDM trong các ứng dụng mạng hiện nay.
1.1.3.4 Giảm yêu cầu siêu cao tốc đối với linh kiện
Tốc độ truyền dẫn ngày càng gia tăng, dẫn đến yêu cầu cao hơn về tốc độ xử lý của các linh kiện quang điện Tuy nhiên, nhiều linh kiện hiện tại vẫn không đáp ứng đủ nhu cầu này Việc áp dụng công nghệ WDM giúp giảm bớt áp lực về tốc độ cho các linh kiện, đồng thời vẫn đảm bảo khả năng đáp ứng dung lượng lớn.
Ghép kênh bước sóng là phương pháp tối ưu để xử lý dữ liệu mà không bị ảnh hưởng bởi tốc độ tín hiệu hay phương thức điều chế Nó không chỉ giúp mở rộng mạng lưới mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho việc triển khai các dịch vụ băng rộng mới, chẳng hạn như IP Việc thêm một bước sóng đơn giản có thể gia tăng dịch vụ hoặc dung lượng cần thiết.
Ảo hóa mạng quang
Ảo hóa được giới thiệu trong lĩnh vực công nghệ thông tin vào những năm 1960 với sự ra đời của máy ảo (VM), nhờ việc tạo ra một lớp trung gian giữa phần cứng và phần mềm Điều này cho phép trừu tượng hóa các phần của nguồn tài nguyên vật lý bên dưới, giúp người dùng cuối tương tác trực tiếp với một phần khu vực đó, trong khi vẫn nhận thức nó như một tài nguyên thực sự duy nhất Kết quả là, nhiều máy ảo độc lập có thể được triển khai trên một máy tính vật lý đơn lẻ.
Dịch vụ Internet trong tương lai sẽ được định hình bởi việc cung cấp toàn cầu các ứng dụng hiệu suất cao trên mạng quang học có dung lượng lớn Điều này chủ yếu liên quan đến việc triển khai công nghệ WDM và sự gia tăng nhu cầu về băng thông, tính linh hoạt, cũng như sự đồng nhất của các dịch vụ như điện toán đám mây, trò chơi HD, video HD/UHD và IPTV HD/UHD.
Một thách thức lớn đối với các nhà khai thác mạng là triển khai hạ tầng mạng quang với độ tin cậy cao và khả năng hỗ trợ đa dạng các loại ứng dụng Điều này bao gồm việc tối ưu hóa truy cập tài nguyên mạng và mô hình sử dụng của họ.
Việc triển khai công nghệ ảo hóa mạng quang học cho phép các nhà điều hành phân vùng cơ sở hạ tầng mạng quang học thành nhiều miền quang ảo với băng thông và khả năng QoS khác nhau Các tiêu chí phân vùng như băng thông và QoS có thể được xác định dựa trên nhu cầu của người dùng hoặc ứng dụng cụ thể Ảo hóa mạng quang học mở ra khả năng mới cho kiến trúc mạng trong tương lai.
Khái niệm ảo hóa mạng đã dẫn đến sự ra đời của mạng riêng ảo (VPN), cho phép tách biệt mạng riêng trên cơ sở hạ tầng công cộng thông qua các đường hầm truyền tải dữ liệu VPN được thiết lập để cung cấp kết nối an toàn giữa các địa điểm xa xôi, giúp các nhà điều hành mạng quản lý cơ sở hạ tầng vật lý và cung cấp dịch vụ cho khách hàng Khi kết nối VPN được thiết lập, mô hình quan hệ client-server sẽ hình thành, đảm bảo việc truyền tải dữ liệu hiệu quả và bảo mật.
Sự tiến triển của VPN là mô hình mạng ảo (VN), đánh dấu một bước tiến quan trọng trong sự phát triển của Internet Mô hình mạng ảo mang đến một cách tiếp cận đột phá, cho phép nhà cung cấp dịch vụ mạng cung cấp các thành phần của cơ sở hạ tầng như dịch vụ cho các nhà cung cấp dịch vụ bên ngoài VN bao gồm các lớp ảo của cơ sở hạ tầng, cung cấp khả năng liên kết và các nút tài nguyên như dịch vụ cho khách hàng Khách hàng không chỉ bị giới hạn trong việc sử dụng băng thông của một số kết nối mà còn có thể tương tác với các thiết bị vật lý cơ bản để cấu hình chúng Ý tưởng chính là tạo ra nhiều kết nối trên cùng một môi trường vật lý, mỗi kết nối có cấu trúc liên kết và tài nguyên riêng trên cùng một bề mặt vật lý chia sẻ.
Hình 1.3 - Mô hình m ng ạ ảo
Mạng ảo là một môi trường mạng cho phép một hoặc nhiều nhà cung cấp dịch vụ tạo ra nhiều mạng ảo (như mạng công) với kiến trúc khác biệt và tách biệt nhau, triển khai các dịch vụ trên mạng ảo một cách nhanh chóng để quản lý các sản phẩm dịch vụ này dựa trên chia sẻ tài nguyên bên dưới được thuê từ một hoặc nhiều nhà cung cấp hạ tầng.
1.1.4.1 o hóa mẢ ạng quang: Định nghĩa và thách thức
Trong tương lai, dịch vụ Internet sẽ trở thành quá trình phân phối toàn cầu các ứng dụng dựa trên mạng quang hiệu năng cao Khi các ứng dụng phát triển, việc thiếu tính khả thi và khả năng mở rộng cho các nhà khai thác mạng trong việc thiết lập và cấu hình mạng cho từng loại ứng dụng sẽ trở thành thách thức lớn Do đó, một trong những thách thức quan trọng là triển khai cơ sở hạ tầng có tốc độ xử lý dữ liệu cao, nhằm hỗ trợ tất cả các loại ứng dụng và mô hình sử dụng tài nguyên mạng hiệu quả.
Trừu tượng hóa giúp ẩn đi công nghệ riêng biệt của tài nguyên vật lý trong hệ thống mạng, đồng thời tập hợp các thuộc tính cần thiết, đặc điểm và chức năng Tính trừu tượng hóa là cấu trúc quan trọng cho việc tổng quát hóa cơ chế quản lý tài nguyên.
Tập hợp cho phép nhiều phần tương kết tài nguyên vật lý đưa ra như tài nguyên ảo đơn.
1.1.4.2 Những thách thức củ ảa o hóa mạng quang. Ảo hóa m ng l p 3 và lạ ở ớ ớp 2 như một khái niệm được xác định rõ và cũng có mộ ốt s giải pháp thương mại được triển khai rộng rãi bởi các nhà điều hành mạng Giải pháp ảo hóa hi n có l p 3 và lệ ở ớ ớp 2 như là VPN và VLAN, đưa ra các lợi th c a tính ch t ế ủ ấ k thu t s l p 2 và lỹ ậ ố ở ớ ớp 3 và định d ng truy n Không giạ ề ống như ở ớ l p 2 và l p 3 , tài ớ nguyên mạng quang và định d ng truy n tạ ề ải được phân bi t b i tính chệ ở ất tương tự Hạn chế ớ l p vật lý như sự suy y u tín hiế ệu trong môi trường truyền cũng ảnh hưởng đến chất lượng tín hi u, ệ ảnh hưởng đến vi c truy n t i tài nguyên m ng Khi tài nguyên ệ ề ả ạ mạng hay yếu tố được ảo hóa,ví dụ như phân vùng, hạn chế ủ c a lớp vật lý, các trường hợp khác biệt của các nguồ ản o hóa quang học chia sẻtrong cùng một môi trường vật lý có th c n tr l n nhau ể ả ở ẫ
1.1.4.3 o hóa mẢ ạng quang: Phương pháp
Tài nguyên mạng quang có thể được phân loại thành các nguồn tài nguyên chuyển mạch quang học và các nguồn liên kết quang học Mạng quang học hỗ trợ việc chuyển đổi cấp phát khác nhau, bao gồm chuyển đổi quang, chuyển đổi bước sóng và chuyển đổi bước sóng phụ Kể từ khi các yếu tố chuyển mạch quang học được kết nối với các liên kết quang học, các yếu tố liên kết quang học đã hỗ trợ việc cấp phát các yếu tố quang học có sẵn.
OXC và ROADM có khả năng chuyển đổi tín hiệu quang ở mức độ riêng biệt (lambda), với bước sóng đơn trên interface đến được chuyển sang bước sóng có sẵn trên interface ra (cáp quang) Tùy thuộc vào loại thiết bị, các chức năng chuyển đổi khác nhau được cung cấp, trong đó các thiết bị bước sóng đơn (kênh quang học) biểu diễn mức độ chi tiết cao nhất Các yếu tố cơ bản của một thiết bị ảo dựa trên OXC hoặc ROADM bao gồm kênh quang học (bước sóng) và interface Có hai loại thiết bị OXC/ROADM: chuyển mạch lượng tử ánh sáng (trong suốt) và thiết bị chuyển mạch điện tử (mờ) Trong mạng, các thiết bị chuyển mạch cần phải tính đến bước sóng liên tục khi tạo ra thiết bị ảo từ phân vùng các thiết bị vật lý, dựa trên tập hợp các bước sóng có sẵn và interface Chuyển mạch có thể sửa đổi tín hiệu truyền qua đường quang học nhờ chuyển đổi O/E, đồng thời có khả năng chuyển đổi các tín hiệu bước sóng, tạo ra sự phức tạp hóa cho các loại thiết bị này Việc tối ưu hóa OXC/ROADM có thể đạt được thông qua phân vùng hoặc tập hợp như được chỉ ra trong hình 1.4.
Phân vùng nút quang học (1:N) liên quan đến việc chia tách OXC/ROADM thành các đơn vị nhỏ hơn bằng cách điều chỉnh các cổng khác nhau cho mỗi trường hợp cụ thể Sự tách biệt và cô lập giữa các trường hợp phụ thuộc vào khả năng của các thiết bị này trong việc kiểm soát.
Tập hợp nút quang học bao gồm các thiết bị vật lý như OXC và ROADM, thể hiện giao diện quản lý duy nhất cho các nút cấp cao Ngoài ra, tập hợp này còn bao gồm các liên kết cần thiết để ổn định và tích hợp các nút vật lý.
Hình 1.4 - Ảo hóa nút quang
Thu c tính quan trộ ọng của OXC/ROADM cho o hóa là: ả
- S ng cố lượ ủa cổng (quang) và s ố lượng bước sóng trên s i quang ợ
- Tốc đ bit trên bướộ c sóng và tốc độ chuyển đổi Nó có thể định ra hiệu năng và chất lượng c a dủ ịch v cụ ủa ảo hóa OXC / ROADM
Một số tham số kỹ thuật trong hệ thống ảo hóa WDM
Hệ thống WDM bao gồm các tham số quan trọng như khoảng cách kênh, số kênh ghép, suy hao xen, suy hao xuyên kênh và độ rộng kênh Trong số đó, suy hao xen, suy hao xuyên kênh và độ rộng kênh là ba tham số chính mô tả đặc tính của bộ ghép và tách kênh trong hệ thống này.
Suy hao xen là lượng công suất tổn hao trong tuyến truyền dẫn quang, phát sinh do các thiết bị tách/ghép kênh quang Suy hao này bao gồm suy hao từ các điểm nối thiết bị WDM với sợi quang và suy hao do thiết bị ghép gây ra Do đó, trong thiết kế tuyến, cần tính toán thêm vài dB ở mỗi đầu Suy hao xen được hiểu tương tự như suy hao ở các bộ tách/ghép hỗn hợp (MUX/DMUX), nhưng trong trường hợp WDM, cần chú ý đến một bước sóng đặc trưng Suy hao xen được xác định theo các tiêu chí cụ thể.
Trong đó: I(λi) và O(λi) tương ứng là công suất các tín hiệu quang tại đầu vào và đầu ra bộ ODMUX và bộ OMUX.
Ii(λi) là công suất tín hiệu tại đầu vào thứ i củabộ ghép
Oi(λi) là công suất tín hiệu tại đầu ra thứ i của bộ tách
Tham số suy hao xen luôn được các nhà chế tạo cho biết đối với từng kênh quang của thiết bị.
Khi ghép các kênh quang với bước sóng khác nhau trên cùng một sợi quang, một phần tín hiệu của kênh này có thể bị chuyển sang vùng phổ của kênh khác.
Khi tách kênh, công suất tín hiệu từ kênh thứ i với bước sóng λi sẽ chuyển sang các kênh khác có bước sóng khác Ngay cả trong trường hợp ghép kênh hoàn hảo, các bộ tách ghép thực tế vẫn xảy ra hiện tượng rò công suất tín hiệu giữa các kênh, được gọi là xuyên kênh.
Hình 1.6 - Xuyên âm trong hệ trong hê thống
Trong thực tế, hiện tượng xuyên kênh thường xảy ra, làm giảm chất lượng truyền dẫn Để đánh giá khả năng tách biệt các kênh khác nhau, người ta sử dụng tham số suy hao xuyên kênh, được đo bằng đơn vị decibel (dB).
- Đối với bộ tách kênh:
Trong một hệ thống lý tưởng, tại cửa ra thứ i chỉ xuất hiện bước sóng λi, tuy nhiên, hiện tượng xuyên kênh có thể gây ra tín hiệu rò từ các kênh khác Công suất tín hiệu không mong muốn Ui(λk) và Pi(λj) tại cửa ra thứ i phản ánh sự ảnh hưởng này Trong thiết bị ghép/tách kênh hỗn hợp, việc xác định suy hao xuyên kênh cũng cần được thực hiện tương tự như bộ tách kênh Cần xem xét cả hai loại xuyên kênh: xuyên kênh đầu gần, do các kênh khác ở đầu vào gây ra, và xuyên kênh đầu xa, xảy ra khi các kênh ghép vào đường truyền Ví dụ, Ui(λk) thể hiện sự xuyên nhiễu từ kênh quang có bước sóng λk tại cửa ra thứ i.
Pi (λj) đại diện cho sự xuyên nhiễu do kênh Ij (λj) gây ra trên kênh ra thứ i Khi giới thiệu sản phẩm, các nhà chế tạo cần cung cấp thông tin về suy hao kênh cho từng kênh của thiết bị.
1.2.3 Độ rộng kênh và khoảng cách kênh Độ rộng kênh (∆λi ) là dải bước sóng được định ra cho từng kênh quang Độ rộng kênh bằng tổng độ rộng phổ của nguồn và khoảng phòng vệ của kênh Bước sóng trung tâm của nguồn quang phải nằm giữa dải bước sóng này
Khoảng cách kênh là khoảng cách giữa hai bước sóng trung tâm của các kênh quang kề nhau Khi độ rộng kênh của các kênh quang này bằng nhau, thì độ rộng kênh chính xác sẽ tương đương với khoảng cách kênh.
Khoảng cách tối thiểu giữa các kênh bị giới hạn bởi sự xuyên nhiễu, thường lớn hơn bốn lần tốc độ bit Đối với diode laser, độ rộng kênh cần khoảng vài nanomet để tránh xuyên nhiễu do bất ổn của nguồn phát Trong khi đó, với diode phát quang LED, độ rộng kênh phải lớn hơn 10 đến 20 lần vì độ rộng phổ của nguồn này rộng hơn.
Trong hệ thống WDM, mỗi bước sóng đại diện cho một kênh quang, với số lượng kênh tương ứng với số bước sóng được ghép lại trên cùng một sợi quang Số lượng này phụ thuộc vào băng tần truyền dẫn của sợi quang và độ rộng của từng kênh.
Hình 1.7- Khoảng cách kênh và độ rộng kênh
Khoảng cách kênh Độ ộ r ng kênh
Giả sử các kênh quang cần truyền trong hệ thống có độ rộng phổ bằng nhau và bằng
Độ rộng kênh quang được tính toán dựa trên ∆ λ’ i(nm) ở mức 3 dB Để ngăn chặn hiện tượng xuyên kênh, cần thiết phải có một khoảng bảo vệ ∆ λ’’ i(nm) giữa các kênh.
∆λ i = ∆ λ’ i + ∆ λ’’ i (1-4) Giả sử băng thông sử dụng cho hệ thống WDM là ∆λ Khi đó số lượng kênh tối đa của hệ thống WDM là:
Trong các hệ thống điện, bộ lọc chất lượng cao thường dẫn đến khoảng bảo vệ (∆ λ’’ i) nhỏ hơn độ rộng phổ của kênh Tuy nhiên, trong hệ thống quang, do giới hạn của bộ lọc, khoảng bảo vệ (∆ λ’’ i) cần phải lớn hơn, thường gấp bốn lần so với yêu cầu thông thường.
Theo khuyến nghị của ITU T, độ rộng kênh lý tưởng là khoảng 100GHz Hiện tại, một số quốc gia đã phát triển hệ thống thông tin quang WDM với độ rộng kênh ∆λi = 50GHz, vẫn đảm bảo chất lượng truyền dẫn.
Băng thông cho hệ thống WDM (∆λ) nằm trong vùng cửa sổ suy hao thấp của sợi quang và được tính ở mức suy hao 3 dB Tuy nhiên, việc sử dụng toàn bộ dải băng này là không khả thi do nhiều yếu tố hạn chế Một trong những yếu tố chính là sự hiện diện của bộ khuếch đại quang, có dải khuếch đại nhỏ, giới hạn số lượng kênh truyền trên sợi quang Băng thông của EDFA thường chỉ đạt từ 30 đến 35nm, ngay cả khi áp dụng công nghệ làm phẳng phổ khuếch đại Ngoài ra, độ ổn định và khả năng điều chỉnh của laser, cùng với sự suy giảm tín hiệu trong quá trình truyền dẫn do hiệu ứng phi tuyến và nhiễu xuyên kênh, cũng là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến số lượng kênh khả dụng.
Mô hình toán học
Để thu n l i cho vi c tính toán, m t s khái ni m o hóa ậ ợ ệ ộ ố ệ ả được mô hình hóa c th ụ ể như sau:
Mạng nơron sâu được mô hình hóa bằng một đồ thị vô hướng G_S = (N_S, E_S), trong đó N_S là tập nút mạng trong mặt các trạng thái, E_S là tập các liên kết trong mạng nơron Mỗi nút nơron x sở hữu hai tham số: CPU(x) biểu diễn tài nguyên có sẵn của nút x và B(s) biểu diễn giá trị thông tin của nút x trong liên kết s.
Giống như mạng nền, mỗi yêu cầu mạng ảo được mô hình hóa bằng đồ thị vô hướng G V = (N V, E V), trong đó N V đại diện cho tập hợp các nút ảo và E V là tập hợp các liên kết ảo.
M i nút o y s có tham s CPU(y) là yêu c u v CPU M i liên kỗ ả ẽ ố ầ ề ỗ ết ảo v s có tham ẽ s B(v) là yêu c u v ố ầ ề băng thông.
1.7.3 Bài toán ánh x mạ ạng ảo
Bài toán ánh xạ mạng ảo (Virtual Network Mapping Problem - VNM), còn được biết đến với tên gọi bài toán nhúng mạng ảo (VN Embedding - VNE), là quá trình tìm kiếm một phép ánh xạ để triển khai mạng ảo từ tài nguyên vật lý Việc giải quyết bài toán này giúp tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên trong các môi trường ảo hóa, đồng thời nâng cao hiệu suất hoạt động của mạng.
Để đạt được sự hài lòng của mọi yêu cầu, quá trình này bao gồm hai bước chính: ánh xạ nút ảo và ánh xạ liên kết ảo Mô hình này giúp đảm bảo rằng các yêu cầu được thỏa mãn một cách hiệu quả và chính xác.
Hình 1.10 - Quy trình ánh xạ mạng ảo
- Ánh xạ nút ảo: Mỗi nút ảo được gán lên một nút nền bởi ánh xạ:
Với ∀y∈N V thì M N (y)∈N H , ngoài ra các nút nền được gán phải là được phân biệt, M N (y) = M N (y’) khi và chỉ khi y = y’
Ánh xạ liên kết ảo là quá trình mà mỗi liên kết ảo được gán với một đường đi cụ thể trên mạng nền Đối với mỗi liên kết v giữa hai nút ảo y1 và y2, ánh xạ M E sẽ xác định và kết nối liên kết v với một trong những tuyến đường ứng cử viên trên mạng nền.
Pa( x1, x2) là tập hợp tất cả các tuyến đường từ nút nền x 1 đến nút nền x 2 thìbiểu thức của ánh xạ liên kết ảo sẽ là :
Các ràng buộc về yêu cầu CPU cho mỗi ánh xạ ảo và băng thông cần thiết cho việc ánh xạ liên kết ảo phải được đảm bảo.
Với RN(M N (y)) ký hiệu cho tài nguyên CPU còn lại trên nút nền M N (y), và
R E (M E (v)) ký hiệu cho lượng băng thông còn lại truyên tuyến đường nền M E (v) ( tuyến đường này là tuyến đường trong tập P a
Thông thường, thuật toán ánh xạ nút ảo và liên kết ảo được mô tả theo phương pháp “ vét cạn – tham lam” ( Greedy) như sau:
Thuật toán tham lam ánh x ạ nút oả
B1 S p x p các ắ ế yêu c u n theo th t L i nhu n (ầ đế ứ ự ợ ậ Revenue) gi m d n.ả ầ
B2 N u không còn c u, thì dế yêu ầ ừng l i.ạ
B3 L y ấ yêu c u v i l i nhu n l n nh t ánh x ầ ớ ợ ậ ớ ấ để ạ
B4 Tìm t p S các nút n n sao cho th a mãn yêu c u v CPU N u không tìm ậ ề ỏ ầ ề ế đượ ậc t p S, l i c u vào m t hàng i, quay l i lưu ạ yêu ầ ộ đợ ạ bước 2
B5 V i m i nút o, tìm nút n n trong t p S v i giá tr H cao nh t, quay l i ớ ỗ ả ề ậ ớ ị ấ ạ bước 2
Trong thu t toán này, v i nút n n x thuậ ớ ∀ ề ộc N S , và L(x) là t p ậ các liên k t k ế ề c n v i nút n n x: ậ ớ ề
Thuật toán ánh x liên k t ạ ế ảo
B1 S p x p các ắ ế yêu c u hoàn thành ầ đã bước ánh x nút o theo th t L i ạ ả ứ ự ợ nhu n (Reve e) gi m d n.ậ nu ả ầ
B2 N u không y c u nào, thì d ng thu t toán.ế có êu ầ ừ ậ
B3 L y m t c u v i l i nhu n l n nh t ánh x ấ ộ yêu ầ ớ ợ ậ ớ ấ để ạ
Here is the rewritten paragraph:Để đảm bảo đường truyền ổn định và tốc độ cao, chúng ta cần tìm ra kết nối có băng thông đủ đáp ứng nhu cầu, đồng thời cũng cần xem xét đến các yếu tố khác như độ trễ và tốc độ tải Khi đã hoàn thành các bước kiểm tra như B3, nếu kết nối đáp ứng được yêu cầu thì chúng ta có thể lưu lại và chờ đợi trong hàng lưu.
Tuy nhiên, do q trình th nghi m v i mô hình m ng nh , nên các thu t toáuá ử ệ ớ ạ ỏ ậ n ánh x nút o và liên k t o s ạ ả ế ả ẽ được cài t đặ đơn ả gi n h ơn
1.7.3.4 Vấn đề d ựphòng mạng ảo
Mặc dù đã có phương pháp ánh xạ để đáp ứng các yêu cầu mạng, nhưng hiện tại vẫn thiếu nhiều nghiên cứu về việc dự phòng cho các kết nối mạng đơn Để đảm bảo tính sẵn sàng, các tuyến đường và băng thông dự phòng cần được phân phối cho các yêu cầu mạng đầu ra Khi xảy ra sự cố trên một kết nối đơn, việc ánh xạ sẽ được chuyển ngay từ tuyến đường chính sang tuyến đường dự phòng mà không làm gián đoạn dịch vụ hiện tại Một yêu cầu mạng chỉ được coi là chấp nhận khi nó đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về CPU, băng thông và tài nguyên dự phòng.
Trong bối cảnh của nhà đầu tư cung cấp cơ sở hạ tầng, lợi nhuận bền vững trong dài hạn luôn được đặt lên hàng đầu Lợi nhuận từ mảng này được xác định dựa trên nhiều yếu tố khác nhau.
T(G V) là thời gian tồn tại của yêu cầu mạng ảo, trong khi w là trọng số quyết định tầm quan trọng của tài nguyên băng thông so với tài nguyên CPU.
CHƯƠNG II Ả O HÓA M NG QUANG CÓ CHIA S Ạ Ẻ Ự D PHÒNG
Luận văn đề ậ c p đến hai phương pháp chia sẻ ạ m ng dự phòng được đề cập đến là
Chia sẻ mạng dự phòng theo yêu cầu (SOD_BK) và chia sẻ mạng dự phòng phân phối trước tài nguyên (SPA_BK) là hai phương pháp khác nhau trong việc phân phối tài nguyên dự phòng Phương pháp SOD_BK tính toán và phân phối tài nguyên dự phòng dựa trên yêu cầu cụ thể của từng tác vụ, trong khi SPA_BK thực hiện tính toán một lần duy nhất để xác định lượng tài nguyên cho dự phòng Để tránh tình trạng mất liên kết, băng thông dự phòng có thể được cấu hình để chuyển hướng lưu lượng khi có sự cố xảy ra Nếu dự phòng trên đường liên kết, các kết nối sẽ được bảo vệ bằng các tuyến đường dự phòng đã được cấu hình trước Khi có lỗi liên kết xảy ra, lưu lượng sẽ được chuyển qua tuyến đường dự phòng để đảm bảo thông tin không bị mất Tuy nhiên, việc chia sẻ các tuyến đường dự phòng giữa nhiều mạng có thể gây ra độ trễ trong việc truyền tải thông tin Trong bài viết này, việc dự phòng sẽ được thực hiện với sự khôi phục nhanh nhất khi có sự cố xảy ra.
2.1 Phương pháp chia sẻ ạ m ng dự phòng theo yêu cầu
Trong phương pháp y, băng thông được phân phối theo yêu cầu của mạng ảo, bao gồm băng thông dành cho ánh xạ và băng thông dự phòng Băng thông dành cho ánh xạ không thể chia sẻ vì luôn được sử dụng, trong khi băng thông dự phòng có thể được chia sẻ để giảm thiểu tài nguyên dành cho dự phòng Khi có yêu cầu mạng ảo, quá trình ánh xạ nút sẽ được thực hiện đầu tiên để xác định vị trí các nút trên mạng.
Với mỗi liên kế ảt o v = ( y1, y2) thuộc E V kết nối 2 nút ảo y1 và y2, ánh xạ
M (1) = 1 ∈ và M N (y2) = x2 ∈ N S Ký hiệu P(v) ⊂ P a (x1, x2) là tập các tuyến đường ứng cử viên cho ánh xạ liên kết, còn R(s) ký hiệu cho tập các tuyến đường dự phòng cho một liên kết s thuộc mạng E Các tuyến đường này được tìm bằng cách giải bài toán “K – tìm đường đi ngắn nhất” giữa hai nút trên đồ thị Giá trị IS(p) được sử dụng để xác định sự tồn tại của một liên kết trên tuyến đường đến p; nếu S(p) = 1, liên kết tồn tại, ngược lại S(p) = 0 Ký hiệu Rệ S đại diện cho lượng băng thông còn lại trên liên kết, Zạ ế ề S là lượng băng thông dự phòng hiện có, và YfS là lượng băng thông dự phòng trên liên kết nền trong trường hợp liên kết nền bị hỏng.
Mô hình toán học của phương pháp mô tả như sau
- xp(v): lượng băng thông cần lưu ữtr trên tuyến đường p để ánh x liên k t o v ạ ế ả
- yr(f): lượng băng thông cần d phòng trên tuyự ến đường d ự phòng r, trong trường h p ợ liên k t n n f b h ng ế ề ị ỏ
- zs: lượng băng thông dự phòng c n d tr trên liên k t n n s ầ ự ữ ế ề
Hàm m c tiêu: ụ T i thi u hóa bi u th c (1ố ể ể ứ )
- Ràng buộc về dung lượng băng thông (2):
- Ràng buộc về băng thông dành cho ánh xạ (3):
- Ràng buộc về ồ lu ng dành cho d phòng (4): ự
- Ràng buộc về băng thông dành cho dựphòng (5):
- Ràng buộc của các biến (6):
Hàm mục tiêu (1) sử dụng tối thiểu hóa lượng tài nguyên cần thiết cho các hoạt động ánh sáng, bảo vệ và phòng ngừa, trong đó tham số σ→0 là một giá trị vô cùng nhỏ không âm để tránh phép chia cho 0.
Ràng buộc giới hạn giá trị lớn nhất của lưới băng thông dành cho dự phòng chỉ được xác định bởi dung lượng hiện tại trên liên kết.
Ràng buộc (3) chỉ ra rằng các yêu cầu vềbăng thông dành cho ánh xạ của toàn bộ các liên kết ảo cần được thỏa mãn
MÔ PHỎNG
Mục tiêu
Mục tiêu của toán là so sánh hai phương pháp cài đặt ánh xạ thông qua các tiêu chí như tổng lợi nhuận (Revenue) và tỷ lệ chấp nhận yêu cầu Hai phương pháp này, NO_BK và OD_BK, có thể được đánh giá dựa trên những ưu nhược điểm khác nhau, nhằm xác định phương pháp hiệu quả hơn trong việc chia sẻ thông tin và quản lý dữ liệu.
P_ac và T lỉ lệ băng thông dành cho dự phòng (P_bk) là những yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo hiệu suất mạng Để đạt được điều này, chương trình cần mô phỏng và phản ánh đúng các yêu cầu thực tế, xử lý các tình huống cụ thể, cũng như tính toán tài nguyên một cách hợp lý Việc này không chỉ giúp tối ưu hóa hiệu suất mà còn nâng cao khả năng phục hồi của hệ thống mạng.
3.2 Phân tích hi- t ết k ế chương trì nh
Thông thường, một chương trình mô phỏng các sự kiện trong đời sống bao gồm nhiều hoạt động và một thực thể trung tâm, có thể coi như một máy chủ, để xử lý Ngoài ra, việc thực thi các sự kiện này trong ngôn ngữ lập trình cũng rất quan trọng, vì nó ảnh hưởng đến khả năng hiểu và tương tác của người dùng.
Sơ kh i c a đồ ố ủ chương trình th c hi n ự ệ phương pháp SPA_BK như sau:
Hình 3.1 - Mô hình các l p i ớ đố tượng th c n ự hiệ phương pháp SPA_BK
Trong bài viết này, hàm đồ họa chính của chương trình nằm ở SPA_BK Lớp Server có chức năng tiếp nhận và xử lý các yêu cầu Lớp VNRequestGenerator cần có chức năng đọc các yêu cầu từ file Excel và đưa các yêu cầu này vào Server.
Lớp VNRequ tQueue có chức năng tương tự như một hàng đợi, đảm bảo lưu trữ yêu cầu trước khi đưa vào Server Các lớp AbstractSimulator và lớp Simulator phục vụ cho việc mô phỏng các sự kiện và hệ thống, sẽ được trình bày chi tiết hơn trong phần phụ lục Tương tự như vậy, lớp trong bài này cũng thực hiện phương pháp SOD_BK, với các chức năng tương tự như lớp SPA_BK, và có hàm chạy chính nằm trong lớp SOD_BK, như được thể hiện trong sơ đồ cấu trúc chương trình.
Hình 3 - Mô hình c l p i 2 ác ớ đố tượng th c n ự hiệ phương pháp SOD_BK
Trong chương trình, m t s th c th chính ộ ố ự ể như ạm ng n n, các y c u o hóa ề êu ầ ả
Phân tích thi - ế t k ế chương trình
M ng n n ạ ề đượ ử ục s d ng được bi u di n ể ễ dướ ại d ng th , g m nút và cáđồ ị ồ các c liên k t, ví d ế ụ như s : au
Trong đó,các nút được đánh ố ừ s t 0 n đế 9, g a liên kiữ các ế đềt u trcó ng s nh t ọ ố ấ định, ph c v cho bài toán tìm k ụ ụ đường đi ngắn nh t gi a 2 nút trong th ấ ữ đồ ị
Ví d vụ ới 2 nút nền 0 và 1 s ẽ được biểu diễn như sau ( tương tự ớ v i các nút còn lại)
Trong chương trình, mạng n n s ề ẽ được coi là một lộ trình đối tượng, bao gồm các thuộc tính cơ bản như mảng các nút nền SubNode[] và các liên kết nền SubLink[] Các đối tượng này, SNode và Slink, đã được định nghĩa sẵn để hỗ trợ cho việc xây dựng mạng.
SNetwork là một mô hình mạng, trong đó SNode và Slink đóng vai trò là các lớp cơ bản, xác định đối tượng các nút và các liên kết trong mạng Các lớp này giúp xây dựng cấu trúc và chức năng của mạng một cách hiệu quả.
Matrix_ID được sử dụng để đánh số các liên kết trong mạng nền, trong khi lớp Matrix giúp xác định ma trận Iậ S(r) theo phương pháp đã được đề cập trong lý thuyết SPA_BK.
Hình 3.4 - L p SNetwork và các l p liên quan ớ ớ
3.2.2 Yêu cầu ảo hóa mạng
Cũng tương ự như mạt ng n n, yêu c u o hó mề ầ ả a ng trong luạ ận văn ũ c ng được bi u ể di n ễ dướ ại d ng th 4 nút – 3 liên k t đồ ị ế như sau:
Hình 3 - Yêu c u hóa m.5 ầ ảo ạng
Trong bài viết này, A, B, C, D là các nút yêu cầu, với mỗi nút ảo yêu cầu 10 đơn vị CPU và 15 đơn vị băng thông tại mỗi liên kết ảo Các yêu cầu về CPU và băng thông không cố định trong chương trình Giống như mạng nền, yêu cầu ảo hóa mạng được xem như một lớp đối tượng, với các thuộc tính cơ bản bao gồm mảng nút ảo VirNodes[] và liên kết ảo VirLinks[], cùng với ID và doanh thu của yêu cầu Hình ảnh minh họa dưới đây thể hiện các lớp VLink và VNode, đại diện cho liên kết và nút trong yêu cầu ảo hóa Các lớp Object và Double là các lớp đối tượng của Java.
Hình 3.6 - L p VNReq st và các l p liên anớ ue ớ qu
Các thuộc tính Intermedia, PrimaryFlow, ReservedBW và RestorationFlow được sử dụng để giải quyết bài toán CPLEX trong phương pháp SOD_BK Thuộc tính MapLink_ID và MapNode_ID lần lượt ghi lại ID của các liên kết và các nút đáp ứng đủ yêu cầu về băng thông cũng như CPU cho yêu cầu mạng Hàm get_Vlink(int, int) được sử dụng để lấy ra đối tượng liên kết tương ứng với hai tham số đầu vào là ID của hai nút liên kết đó.
3.2.3 Server x lý s n ử ựkiệ Để thu n tiậ ện, chương trình sẽ có lớp Server để ự th c thi các s ki n r i r c c a yêu ự ệ ờ ạ ủ cầu (tương tự ới phương pháp SOD_BK có lớ v p Server_SOD) Trong lớp này, Original_Queue, mapped_Requests và Unmap_Requests lần lượt đóng vai trò là:
Here is the rewritten paragraph:"Hàng đợi A, B và C được sử dụng để thực hiện thuật toán của phương pháp SPA_BK thông qua hàm execute Ngoài ra, hàm Can_Map_Req là một hàm kiểu Boolean, có chức năng kiểm tra khả năng ánh xạ VNRequest vào Snetwork Cuối cùng, hàm insert được dùng để đưa các yêu cầu hóa mạng vào môi trường mô phỏng."
Hình 3.7 - L p S ve và các l p liên ớ er r ớ quan
Hình 3.8 - L p S v _SOD và các l p liên anớ er er ớ qu
Trên đây chỉ trình bày các sơ đồ, cũng như các lớp chính của chương trình thực hi n ệ phương pháp SPA_BK, cũng như SOD_BK
3.3 Các tham số chính trong chương trình
Trong phần này, chúng tôi sẽ trình bày về các tham số cần thiết để tối ưu hóa Cplex, liên quan đến việc cài đặt Server và xử lý yêu cầu trong hệ thống Chúng tôi sẽ tập trung vào hai phương pháp DSO_BK và SPA_BK để đảm bảo hiệu quả trong việc xử lý dữ liệu.
Các tham s u vào cố đầ ủa bài toán Cplex bao g m : ồ
- RS: là lượng băng thông còn lại trên liên k t n n s, v i ế ề ớ ∀s∈E S
- ZS: đại diện cho lượng băng thông để ự phòng đang có trên s, vớ d i ∀s∈E S
- YfS: là lượng băng thông dự phòng trên liên két nền s trong trường h p liên k t ợ ế n n f b h ng, về ị ỏ ới ∀s∈E S ,∀f∈E S
- IS(p): là biến xác định có hay không liên k t s trên tuyế ến đường ứng viên p, với
- IS(r): là biến xác định có hay không liên k t s trên tuyế ến đường d phòng r, ự trong trường h p liên k t n n f b h ng, v i ợ ế ề ị ỏ ớ ∀s∈E S , ∀r∈R f()
Để tổ chức một bài tập E S với 20 phần tử, cần thiết lập 20 liên kết, mỗi liên kết có 5 tuyến đường nguyện thu Mỗi liên kết này sẽ có 5 tuyến đường dự phòng, do đó, các tập P(v) và R(f) cũng sẽ chứa 5 phần tử Các tham số đầu vào sẽ được tổ chức theo cách thức như đã nêu.
- lượng băng thông RS đư c lưu trong mợ ảng 20 ph n tầ ử
- lư ng băng thông ZS d phòng đang có trên liên k t s đư c lưu trong biợ ự ế ợ ến toàn cục RESERVED_BW[20]
- lư ng băng thôngợ YfS d ự phòng trên liên kết nền s trong trường hợp liên kết n n f b hề ị ỏng s ẽđược lưutrong biến toàn cục RESTORATION_FLOW[20][20]
- Is(p): được cài t là mđặ ột thu c tính c a m t y cộ ủ ộ êu u o hóa m ng, l ầ ả ạ ưu trong m ng Intermediate[3][20][5], trong s ả đó ố lượng liên k t o c a yêu c u là 3 ế ả ủ ầ
- Is(r): được tính toán t khi kh i t o Server, do ch ph thu c vào m ng nừ ở ạ ỉ ụ ộ ạ ền đã bi t Giá tr này ế ị được lưu trong m ng I[20][20][5] ả
Trong phương pháp SPA_BK, giá trị đầu vào của bài toán Cplex gồm giá trị B(s) thể hiện dung lượng băng thông trên 20 liên kết của mạng, và giá trị S(r) là biến xác định sự tồn tại của liên kết trên tuyến đường dự phòng r Trong trường hợp liên kết n bị hỏng, hai biến này sẽ được lưu trữ theo cách nhất định.
- Băng thông B(s) được lưu trong mảng 20 phần tử
Giá trị IS(r) trong SOD_BK được tính toán khi khởi tạo Server, phụ thuộc vào mạng đã biết Giá trị này được lưu trữ trong mạng.
Kết thúc chương ba, luận văn đã phân tích và thiết kế chương trình mô phỏng, trình bày các sơ đồ khối của chương trình, thực hiện hai phương pháp SPA_BK và SOD_BK Chương này cũng đã phân tích các lớp chính như SNetwork, VNRequest, Server, cùng với các tham số quan trọng trong hai bài toán CPLEX của hai phương pháp Cuối cùng, chương đã nêu rõ một số ưu nhược điểm của chương trình mô phỏng.
- Chương trình đơn giản, g n nh ọ ẹ
- Có th y nhi u l n trong cùng 1 thể chạ ề ầ ời điểm
- Có th d ể ễ dàng thay đổi các tham s cố ủa mạng o ả
- Mô hình m ng n n nhạ ề ỏ, đơn ản, chưa linh hoạgi t trong việc mở ộ r ng
- Mô hình các yêu cầu ảo chưa linh hoạt, do trong thực tế ố lượ s ng nút ảo, hay liên k t ế ảo đều không c nh ố đị
- Vi c th nghi m giệ ử ệ ữa các phương pháp đòi hỏi ph i có s u ch nh ả ự điề ỉ trong mã ngu n ồ
Kết quả thử nghiệm
TH1: Mạng n 10 n – 20 liên k tền: út ế
Hình 3.9 - Mô hình 10 nút – 20 liên k t ế
TH2: Mạng n 15 n – 25 liên k t ền: út ế
Hình 3.10 - Mô hình 15 nút – 25 liên k tế
- CPU t i nút n n: các giá tr ng u nhiên trong [50, 100]ạ ề ị ẫ
- Băng thông t i liên k t n n: các giá tr ng u nhiên trong [50, 100] ạ ế ề ị ẫ
Yêu c u ầ ảo hóa mạng: 4 nút – 3 liên kết
Hình 3.11 - Yêu c u o hóa mầ ả ạng
- Y c u v CPU t i nút o: các giá tr ng u nhiên trong [5, 10] và [5, 20]êu ầ ề ạ ả ị ẫ
- Y c u v êu ầ ề băng thông t i liên k t o: các giá ng u nhiên ạ ế ả trị ẫ trong [15, 30]
- Tốc độ đế n c a các u c u o hóa m ng tuân theo phân b Poisson , v i trung bình ủ yê ầ ả ạ ố ớ
6 c u trên 100 n v th i gian.yêu ầ đơ ị ờ
- Thời gian s ng c a các ố ủ yêu u o hóa m ng tuân theo ân b cầ ả ạ ph ố ũ ớ m , v i giá tr ị trung bình b ng 70ằ
-S tuy n ố ế đường d phòng cho 1 liên k t n n, ự ế ề cũng như ố S tuyến đường là ứng viên ánh x liên k t o u b ng 5 để ạ ế ả đề ằ
- Thời gian mô ph ng: 15000 ỏ
Dựa trên kết quả từ môi trường thí nghiệm, các yếu tố vật lý ảnh hưởng đến P_ac, tỷ lệ băng thông dành cho dự phòng P_bk, và giá trị lợi nhuận Rev của 4 phương pháp theo thời gian thu được trong tổng hợp trường hợp thí nghiệm như sau: a Bảng kết quả về P_ac, Reven và P_ế.
- TH1: M ng n n g m 10 nút – 20 liên k tạ ề ồ ế
P_ac Rev P_bk P_ac Rev P_bk
B ng 1 - K t qu mô hình 10 nút – ả ế ả 20 liên k tế
- TH2: M ng n n g m 15 nút – 25 liên k tạ ề ồ ế
P ac Rev P bk P ac Rev P bk
B ng 2 - K t qu mô hình 15 nút – ả ế ả 25 liên k tế b Bảng k t qu v th i gian tính (Yêu c u CPU: [5, 10]) trên 1 ế ả ề ờ ầ khung c a s 300ử ổ
- TH1: M ng n n g m 10 nút – 20 liên k tạ ề ồ ế
Th i gian ờ tính NO_BK 0.12 (s)
B ng 3 - Th i gian tính mô hình 10 t – 20 liên k tả ờ nú ế
- TH2: M ng n n g m 15 nút – 25 liên k tạ ề ồ ế
Th i gian ờ tính NO_BK 0.2 (s)
B ng 4 - Th i gian tính mô hình 15 t – 25 liên k tả ờ nú ế c th v giá tr L i Đồ ị ề ị ợ nhuận – Reven (Yêu c u CPU: [5, 20])ue ầ
- TH1: M ng n n g m 10 nút – 20 liên k tạ ề ồ ế
Hình 3.12 - th LĐồ ị ợi nhu n c a mô hình 10 nút – ậ ủ
- TH2: M ng n n g m 15 nút – 25 liên k tạ ề ồ ế
Hình 3.13 - th L i u n c a mô hình 15 nút – 25 liên k tĐồ ị ợ nh ậ ủ ế d th v t l bĐồ ị ề ỉ ệ ăng thông dà cho nh d pự hòng – P_bk (Yêu c u CPU: ầ[5,20])
- TH1: Mạng n n g m 10 nút – 20 li k tề ồ ên ế
Hình 3.14 - T l P_bk c a mô hình 10 t – 20 liên k tỉ ệ ủ nú ế
- TH2: M ng n n g m 15 nút – 25 liên k tạ ề ồ ế
Hình 3.15 - T l P_bk c mô hình 15 t – 25 liên k tỉ ệ ủa nú ế e Nh n xậ ét
Phân tích kết quả cho thấy phương pháp NO_BK đáp ứng nhiều yêu cầu hơn và mang lại lợi nhuận cao hơn, nhưng không có sự dự phòng cho các trường hợp mất kết nối Điều này làm tăng rủi ro cho phương pháp này Trong khi đó, các phương pháp OD_BK, SOD_BK và SPA_BK mặc dù đáp ứng ít yêu cầu hơn và sinh lợi nhuận thấp hơn, nhưng lại đảm bảo an toàn cho quá trình phục hồi các yêu cầu Trung bình, yêu cầu CPU của các phương pháp NO_BK, SOD_BK và SPA_BK cao hơn khoảng 24%, 10% và 7% so với phương pháp OD_BK trong mô hình mạng từ 10 nút đến 20 liên kết.
Phương pháp SOD BK cho thấy hiệu suất tính toán nhanh hơn so với SPA BK, tuy nhiên thời gian tính trung bình cho mỗi lần xử lý vẫn cần được chú ý Kết quả thí nghiệm cho thấy thời gian tính toán của SOD BK và PA BK trong mô hình 10 nút – 20 liên kết là khoảng 2.833 ± 0.847 giây Điều này cho thấy SOD BK có thời gian tính toán ngắn hơn đáng kể so với NO BK và OD BK, với các giá trị lần lượt là 0.12.
Khi thử nghiệm với mô hình mạng lớn hơn, bao gồm 15 nút và 25 liên kết, thời gian tính toán giữa hai phương pháp SOD_BK và SPA_BK cho thấy sự khác biệt đáng kể Cụ thể, thời gian xử lý tăng lên là 34.14 giây so với 7.36 giây.
Về tỷ lệ băng thông dành cho dự phòng P_bk, phương pháp OD_BK và phương pháp A_BK có tỷ lệ dự phòng gần như nhau Với hai phương pháp chia sẻ mạng dự phòng D_BK và SO SPA_BK, phương pháp SPA_BK thực hiện tối ưu hoá mức độ ưu tiên cho một lần dự phòng và phải dự kiến trước tài nguyên, nên tỷ lệ này luôn không thay đổi trong suốt quá trình mô phỏng Đối với phương pháp SOD_BK, tỷ lệ băng thông dành cho dự phòng là thấp nhất trong số ba phương pháp.
Khi thay đổi giá trị yêu cầu tối ưu hóa từ [5, 10] lên [5, 20], và giữ các thông số khác không đổi, tỷ lệ chấp nhận yêu cầu tối ưu hóa P_ac ở cả hai phương pháp đều giảm Tuy nhiên, mặc dù tỷ lệ chấp nhận của từng phương pháp có sự khác nhau, do yêu cầu tối ưu hóa đã tăng lên nên lợi nhuận thu được từ cả bốn phương pháp đều tăng Tỷ lệ này dành cho phương pháp SPA BK luôn không đổi, trong khi tỷ lệ ở phương pháp OD BK và SOD_BK cũng có sự thay đổi nhưng không rõ ràng.
Các nhà cung cấp cần lựa chọn phương pháp ánh xạ mạng dựa trên các kết quả thực tế Phương pháp NO_BK có lợi nhuận cao nhất nhưng rủi ro cũng lớn, trong khi OD_BK đảm bảo đáp ứng yêu cầu nhưng tiêu tốn nhiều nguyên liệu và có lợi nhuận thấp nhất Giữa hai phương pháp chia sẻ mạng, SOD_BK mang lại lợi nhuận cao hơn SPA_BK nhưng tốn nhiều thời gian tính toán hơn SPA_BK có ưu điểm là ít thời gian tính toán và lợi nhuận tương đối cao, nhưng việc tối ưu hóa và phân phối tài nguyên có thể gây ra sự thiếu hiệu quả so với yêu cầu không quá cao về lượng tài nguyên Ảnh hưởng của số lượng tuyến đường dự phòng cũng cần được xem xét.
V i ớ các giá tr tài nguyên c a m ng n n kị ủ ạ ề hông đổi, yêu c u CPU trong kho ng ầ ả
Yêu cầu băng thông của mạng ảo trong khoảng từ 10 đến 20 nút, T lả ỉ ệ chấp nhận yêu cầu P_ac Băng thông dành cho phòng P_bk với phương pháp SPA_BK trong cả hai trường hợp mạng nền 10 nút và 15 nút đều phụ thuộc vào giá trị k (số lượng tuyến đường dự phòng có liên kết) Điều này cũng ảnh hưởng đến giá trị tr L i nhu n, cụ thể khi giá trị k thay đổi từ 1 đến 9, ta có kết quả ảnh hưởng như sau:
- TH1: Mạng n n g m 10 nút – 20 li k tề ồ ên ế k P_ac P_bk
B ng 5 - Thay ả đổi g á i tr k: mô hình 10 t – 20 liên k tị nú ế
- TH2: Mạng n n g m 15 nút – 25 li k tề ồ ên ế k P_ac P_bk
B ng 6 - Thay ả đổi g á i tr k: mô hình 15 t – 25 liên k tị nú ế
Khi số lượng người dùng trong một đường dây phòng kín tăng lên, tỷ lệ băng thông dành cho người dùng sẽ giảm, cùng với đó là tỷ lệ chấp nhận nếu như các điều kiện khác không thay đổi Các thông số dưới đây sẽ biểu diễn xu hướng biến thiên của hai tỷ lệ này trong các trường hợp cụ thể Thêm vào đó, các yếu tố như số nút và số liên kết cũng có ảnh hưởng đến các tỷ lệ này khi giá trị thay đổi.
Hình 4.16 - S nh ự ả hưởng của k n P_acđế
Khi nghiên cứu các mô hình mạng, mô hình 10 nút cho thấy sự tăng trưởng rõ rệt hơn so với mô hình 15 nút Nguyên nhân là do băng thông dành cho các phòng của mô hình này có xu hướng giảm nhiều hơn so với mô hình 15 nút Hơn nữa, đồ thị dưới đây cho thấy sự bão hòa của giá trị P khi k tăng Tuy nhiên, cần có thêm nhiều nghiên cứu để chứng minh rõ ràng hơn về hiện tượng này.
- T l ỉ ệ băng thông dành cho d phòng ự P_bk
Hình 4.17 - S nh ự ả hưởng của k n P_bkđế
Luận văn nghiên cứu các khái niệm và cơ sở lý thuyết về mạng quang WDM, ảo hóa mạng, cùng hai phương pháp chia sẻ mạng dự phòng là SOD_BK và SPA_BK Phương pháp SOD_BK phân phối tài nguyên dự phòng khi có yêu cầu mới, trong khi SPA_BK phân phối tài nguyên dự phòng trước khi có yêu cầu Luận văn cũng xây dựng chương trình mô phỏng sử dụng ngôn ngữ Java và giải bài toán tối ưu bằng công cụ CPLEX, tập trung vào ba tiêu chí: giá trị lợi nhuận (Revenue), tỷ lệ chấp nhận yêu cầu (P_ac), và tỷ lệ băng thông dành cho dự phòng (P_bk) Kết quả cho thấy phương pháp NO_BK có giá trị lợi nhuận cao nhất, trong khi OD_BK có giá trị thấp nhất Hai phương pháp chia sẻ mạng dự phòng SOD_BK và SPA_BK có giá trị lợi nhuận không khác biệt nhiều, nhưng SOD_BK có giá trị lợi nhuận cao hơn SPA_BK, mặc dù thời gian tính toán của SPA_BK lại nhanh hơn.
Hạn chế trong thực nghiệm hiện nay khá đơn giản và mô hình nhà chưa linh hoạt trong việc mở rộng Cần có những cải tiến mô phỏng để khắc phục những vấn đề cũ, nhằm nâng cao hiệu quả và tính khả thi của mô hình nhà.
Hướng phát triển của mô hình nhằm tăng cường khả năng hoạt động và hiệu quả trong việc áp dụng các phương pháp ánh xạ Mục tiêu chính là nâng cao lợi nhuận trong khi vẫn đảm bảo thời gian tính toán hợp lý Bên cạnh đó, việc cải tiến hệ thống truyền tải dữ liệu trong các trường hợp cụ thể cần được nghiên cứu kỹ lưỡng, với ba tiêu chí chính để đánh giá: lợi nhuận, tỷ lệ chấp nhận rủi ro và tỷ lệ băng thông dành cho dữ liệu Do đó, các tham số này cần được xem xét và nghiên cứu thêm để đạt được hiệu quả tối ưu.
[1] Albert Page` s, Jordi Perello´ , Salvatore Spadaro (2012), “Virtual Network
Embedding in Optica Infrastructures”, IEEE JOURNALS & MAGAZINES, pp 1 – 4
[2] Albert Page` s, Jordi Perello´ , Salvatore Spadaro, Joan.A García-Espín, Jordi Ferrer Riera, Sergi Figuerola (2012), “Optimal Allocation of Virtual Optical
[3] Albert Page` s, Jordi Perello´ , Salvatore Spadaro and Gabriel Junyent (2012),
“Strategies for Virtual Optical Network Allocation”, Communications Letters, 16, pp
[4] Jordi Ferrer Riera, Joan.A García-Espín, Sergi Figuerola Jens Buysse, Marc De
Leenheer, Chris Develder (2012), “Converged IT and Optical Network
Virtualisation”, IEEE JOURNALS & MAGAZINES, pp 1 – 5
[5] Reza Nejabati, Eduard Escalona, Shuping Peng, Dimitra Simeonidou (2013),
“Optical Network Virtualization”, IEEE/OSA journal,5(10), pp 46 – 56.
Networks for the Future Internet”, Optical Network Design and Modeling, pp 1 – 6
[6] Tao Guo, Klaus Moessner, Rahim Tafazolli : Shared Backup Network ovision Pr for Virtual Network Embedding, University of Surrey, 2011
[7] Yoo,S.J.B (1996), “Wavelength conversion techologies for WDM network applications”, Journal of Lightwave Technology, 14, pp 955 – 966
[8] Hoàng Tr ng Minh (2010), “Công ngh chuy n mọ ệ ể ạch IP và MPLS”
A.1 Các hàm thư vi n, ệ mã u n h tr ng ồ ỗ ợ a Thư vi n ệ CPLEX
• Mục đích: cung cấp các hàm phục vụ bài toán t i ố ưu hóa.
Tải xuống thư viện cplex.jar từ trang chủ của IBM tại địa chỉ http://ic.dhe.ibm.com//p Thư viện này nằm trong thư mục cài đặt sau khi bạn hoàn tất quá trình cài đặt IBM ILOG CPLEX Studio Đồng thời, hãy chú ý đến thư viện JEXCELAPI để sử dụng hiệu quả.
• M c ụ đích: Thao tác v i file ớ các excel(đọc, ghi … d li u) ữ ệ
• Download: http://jexcelapi.sourceforge.net/ c Gói mã nguồn Tìm k đường đi ngắn nhất
• M c ụ đích: Gi i bài toán tìm k ả đường đi ng n nh t gi a 2 nh c a ắ ấ ữ đỉ ủ đồthị
• Download: http://code.google.com/p/k-shortest-paths/ d Gói yWorks UML Doclet
• Download: http://ww yworks.com/en/products_download.phpw.
Th t ứ ựchạy các l p ớ như sau:
• Tùy chỉnh c thông s c y c u mác ố ủa êu ầ ạngả ạ ớo t i l p VNRequest
• T o ạ các yêu c u ầ như đã tùy chỉnh và ghi vào file excel t i l p ạ ớ VNRequest_Array
• Ch y ạ chương trình v i ớ phương pháp SOD_BK t i l p SOD_BK ạ ớ
• Ch y ạ chương trình v i ớ phương pháp SPA_BK t i l p Sạ ớ PA_BK
Chương trình vĩ mô phương pháp NO_BK tại phòng SPA_BK có sự điều chỉnh quan trọng trong mã nguồn Sớ Network, cụ thể tại dòng code 253: this.SubLink[i].BW_for_Mapping = BandWidth[i] * cplex.getValue(alpha[i]) Cần thay thế cplex.getValue(alpha[i]) bằng 1.0, vì trong phương pháp NO_BK, toàn bộ băng thông của liên kết cần được sử dụng cho việc ánh xạ.