Nâng cao hiệu năng lập lịch của nút lõi OBS dựa trên phân tích dữ liệu và sử dụng đường trễ FDL

Bài viết đề xuất phương pháp phân tích dữ liệu trạng thái lập lịch nhằm tìm ra nguyên nhân lập lịch không thành công. Trên cơ sở kết quả phân tích, chỉ ra rằng việc sử dụng đường trễ FDL nhằm tránh chồng lấp đầu và chồng lấp LAUT là giải pháp phù hợp nhất nhằm tăng tỉ lệ lập lịch thành công, giảm mất mát chùm và do đó tăng hiệu quả sử dụng băng thông trong mạng OBS.1

Phạm Trung Đức, Võ Viết Minh Nhật, Đặng Thanh Chương NÂNG CAO HIỆU NĂNG LẬP LỊCH CỦA NÚT LÕI OBS DỰA TRÊN PHÂN TÍCH DỮ LIỆU VÀ SỬ DỤNG ĐƯỜNG TRỄ FDL Phạm Trung Đức 1, 2, Võ Viết Minh Nhật 3, Đặng Thanh Chương Công ty cổ phần Bến xe Huế Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế Đại học Huế Tóm tắt: Hiệu lập lịch nút lõi đóng vai trị quan trọng hiệu truyền thông chung toàn mạng OBS Nhằm nâng cao hiệu lập lịch nút lõi, nhiều nghiên cứu tiến hành kết hợp kỹ thuật lập lịch với chuyển đổi bước sóng, định tuyến lệch hướng hay sử dụng đường trễ FDL Hiệu lập lịch cổng nút lõi phụ thuộc vào nhiều yếu tố, thời gian đến chùm, thới gian bắt đầu kết thúc khoảng trống thời điểm chưa lập lịch khả dụng sau kênh yếu tổ có ảnh hưởng đến hiệu lập lịch Bài báo đề xuất phương pháp phân tích liệu trạng thái lập lịch nhằm tìm ngun nhân lập lịch khơng thành cơng Trên sở kết phân tích, báo việc sử dụng đường trễ FDL nhằm tránh chồng lấp đầu chồng lấp LAUT giải pháp phù hợp nhằm tăng tỉ lệ lập lịch thành cơng, giảm mát chùm tăng hiệu sử dụng băng thông mạng OBS.1 Từ khóa: mạng OBS, lập lịch, phân tích liệu, xử lý tắc nghẽn, làm trễ dựa FDL I mạch phức tạp đệm quang OPS Nói cách khác, mạng OBS tích hợp ưu điểm OCS OPS, loại bỏ hạn chế loại chuyển mạch [1][2] Như mơ tả Hình 1, mạng OBS bao gồm nút biên nút lõi Nút biên vào có nhiệm vụ tiếp nhận liệu (ví dụ, gói IP) đến từ mạng truy cập, tập hợp chúng thành chùm liệu (data burst) truyền chúng vào mạng lõi Một gói điều khiển chùm (Burst Control Packet - BCP) truyền trước khoảng thời gian offset nhằm đặt trước tài nguyên cấu hình chuyển mạch nút (lõi) trung gian; nhờ chùm liệu theo sau chuyển mạch toàn quang đến nút trung gian hành trình từ nguồn đến đích Tại nút biên ra, hoạt động ngược lại thực nhằm tách chùm khôi phục lại liệu ban đầu GIỚI THIỆU Sợi quang xem phương tiện truyền dẫn liệu hiệu nay, hay tương lai gần, nhờ vào tiềm băng thông cao khả truyền liệu xa với tỉ lệ suy giảm tín hiệu thấp Cùng với tiến cơng nghệ ghép kênh phân chia kênh bước sóng (Wavelength Division Multiplexing, WDM), mơ hình chuyển mạch quang phát triển, ban đầu mơ hình chuyển mạch kênh quang (Optical Circuit Switching, OCS) với kênh bước sóng dành riêng, đến mơ hình chuyển mạch gói quang (Optical Packet Switching, OPS) lấy cảm hứng từ mơ hình chuyển mạch gói điện tử (chẳng hạn, mơ hình chuyển mạch gói IP) Tuy nhiên, mơ hình chuyển mạch chùm quang (Optical Burst Switching, OBS) thực mơ hình chuyển mạch gói quang khả dụng có tính linh hoạt độ mịn chuyển mạch mức “gói” liệu, lại không yêu cầu chuyển Tác giả liên hệ: Phạm Trung Đức Email: phamtrungduc@hueuni.edu.vn Đến tòa soạn: 5/2020; chỉnh sửa: 7/2020; chấp nhận đăng: 7/2020 SỐ 02 (CS.01) 2020 Hình Kiến trúc tiêu biểu mạng OBS Hiệu lập lịch nút lõi đóng vai trị quan trọng hiệu truyền thông chung tồn mạng OBS Có loại kỹ thuật lập lịch đề xuất: lập lịch không lấp đầy khoảng trống (without void filling) lập lịch với lấp đầy khoảng trống (with void filling) Trong lập lịch không lấp đầy khoảng trống, chùm đến lập lịch sau thời điểm chưa lập lịch khả dụng sau (Lastest Available Unscheduled Time, TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 53 NÂNG CAO HIỆU NĂNG LẬP LỊCH CỦA NÚT LÕI OBS DỰA TRÊN PHÂN TÍCH DỮ LIỆU …… LAUT) Hình 2(a) Hình 2(b), ngược lại với lập lịch với lấp đầy khoảng trống, chùm đến lập lịch vào khoảng băng thông nhàn rỗi tạo hai chùm lập lịch trước kênh từ Hình 2(c) đến Hình 2(f) Lập lịch lấp đầy khoảng trống đánh giá hiệu mặt sử dụng băng thông [3] Tuy nhiên, việc lập lịch thành công phụ thuộc vào nhiều yếu tố thời gian đến chiều dài chùm, LAUT, thời gian bắt đầu kết thúc khoảng trống kênh Bài báo trình bày phương pháp phân tích liệu trạng thái lập lịch nhằm xác định nguyên nhân gây việc lập lịch khơng thành cơng, từ đề xuất giải pháp sử dụng đường trễ việc tăng tỉ lệ lập lịch thành công, giảm mát liệu tăng tỉ lệ sử dụng băng thơng Các đóng góp báo bao gồm: - Đề xuất ý tưởng phân tích liệu trạng thái lập lịch nhằm xác định yếu tố ảnh hưởng đến việc lập lịch không thành công Để thực điều đó, mơ hình thu thập liệu đề xuất, mơ hình mạng mơ cấu trúc liệu lập lịch cần trích xuất phân tích; - Dữ liệu thu thập sau phân tích cơng cụ Weka [4], số thuật tốn đánh giá thuộc tính liệu thực để tìm yếu tố tác động đến việc lập lịch không thành công; xung đột xảy Tuy nhiên nút lõi, khơng có đệm, chùm đến khơng lập lịch khơng tìm thấy tài ngun cổng Bài báo tập trung vào vấn đề lập lịch nút lõi Việc lập lịch chùm đến lên kênh cổng mơ tả Hình Một chùm đến thường đặc trưng cặp đại lượng: thời gian đến (sub) độ dài chùm (lenub) ub ký hiệu chùm chưa lập lịch (unscheduled burst) Khi chùm ub đến cổng ra, giải thuật lập lịch gọi để tìm kiếm băng thông nhàn rỗi cho chùm ub Băng thông nhàn rỗi phần băng thông kênh mà chưa đặt trước cho chùm Giả sử cổng có trang bị chuyển đổi đầy đủ, chùm đến bước sóng chuyển đổi thành bước sóng tương ứng với bước sóng kênh có băng thông nhàn rỗi Trong trường hợp cổng trang bị chuyển đổi bước sóng giới hạn, miền chuyển đổi bước sóng chùm đến bị thu hẹp; đặc biệt khơng có chuyển đổi trang bị, chùm đến xem xét lập lịch kênh có bước sóng với Bài báo giả thiết cổng trang bị chuyển đổi bước sóng đầy đủ, nên chùm đến lập lịch lên kênh bước sóng sub LAUT - Trên sở yếu tố tác động đến việc lập lịch không thành cơng xác định, mơ hình lập lịch kết hợp sử dụng đường trễ FDL nút lõi đề xuất nhằm tăng tỉ lệ lập lịch thành công giảm mát liệu a Các phần báo bao gồm: Phần II trình bày giải thuật lập lịch điều kiện lập lịch giải thuật khác phân tích Trên sở phân tích trường hợp lập lịch Phần III, báo đề xuất mơ hình trích xuất liệu lập lịch, cấu trúc liệu cần thu thập cách tiếp cận phân tích ngun nhân lập lịch khơng thành cơng Một mơ hình điều khiển lập lịch tiếp đề xuất Phần IV, đường trễ FDLs sử dụng để tránh chồng lấp đầu chồng lấp LAUT Mơ phân tích kết mô thực Phần V để hiệu đề xuất Cuối cùng, kết luận báo mô tả Phần VI d II CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN Lập lịch mạng OBS hoạt động có tác động đáng kể đến hiệu truyền thông chung toàn mạng OBS Lập lịch thực nút biên vào nút lõi Do nút biên vào trang bị đệm cho trình tập hợp chùm nên việc lập lịch điều khiển dễ dàng kỹ thuật dựa đệm, có SỐ 02 (CS.01) 2020 eub Chùm đến ub FFUC LAUT gap b s1,3 LAUC s2,3 e1,3 LAUT c FFUC-VF s1,4 s1,5 e1,4 s2,4 gap e1,5 s2,5 LAUT LAUC-VF LAUT e Min-EV s1,6 f e1,6 s2,6 LAUT BF-VF Hình Ví dụ mơ tả kỹ thuật lập lịch khác Mỗi kênh trì giá trị LAUT, thời điểm sau băng thông khả dụng chưa sử dụng Tuy nhiên, mơ tả hình vẽ, khoảng trống (void), khoảng băng thông nhàn rỗi tạo chùm lập lịch liên tiếp, thực tế phổ biến kênh Hình 2(c), 2(d), 2(e) 2(f), nên chùm đến xem xét để lập lịch vào khoảng trống Mơ hình lập lịch gọi lập lịch lấp đầy khoảng trống Như vậy, kênh ra, ngồi việc trì giá trị LAUT, thơng tin khoảng trống: thời điểm bắt đầu (svoid) kết thúc (evoid), phải trì Dựa vào cách thức khai thác băng thông nêu trên, TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ THƠNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 54 Phạm Trung Đức, Võ Viết Minh Nhật, Đặng Thanh Chương kỹ thuật lập lịch phân thành loại: lập lịch không lấp đầy khoảng trống, FFUC, LAUC [5] lập lịch với lấp đầy khoảng trống, FFUC-VF, LAUC-VF [6], Min-EV [7], BF-VF [8] Như mô tả Hình 2, kỹ thuật lập lịch khơng lấp đầy khoảng trống (FFUC LAUC) bỏ qua thông tin khoảng trống so sánh thời điểm đến chùm đến (sub) LAUT kênh Nếu sub > LAUTi, chùm đến lập lịch lên kênh thứ i Sự khác biệt FFUC LAUC FFUC chọn kênh khả dụng đáp ứng điều kiện lập lịch (Hình 2a), LAUC chọn kênh có khoảng hở (gap) nhỏ (Hình 2b) Khoảng hở khoảng cách từ thời điểm đến chùm đến LAUT Kỹ thuật LAUC có độ phức tạp lớn FFUC phải duyệt qua tất kênh để chọn kênh có khoảng hở bé Với kỹ thuật lập lịch lấp đầy khoảng trống, sub > LAUTi, tiến trình lấp đầy khoảng trống kích hoạt FFUC-VF tìm khoảng trống phù hợp (sub > svoid lenub < lenvoid, lenvoid = evoid − svoid độ dài khoảng trống), Hình 2c, LAUC-VF tìm khoảng trống có khoảng hở đầu, khoảng cách từ thời điểm đến chùm ub đến thời điểm bắt đầu khoảng trống (gap = sub − svoid), bé nhất, Hình 2d Min-EV [7] tìm khoảng trống có khoảng hở đi, khoảng cách từ thời điểm kết thúc chùm đến đến thời điểm kết thúc khoảng trống (gap = evoid − (sub + lenub)), bé nhất, Hình 2e BF-VF đánh giá kỹ thuật lấp đầy khoảng trống tốt nhất, đại lượng mức độ sử dụng băng thơng (utilization) định nghĩa: utilization = (lenub × 100) / lenvoid; BF-VF chọn kênh với khoảng trống có utilization lớn Một so sánh dựa mô hiệu lập lịch giải thuật có lấp đầy khoảng trống đánh giá [3], tải đến lớn tỉ lệ (xác suất) chùm cao, BF-VF cho tỉ lệ mát thấp Tuy nhiên, chùm đến khơng lập lịch băng thông kênh chưa bị khai thác hết Chẳng hạn ví dụ Hình 3, chùm đến bị loại bỏ chồng lấp LAUT (Hình 3(a)), chồng lấp đầu (Hình 3(b)) chồng lấp (Hình 3(c)) với chùm lập lịch trước Nếu chùm đến có chiều dài lớn kích thước khoảng trống, bị loại bỏ chùm k chùm j chùm j+1 thời gian (a) sub chùm k chùm j (b) chùm j+1 thời gian svoid eub chùm k chùm j (c) chùm j+1 evoid thời gian Hình Các trường hợp khơng lập lịch chồng lấp: (a) LAUT, (b) đầu hay (c) III PHÂN TÍCH DỮ LIỆU TRẠNG THÁI LẬP LỊCH III.1 Đặt vấn đề Xét cổng có W kênh khả dụng trang bị chuyển đổi bước sóng đầy đủ, chùm đến lập lịch lên W kênh Xét kênh i cụ thể, chùm đến lập lịch thời điểm đến sau LAUTi (sub > LAUTi), lấp vào khoảng trống (sub > svoid sub + lenub < evoid) kênh i Một chùm đến khơng lập lịch nó: (1) chồng lấp LAUT, tức chồng lấp đuôi với chùm lập lịch sau (evoid < sub < LAUT), (2) chồng lấp đầu với khoảng trống (sub < svoid), (3) chồng lấp đuôi với khoảng trống (sub < evoid sub + lenub > evoid) Như vậy, điều chỉnh thời gian đến hay/và chiều dài chùm đến có hội lập lịch cao Việc điều chỉnh rõ ràng cần thông tin như: thời gian đến độ dài chùm, LAUT, thời gian bắt đầu kết thúc khoảng trống Một số yếu tố khác như: tải chùm đến, băng thơng khả dụng cổng có tác động đến xác suất lập lịch thành công Tuy nhiên, yếu tố thực tế bao hàm tần suất chùm đến (thời gian đến chùm liên tiếp gần hay xa nhau) kích thước bị thu nhỏ khoảng trống tạo Việc dựa vào tần suất (và độ dài) chùm đến kích thước khoảng trống sinh dự báo tải chuẩn hoá (thương tải đến với băng thơng) cổng Tóm lại, thuộc tính cần thiết cho liệu lập lịch cần trích xuất là: thời gian đến độ dài chùm, LAUT, thời gian bắt đầu kết thúc khoảng trống SỐ 02 (CS.01) 2020 TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 55 NÂNG CAO HIỆU NĂNG LẬP LỊCH CỦA NÚT LÕI OBS DỰA TRÊN PHÂN TÍCH DỮ LIỆU …… III.2 Trích xuất liệu trạng thái lập lịch Mơ hình mạng mơ để trích xuất liệu lập lịch mạng NFSNET bao gồm 14 nút, độ dài liên kết (km) cặp nút chuyển thành độ trễ truyền thông (s) Các luồng liệu thiết lập nút lõi có kết nối đến nút biên mơ tả Hình Kết mô cho thấy tỷ lệ liệu nút 3, đáng kể liệu lập lịch trích xuất đại diện cho liệu lập lịch chung nút lõi tồn mạng Mơ triển khai máy tính PC với cấu hình 2.4 GHz Intel Core CPU, 2G RAM Giả thiết gói tin đến hàng đợi 14 nút lõi OBS có phân phối Poisson; nút biên vào có ngưỡng tập hợp chùm lai với cặp giá trị: ngưỡng độ dài 100Kb ngưỡng thời gian 100µs; giá trị thời gian bù đắp nút thiết lập 10µs; số bước sóng liên kết W = 8; băng thông liên kết 1Gbps Mô thực NS2 [9] với gói mơ mạng OBS obs-0.9a Hình Mạng NFSNET sử dụng cho việc trích xuất liệu lập lịch Với thời gian mơ 1s, có 44959 mẫu (bản ghi) trích xuất nút lõi số 3, 5, Ví dụ mẫu liệu lập lịch mơ tả Bảng 1, trạng thái lập lịch thể dạng nhị phân: status = chùm lập lịch thành công status = chùm không lập lịch Lưu ý, thuộc tính (attributes) khác Bảng đo đơn vị thời gian giây (s) Bảng Mơ tả liệu trạng thái lập lịch trích xuất từ nút lõi Thuộc tính (attribute) Mẫu (pattern) Thời điểm chùm đến (sub) Độ dài chùm đến (lenub) LAUT (LAUT) Bắt đầu khoảng trống (svoid) Kết thúc khoảng trống (evoid) Trạng thái lập lịch (status) 0.073854 0.000004608 0.073897 0.073852 0.073872 … … … … … … 25 0.073953 0.000008704 0.073957 0.073917 0.073932 26 0.073917 0.00003328 0.07363 0.073317 0.073614 … … … … … … Bảng Mô tả liệu trạng thái lập lịch khơng thành cơng trích xuất từ Bảng 1, trạng thái nguyên nhân lập lịch không thành công bao gồm: LAUT_overlap, head_overlap tail_overlap Thuộc tính (attribute) Mẫu (pattern) Thời điểm chùm đến (sub) Độ dài chùm đến (lenub) LAUT (LAUT) Bắt đầu khoảng trống (svoid) Kết thúc khoảng trống (evoid) Nguyên nhân lập lịch không thành công (status) 26 0.073917 0.00003328 0.073957 0.073917 0.073932 LAUT_overlap 27 0.073917 0.00003328 0.073962 0.073952 0.073953 head_overlap 28 0.073881 0.000016896 0.073917 0.073823 0.073896 tail_overlap … … … … … … SỐ 02 (CS.01) 2020 TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 56 Phạm Trung Đức, Võ Viết Minh Nhật, Đặng Thanh Chương III.3 Xác định thuộc tính ảnh hưởng đến chùm Trong 44959 mẫu thu thập được, có 22187 trường hợp lập lịch thành công với không lấp đầy khoảng trống, 752 trường hợp lập lịch thành công với lấp đầy khoảng trống 22019 mẫu trường hợp lập lịch không thành công Điều cần quan tâm thuộc tính có ảnh hưởng đến việc lập lịch khơng thành cơng Do đó, 22019 mẫu trường hợp lập lịch khơng thành cơng phân tích Như mô tả mục III.1, nguyên nhân lập lịch không thành công do: (1) chồng lấp LAUT (LAUT_overlap), (2) chồng lấp đầu với khoảng trống (head_overlap), (3) chồng lấp đuôi với khoảng trống (tail_overlap) Dữ liệu lập lịch với trường hợp không thành công thể Bảng Hình Kết xếp hạng thuộc tính với CSE Với phân bố liệu lập lịch không thành công thuộc lớp: LAUT_overlap, head_overlap tail_overlap, Hình 5, chúng tơi sử dụng phương pháp chọn thuộc tính CfsSubsetEval (CSE) Correlation Attribute Eval (CA) CSE đo lường tầm quan trọng thuộc tính sở khả dự đoán thuộc tính mức độ dư thừa Các tập (subset) có giao thoa tương quan cao với lớp mục tiêu ưu tiên Xếp hạng thuộc tính bao gồm: burst_time, burst_length, void_start Hình thứ hạng thuộc tính tìm thấy phương pháp CSE Hình Kết xếp hạng thuộc tính với CA Kết phân tích liệu lập lịch Hình cho thấy chồng lấp đầu (head_overlap) chồng lấp LAUT (LAUT_overlap) nguyên nhân gây nên chùm (chiếm 90%), hai thuộc tính thời gian đến (burst_time) độ dài chùm (burst_length) có tác động đến việc lập lịch khơng thành cơng (Hình 7) Đây sở đề xuất sau nhằm nâng cao hiệu lập lịch theo nghĩa tăng tỉ lệ lập lịch thành công, giảm mát liệu tăng mức sử dụng băng thơng nút lõi Hình Phân bố lớp head_overlap, LAUT_overlap tail_overlap liệu lập lịch khơng thành cơng CA đánh giá thuộc tính liên quan đến lớp đích Phương pháp tương quan Pearson sử dụng để đo mối tương quan thuộc tính thuộc tính lớp đích Nó xem xét thuộc tính sở giá trị giá trị đóng vai trị báo Bằng cách kết hợp cách đánh giá thuộc tính với phương pháp xếp hạng (Ranker) tìm kiếm, xếp hạng ba thuộc tính bao gồm: burst_length, burst_time, LAUT Hình thứ hạng thuộc tính tìm thấy phương pháp CA SỐ 02 (CS.01) 2020 IV NÂNG CAO HIỆU QUẢ LẬP LỊCH DỰA TRÊN FDL IV.1 Xử lý tranh chấp tài nguyên nút lõi Khi chùm đến lập lịch được, giải pháp xử lý gồm: chuyển đổi bước sóng [10] sử dụng đường trễ FDL (fiber delay link) [11] hay định tuyến lệch hướng chùm tranh chấp [12] Chuyển đổi bước sóng hoạt động chuyển đổi bước sóng chùm đến sang bước sóng kênh khả dụng lập lịch chùm Trong mơ hình mạng OBS xem xét báo này, chuyển đổi bước sóng giả thuyết đầy đủ, nên phương pháp không cần xem xét Định tuyến lệch hướng định tuyến lại chùm tranh chấp cổng (so với cổng dự kiến ban đầu) di chuyển hành trình để TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ THƠNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 57 NÂNG CAO HIỆU NĂNG LẬP LỊCH CỦA NÚT LÕI OBS DỰA TRÊN PHÂN TÍCH DỮ LIỆU …… đến đích Phương pháp định tuyến lệch hướng tốn (vì khơng cần trang cấp thêm thiết bị) địi hỏi tính tốn phức tạp làm tăng xác suất tắc nghẽn phát sinh tuyến dự kiến, đặc biệt khi tải mạng cao Giải pháp đường trễ FDL lựa chọn dễ cài đặt phù hợp với mục tiêu làm trễ thời gian đến chùm nhằm tăng hội lập lịch thành cơng cho IV.2 Mơ hình điều khiển lập lịch dựa FDL Dựa kết phân tích Mục III.3, đa số trường hợp lập lịch không thành công chồng lấp đầu hay chồng lấp LAUT Thêm vào đó, thuộc tính có tác động đến việc lập lịch không thành công độ dài chùm (burst_length) thời gian đến chùm (burst_time) Tại nút lõi, việc thay đổi độ dài chùm thực cách phân đoạn chùm [13], theo phần chồng lấp chùm tranh chấp bị loại bỏ yêu cầu truyền lại phần gửi trở lại nút nguồn Tuy nhiên phương pháp phân đoạn chùm yêu cầu nhiều xử lý phức tạp gây lãng phí băng thơng gói điều khiển đặt trước tài nguyên nhiều so với nhu cầu băng thông cần sử dụng; thứ tự liệu đến nút biên không đảm bảo Bài viết không xem xét đến việc thay đổi độ dài chùm mà tập trung vào làm trễ thời gian đến chùm cổng Như mô tả Hình 8, thời gian đến làm trễ khoảng vừa đủ t, việc lập lịch thành cơng (a) FDL truyền thẳng (b) FDL hồi quy Hình Hai mơ hình đường trễ mạng OBS Việc điều khiển lập lịch dựa đường trễ FDL đề xuất Hình 10, chùm đến lập lịch được, việc kiểm tra chồng lấp đầu chồng lấp LAUT xem xét (phần hình chữ nhật nét đứt) Nếu có chồng lấp đầu hay chồng lấp LAUT, chùm đưa vào đường trễ để làm thay đổi (làm trễ) thời gian đến Trong trường hợp chồng lấp đuôi, chùm bị loại bỏ (dropped) Chùm đến Lập lịch W kênh Nếu lập lịch thành công yes Lập lịch chùm đến no Mô đun bổ sung Nếu chông lấp đầu LAUT no Đánh rơi chùm chùm chùm k k yes chùm j chùm j+1 (a) t chùm k yes thời gian no Độ trễ chùm > độ trễ đường trễ FDL sub chùm chùm k k chùm j (b) chùm k t Hình 10 Mơ hình điều khiển lập lịch nút lõi OBS chùm j+1 thời gian Hình Chồng lấp LAUT (a) hay chồng lấp đầu (b) khắc phục nhờ thay đổi thời gian chùm đến Có kiến trúc đường trễ FDL đề xuất mạng OBS [14]: truyền thẳng (feed-forward) hay hồi quy (feed-back) Cụ thể, mơ tả Hình 9a FDL đặt cổng sử dụng chùm đến cổng đó, FDL hồi quy đặt nút lõi chùm đến cổng vào sử dụng chúng khả dụng (Hình 9b) Trong báo này, sử dụng kiểu đường trễ truyền thẳng tính đơn giản cài đặt điều khiển chúng [14] SỐ 02 (CS.01) 2020 Độ dài đường trễ FDL có tác động đáng kể đến kích thước nút chuyển mạch tăng thêm độ trễ cho chùm Độ dài đường trễ cần trang bị phụ thuộc vào thời gian cần làm trễ cho chùm, mà cụ thể t khoảng chồng lấp đầu hay chồng lấp LAUT Tuy nhiên, đường trễ cần phải đủ dài để chứa trọn vẹn chùm có kích thước lớn nhất; ngưỡng độ dài tập hợp chùm mạng OBS xem xét Các đường trễ sử dụng viết có độ dài ngưỡng độ dài tập hợp chùm V MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ Với tham số cài đặt Mục III.2, tiến hành mô để so sánh tỉ lệ chùm (được tính số chùm bị loại bỏ / tổng số chùm đến cổng ra) trường hợp: không sử dụng đường trễ có sử dụng đường trễ với giá trị đường trễ 1,5 lần TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ THƠNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 58 Phạm Trung Đức, Võ Viết Minh Nhật, Đặng Thanh Chương ngưỡng độ dài tập hợp chùm Chúng cài đặt trường hợp làm trễ lần với FDL chùm không thành công lần lập lịch V.1 Phân tích tỉ lệ chùm sử dụng FDL Chúng tiến hành so sánh tỉ lệ chùm trường hợp không sử dụng đường trễ (No_FDL), sử dụng đường trễ với giá trị đường trễ ngưỡng độ dài tập hợp chùm (FDL (100 µs)) 1,5 lần ngưỡng độ dài tập hợp chùm (FDL (150 µs)) Hình 11 cho thấy việc sử dụng đường trễ FDL cho tỉ lệ chùm khoảng tải chuẩn hóa từ 0.1 đến 0.6 giảm nhiều khoảng 60% so với không sử dụng đường trễ Nhưng tải tăng từ 0.7 đến 0.9 tỉ lệ giảm (khoảng 4%) Điều tải cao, với số lượng chùm đến nhiều chùm bị làm trễ tiếp tục bị chồng lấp với chùm lập lịch trước đó, nên bị loại bỏ Hình 12 Tỉ lệ phần trăm độ trễ trung bình tăng thêm sử dụng đường trễ FDL Tóm lại, việc sử dụng đường trễ trường hợp chồng lấp đầu chồng lấp LAUT rõ ràng mang lại hiệu giảm tỉ lệ chùm Hình 11 Tuy nhiên việc sử dụng đường trễ FDL làm gia tăng độ trễ tăng thêm cho chùm không thành công lần lập lịch Việc sử dụng đường trễ FDL trường hợp tải cao làm tăng thêm độ trễ lớn không làm giảm đáng kể tỉ lệ chùm Do đó, việc sử dụng đường trễ phù hợp mức tải thấp, mà cụ thể nên mức tải chuẩn hóa 0.6 VI KẾT LUẬN Hình 11 So sánh tỉ lệ chùm có khơng sử dụng đường trễ FDL FDL với độ trễ 100 µs cho tỉ lệ chùm thấp so FDL với độ trễ 150 µs Nguyên nhân tăng độ dài đường trễ trường hợp chồng lấp LAUT (như Hình 8a) khơng bị tác động, trường hợp chồng lấp đầu (như Hình 8b) có có khả trở thành chồng lấp với chùm lập lịch trước Trong trường hợp này, chùm tiếp tục bị loại bỏ Do việc chọn độ dài đường trễ phù hợp có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu lập lịch Bài báo đề xuất hướng tiếp cận phân tích nguyên nhân chùm dựa liệu trạng thái lập lịch Để làm điều này, mơ trích xuất liệu trạng thái lập lịch nút lõi mạng OBS với hình thái mạng NSFNET Dữ liệu trạng thái lập lịch sau phân tích ứng dụng Weka Kết phân tích cho thấy chồng lấp đầu chồng lấp LAUT nguyên nhân gây nên chùm Từ đó, chúng tơi đề xuất giải pháp sử dụng đường trễ FDL để thay đổi thời gian đến chùm lập lịch lần Kết mô đường trễ FDL giúp giảm tỉ lệ chùm, làm tăng độ trễ trung bình chùm Kết mô khuyến cáo việc làm trễ FDL phù hợp với tải mạng chuẩn hóa khoảng [0.1, 0.6] Khi tải mạng cao, việc làm trễ FDL làm tăng thêm tắc nghẽn V.2 Phân tích độ trễ sử dụng FDL VII TÀI LIỆU THAM KHẢO Như thể Hình 12 tỉ lệ độ trễ trung bình chùm tăng thêm sử dụng đường trễ FDL Chúng ta nhận thấy độ dài FDL lớn độ trễ trung bình cao Cụ thể sử dụng FDL với độ trễ 150µs độ trễ chùm tăng thêm trung bình khoảng 21% so với gần 16% sử dụng FDL với độ trễ 100 µs Hình 12 cho thấy tải cao độ tăng thêm sử dụng đường trễ tăng cao Điều tải cao có nhiều chùm khơng thành cơng lần lập lịch đầu nên phải sử dụng đường trễ để thử lại lập lịch lần tiếp theo; kết tỉ lệ độ trễ trung bình chùm tăng lên [1] [2] [3] [4] [5] [6] SỐ 02 (CS.01) 2020 S J B Yoo, “Optical packet and burst switching technologies for the future photonic internet,” J Light Technol., vol 24, no 12, pp 4468–4492, 2006, doi: 10.1109/JLT.2006.886060 A Zalesky, “To burst or circuit switch?,” IEEE/ACM Trans Netw., vol 17, no 1, pp 305–318, 2009, doi: 10.1109/TNET.2008.923718 N H Q Vo Viet Minh Nhat, “Phân tích hiệu giải thuật lập lịch mạng chuyển mạch chùm quang,” Tạp chí khoa học, Đại học Huế, vol 74A, no 5, pp 85–97, 2012 https://www.cs.waikato.ac.nz/ml/weka/ J S Turner, “Terabit burst switching,” J High Speed Networks, vol 8, no 1, pp 3–16, 1999, doi: 10.7936/K7FJ2F2T J Xu, C Qiao, J Li, and G Xu, “Efficient channel TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 59 NÂNG CAO HIỆU NĂNG LẬP LỊCH CỦA NÚT LÕI OBS DỰA TRÊN PHÂN TÍCH DỮ LIỆU …… [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] scheduling algorithms in optical burst switched networks,” in IEEE INFOCOM 2003 Twenty-second Annual Joint Conference of the IEEE Computer and Communications Societies (IEEE Cat No.03CH37428), 2003, vol 3, pp 2268–2278, doi: 10.1109/INFCOM.2003.1209247 M Iizuka, M Sakuta, Y Nishino, and I Sasase, “A scheduling algorithm minimizing voids generated by arriving bursts in optical burst switched WDM network,” in Global Telecommunications Conference, 2002 GLOBECOM ’02 IEEE, 2002, vol 3, no May, pp 2736– 2740, doi: 10.1109/GLOCOM.2002.1189127 M Nandi, A K Turuk, D K Puthal, and S Dutta, “Best Fit Void Filling Algorithm in Optical Burst Switching Networks,” in 2009 Second International Conference on Emerging Trends in Engineering & Technology, 2009, pp 609–614, doi: 10.1109/ICETET.2009.46 https://www.isi.edu/nsnam/ns/ F Z Khan, M F Hayat, T Holynski, and M J Khan, “Towards dynamic wavelength grouping for QoS in optical burst-switched networks,” in 2017 40th International Conference on Telecommunications and Signal Processing (TSP), Jul 2017, pp 79–85, doi: 10.1109/TSP.2017.8075941 Y Lee, “Dynamic burst length controlling algorithmbased loss differentiation in OBS networks through shared FDL buffers,” Photonic Netw Commun., vol 31, no 1, pp 36–47, Feb 2016, doi: 10.1007/s11107-015-0527-x P Khumalo, B Nleya, and A Mutsvangwa, “A controllable deflection routing and wavelength assignment algorithm in OBS networks,” J Opt., vol 48, no 4, pp 539–548, 2019, doi: 10.1007/s12596-019-00578-2 V M Vokkarane and J P Jue, “Segmentation-based nonpreemptive channel scheduling algorithms for optical burst-switched networks,” J Light Technol., vol 23, no 10, pp 3125–3137, Oct 2005, doi: 10.1109/JLT.2005.856265 [14] C McArdle, D Tafani, and L P Barry, “Analysis of a buffered optical switch with general interarrival times,” J Networks, vol 6, no 4, pp 536–548, 2011, doi: 10.4304/jnw.6.4.536-548 IMPROVING THE SCHEDULING PERFORMANCE OF CORE OBS NODES BASED ON DATA ANALYSIS AND USING FDL Abstract: The scheduling performance of the core node plays an important role in the overall communication performance of OBS networks In order to improve the scheduling performance of the core node, many studies have been carried out combining scheduling techniques with wavelength conversion, deflection routing or using FDL The scheduling performance at an output of a core node depends on many factors, including the arrival time of burst, the start and end time of voids and the latest available unscheduled time (LAUT) of each channel It is the factors that have a major influence on scheduling performance This paper therefore proposes a method for analyzing scheduling data to find the cause of scheduling failure Based on the results of the analysis, the article shows that using FDL to avoid head- and LAUT overlaps is the most appropriate solution to increase the success scheduling rate, reduce the burst loss and thus increase the efficient use of bandwidth in OBS networks Phạm Trung Đức nhận học vị Thạc sĩ Khoa học Máy tính Đại học Khoa học, Đại học Huế năm 2012; Hiện nghiên cứu sinh Đại học Khoa học, Đại học Huế Các lĩnh vực nghiên cứu: Mạng OBS, QoS mạng OBS, điều khiển chấp nhận lập lịch Email: phamtrungduc@hueuni.edu.vn Võ Viết Minh Nhật nhận học hàm Phó Giáo sư năm 2016, học vị Tiến sỹ năm 2007 đại học UQAM, Canada; Hiện công tác ĐH Huế Lĩnh vực nghiên cứu gồm: Mạng OBS, mạng cảm biến tích hợp RFID, tính tốn mềm (mạng nơ ron nhân tạo, giải thuật tiến hóa, di truyền) Email: vvmnhat@hueuni.edu.vn Đặng Thanh Chương nhận học vị tiến sĩ Đảm bảo tốn học cho máy tính năm 2014 Viện Cơng nghệ thông tin, Viện HL KH&CN VN Lĩnh vực nghiên cứu gồm: mạng OBS, lý thuyết hàng đợi Email: dtchuong@hueuni.edu.vn SỐ 02 (CS.01) 2020 TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 60 ...NÂNG CAO HIỆU NĂNG LẬP LỊCH CỦA NÚT LÕI OBS DỰA TRÊN PHÂN TÍCH DỮ LIỆU …… LAUT) Hình 2(a) Hình 2(b), ngược lại với lập lịch với lấp đầy khoảng trống, chùm đến lập lịch vào khoảng băng... NÂNG CAO HIỆU NĂNG LẬP LỊCH CỦA NÚT LÕI OBS DỰA TRÊN PHÂN TÍCH DỮ LIỆU …… III.2 Trích xuất liệu trạng thái lập lịch Mơ hình mạng mơ để trích xuất liệu lập lịch mạng NFSNET bao gồm 14 nút, độ dài... làm trễ lần với FDL chùm không thành công lần lập lịch V.1 Phân tích tỉ lệ chùm sử dụng FDL Chúng tiến hành so sánh tỉ lệ chùm trường hợp không sử dụng đường trễ (No _FDL) , sử dụng đường trễ với