Muốn xây dựng một mạng viễn thông thì ta phải thiết lập được mô hình phân bố (Topology) của các phần tử mạng. Có nhiều thuật toán được sử dụng để thiết kế Topology mạng. MENTOR (Mesh Network Topology Optimization Routing) là một thuật toán rất thích hợp cho việc thiết kế các mạng thông tin vì nó không phụ thuộc vào đặc điểm của bất kỳ một công nghệ hay kiến trúc mạng nào mà chỉ phụ thuộc vào nguyên tắc thiết kế mạng. MENTOR có thể ứng dụng cho nhiều loại mạng, điển hình là mạng ATM.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG * * - BÁO CÁO BTL: TỔ CHỨC VÀ QUY HOẠCH MẠNG VIỄN THÔNG Đề tài: Viết phần mềm tạo topology mạng viễn thơng theo thuật tốn Mentor GV hướng dẫn: TS NGUYỄN XUÂN DŨNG Sinh viên thực hiện: Trần Khánh Hòa 20091116 Lớp : ĐT12 - K54 Phạm Thanh Tùng 20093151 Lớp : ĐT12 - K54 Nguyễn Đức Tài 20092298 Lớp : ĐT12 - K54 Trần Tiến 20093639 Lớp : ĐT2 - K54 Hà Nội, 11/2013 MỤC LỤC MỤC LỤC NỘI DUNG BÀI TẬP I GIỚI THIỆU II CƠ SỞ LÝ THUYẾT Lý thuyết chung Thuật toán Kruskal 2.1 Các tham số yêu cầu thuật toán 2.2 Các bước tiến hành thuật toán III Thuật toán MENTOR THIẾT KẾ PHẦN MỀM 12 Tổng quan chức 12 Một số hình ảnh chương trình 13 IV KẾT LUẬN 15 NỘI DUNG BÀI TẬP Viết phần mềm tạo topology mạng viễn thông theo thuật toán Mentor Đầu vào : nn : Số lượng nút mạng Cost : Ma trận [ n xn ] chi phí kết nối nút Req : Ma trận [ n xn ] yêu cầu Pc ,W , R ,D : tham số xác định nút BACKBONE α : Tham số xác định γ : Hệ số sử dụng băng thông CMAX[n xn] : Giá trị tối đa dung lượng liên kết nút (hiệu dụng) Chức phần mềm: Tìm kết nối nút α 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 hoạ I GIỚI THIỆU Ngày nay, hệ thống thông tin viễn thông xem phương tiện hiệu để trao đổi thông tin truyền số liệu Các mạng viễn thông điện tử trở nên ngày phức tạp có khuynh hướng kỹ thuật cao nhằm đáp ứng nhu cầu gia tăng dịch vụ viễn thơng tiên tiến, có chất lượng cao Do việc tổ chức mạng viễn thơng nhằm tạo mạng viễn thơng có đủ khả đáp ứng u cầu đóng vai trị quan trọng Muốn xây dựng mạng viễn thông ta phải thiết lập mơ hình phân bố (Topology) phần tử mạng Có nhiều thuật tốn sử dụng để thiết kế Topology mạng MENTOR (Mesh Network Topology Optimization Routing) thuật tốn thích hợp cho việc thiết kế mạng thơng tin khơng phụ thuộc vào đặc điểm công nghệ hay kiến trúc mạng mà phụ thuộc vào nguyên tắc thiết kế mạng MENTOR ứng dụng cho nhiều loại mạng, điển hình mạng ATM Biết tầm quan trọng việc thiết kế Topology mạng, nhóm chọn hồn thành đề tài “Viết phần mềm tạo topology mạng viễn thông theo thuật toán Mentor” Tuy nhiên, thời gian kiến thức cịn hạn chế nên khơng thể tránh khỏi vài sai sót Chúng em xin gửi lời cảm ơn tới thầy giáo Nguyễn Xuân Dũng tận tình hướng dẫn giúp chúng em hồn thành tập mong nhận lời góp ý Thầy để đề tài chúng em hồn thiện II CƠ SỞ LÝ THUYẾT Lý thuyết chung Hệ thống mạng viễn thông tập hợp trang thiết bị kỹ thuật để cung cấp dịch vụ viễn thơng 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 với nhóm b 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 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 thơng 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 kĩ 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 hoá số mặt cần thiết Chương trình sử dụng thuật tốn MENTOR để giải toán Để thiết lập mạng Access sử dụng thuật toán Kruskal, để thiết lập mạng Backbone ta dùng thuật tốn Mentor Ta có thơng số giả thiết sau + Tổng số nút mạng tồn hệ thống mạng kí hiệu N đánh số từ ÷ (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] Là 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] Cũng 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 trọng số W nút Là ma trận chiều, trọng số N 1 nút thứ i tính theo cơng thức : Wj Cij Wj j 0 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 ln có đường đi, có dung lượng giới hạn có chiều dài nhỏ Đầu vào (Input) gồm : − Cho trước nút trung tâm N0 (Nút Backbone) − Tập nút Access { N1,N2, … ,Nn} − Trọng số nút wi − Giới hạn dung lượng W − Ma trận chi phí Cost Yêu cầu đầu (Output): Tìm tập T1, T2, Tk cho − Mỗi nút thuộc − Tất chứa nút gốc N0 − Tổng trọng lượng nút không vuợt 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 chi phí, lưu vào danh sách có thứ tự Bước 2: Kiểm tra xem tất nút kết nối o Nếu : Kết thúc thuật toán o Nếu sai : Thực bước Bước 3: Chọn kết nối danh sách (kết nối có chi phí nhỏ cịn 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 : Xoá 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 M i CijWi Nút C tâm mạng có giá trị MC tương ứng j nhỏ tất nút Tâm mạng nút có chi phí đến nút khác bé (Cijnhỏ) có khả xử lý thêm nhiều lưu lượng (Wjnhỏ) Bước 2: Tìm nút backbone Cho giá trị : − Ngưỡng (threshold) W − Bán kính R Tìm nút Backbone nút có trọng số Wj ≥ W Sau dùng nút Backbone vừa tìm quay vịng trịn tâm R Các nút vịng trịn mà khơng phải Backbone nút Access nút backbone + Đối với nút lại chưa thiết lập Ta tính giá trị Fj = Fc C jc D + 1- Pc Wj W Với : • Cjc : Là chi phí từ nút j đến nút tâm mạng • D đường kính mạng (là chi phí lớn nút) • PC 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 FjMAX 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 Lj= dij + αLi (i nút nằm tập L, Lilà chi phí từ nút i đến nút tâm, dij chi phí từ 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 α = thuật tốn Dijkistra tìm PST Nếu α = thuật tốn Prim tìm MST Bước 4: Thêm Direct Link Tìm tập nút không lân cận 10 Thêm Direct Link (Link trực tiếp) cho cặp nútnếu 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 : γ.CMAX ij Trong γ hệ số sử dụng băng thơng có liên kết (Thường lấy γ = 80%) 11 III THIẾT KẾ PHẦN MỀM Tổng quan chức Chương trình viết ngơn ngữ C#, có tham khảo mã nguồn tập tương tự viết ngôn ngữ khác Các chức bản: • Nhập vào số lượng nút (N) Và nhấn nút tạo chương trình sinh ngẫu nhiên N nút đánh số từ đến N-1 hiển thị lên hình Giá node khoảng cách vật lý node Các ma trận lưu lương ma trận Cmax sinh ngẫu nhiên khoảng (0,15) Sau ta nhập thơng số đầu vào : • Pc : Hệ số lựa chọn nút backbone • Alpha : Là hệ số αdùng thuật tốn Mentor • W ( threshold ) : giá trị ngưỡng để chọn nút Backbone • R : Bán kính mạng truy nhập • Gamma : Là hệ số sử dụng băng thông γ Sau nhập thông số đầu vào ta nhấn nút Thiết lập mạng để chương trình thực thuật toán MENTOR thiết lập mạng nút Backbone thực thuật toán Kruskal để thiết lập mạng truy nhập Ta kéo thả thơng số alpha, Pc, R/D W để thay đổi thông số cho mạng Khi kéo thả, mạng thay đổi theo thông số để ta có nhìn tổng quan Chức Find cho phép ta tìm kiếm đường nút bất kì, đồng thời tính tổng chiều dài đường hiển thị trực quan hình Phần mềm cịn có checkbox để giúp ta hiền thị mạng cách trực quan cách hiền thị thông số node với Ta xem thay đổi thơng số ma trận Req , CMAX W cách vào MENU , chọn phần File -> Edit 12 Một số hình ảnh chương trình 2.1 Giao diện 2.2 Giao diện Edit 13 2.3 Hiển thị ma trận giá 2.4 Thơng tin nhóm 14 IV KẾT LUẬN Q trình xây dựng mạng viễn thông công việc khó khăn địi hỏi nhiều thời gian, cơng sức Bài tập lớn dù mang tính lý thuyết nhiều giúp sinh viên hiểu sâu môn học Việc thiết kế Topology mạng thông qua tập giúp chúng em phần nắm kiến thức quy trình thuật tốn để triển khai cho việc thiết kế mạng 15 ... 13 IV KẾT LUẬN 15 NỘI DUNG BÀI TẬP Viết phần mềm tạo topology mạng viễn thơng theo thuật tốn Mentor Đầu vào : nn : Số lượng nút mạng Cost : Ma trận [ n xn ] chi phí kết nối nút... Các phần mềm (Kỹ thuật mạng) : + Cho biết phần cứng liên hệ với Topo mạng Với Topo mạng ta phân biệt rõ mạng AN mạng lõi AN (a - b), mạng lõi (b - b) + Các giao thức mạng : Cung cấp dịch vụ viễn. .. hình phân bố (Topology) phần tử mạng Có nhiều thuật toán sử dụng để thiết kế Topology mạng MENTOR (Mesh Network Topology Optimization Routing) thuật tốn thích hợp cho việc thiết kế mạng thơng tin