Nghiên cứu một số phương pháp lập lịch trong mạng chuyển mạch chùm quang (tt)

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC NGUYỄN HỒNG QUỐC NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP LẬP LỊCH TRONG MẠNG CHUYỂN MẠCH CHÙM QUANG CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÁY TÍNH MÃ SỐ: 62.48.01.01 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Võ Viết Minh Nhật TS Nguyễn Hoàng Sơn HUẾ, NĂM 2017 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Khoa học - Đại học Huế Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Võ Viết Minh Nhật, Đại học Huế TS Nguyễn Hoàng Sơn, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế Phản biện 1: GS TS Nguyễn Thúc Hải Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Phản biện 2: GS TS Đặng Quang Á Viện Công nghệ Thông tin, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam Phản biện 3: PGS TS Hồ Sỹ Đàm Trường Đại học Công nghệ, ĐHQG Hà Nội Luận án bảo vệ Hội đồng chấm luận án cấp Đại học Huế họp Đại học Huế vào lúc ngày tháng năm 2018 Có thể tìm hiểu luận án thư viện: • Thư viện Quốc gia Việt Nam • Thư viện Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Mạng sợi quang từ đời vào thập niên 90 nay, trải qua nhiều hệ phát triển: từ mô hình định tuyến bước sóng (Wavelength-Routed, WR) ban đầu dựa đường quang (lightpath) đầu-cuối dành riêng, mơ hình chuyển mạch gói quang (Optical Packet Switching, OPS) đề xuất gần đây, với ý tưởng xuất phát từ mơ hình mạng chuyển mạch gói điện tử Tuy nhiên với số hạn chế công nghệ, chưa thể sản xuất đệm quang (tương tự nhớ RAM môi trường điện tử) hay chuyển mạch tốc độ nano giây, mô hình chuyển mạch gói quang chưa thể trở thành thực Một giải pháp thỏa hiệp đề xuất chuyển mạch chùm quang (Optical Burst Switching, OBS) mở hướng nghiên cứu xem công nghệ hứa hẹn cho mạng Internet hệ Một đặc trưng tiêu biểu mạng chuyển mạch chùm quang (mạng OBS) phần (gói) điều khiển (Burst Header Packet, BHP) tách rời với phần (chùm) liệu (Data Burst, DB) Nói cách khác, để thực việc truyền chùm vào mạng lõi, gói điều khiển BHP tạo gửi trước khoảng thời gian offset(offset-time) Thời gian offset phải tính tốn đủ để đặt trước tài ngun cấu hình chuyển mạch nút trung gian dọc theo hành trình chùm quang từ nguồn đến đích Tuy nhiên, cách truyền tải đặt áp lực làm để gói điều khiển BHP kịp lập lịch đặt trước tài nguyên cấu hình chuyển mạch nút lõi, đảm bảo việc truyền tải chùm quang theo sau; nhiệm vụ hoạt động lập lịch đặt trước tài nguyên nút lõi mạng Vì vấn đề lập lịch cần quan tâm nghiên cứu nhằm tối đa hiệu suất băng thông, giảm mát liệu nâng cao hiệu suất hoạt động mạng OBS Động lực nghiên cứu Lập lịch hoạt động quan trọng mạng chuyển mạch chùm quang Khi gói điều khiển chùm đến nút lõi mạng, dựa vào thông tin chứa gói điều khiển thời điểm đến, thời điểm kết thúc chùm, lúc giải thuật lập lịch gọi để tìm kênh bước sóng khả dụng để lập lịch cho chùm đến Mục đích giải thuật lập lịch xếp chùm đến kênh bước sóng ra, nhằm tối đa hiệu suất băng thông sử dụng, giảm số lượng chùm bị loại bỏ nâng cao hiệu suất hoạt động mạng OBS Hiện có nhiều giải thuật lập lịch đề xuất mà phân vào hai nhóm tiếp cận chính: • Phương pháp lập lịch trực tiếp • Phương pháp lập lịch nhóm Đối với phương pháp lập lịch trực tiếp gói điều khiển đến nút lõi mạng, giải thuật lập lịch trực tiếp gọi để tìm kênh bước sóng khả dụng lập lịch cho chùm nó; có nhiều kênh bước sóng khả dụng giải thuật lập lịch chọn kênh lập lịch mà tối ưu tiêu chí đặt giải thuật Nghiên cứu số phương pháp lập lịch mạng chuyển mạch chùm quang Trong số giải thuật lập lịch trực tiếp, BF-VF giải thuật lập lịch tốt hiệu suất sử dụng băng thông Tuy nhiên hiệu lập lịch trực tiếp phụ thuộc vào tình trạng băng thơng kênh mà chùm lập lịch phân bố Một số giải pháp kết hợp lập lịch trực tiếp với lập lịch lại phân đoạn chùm đề xuất Cụ thể lập lịch trực tiếp khơng tìm thấy kênh khả dụng, thay chùm đến bị đánh rơi hoàn toàn, lập lịch lại xếp lại chùm lập lịch kênh bước sóng nhằm tìm kiếm vị trí băng thơng rỗi để lập lịch cho chùm đến thực phân đoạn chùm nhằm đánh rơi phần chùm đến bị tranh chấp Tuy nhiên lập lịch trực tiếp lập lịch trực tiếp kết hợp tối ưu việc lập lịch cho chùm đến thời mà không quan tâm đến chùm đến sau Nên phân mãnh băng thông tạo việc lập lịch chùm thời ảnh hưởng đến hiệu lập lịch sau Phương pháp lập lịch nhóm đề xuất, gói điều khiển đến khoảng thời gian tiến hành lập lịch đồng thời chùm tương ứng chúng Tuỳ thuộc vào nút lõi mạng có trang bị chuyển đổi bước sóng đầy đủ hay khơng, giải thuật lập lịch nhóm chia thành hai nhóm: Lập lịch nhóm đơn kênh trường hợp không sử dụng chuyển đổi lập lịch nhóm đa kênh trang bị chuyển đổi bước sóng đầy đủ Tuy nhiên giải thuật lập lịch nêu bộc lộ tồn sau: • Giải thuật lập lịch kết hợp: chưa sử dụng giải thuật lập lịch trực tiếp tối ưu giai đoạn để lập lịch cho chùm đến Việc lập lịch lại giải thuật giai đoạn xem xét chùm sau kênh Đoạn chồng lấp sử dụng kỹ thuật phân đoạn chùm giai đoạn bị loại bỏ • Giải thuật lập lịch nhóm đơn kênh: Độ phức tạp tính tốn giải thuật cao; chưa tận dụng khoảng trống băng thông tạo chùm lập lịch để lập lịch cho chùm đến khe thời gian chờ lập lịch thiết lập với giá trị cố định mà chưa quan tâm lưu lượng chùm đến • Giải thuật lập lịch nhóm đa kênh: Các giải thuật theo hướng tiếp cận heuristic chưa đưa tiêu chí chọn tối ưu lập lịch cho chùm đến mà dựa vào thứ tự xếp Các giải thuật lập lịch tối ưu làm tăng số lượng gói điều khiển, yêu cầu hệ thống phải có thay đổi mặt giao thức Hơn việc gỡ hết chùm lập lịch kênh để đưa toán lập lịch máy đồng không thực tế mạng thật Những tồn nêu động lực để Luận án tập trung nghiên cứu, cải tiến đề xuất giải thuật lập lịch nhằm tối thiểu mất liệu, tối đa băng thông sử dụng, giảm thời gian chờ lập lịch, giảm độ phức tạp tính tốn nâng cao hiệu hoạt động mạng OBS Mục tiêu nghiên cứu luận án Mục tiêu Luận án nghiên cứu, cải tiến đề xuất số giải thuật lập lịch nhằm nâng cao hiệu mạng chuyển mạch chùm quang bao gồm: tối thiểu mát liệu, tối đa hiệu suất băng thông, giảm độ trễ giảm độ phức tạp tính tốn Mục tiêu cụ thể Luận án là: • Nghiên cứu, cải tiến giải thuật lập lịch trực tiếp kết hợp với lập lịch lại phân đoạn chùm Nghiên cứu số phương pháp lập lịch mạng chuyển mạch chùm quang • Nghiên cứu, cải tiến đề xuất giải thuật lập lịch nhóm đơn kênh • Nghiên cứu, cải tiến đề xuất giải thuật lập lịch nhóm đa kênh Trên sở mục tiêu nghiên cứu, Luận án triển khai theo ba vấn đề nghiên cứu chính: • Vấn đề : Cải tiến giải thuật kết hợp lập lịch trực tiếp với lập lịch lại phân đoạn chùm • Vấn đề : Cải tiến đề xuất giải thuật lập lịch nhóm đơn kênh • Vấn đề : Cải tiến đề xuất giải thuật lập lịch nhóm đa kênh Đóng góp Luận án Các đóng góp Luận án bao gồm: • Đề xuất giải thuật lập lịch trực kết hợp lập lịch lại phân đoạn chùm iCSA[CT2] • Đề xuất giải thuật lập lịch nhóm đơn kênh LGS[CT8] cải tiến LGSVF[CT4], LAGS[CT5], LAGS-VF[CT7] • Đề xuất giải thuật lập lịch nhóm đa kênh OPT-GS theo hướng tiếp cận tối ưu LGS-MC[CT6], LGS-MC-VF[CT3], MWC-GS[CT1], MWC-VF-GS[CT1] theo hướng tiếp cận heuristic CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LẬP LỊCH TRONG MẠNG CHUYỂN MẠCH CHÙM QUANG 1.1 Tóm lược lịch sử phát triển truyền thông quang 1.2 Các mô hình chuyển mạch quang Các mơ hình chuyển mạch quang chia thành loại: chuyển mạch kênh quang, chuyển mạch gói quang chuyển mạch chùm quang 1.2.1 Chuyển mạch kênh quang 1.2.2 Chuyển mạch gói quang 1.2.3 Chuyển mạch chùm quang 1.3 Mạng chuyển mạch chùm quang Mạng OBS xem công nghệ hứa hẹn cho mạng Internet toàn quang hệ có nhiều chức ưu điểm so với mạng chuyển mạch quang khác Một số đặc trưng mạng OBS sau: Tách biệt kênh truyền gói điều khiển kênh truyền chùm; Dành riêng chiều; Độ dài chùm thay đổi được; Không cần đệm quang 1.3.1 Kiến trúc mạng OBS Một mạng OBS bao gồm nút chuyển mạch chùm quang (nút OBS) kết nối với sợi quang Mỗi sợi quang có khả hỗ trợ kênh đa bước sóng Có hai kiểu nút mạng OBS: nút biên nút lõi Nghiên cứu số phương pháp lập lịch mạng chuyển mạch chùm quang 1.3.1.1 Cấu trúc nút biên 1.3.1.2 Cấu trúc nút lõi 1.3.2 Các hoạt động bên mạng OBS Các hoạt động bên mạng OBS bao gồm: tập hợp, báo hiệu, lập lịch giải tranh chấp Mỗi hoạt động đóng vai trò quan trọng tác động trực tiếp đến hiệu hoạt động mạng OBS 1.3.2.1 Tập hợp 1.3.2.2 Báo hiệu 1.3.2.3 Lập lịch 1.3.2.4 Định tuyến 1.4 Lập lịch mạng OBS 1.4.1 Giới thiệu toán lập lịch 1.4.2 Một số kiến thức liên quan 1.4.3 Các giải thuật lập lịch công bố Lập lịch hoạt động quan trọng mạng OBS Khi gói điều khiển đến nút, tùy thuộc vào đích đến chùm tương ứng, tài nguyên dành riêng cổng ra, bao gồm kênh bước sóng khoảng thời gian chiếm giữ cấp phát Đã có nhiều giải thuật lập lịch đề xuất theo hướng tiếp cận khác nhằm nâng cao hiệu hoạt động lập lịch Các giải thuật lập lịch phân loại vào: lập lịch trực tiếp, lập lịch trực tiếp kết hợp với lập lịch lại kỹ thuật phân đoạn lập lịch nhóm 1.4.3.1 Lập lịch trực tiếp Khi gói điều khiển đến nút, giải thuật lập lịch gọi để lập lịch cho chùm tương ứng kênh liệu Dựa vào thơng tin gói điều khiển, lập lịch biết thời điểm đến, độ dài chùm tiến hành tìm kênh khả dụng để lập lịch cho chùm Các giải thuật lập lịch trực tiếp mạng OBS chia thành loại: lập lịch không lấp đầy khoảng trống lập lịch có lấp đầy khoảng trống 1.4.3.2 Lập lịch trực tiếp kết hợp Các giải thuật lập lịch trực tiếp thất bại khơng tìm thấy kênh khả dụng để lập lịch cho chùm đến Kết chùm bị loại bỏ gây mát liệu lớn, chùm lập lịch kênh xếp lại nhằm tạo khoảng băng thơng rỗi để lập lịch cho chùm đến Trong trường hợp việc loại bỏ tránh khỏi, kỹ thuật phân đoạn chùm làm giảm mát chấp nhận loại bỏ đoạn chồng lấp phần lại chùm lập lịch Một hướng tiếp cận kết hợp đề xuất nhằm tránh hay giảm việc loại bỏ toàn chùm Sau tiếp cận kết hợp công bố 1.4.3.2.1 Kết hợp lập lịch trực tiếp lập lịch lại Ý tưởng lập lịch lại xếp lại tài nguyên chùm lập lịch kênh bước sóng ra, cho phần băng thơng khả dụng sinh cấp phát cho chùm đến sau Mục đích lập lịch lại nhằm tăng khả sử dụng băng Nghiên cứu số phương pháp lập lịch mạng chuyển mạch chùm quang thông kênh ra, giảm mát chùm hạn chế xử lý phức tạp khác 1.4.3.2.2 Kết hợp lập lịch trực tiếp phân đoạn chùm Ý tưởng phân đoạn chùm đề xuất Vokkarane cộng sự, chùm chia thành đoạn để có xung đột xảy có vài đoạn bị loại bỏ đoạn lại truyền qua mạng Các đoạn bị phần trước (head dropping) hay phần sau (tail dropping) 1.4.3.2.3 Kết hợp lập lịch trực tiếp, lập lịch lại phân đoạn chùm Không kết hợp lập lịch trực tiếp với phân đoạn, tác giả Umaru, Aydin cộng đề xuất tổ hợp khác lập lịch, lập lịch lại phân đoạn Cụ thể, PCSA (Preemptive Channel Scheduling Algorithm) dựa LAUC-VF, ODBR phân đoạn chùm Sơ đồ lập lịch kết hợp thiết kế nhằm thỏa mãn yêu cầu QoS mạng OBS Một kết hợp khác có tên gọi SODBRA (Segmentation-based On-Demand Burst Rescheduling Algorithm), tổ hợp FFUC-VF, ODBR phân đoạn chùm 1.4.3.3 Lập lịch nhóm Trong lập lịch nhóm, giải thuật lập lịch không gọi gói điều khiển đến, mà gói điều khiển đến khe thời gian τ tiến hành lập lịch đồng thời cho chùm chúng Lập lịch nhóm chia thành loại: lập lịch nhóm khơng có chuyển đổi bước sóng, nghĩa lập lịch nhóm đơn kênh lập lịch nhóm có chuyển đổi bước sóng, nghĩa lập lịch nhóm đa kênh 1.4.3.4 Kết hợp lập lịch giải pháp xử lý tắc nghẽn 1.4.3.4.1 Sử dụng đường trễ FDL 1.4.3.4.2 Chuyển đổi bước sóng 1.4.3.4.3 Định tuyến lệch hướng 1.4.4 Một số nhận xét giải thuật lập lịch công bố Các giải thuật lập lịch công bố theo hướng tiếp cận khác nhằm giảm xác suất mát liệu, tối ưu hiệu suất băng thơng Tuy nhiêu tồn mơ hình, giải thuật lập lịch Vì việc tiếp tục cải tiến, đề xuất mơ hình, giải thuật lập lịch cần thiết nhằm tận dụng băng thông tốt hơn, giảm xác suất gói tin nâng cao hiệu hoạt động lập lịch mạng OBS 1.5 Tiểu kết Chương Trong chương Luận án giới thiệu khái quát mạng chuyển mạch chùm quang hoạt động bên mạng, qua nêu bật lên ưu điểm mạng OBS so với mạng chuyển mạch khác Sau Luận án trình bày giải thuật lập lịch theo hướng tiếp cận: lập lịch trực tiếp, lập lịch trực tiếp kết hợp, lập lịch nhóm đơn kênh lập lịch nhóm đa kênh công bố Cuối Luận án đưa đánh giá ưu điểm tồn từ làm sở để tiếp tục cải tiến, đề xuất giải thuật lập lịch nhằm nâng cao hiệu suất hoạt động mạng, giảm xác suất mát liệu, tối đa băng thông sử dụng, giảm độ trễ giảm độ phức tạp tính tốn Nghiên cứu số phương pháp lập lịch mạng chuyển mạch chùm quang CHƯƠNG 2: MỘT CẢI TIẾN GIẢI THUẬT LẬP LỊCH TRỰC TIẾP KẾT HỢP VỚI LẬP LỊCH LẠI VÀ PHÂN ĐOẠN CHÙM 2.1 Giới thiệu Các giải thuật lập lịch trực tiếp thất bại việc lập lịch chùm đến băng thông không khả dụng kênh Tuy nhiên, việc lập lịch thực có xếp lại chùm lập lịch kênh ra, cho khoảng trống băng thơng tạo lập lịch cho chùm đến Đây ý tưởng giải thuật ODBR ABR Nhưng trường hợp loại bỏ chùm tránh khỏi, phân đoạn chùm giải pháp phù hợp nhằm làm giảm mát liệu, phần chùm chồng lấp bị loại bỏ, phần chùm lại lập lịch để truyền đến nút Một kết hợp hoàn chỉnh, bao gồm lập lịch trực tiếp, lập lịch lại phân đoạn chùm PCSA SODBRA đề xuất nhằm lập lịch hiệu chùm đến 2.2 Phân tích đánh giá giải thuật lập lịch kết hợp công bố Các giải thuật lập lịch kết hợp phân loại sau: • Lập lịch trực tiếp kết hợp với lập lịch lại gồm ODBR ABR • Lập lịch trực tiếp kết hợp với phân đoạn chùm gồm NP-MOC, NP-MOC-VF • Lập lịch trực tiếp kết hợp với lập lịch lại phân đoạn chùm gồm PCSA SODBRA 2.2.1 Giải thuật ODBR 2.2.2 Giải thuật ABR 2.2.3 Kỹ thuật phân đoạn chùm 2.2.4 Giải thuật SODBRA 2.2.5 Giải thuật PCSA 2.3 Giải thuật lập lịch kết hợp đề xuất iCSA Giải thuật lập lịch kết hợp Luận án đề xuất iCSA (improved Composite Scheduling Algorithm) công bố [CT2] Giải thuật iCSA kết hợp lập lịch lấp đầy khoảng trống, lập lịch lại phân đoạn chùm, bao gồm giai đoạn thực tùy thuộc vào thành công hay thất bại giai đoạn trước Giai đoạn 1: Khi có chùm đến, giải thuật lập lịch lấp đầy khoảng trống BFVF gọi để tìm khoảng trống khả dụng vừa khít để lập lịch cho chùm Nếu lập lịch thành công giải thuật iCSA kết thúc, ngược lại Giai đoạn gọi Giai đoạn 2: lập lịch lại dựa cải tiến giải thuật ODBR Đối với chùm lập lịch trước kênh có chồng lấp với chùm đến cho khoảng băng thông nhàn rỗi tạo lập lịch cho chùm đến Trong trường hợp có nhiều kênh thỏa mãn, kênh mà có số chùm di chuyển chọn để lập lịch cho chùm đến Nếu việc lập lịch lại không thành công, Giai đoạn gọi Nghiên cứu số phương pháp lập lịch mạng chuyển mạch chùm quang Giai đoạn 3: tính tốn độ chồng lập chùm đến với chùm lập lịch kênh kênh có khoảng chồng lấp nhỏ chọn để lập lịch cho chùm đến sau cắt phần chồng lấp; Nếu phần bị chồng lấp lập lịch kênh lại, chùm tạo lập lịch kênh khả dụng đó(với giả sử nút lõi OBS có khả tạo gói điều khiển) Giải thuật iCSA mô tả chi tiết sau: Algorithm 2.1: iCSA (improved Composite Scheduling Algorithm) 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 Input : ub(sub , eub ), W = {1, 2, , m}, SBk với k ∈ W ; Output: bestchannel ; bestchannel := BF V F (ub, W ); if (bestchannel = −1) then Lập lịch chùm ub kênh bestchannel return; foreach k ∈ W OBk := ∅; foreach sbi,k ∈ SBk if (sub ∈ [si,k , ei,k ]) ∨ (si,k ∈ [sub , eub ]) then OBk := OBk ∪ {sbi,k }; refi,k := 0; else OB := OB ∪ {OBk }; Sort(k, |OBk |); k := 1; while (k ≤ m) success := |OBk |; bestchannel := −1 ; foreach sbi,k ∈ SBk bestchannel := BF V F (ub, W \ {k}); if (bestchannel = −1) then success := success − 1; refi,k := bestchannel; if (success = 0) then foreach sbi,k ∈ SBk Lập lịch lại chùm sbi,k kênh k sang kênh refi,k ; Gửi lại gói điều khiển cho chùm sbi,k ; Gỡ bỏ chùm sbi,k lập lịch kênh k ; Lập lịch chùm ub kênh bestchannel return; k := k + 1; k := 1; news := sub ; newe := eub ; droptype := −1; bestlenght := 0; bestchannel := −1; Nghiên cứu số phương pháp lập lịch mạng chuyển mạch chùm quang 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 while (k ≤ m) ∧ (|OBk | = 1) if ((sub < s1,k ) ∧ (eub − s1,k ) < bestlenght) then bestlenght := eub − s1,k ; droptype := 0; bestchannel := k; else if ((sub > s1,k ) ∧ (eub − s1,k ) > bestlenght) then bestlenght := s1,k − eub ; droptype := 1; bestchannel := k; if (droptype = 0) then eub := eub − bestlenght; Lập lịch chùm ub sau loại bỏ đoạn đầu chồng lấp kênh bestchannel; eoverlap := eub ; soverlap := sub − bestlenght; Tạo chùm từ đoạn chồng lấp newub (soverlap , eoverlap ); ch := BF V F (newub , W ); if (ch = −1) then Lập lịch chùm newub kênh ch; Tạo gói điều khiển cho chùm newub return; if (droptype = 1) then sub := sub − bestlenght; Lập lịch chùm ub sau loại bỏ đoạn đầu chồng lấp kênh bestchannel; eoverlap := eub ; soverlap := sub − bestlenght; Tạo chùm từ đoạn chồng lấp newub (soverlap , eoverlap ); ch := BF V F (newub , W ); if (ch = −1) then Lập lịch chùm newub kênh ch; Tạo gói điều khiển cho chùm newub return; Function BFVF(ub, W ) gap := ∞; bestchannel := −1; foreach k ∈ W e0,k := 0; e|SBk |+1,k := ∞; foreach j ∈ SBk if ((sub > ej,k ) ∧ (sj+1,k > eub ) ∧ ((sj+1,k − ej,k ) < gap)) then bestchannel := k; gap := sj+1,k − ej,k ; return bestchannel; Độ phức tạp giải thuật iCSA: O(n × log(n)), n = max(|SBk |) Nghiên cứu số phương pháp lập lịch mạng chuyển mạch chùm quang Hình 3.1: (a) Mơ tả hoạt động lập lịch nhóm đơn kênh (b) đa kênh 3.2 Phân tích đánh giá giải thuật lập lịch nhóm đơn kênh cơng bố Có hai giải thuật lập lịch nhóm đơn kênh công bố: OBS-GS(OBS Group Scheduling) MWIS-OS(Maximum Weight Independent Set - Optimal Scheduling) 3.2.1 Giải thuật OBS-GS 3.2.2 Giải thuật MWIS-OS 3.3 Giải thuật lập lịch nhóm đơn kênh đề xuất LGS mở rộng 3.3.1 Mơ hình lập lịch nhóm đơn kênh Khơng tính tổng qt, giả sử xét nút lõi OBS có cổng vào, cổng Hình 3.6a, khơng sử dụng đường trễ FDL, khơng có chuyển đổi bước sóng thời gian offset thiết lập đủ để gói điều khiển đặt trước cấu hình nút dọc theo hành trình từ nguồn đến đích Hình 3.6b mơ tả chi tiết mơ hình lập lịch nhóm đề xuất Các gói điều khiển đến khe thời gian τ tính từ thời điểm gói điều khiển đến Mơ hình lập lịch nhóm mơ tả thành q trình giai đoạn sau: Hình 3.6 Mơ hình hoạt động lập lịch nhóm đề xuất Giai đoạn 1: Phân lớp gói điều khiển đến khe thời gian τ dựa bước sóng đến chùm Các thơng tin gói điều khiển bao gồm thời điểm đến, thời điểm kết thúc kênh bước sóng đến chùm tương ứng Mỗi kênh bước sóng trì giá trị LAU T (Lastest Available Unscheduled Time) thời gian khả dụng sau lập lịch cho chùm đến Một gói điều khiển đến khe thời gian τ xem đủ điều kiện để xét lập lịch thời điểm đến chùm tương ứng lớn giá trị 11 Nghiên cứu số phương pháp lập lịch mạng chuyển mạch chùm quang LAU T kênh Dựa vào thơng tin kênh bước sóng đến, gói điều khiển (tương ứng chùm đến) đưa vào hàng đợi lập lịch Quá trình lập lịch tiếp tục chuyển sang Giai đoạn Giai đoạn 2: Lập lịch đồng thời cho chùm tương ứng với gói điều khiển hàng đợi Tương tự giải thuật MWIS-OS, danh sách chùm chọn lập lịch chùm có tổng độ dài lớn Từ mơ hình lập lịch nhóm này, Luận án đề xuất giải thuật lập lịch nhóm sau 3.3.2 Giải thuật đề xuất LGS Giải thuật lập lịch nhóm đơn kênh LGS cơng bố [CT7] Xét n gói điều khiển {BHP1 , BHP2 , , BHPn } đến khe thời gian τ kênh i, n số gói điều khiển đến, tương ứng n chùm cần lập lịch I = {b1 , b2 , , bn }, bi = (si , ei ) hai với si thời điểm đến chùm, ei thời điểm kết thúc (chiều dài chùm tính li = ei − si ); hai chùm bi = (si , ei ) bj = (sj , ej ) lập lịch với thời điểm đến chúng không chồng lên (tức (([si , ei ] ∩ [sj , ej ]) = ∅) Giải thuật lập lịch LGS thể sau: Algorithm 3.2: LGS (Linear Group Scheduling) Input : I = {b1 , b2 , , bn }; Output: I tập chùm có tổng chiều dài lớn lập lịch (I ⊆ I); Sắp xếp không giảm tập I theo thời điểm kết thúc chùm; foreach bj ∈ I i := j − 1; repeat if (sj > ei ) then index(j) := i break; else index(j) := 0; 10 11 12 13 i := i − 1; until i = 0; C(0) := 0; foreach bj ∈ I C(j) := max{C(j − 1), lj + C(index(j))}; 21 j := n; cost := C(n); while (j > 0) if (cost = C(j − 1)) then j := j − 1; else I := I ∪ {bj }; j := index(j); cost := C(j); 22 Lập lịch cho tất chùm I ; 14 15 16 17 18 19 20 Độ phức tạp giải thuật LGS là: O(n × log(n)) 12 Nghiên cứu số phương pháp lập lịch mạng chuyển mạch chùm quang Tuy nhiên để giảm bớt thời gian thực độ phức tạp giải thuật, khe thời gian τ chờ lập lịch, gói điều khiển j đến xếp tính giá trị index(j) thời gian thực mơ hình lập lịch giảm xuống độ phức tạp giải thuật O(n) Bên cạnh để tận dụng khoảng trống tạo chùm lập lịch kênh nhằm giảm xác suất gói tăng hiệu giải thuật lập lịch, kênh bước sóng lập lịch thay lưu giá trị LAU T , trì thời điểm bắt đầu(ski ) thời điểm kết thúc(eki ) chùm i lập lịch kênh thứ k Một gói điều khiển đến khe thời gian τ xem đủ điều kiện để xem w k k w w xét lập lịch cho chùm tương ứng (sw i , ei ) kênh w = k, si > ei sj+1 > ei Cải tiến gọi giải thuật LGS-VF 3.3.3 Các giải thuật mở rộng đề xuất từ LGS Giải thuật lập lịch nhóm thích nghi đơn kênh LAGS, LAGS-VF cơng bố [CT4], [CT5] Trong mơ hình lập lịch nhóm trình bày Mục 3.3.1, khe thời gian lập lịch nhóm τ ấn định cố định trước khơng thay đổi suốt q trình vận hành mạng Tuy nhiên, tốc độ chùm đến thay đổi, số gói điều khiển đến khe thời gian tăng giảm khác Số lượng gói điều khiển thực lập lịch đồng thời có ảnh hưởng định đến hiệu lập lịch thời gian lập lịch Rõ ràng có nhu cầu cần thay đổi độ rộng khe thời gian lập lịch nhóm τ Hàm điều chỉnh khe thời gian lập lịch nhóm τ chuyển biến theo tốc độ luồng chùm đến mô tả sau: Function AdaptiveTimeslot Input : τmin , τmax , Vavg ; Output: τ, Vavg ; Na Va := ; τ if (Va > Vavg ) then a ; := − VVavg 10 11 12 else := Va ; Vavg τ := τ + ×τstep ; if (τ < × τmin ) then τ := × τmin ; if (τ > τmax ) then τ := τmax ; avg ) Vavg := (Va +V ; return τ, Vavg ; Rõ ràng hàm AdaptiveTimeslot điều chỉnh khe thời gian lập lịch nhóm τ theo tốc độ đến chùm thấy độ phức tạp giải thuật O(1) Khi bổ sung hàm điều chỉnh khe thời gian lập lịch nhóm(AdaptiveTimeslot) vào sau Dòng 18 giải thuật lập lịch nhóm LGS hay giải thuật lập lịch nhóm cải tiến LSG-VF, giải thuật 13 Nghiên cứu số phương pháp lập lịch mạng chuyển mạch chùm quang lập lịch nhóm đề xuất trở nên thích nghi khe thời gian lập lịch nhóm lúc điều chỉnh thích nghi chuyển biến theo tốc độ luồng chùm đến, nên có tên gọi LAGS(Linear Adaptive Group Scheduling), LAGS-VF(Linear Adaptive Group Scheduling – Void Fill ) mô tả sau: Algorithm 3.3: LAGS (Linear Adaptive Group Scheduling) Input : I = {b1 , b2 , , bn }, τmin , τmax , Vavg ; Output: I tập chùm có tổng chiều dài lớn lập lịch(I ⊆ I), τ, Vavg ; Sắp xếp không giảm tập I theo thời điểm kết thúc chùm; foreach bj ∈ I i := j − 1; repeat if (sj > ei ) then index(j) := i break; else index(j) := 0; 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 i := i − 1; until i = 0; C(0) := 0; foreach bj ∈ I C(j) := max{C(j − 1), lj + C(index(j))}; j := n; cost := C(n); while (j > 0) if (cost = C(j − 1)) then j := j − 1; else I := I ∪ {bj }; j := index(j); cost := C(j); Lập lịch cho tất chùm I ; AdaptiveT imeslot(τmin , τmax , Vavg ); 3.4 Mô phân tích kết Mục trình bày chi tiết cài đặt giải thuật lập lịch nhóm đề xuất LGS, LGS-VF, LAGS-VF so sánh (về xác suất gói tin độ trễ) với giải thuật lập lịch trực tiếp LAUC-VF hai giải thuật lập lịch nhóm OBS-GS, MWIS-OS cơng bố trước Với mơi trường mơ trình bày Mục 2.4 Mơ hình mạng mơ Dumbbell bao gồm nút lõi (C1 C2 ), nút lõi kết nối với nút biên (Ei , i = 1, , 10) Kết mơ thể Hình 3.12 đến Hình 3.17 cho thấy giải thuật lập lịch nhóm đề xuất LGS cải tiến LGS-VF, LAGS, LAGS-VF có xác suất gói tin, độ phức tạp giải thuật thấp so với giải thuật công bố, bên cạnh với thay đổi khe thời gian τ hợp lý theo tình trạng gói điều khiển đến nên tận dụng băng thông lập lịch tốt giảm thời gian chờ lập lịch, giảm độ trễ truyền thơng đầu cuối 14 Nghiên cứu số phương pháp lập lịch mạng chuyển mạch chùm quang Hình 3.12 So sánh xác suất gói tin Hình 3.13 So sánh xác suất gói tin LAUC-VF LGS OBS-GS, MWIS-OS, LGS LGS-VF Hình 3.14 So sánh thơng lượng OBS-GS, Hình 3.15 So sánh xác xuất gói tin MWIS-OS LGS-VF LGS-VF LAGS-VF Hình 3.16 Phân bố độ rộng khe thời gian τ Hình 3.17 So sánh thời gian chờ trung bình MWIS-OS LAGS-VF MWIS-OS LAGS-VF 3.5 Tiểu kết Chương Chương Luận án trình bày, phân tích, đánh giá giải thuật lập lịch nhóm đơn kênh cơng bố Qua đưa ưu điểm số tồn giải thuật lập lịch Trên sở Luận án đề xuất giải thuật lập lịch nhóm LGS cải tiến LGS-VF LAGS-VF có độ phức tạp giải thuật thấp so với giải thuật lập lịch nhóm cơng bố trước Bên cạnh giải thuật đề xuất tận dụng khoảng trống tạo chùm lập lịch trước để lập lịch cho chùm đến, giảm xác suất gói tin điều khiển tắc nghẽn tốt Ngoài khe thời gian chờ lập lịch thích nghi theo tốc độ đến gói điều khiển giảm độ trễ đầu cuối Thơng qua kết mô giải thuật LGS-VF giải thuật lập lịch nhóm thích nghi LAGS-VF hiệu nhiều (dựa xác suất gói tin) so với giải thuật lập lịch trực tiếp LAUC-VF hai giải thuật lập lịch nhóm OBS-GS, MWIS-OS công bố trước Hơn nữa, giải thuật LAGS-VF cải thiện đáng kể thời gian lập lịch nên mang lại hiệu lâu dài hoạt động lập lịch nút mạng OBS khác hoạt động truyền thông mạng 15 Nghiên cứu số phương pháp lập lịch mạng chuyển mạch chùm quang CHƯƠNG 4: MỘT SỐ CẢI TIẾN GIẢI THUẬT LẬP LỊCH NHÓM TRÊN ĐA KÊNH 4.1 Giới thiệu Trường hợp nút lõi mạng OBS trang bị chuyển đổi bước sóng đầy đủ, chùm đến kênh bước sóng lập lịch kênh với hỗ trợ chuyển đổi bước sóng Loại lập lịch nhóm với hỗ trợ chuyển đổi bước sóng gọi lập lịch nhóm đa kênh 4.2 Phân tích đánh giá giải thuật lập lịch nhóm đa kênh cơng bố 4.2.1 Nhóm giải thuật lập lịch heuristic Nhóm giải thuật lập lịch heuristic đề xuất Kaheel cộng bao gồm giải thuật SSF (Smallest Start-time First), LIF (Largest Interval First), SLV (Smallest-Last Vertex ) MCF (Maximal Cliques First) 4.2.1.1 Giải thuật SSF 4.2.1.2 Giải thuật LIF 4.2.1.3 Giải thuật SLV 4.2.1.4 Giải thuật MCF 4.2.2 Nhóm giải thuật lập lịch tối ưu Các giải thuật heuristic trình bày rõ ràng không đạt kết lập lịch tối ưu Một hướng tiếp cận khác tác giả Figueiredo cộng đề xuất hai giải thuật GreedyOPT BATCHOPT Ý tưởng hai giải thuật chuyển từ toán S-NIM thành S-IM cách gỡ hết chùm lập lịch trước lập lịch lại chúng đồng thời với chùm đến, với hi vọng lập lịch kết tốt 4.2.2.1 Giải thuật GreedyOPT 4.2.2.2 Giải thuật BATCHOPT 4.3 Các giải thuật lập lịch nhóm đề xuất đa kênh Như trình bày giải thuật lập lịch nhóm theo hướng heuristic có độ phức tạp giải thuật thấp dựa cách xếp chùm trước thực lập lịch tuần tự, chúng chưa đưa tiêu chí chọn tập chùm tối ưu lập lịch Ngược lại giải thuật theo hướng tiếp cận tối ưu lập lịch để đạt kết lập lịch tối ưu, giải thuật GreedyOPT, BATCHOPT phải chịu độ phức tạp lớn mặt tính tốn, hệ thống phải có thay đổi giao thức đặt trước lại tài nguyên, số gói điều khiển tăng lên, nút mạng OBS phải thực nhiều xử lý tranh chấp tài nguyên tăng thêm Để khắc phục tồn này, Luận án đề xuất số giải thuật lập lịch nhóm đa kênh theo hướng tiếp cận: heuristic tối ưu kết lập lịch Các đề xuất công bố [CT1], [CT3] [CT6] Sau phần mô tả chi tiết giải thuật 16 Nghiên cứu số phương pháp lập lịch mạng chuyển mạch chùm quang 4.3.1 Giải thuật lập lịch nhóm tối ưu OPT-GS Xét tập n gói điều khiển {BHP1 , BHP2 , , BHPn } đến khe thời gian τ , yêu cầu lập lịch cho n chùm tương ứng I = {b1 , b2 , , bn } Vấn đề tìm tập chùm I ⊆ I lập lịch m kênh có tổng độ dài chùm lập lịch lớn Để giải toán này, Luận án mơ hình hố tốn lập lịch nhóm đa kênh sang tốn tìm tập đường đơn đồ thị khoảng có hướng có trọng số Giải thuật OPT-GS mô tả chi tiết sau: Algorithm 4.4: OPT-GS (Optimal Group Scheduling ) Input : I = {b1 , b2 , , bn }, W = {1, 2, , m}; Output: I tập chùm lập lịch m kênh ra; Sắp xếp không giảm kênh theo giá trị LAU T ; Sắp xếp không giảm tập I theo thời điểm kết thúc chùm tập A tập chùm sau xếp V := ∅; E := ∅; foreach ∈ A Tạo đỉnh i; V := V ∪ {i}; 10 11 12 13 14 15 16 foreach i, j ∈ V cho i < j if (ei > sj ) ∧ ( k(∀k ∈ (i + 1, j − 1)|((ei > sk ) ∧ (ek > sj ))) then Tạo cung (i, j) từ i đến j; E := E ∪ {(i, j)}; Trọng số đỉnh i li := ei − si ; foreach w ∈ W Dw = ∅; foreach i ∈ V cho ((si > LAU Tw ) ∧ ((j, i) ∈ / E) ∧ (sj > LAU Tw )) w Tìm tất đường di xuất phát từ đỉnh i kênh w có dạng {r1 , r2 , , rl } r1 = i, (ri , ri+1 ) ∈ E, với ∀i = 1, 2, , l − (rl , rk ) ∈ / E với ∀k > l; Dw := Dw ∪ {dw i }; foreach j ∈ |D1 | pj := d1j ; P := P ∪ {pj }; 21 Q := ∅; h := 0; foreach w ∈ {2, 3, , m} foreach i ∈ |P | foreach dw i ∈ Dw h := h + 1; qh := pi ∪ {dw j } 22 P := Q; h := 0; Q := ∅; 17 18 19 20 {pi }; Q := Q ∪ {qh }; 27 pmax := ∅; Lmax := 0; foreach pi ∈ P Tính tổng trọng số đỉnh pi ký hiệu Li ; if (Li > Lmax ) then Lmax := Li ; pmax := pi ; 28 Lập lịch cho chùm tương ứng đỉnh pmax ; 23 24 25 26 17 Nghiên cứu số phương pháp lập lịch mạng chuyển mạch chùm quang Độ phức tạp giải thuật OPT-GS là: O(|P | × |D|) 4.3.2 Giải thuật lập lịch nhóm heuristic LGS-MC Giải thuật lập lịch nhóm đa kênh LGS-MC công bố [CT6] Giải thuật LGS-MC (Linear Group Scheduling for Multi Channel ) mở rộng giải thuật lập lịch nhóm đơn kênh LGS Tư tưởng giải thuật LGS-MC tối ưu lập lịch kênh Giải thuật LGS-MC mô tả chi tiết sau: Algorithm 4.5: LGS-MC(Linear Group Scheduling for Multi Channel ) Input : I = {b1 , b2 , , bn }, W = 1, 2, , m; Output: I tập chùm có tổng chiều dài chùm lập lịch kênh lớn nhất; I := ∅; Sắp xếp không giảm kênh theo giá trị LAU T ; while (w ≤ m) ∧ (I = ∅) foreach bi ∈ I if (si < LAU Tw ) then I := I {bi }; 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Sắp xếp không giảm tập I theo thời điểm kết thúc chùm; foreach bj ∈ I k := j − 1; repeat if (sj > ek ) then index(j) := k break; else index(j) := 0; k := k − 1; until k = 0; C(0) := 0; foreach bj ∈ I C(j) := max{C(j − 1), li + C(index(j))}; 25 j := n; cost := C(n); while (j > 0) if (cost = C(j − 1)) then j := j − 1; else I := I ∪ {bj }; I := I {bj }; j := index(j); cost := C(j); 26 w := w + 1; 20 21 22 23 24 Độ phức tạp giải thuật LGS-MC là: O(n × log(n)) 4.3.3 Giải thuật lập lịch nhóm heuristic MWC-GS Luận án mơ hình hố khả lập lịch chùm đến kênh đồ thị khoảng G = (V, E), đỉnh bki ∈ V biểu diễn khả lập lịch chùm bi kênh k cạnh {bki , bhj } ∈ E tương ứng với trường hợp: chùm bi bj lập lịch kênh (k = h) mà có thời gian khơng chồng lấp 18 Nghiên cứu số phương pháp lập lịch mạng chuyển mạch chùm quang chúng lập lịch kênh phân biệt (k = h) Vấn đề tìm giải pháp lập lịch tối ưu (chẳng hạn có tổng trọng số/độ dài lớn nhất) chùm đến kênh liệu lúc trở thành tốn tìm clique cực đại có tổng trọng số lớn (Maximum Weight Clique, MWC), gọi Cmax , G Tập chùm I ⊆ I tương ứng với đỉnh Cmax , lời giải lập lịch tối ưu Giải thuật lập lịch nhóm dựa tìm MWC-GS Luận án bao gồm bước chính: Algorithm 4.6: MWC-GS Input : I = {b1 , b2 , , bn }, W = 1, 2, , m; Output: I tập chùm có tổng chiều dài chùm lập lịch kênh lớn I ⊆ I; Bước 1: Xây dựng đồ thị khoảng vô hướng G(V, E) từ lời gọi hàm: G(V, E) = constructGraph; Bước 2: Tìm clique cực đại có tổng trọng số lớn G cạnh: Cmax = f indM W C; Bước 3: Lập lịch cho chùm Cmax : I = scheduleBurstsf romM W C; Sau mô tả chi tiết hàm 4.3.3.1 Xây dựng đồ thị khoảng biểu diễn khả lập lịch Hàm constructGraph mô tả sau: Function ConstructGraph Input : I = {b1 , b2 , , bn }, W = 1, 2, , m; Output: G = (V, E); foreach bi ∈ I foreach k ∈ W if (si > LAU Tk ) then Tạo đỉnh bki với trọng số đỉnh li := ei − si ; V := V ∪ {bki }; foreach (bki , bhj ) ∈ V if ((k = h) ∨ ((k = h) ∧ ([si , ei ] ∩ [sj , ej ] = ∅)) then Tạo cạnh (bki , bhj ); E := E ∪ {(bki , bhj )} return G = (V, E); Độ phức tạp hàm ConstructGraph là: O(n2 )) 4.3.3.2 Tìm clique cực đại có tổng trọng số lớn Chi tiết hàm findMWC mô tả sau Function findMWC Input : G = (V, E); Output: Cmax ; foreach v ∈ V adj(v) := {u ∈ V |(u, v) ∈ E}; Cmax := ∅; Wmax := 0; 19 Nghiên cứu số phương pháp lập lịch mạng chuyển mạch chùm quang 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 foreach (u, v) ∈ E L(u,v) := F alse; W(u,v) := 0; foreach (u, v) ∈ E L(u,v) = true C(u,v) := {u, v}; W(u,v) := lu + lv ; VCad := adj(u) ∩ adj(v); VCad tập đỉnh ứng cử viên while (VCad = ∅) C(u,v) := C(u,v) ∪ {u } với u ∈ VCad ; W(u,v) := W(u,v) + l(u ) ; VCad := VCad {u }; Loại bỏ tất u1 ∈ VCad khỏi tập VCad (u , u1 ) ∈ E; if (|C(u,v) | = n) then Cmax := C(u,v) ; return Cmax ; else if (W(u,v) > Wmax ) then Wmax := W(u,v) ; Cmax := C(u,v) ; foreach v ∈ V if (adj(v) = ∅) then Cv := v; Wv := lv ; if (Wv > Wmax )) then Wmax := Wv ; Cmax := Cv ; return Cmax ; Độ phức tạp hàm findMWC tìm clique cực đại Cmax có trọng số lớn O(|E| × |V | × log |V |) 4.3.3.3 Lập lịch chùm từ clique cực đại Cmax Do đỉnh (bki ) clique cực đại Cmax chứa đầy đủ thông tin chùm lập lịch kênh nên giải thuật lập lịch chùm từ clique cực đại đơn giản phân phối chùm bi lên kênh k tương ứng Hàm ScheduleBurstsfromMWC mô tả sau: Function scheduleBurstsfromMWC Input : Cmax ; Output: I ; k foreach bi ∈ Cmax Lập lịch chùm bi kênh thứ k; I := I ∪ {bi }; return I ; Hàm ScheduleBurstsfromMWC lập lịch chùm từ clique cực đại có độ phức tạp O(|V |) 20 Nghiên cứu số phương pháp lập lịch mạng chuyển mạch chùm quang 4.3.3.4 Độ phức tạp giải thuật MWC-GS Độ phức tạp giải thuật MWC-GS O(|E| × |V | × log |V |) 4.3.3.5 Mở rộng giải thuật MWC-GS với lấp đầy khoảng trống Giải thuật MWC-GS mô tả xem xét trường hợp không lấp đầy khoảng trống, tức điều kiện để lập lịch chùm đến bi kênh k thời điểm đến bi sau LAU T kênh k Tuy nhiên, trường hợp có lấp đầy khoảng trống, phần băng thông nhàn rỗi sinh chùm lập lịch trước xem xét để sử dụng Cải tiến MWC-GS với lấp đầy khoảng trống đơn giản thực xây dựng đồ thị khoảng (hàm constructGraph) Các hàm lại, findMWC scheduleBurstsfromMWC khơng có thay đổi Trong giải thuật MWC-GS có lấp đầy khoảng trống (with Void Filling), gọi MWC-VF-GS, chùm đến so sánh với với khoảng trống kênh Với trường hợp có lấp đầy khoảng trống, điều kiện dòng hàm constructGraph sửa thành: (si > ekj ) ∧ ((si + li ) < sk(j+1) ) 4.4 Mơ phân tích kết Luận án thực cài đặt mơ hình lập lịch nhóm đề xuất LGS-MC, MWC-GS, MWC-VF-GS, OPT-GS so sánh dựa xác suất gói tin thời gian thực với giải thuật đề xuất trước mơi trường mơ trình bày mục 2.4 Các tham số mơ phỏng: τ thiết lập 700µs Mơ thực từ tải lưu lượng 0.1 đến 0.9 Luận án sử dụng mơ hình mạng mơ phỏng: mạng Dumbbell (Hình 3.10 Mục 3.4) mạng NSFNET (Hình 2.7 Mục 2.4) Qua kết mô thể Hình 4.16 đến Hình 4.22 cho thấy giải thuật lập lịch nhóm đa kênh đề xuất theo hướng tiếp cận heuristic LGS-MC, MWC-GS, MWC-VF-GS có xác xuất gói tin thấp so với giải thuật loại cơng bố, bên cạnh độ phức tạp giải thuật khơng cao Ngồi giải thuật đề xuất GS-OPT theo hướng tiếp cận tối ưu khơng làm gia tăng số lượng gói điều khiển, thay đổi giao thức truyền thông thực tế triển khai mạng thật Hình 4.16 So sánh xác suất gói tin Hình 4.17 So sánh xác suất gói tin LGS-MC, MWC-GS với giải thuật heuristic LGS-MC, MWC-GS với giải thuật heuristic mơ hình mạng Dumbbell mơ hình mạng NSFNET-14 nút 21 Nghiên cứu số phương pháp lập lịch mạng chuyển mạch chùm quang Hình 4.18 So sánh xác suất gói tin Hình 4.19 So sánh xác suất gói tin LGS-MC, MWC-GS với GreedyOPT LGS-MC, MWC-GS với GreedyOPT mơ hình mạng Dumbbell mơ hình mạng NSFNET-14 nút Hình 4.20 So sánh xác suất gói tin Hình 4.21 So sánh xác suất gói tin MWC-VF-GS, OPT-GS với BATCHOPT MWC-VF-GS, OPT-GS với BATCHOPT mơ hình mạng Dumbbell mơ hình mạng NSFNET-14 nút Hình 4.22 So sánh ảnh hưởng kích thước khe thời gian τ đến hiệu lập lịch nhóm MWC-VF-GS, OPT-GS với BATCHOPT 22 Nghiên cứu số phương pháp lập lịch mạng chuyển mạch chùm quang 4.5 Tiểu kết Chương Chương Luận án trình bày, phân tích đánh giá chi tiết giải thuật lập lịch nhóm đa kênh cơng bố tác giả theo hai hướng tiếp cận tối ưu lập lịch heuristic, từ đưa ưu điểm tồn giải thuật Để khắc phục tồn giải thuật nhằm cải thiện tốt hoạt động lập lịch, giảm xác suất mát liệu nâng cao hiệu băng thơng, Luận án xây dựng tốn lập lịch đề xuất giải thuật lập lịch nhóm LGS-MC, MWC-GS, MWC-VF-GS OPT-GS dựa hai hướng tiếp cận heuristic tối ưu lập lịch Trong giải thuật MWC-GS, MWC-VF-GS OPT-GS mơ hình hố tốn lập lịch nhóm đa kênh qua tốn tìm clique cực đại tìm đường đơn đồ thị khoảng vơ hướng có trọng số đơn đồ thị có hướng có trọng số Qua kết mô cho thấy giải thuật lập lịch đề xuất cải tiến cho kết tốt so với giải thuật lập lịch nhóm công bố theo hướng tiếp cần heuristic thông qua xác suất gói tin giảm, độ phức tạp giải thuật nhỏ Đối với giải thuật OPT-GS theo hướng tiếp cận tối ưu không làm gia tăng số lượng gói điều khiển, thay đổi giao thức truyền thơng thực tế triển khai mạng thật 23 Nghiên cứu số phương pháp lập lịch mạng chuyển mạch chùm quang KẾT LUẬN Chuyển mạch chùm quang (OBS) mạng WDM xem công nghệ đầy triển vọng mạng Internet hệ tiếp theo, mạng OBS khắc phục hạn chế công nghệ chuyển mạch gói quang khai thác băng thơng linh hoạt, tốt hơn chuyển mạch kênh quang Tuy nhiên loại mạng chuyển mạch gói khác, tắc nghẽn xảy gói điều khiển đến u cầu lập lịch cho chùm khơng tìm kênh khả dụng; trường hợp chùm đến bị đánh rơi Vì vấn đề lập lịch mạng OBS quan trọng việc giảm mát liệu tăng hiệu suất mạng Với mục đích Luận án tập trung nghiên cứu mơ hình, giải thuật lập lịch mạng OBS với hướng tiếp cận khác Kết mà Luận án đạt bao gồm: Tổng hợp phân tích, đánh giá phân lớp giải thuật lập lịch công bố theo hướng tiếp cận khác mạng OBS Qua đưa ưu điểm tồn giải thuật sở để đề xuất cải tiến giải thuật lập lịch nhằm tối thiểu mát liệu, tối đa hiệu suất băng thơng, giảm độ trễ giảm độ phức tạp tính toán Đề xuất giải thuật lập lịch iCSA kết hợp lập lịch trực tiếp, cải tiến lập lịch lại kỹ thuật phân đoạn chùm Kết cài đặt mô chứng minh giải thuật lập lịch đề xuất iCSA có xác suất gói tin thấp giảm số lượng chùm bị phân đoạn so với giải thuật cơng bố trước đó[CT2] Đề xuất giải thuật lập lịch nhóm đơn kênh LGS giải thuật lập lịch cải tiến LGS-VF LAGS-VF có độ phức tạp thấp so với giải thuật lập lịch nhóm cơng bố trước Kết cài đặt mơ giải thuật lập lịch nhóm đề xuất có xác suất gói tin thấp giải thuật lập lịch loại Bên cạnh đó, giải thuật LAGS LAGS-VF cải thiện đáng kể độ trễ nên mang lại hiệu lâu dài hoạt động lập lịch nút khác hoạt động truyền thông khác mạng[CT4], [CT5], [CT7], [CT8] Đề xuất giải thuật lập lịch nhóm đa kênh LGS-MC, MWC-GS, MWC-VF-GS theo hướng tiếp cận heuristic lập lịch nhóm theo hướng tiếp cận tối ưu OPT-GS Qua kết mô cho thấy giải thuật để xuất có xác suất gói tin thấp so với giải thuật loại Bên cạnh hai giải thuật MWC-GS OPT-GS, Luận án đưa cách tiếp cận đồ thị để giải tốn lập lịch nhóm đa kênh mạng OBS, giải thuật đề xuất GS-OPT theo hướng tiếp cận tối ưu không làm gia tăng số lượng gói điều khiển, khơng thay đổi giao thức truyền thơng thực tế triển khai mạng thật.[CT1], [CT3], [CT4], [CT6] 24 Nghiên cứu số phương pháp lập lịch mạng chuyển mạch chùm quang DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN CT1 Vo Viet Minh Nhat, Nguyen Hong Quoc, Nguyen Hoang Son Near-Optimal Algorithm for Group Scheduling in OBS Networks ETRI Journal (SCIE), 2015, Vol: 37, No: 5, pp: 888-897 CT2 Vo Viet Minh Nhat, Nguyen Hong Quoc An Improved Composite Scheduling Approach for Reducing Data Loss in OBS Networks Proceeding of SoICT 2015 (ACM ICPS, ISBN:9781-4503-3843-1), pp: 143-148 CT3 Vo Viet Minh Nhat, Nguyen Hong Quoc, Nguyen Hoang Son A Group Scheduling Algorithm with Void Filling for Multi-Channel in OBS Networks Journal of Science, Hue University, Vol 107, No 08, 2015, pp 77-87, 2015 (ISSN: 1859-1388) CT4 Nguyen Hong Quoc, Vo Viet Minh Nhat, Nguyen Hoang Son An Algorithm of Group Scheduling with Void Filling in OBS Core Nodes Advanced in Computer Science and its Applications, Lecture Notes in Electrical Engineering, 2014, No: 279, pp: 107-114 CT5 Vo Viet Minh Nhat, Nguyen Hong Quoc A Model of Adaptive Grouping Scheduling in OBS Core Nodes Journal of Convergence, 2014, Vol: 5, No: 1, pp: 9-13 CT6 Vo Viet Minh Nhat, Nguyen Hong Quoc, Nguyen Hoang Son Group Scheduling for MultiChannel in OBS Networks REV Journal on Electronics and Communications, 2014, Vol: 3, No: 3–4, pp: 134-137 CT7 Vo Viet Minh Nhat, Nguyen Hong Quoc, Nguyen Hoang Son A New Algorithm of Group Scheduling in OBS Core Nodes Proceedings of IEEE 2013 International Conference on Advanced Technologies for Communications (ATC2013), 2013, pp: 592-596 CT8 Nguyễn Hồng Quốc, Võ Viết Minh Nhật, Nguyễn Hồng Sơn Một mơ hình lập lịch nhóm mạng chuyển mạch chùm quang Hội nghị Khoa học Quốc gia lần thứ VI nghiên cứu ứng dụng Công nghệ thông tin(FAIR), 2013 25 ... mạch kênh quang, chuyển mạch gói quang chuyển mạch chùm quang 1.2.1 Chuyển mạch kênh quang 1.2.2 Chuyển mạch gói quang 1.2.3 Chuyển mạch chùm quang 1.3 Mạng chuyển mạch chùm quang Mạng OBS xem... tiếp kết hợp với lập lịch lại phân đoạn chùm Nghiên cứu số phương pháp lập lịch mạng chuyển mạch chùm quang • Nghiên cứu, cải tiến đề xuất giải thuật lập lịch nhóm đơn kênh • Nghiên cứu, cải tiến... thuật Nghiên cứu số phương pháp lập lịch mạng chuyển mạch chùm quang Trong số giải thuật lập lịch trực tiếp, BF-VF giải thuật lập lịch tốt hiệu suất sử dụng băng thông Tuy nhiên hiệu lập lịch