Báo cáo quy hoạch mạng viễn thông _ Viện điện tử viễn thông ĐHBK Hà NộiViết phần mềm tạo topology mạng viễn thông theo thuật toán MentorViết phần mềm tạo topology mạng viễn thông theo thuật toán MentorĐể giải quyết bài toán trên, ta nhìn hệ thống viễn thông trên cả phương diện phần cứng và phần mềm:Về phương diện phần cứng, hệ thống viễn thông gồm các thiết bị như: Thiết bị đầu cuối thông tin, thiết bị chuyển mạch, thiết bị truyền dẫn.Về phương diện phần mềm, hệ thống viễn thông cho biết các phần cứng liên hệ với nhau như thế nào (Topo mạng, với Topo mạng ta sẽ phân biệt được mạng AN (Access Netwwork) và mạng lõi), các giao thức mạng, các giao thức để liên kết, giao thức để trao đổi thông tin (giữa hai giao thức này có thể tách rời, có thể kết hợp với nhau), quản lý và khai thác mạng.Trên phương diện phần mềm, để xây dựng mạng, ta phải xây dựng được cấu hình của các phần tử mạng. MENTOR (Mesh Network Topology Optimization Routing) là một thuật toán rất hữu ích cho việc thiết kế mạng thông tin vì nó không phụ thuộc vào đặc điểm của bất kỳ một công nghệ hay kiến trúc mạng nào. Nó chỉ phụ thuộc vào nguyên tắc thiết kế mạng. MENTOR có thể ứng dụng cho nhiều loại mạng, đặc biệt là ATM (Asynchronous Transfer Model). Và chương trình MENTOR là một ứng dụng tin học trong việc thiết kế Topology cho mạng bằng chính thuật toán MENTOR.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ====o0o==== BÁO CÁO Tổ chức quy hoạch mạng viễn thông ĐỀ TÀI: VIẾT MỘT PHẦN MỀM TẠO TOPOLOGY MẠNG VIỄN THÔNG THEO THUẬT TOÁN MENTOR Giảng viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Hà Nội, tháng - 2014 Mục Lục NỘI DUNG BÀI TẬP Đầu vào: nn : Số lượng nút mạng Cost : Ma trận [n x n] chi phí kết nối nút Req : Ma trận [n x n] yêu cầu Pc, W, R, D : Các tham số xác định nút Backbone : Tham số xác định : Hệ số sử dụng băng thông [n x n] : Giá trị tối đa dung lượng liên kết nút (hiệu dụng) Chức phần mềm: • • • Tìm kết nối nút, cho biết dạng MST hay PST, Mentor Tổng chiều dài cây, chiều dài đường Direct link : Tìm kết nối Direct link • • Đường Tất thể hình đồ họa I.Giới thiệu Như ta biết, “viễn thông” hiểu cách trao đổi liệu thông qua kỹ thuật điện, điện tử công nghệ đại khác Và “hệ thống viễn thông” tập hợp trang thiết bị kỹ thuật để cung cấp dịch vụ viễn thông cho người sử dụng Ngay từ ngày xa xưa, người tiền sử biết dùng khói để báo hiệu, người thổ dân đảo xa xôi dùng cột khói liên lạc, báo hiệu truyền tin Nhưng “viễn thông” thức sử dụng người phát minh điện báo điện thoại Công nghệ viễn thông từ ngày phát triển nhanh chóng vượt bậc, ứng dụng lĩnh vực Trên quy mô xã hội, viễn thông làm nên hệ thần kinh thông minh nhạy bén trái đất, làm thay đổi mặt, tính cách quốc gia tự hình thành lên mạng lưới liên kết người quốc gia trái đất Sự hội tụ công nghệ lĩnh vực viễn thông phát triển tăng trưởng mạnh kinh tế - xã hội, nhu cầu sử dụng truyền liệu người tăng lên theo hàm số mũ ngày trở nên phức tạp, có khuynh hướng kỹ thuật cao với chất lượng cao Vì vậy, việc tổ chức mạng viễn thông đáp ứng nhu cầu phát triển tổ chức mạng lưới thành thành phần quan trọng xã hội thông tin hóa cao tương lai không đơn giản, đóng vai trò quan trọng Để giải toán trên, ta nhìn hệ thống viễn thông phương diện phần cứng phần mềm: Về phương diện phần cứng, hệ thống viễn thông gồm thiết bị như: Thiết bị đầu cuối thông tin, thiết bị chuyển mạch, thiết bị truyền dẫn Về phương diện phần mềm, hệ thống viễn thông cho biết phần cứng liên hệ với (Topo mạng, với Topo mạng ta phân biệt mạng AN (Access Netwwork) mạng lõi), giao thức mạng, giao thức để liên kết, giao thức để trao đổi thông tin (giữa hai giao thức tách rời, kết hợp với nhau), quản lý khai thác mạng Trên phương diện phần mềm, để xây dựng mạng, ta phải xây dựng cấu hình phần tử mạng MENTOR (Mesh Network Topology Optimization Routing) thuật toán hữu ích cho việc thiết kế mạng thông tin không phụ thuộc vào đặc điểm công nghệ hay kiến trúc mạng Nó phụ thuộc vào nguyên tắc thiết kế mạng MENTOR ứng dụng cho nhiều loại mạng, đặc biệt ATM (Asynchronous Transfer Model) Và chương trình MENTOR ứng dụng tin học việc thiết kế Topology cho mạng thuật toán MENTOR Biết tầm quan trọng việc thiết kế Topology mạng, chúng em hoàn thành đề tài “Viết phần mềm tạo topology mạng viễn thông theo thuật toán Mentor” Tuy nhiên, thời gian kiến thức hạn chế nên tránh khỏi sai sót Chúng em xin gửi lời cảm ơn tới thầy giáo tận tình hướng dẫn giúp chúng em hoàn thành tập mong nhận lời góp ý thầy để đề tài chúng em hoàn thiện Chúng em chân thành cảm ơn thầy! II Cơ sở lý thuyết 1.Lý thuyết chung Hệ thống mạng viễn thông tập hợp trang thiết bị kỹ thuật để cung cấp dịch vụ viễn thông cho người sử dụng Nhìn từ quan điểm phần cứng, hệ thống viễn thông bao gồm thiết bị: + Thiết bị đầu cuối: để đưa thông tin người sử dụng vào mạng nhận thông tin từ mạng cho người sử dụng + Thiết bị chuyển mạch: Để liên hệ đầu cuối theo yêu cầu + Thiết bị truyền dẫn: Để liên kết nhóm a nhóm b với nhóm b (a-b): Đường dây thuê bao (b-b): Đường trục (trung kế) (a-b): Mạng phụ trợ AN mạng lõi có LE làm biên giới phân cách Các phần mềm (Kỹ thuật mạng): + Cho biết phần cứng liên hệ với -> topo mạng Với Topo mạng ta phân biệt rõ ràng mạng AN mạng lõi AN (a-b), mạng lõi (b-b) + Các giao thức mạng: Cung cấp dịch vụ viễn thông cho người sử dụng + Giao thức để liên kết + Giao thức để trao đổi thông tin, hai giao thức tách rời, kết hợp với + Quản lý khai thác mạng Trong mạng viễn thông có nút mạng liên kết với tạo thành hệ thống mạng Trong hệ thống mạng có nhiều mạng truy nhập (Access Network) mạng access liên hệ với thông qua mạng đường trục (Backbone Network) Vì nút mạng chia làm loại, nút truy nhập (Access) nút Backbone Trong mạng truy nhập (AN) có nút Backbone nút Access khác, nút Access muốn kết nối với nút mạng truy nhập khác phải thông qua nút Backbone Mạng Backbone cầu nối để mạng truy nhập kết nối với nhau, mạng thiết lập qua nút Backbone Các tiêu yêu cầu kỹ thuật tính chất hai mạng khác nhau, toán đặt thiết lập hệ thống mạng nút mạng cho trước để đảm bảo số tiêu chuẩn, yêu cầu định tối ưu hóa số mặt cần thiết Chương trình sử dụng thuật toán MENTOR để giải toán Để thiết lập mạng Access sử dụng thuật toán Kruskal để thiết lập mạng Backbone ta dùng thuật toán Mentor Ta có thông số giả thiết sau + Tổng số nút mạng toàn hệ thống mạng kí kiệu N đánh số từ đến (N-1) + Để biểu diễn liên hệ nút mạng với ta có ma trận sau: Ma trận chi phí Cost[NxN] Đây ma trận chiều đối xứng, chứa chi phí kết nối nút Hàng i cột j chứa giá trị chi phí từ nút I đến nút j • Ma trận yêu cầu Req[NxN] ma trận chiều đối xứng, chứa mức độ yêu cầu liên lạc nút với Hàng i cột j chứa giá trị yêu cầu từ nút i đến nút j • Ma trận dung lượng tối đa Cmax[NxN] ma trận đối xứng chiều Chứa giá trị hiệu dụng tối đa dung lượng kênh liên kết nút • Từ ma trận yêu cầu Cmax ma trận chi phí Cost ta xây dựng ma trận số W nút Là ma trận chiều, trọng số nút thứ i tính theo công thức • Thuật toán Kruskal 2.1 Các tham số yêu cầu thuật toán Thuật toán dùng để thiết lập mạng truy nhập, tạo CMST (Capacitied Minimum Spanning Tree), có đặc điểm nút có đường đi, có dung lượng giới hạn có chiều dài nhỏ Đầu vào (Input) bao gồm: - Cho trước nút trung tâm (Nút Backbone) Tập nút Access {} Trọng số nút wi Giới hạn dung lượng W Ma trận chi phí Cost Yêu cầu đầu (Output) : Tìm tập cho - Mỗi nút thuộc Tất chứa nút gốc Tổng trọng lượng nút không vượt W Tổng độ dài tất cạnh nhỏ 2.2 Các bước tiến hành thuật toán Thuật toán gồm bước: Bước 1: Sắp xếp tất liên kết tăng dần theo cho phí lưu vào danh sách có thứ tự • Bước 2: Kiểm tra xem tất nút kết nối o Nếu dung: Kết thúc thuật toán o Nếu sai: Thực bước • Bước 3: Chọn kết nối danh sách (Kết nối có chi phí nhỏ lại danh sách) • Bước 4: Kiểm tra liên kết thêm vào tạo thành chu trình hay liên kết vừa tạo có làm cho tổng trọng số nút vượt mức giới hạn W hay không? o Nếu đúng: Xóa liên kết vừa tạo, quay lại bước o Nếu sai: Thêm liên kết vừa kiểm tra vào • Thuật toán MENTOR Thuật toán dùng để thiết lập mạng nút Backbone Thuật toán gồm bước chính: Bước 1: Tìm tâm C mạng Ta tính Nút C tâm mạng có giá trị tương ứng nhỏ tất nút Tâm mạng nút có chi phí đến nút khác bé ( nhỏ) có khả xử lý thêm nhiều lưu lượng ( nhỏ) • Bước 2: Tím nút backbone Cho giá trị: - Ngưỡng (threshold) W - Bán kính R • Tìm nút backbone nút có trọng số Sau dùng nút Backbone vừa tìm quay vòng tròn tâm R Các nút vòng tròn mà backbone nút Access nút backbone + Đối với nút lại chưa thiết lập Ta tính giá trị Với: • • • chi phí từ nút j đến nút tâm mạng đường kính mạng (là chi phí lớn nút) tham số điều khiển mối quan hệ tương đối việc chọn nút backbone theo khoảng cách hay theo trọng số Có giá trị từ đến Chọn nút j có nút backbone Và quay bán kính R để chọn thêm nút Access cho nút backbone Lặp lại bước vừa tất nút chọn • Bước 3: Tìm Mentor Khởi tạo: - Tìm lại tâm C nút backbone theo cách bước - Gọi N tập nút nằm Khởi tạo N = {} - Thêm nút gốc C vào N Thực hiện: Gán nhãn cho nút lại (i nút nằm tập L, Lij chi phí từ nút I đến nút tâm, dij chi phí từ nút i đến j) - Chọn nút j mà Lj nhỏ thêm vào tập N, thêm cạnh (j,nút liền trước) vào - Lặp lại đến N chứa tất nút backbone Nếu =1 thuật toán Dijkistra tìm PST Nếu =0 thuật toán Prim tìm MST • Bước 4: Thêm Direct Link - Tìm tập nút không lân cận Thêm Direct link (link trực tiếp ) cho cặp nút lưu lượng bị tải Lưu lượng liên kết bị tải tổng lưu lượng qua liên kết (tổng giá trị Req link khác qua liên kết này) lớn băng thông hiệu dụng liên kết Trong hệ số sử dụng băng thông có liên kết (Thường lấy =80%) III Thiết kế phần mềm Chọn thông số đầu vào Nhập số lượng node, mặc định 50 Chương trình tạo N node từ tới N1 • Lựa chọn thông số đầu vào o Hệ số alpha dùng cho thuật toán Mentor o R bán kính mạng truy nhập o D Hệ số sử dụng thuật toán Mentor o Lựa chọn tỉ số R mặc định = 0.3 thay lựa chọn R D riêng o W ngưỡng để lựa chọn node backbone xác định theo liệu tập o Wmax mức ngưỡng cho mạng truy cập Access network o Lựa chọn thuật toán cho mạng AN: Kruskal, Prim, Esaus-Williams • Hiển thị 10 Bảng ma trận thuộc tính đồ thị • Bảng ma trận lưu lượng 11 • Bảng ma trận giá liên kết • Thuộc tính đồ thị 12 13 IV Kết Luận Quá trình xây dựng mạng viễn thông công việc khó khăn đòi hỏi cần nhiều thời gian, công sức Qua tập lớn giúp chúng em hiểu sâu môn học, kiến thức cần thiết để xây dựng mạng viễn thông Việc thiết kế Topology mạng giúp chúng em nắm phần kiến thức quy trình thuật toán để triển khai cho việc thiết kế mạng Tuy nhiên, nhóm có nhiều hạn chế chưa làm tập lớn này, trình hoàn thiện tập không tránh khỏi sai sót chưa mong muốn Chúng em chân thành cảm ơn thầy giúp đỡ chúng em trình thực tập lớn 14 [...]... IV Kết Luận Quá trình xây dựng mạng viễn thông là một công việc khó khăn và đòi hỏi cần rất nhiều thời gian, công sức Qua bài tập lớn này đã giúp chúng em hiểu sâu về môn học, các kiến thức cần thiết để xây dựng một mạng viễn thông Việc thiết kế Topology mạng giúp chúng em nắm được phần nào kiến thức về quy trình cơ bản và các thuật toán để triển khai cho việc thiết kế mạng Tuy nhiên, nhóm cũng có nhiều ... thiết kế Topology cho mạng thuật toán MENTOR Biết tầm quan trọng việc thiết kế Topology mạng, chúng em hoàn thành đề tài “Viết phần mềm tạo topology mạng viễn thông theo thuật toán Mentor” Tuy nhiên,... sử dụng thuật toán MENTOR để giải toán Để thiết lập mạng Access sử dụng thuật toán Kruskal để thiết lập mạng Backbone ta dùng thuật toán Mentor Ta có thông số giả thiết sau + Tổng số nút mạng toàn... tra vào • Thuật toán MENTOR Thuật toán dùng để thiết lập mạng nút Backbone Thuật toán gồm bước chính: Bước 1: Tìm tâm C mạng Ta tính Nút C tâm mạng có giá trị tương ứng nhỏ tất nút Tâm mạng nút