Tìm hiểu vấn đề thiết kế định tuyến và gán bước sóng cho mạng WDM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -*** - NGUYỄN ĐÌNH NHƯ TÌM HIỂU VẤN ĐỀ THIẾT KẾ, ĐỊNH TUYẾN VÀ GÁN BƯỚC SÓNG CHO MẠNG WDM LUẬN VĂN THẠC SỸ NGÀNH: XỬ LÝ THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRƯƠNG THỊ DIỆU LINH HÀ NỘI, 2010 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG VÀ CÔNG NGHỆ GHÉP KÊNH QUANG THEO BƯỚC SÓNG WDM I Giới thiệu hệ thống thông tin quang II Nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng 12 Truyền dẫn hai chiều hai sợi: .14 Truyền dẫn hai chiều sợi: 14 III Các tham số 16 IV Cấu trúc mạng WDM 19 Cấu trúc mạng ring 19 Cấu trúc mạng Mesh 19 Cấu trúc hình kép 21 Đặc trưng riêng mạng quang .21 V Phân loại mạng WDM 22 Mạng single- hop 22 Mạng Multi- hop 23 CHƯƠNG 2: CÁC THÀNH PHẦN CỦA MẠNG WDM 24 I Chuyển mạch quang 24 II Các thành phần hệ thống WDM .26 Sợi quang .26 Thiết bị đầu cuối OLT 27 Bộ ghép kênh xen/ rẽ quang OADM 29 Bộ khuếch đại quang EDFA 34 Bộ kết nối chéo quang OXC 36 a) Chức OXC 36 b) Phân loại OXC .40 III Sự chuyển đổi bước sóng .43 CHƯƠNG 3: ĐỊNH TUYẾN VÀ GÁN BƯỚC SÓNG TRONG MẠNG WDM 46 I Tổng quan định tuyến gán bước sóng (Routing and Wavelength Assignment - RWA) 47 Điều kiện tính liên tục bước sóng: .47 Điều kiện tính riêng biệt bước sóng 48 II Bài toán RWA 49 RWA dành cho lưu lượng mạng cố định (static traffic): 49 RWA dành cho lưu lượng mạng thay đổi (dynamic traffic): 50 III Định tuyến 51 Định tuyến tĩnh 52 Định tuyến động 57 IV Gán bước sóng .66 Gán bước sóng S-RWA 66 Gán bước sóng D-RWA .68 a) Kiểu gán Random 68 b) Kiểu gán First – Fit 69 c) Phép gán Least - Used: 70 d) Phép gán Most – used 72 e) Phép gán Min-Product (MP) 72 f) Phép gán theo giải thuật Least-Loaded (LL) 73 KẾT LUẬN 75 TÓM TẮT LUẬN VĂN 76 ABSTRACT 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 DANH MỤC HÌNH, SƠ ĐỒ Hình 1.1 Các thành phần tuyến truyền dẫn cáp sợi quang Hình 1.2 Cấu trúc hệ thống WDM 13 Hình 1.3 Sơ đồ truyền dẫn hai chiều hai sợi 14 Hình 1.4 Sơ đồ truyền dẫn hai chiều sợi 15 Hình 1.5 Mơ tả thiết bị ghép/tách hỗn hợp (MUX-DEMUX) .16 Hình 1.6 Xuyên kênh tách kênh (a) .17 Hình 1.7 Cấu trúc mạng Ring Node .19 Hình 1.8 Cấu trúc dạng Mesh 20 Hình 1.9 Cấu trúc hình đơn .20 Hình 1.10 Cấu trúc hình kép .21 Hình 2.1: OLT 28 Hình 2.2 Vai trị OADM mạng 30 Hình 2.3 Các kiến trúc .32 Hình 2.4 EDFA 35 Hình 2.5 Mạng WDM định tuyến bước sóng 37 Hình 2.6 Các khối chức OXC 38 Hình 2.7 Trạng thái OXC 40 Hình 2.8 Hybrid OXC 41 Hình 2.9 OXC tồn quang WGR 42 Hình 2.10 Sự chuyển đổi bước sóng 43 Hình 2.11 Các khả chuyển đổi bước sóng 45 Hình 3.1 Điều kiện tính liên tục bước sóng 48 Hình 3.2 Đường ngắn cố định từ nút đến nút 59 Hình 3.3 Một đường thay nút nút 62 Hình 3.4 Bảng khoảng cách nút nguồn E 65 Hình 3.5 Yêu cầu thiết lập kết nối đồ thị chuyển đổi tương ứng 67 Hình Các bước sóng gán giải thuật First-Fit 70 Hình 3.7 Trạng thái ban đầu 70 Hình 3.8 Gán bước sóng theo LU 71 Hình 3.9 Trạng thái mạng 73 Bảng 1.1 Sự phân chia băng sóng .12 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, công nghệ ghép kênh quang phân chia theo bước sóng WDM (Wavelength Division Multiplexing) phát triển rộng rãi Hầu hết nhà cung cấp dịch vụ viễn thông lớn Việt Nam sử dụng công nghệ WDM để truyền tải dung lượng lớn hệ thống Do tốc độ phát triển đô thị nhanh, nhiều khu đô thị hình thành khiến cho hệ thống mạng truyền dẫn phải triển khai phức tạp phải đáp ứng mặt thời gian, kỹ thuật chất lượng dịch vụ cho người tiêu dùng Một yếu tố vấn đề chi phí triển khai hệ thống mạng, để tiết kiệm chi phí nên nhà cung cấp thường triển khai đường mạng dựa hệ thống trước đó, điều khiến cho hệ thống khơng cịn tối ưu Để tăng dung lượng đường truyền giải pháp nghĩ đến tăng số lượng bước sóng sử dụng hệ thống Tuy nhiên, bước sóng sử dụng hệ thống WDM hạn chế, vấn đề đặt phải làm để sử dụng bước sóng cách hiệu Giải vấn đề tức nâng cao lực mạng với số tối đa tải bước sóng cho trước, vai trị việc định truyến bước sóng mạng Việc định truyến tốt cho phép sử dụng tối ưu bước sóng xây dựng mạng làm giảm chi phí cho thiết bị Do đó, vai trị việc định tuyến gán bước sóng việc thiết kế hệ thống mạng WDM quan trọng Xuất phát từ vấn đề nêu trên, em chọn đề tài luận văn mang tên: “Tìm hiểu vấn đề thiết kế, định tuyến gán bước sóng cho mạng WDM”, với nội dung đề tài tóm tắt qua chương sau: Chương 1: Giới thiệu chung hệ thống công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng WDM Nhằm giới thiệu chung hệ thống WDM, nguyên lý, cấu trúc, đặc trưng hệ thống WDM… Chương 2: Các thành phần mạng WDM Chương em trình bày thành phần hệ thống mạng WDM, bao gồm thiết bị đầu cuối, khuếch đại, xen rẽ quang… Chương 3: Định tuyến gán bước sóng mạng WDM Bao gồm vấn đề định tuyến gán bước sóng mạng WDM Các giải pháp định truyến gán bước sóng Một số phương pháp định tuyến gán bước sóng WDM Để hồn thành luận văn em nhận hướng dẫn, giúp đỡ tận tình giáo – Tiến sỹ Trương Thị Diệu Linh Bộ môn Truyền thông Mạng, Viện Công nghệ thông tin Truyền thông, Đại Học Bách Khoa Hà Nội Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới cô Linh, người trực tiếp hướng dẫn em hồn thành luận văn, tồn thể thầy trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, bạn bè người thân tạo điều kiện giúp đỡ, cổ vũ em hoàn thành luận văn Do q trình thực cịn có chỗ sai sót, kinh nghiệm thực tiễn em chưa nhiều, mong nhận thơng cảm góp ý thầy cô Em xin chân thành cám ơn! CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG VÀ CÔNG NGHỆ GHÉP KÊNH QUANG THEO BƯỚC SÓNG WDM I Giới thiệu hệ thống thông tin quang Thông tin quang trở thành yếu tố quan trọng phát triển mạng viễn thông Với tốc độ phát triển nhanh nay, nhu cầu truyền liệu người dùng ngày đòi hỏi cao hơn, nên hệ thống truyền dẫn ngày phải cải tiến để đáp ứng kịp với nhu cầu người Từ hệ thống thông tin cáp sợi quang đưa vào khai thác mạng viễn thông, người thừa nhận phương thức truyền dẫn quang thể khả to lớn việc chuyển tải dịch vụ viễn thông ngày phong phú loại Các nhà sản xuất chế tạo sợi quang đạt tới giá trị suy hao nhỏ, giá trị suy hao 0,154 dB/km bước sóng 1550 nm cho thấy phát triển mạnh mẽ công nghệ sợi quang hai thập niên qua Cùng với tiến lớn cơng nghệ chế tạo nguồn phát quang thu quang, để từ tạo hệ thống thơng tin quang với nhiều ưu điểm trội so với hệ thống thông tin cáp kim loại Dưới ưu điểm trội môi truờng truyền dẫn quang so với mơi trường truyền dẫn khác, là: ¾ Suy hao truyền dẫn nhỏ ¾ Băng tần truyền dẫn lớn ¾ Khơng bị ảnh hưởng nhiễu điện từ ¾ Có tính bảo mật tín hiệu thơng tin cao ¾ Có kích thước trọng lượng nhỏ ¾ Sợi có tính cách điện tốt ¾ Độ tin cậy cao ¾ Sợi chế tạo từ vật liệu sẵn có Chính lý mà hệ thống thơng tin quang có sức hấp dẫn mạnh mẽ nhà khai thác viễn thông Các hệ thống thông tin quang phù hợp với tuyến thông tin xuyên lục địa, tuyến đường trục, tuyến trung kế mà cịn có tiềm to lớn việc thực chức mạng nội hạt với cấu trúc tin cậy đáp ứng loại hình dịch vụ tương lai Mơ hình chung tuyến thơng tin quang sau: Bộ phát quang Tín hiệu đầu vào Mối hàn sợi Nguồn phát quang Trạm lặp Bộ chia quang Thu quang Sợi dẫn quang Mạch điều khiển Bộ nối quang Mạch điện Phát quang Các thiết bị khác Khuếch đại Khuếch đại quang Đầu thu quang Khơi phục tín hiệu Tín hiệu đầu Bộ thu quang Hình 1.1 Các thành phần tuyến truyền dẫn cáp sợi quang Các thành phần tuyến gồm có phần phát quang, cáp sợi quang phần thu quang Phần phát quang cấu tạo từ nguồn phát tín hiệu quang mạch điện điều khiển liên kết với Cáp sợi quang gồm có sợi dẫn quang lớp vỏ bọc xung quanh để bảo vệ sợi quang khỏi tác động có hại từ mơi trường bên ngồi Phần thu quang tách sóng quang mạch khuếch đại, tái tạo tín hiệu hợp thành Ngồi thành phần chủ yếu này, tuyến thơng tin quang cịn có nối quang (connector), mối hàn, chia quang trạm lặp; tất tạo nên tuyến thơng tin quang hồn chỉnh Đặc tuyến suy hao sợi quang theo bước sóng tồn ba vùng mà có suy hao thấp vùng xung quanh bước sóng 850 nm, 1300 nm 1550 nm Ba vùng bước sóng sử dụng cho hệ thống thông tin quang gọi vùng cửa sổ thứ nhất, thứ hai thứ ba tương ứng Thời kỳ đầu kỹ thuật thông tin quang, cửa sổ thứ sử dụng Nhưng sau công nghệ chế tạo sợi phát triển mạnh, suy hao sợi hai cửa sổ sau nhỏ hệ thống thông tin quang ngày chủ yếu hoạt động vùng cửa sổ thứ hai thứ ba Nguồn phát quang thiết bị phát sử dụng diode phát quang (LED) Laser bán dẫn (LD) Cả hai loại nguồn phát phù hợp cho hệ thống thơng tin quang, với tín hiệu quang đầu có tham số biến đổi tương ứng với thay đổi dịng điều biến Tín hiệu điện đầu vào thiết bị phát dạng số đơi có dạng tương tự Thiết bị phát thực biến đổi tín hiệu thành tín hiệu quang tương ứng công suất quang đầu phụ thuộc vào thay đổi cường độ dòng điều biến Bước sóng làm việc nguồn phát quang phụ thuộc vào vật liệu cấu tạo Đoạn sợi quang (pigtail) nguồn phát quang phải phù hợp với sợi dẫn quang khai thác tuyến Tín hiệu ánh sáng điều chế nguồn phát quang lan truyền dọc theo sợi dẫn quang để tới phần thu quang Khi truyền sợi dẫn quang, tín hiệu ánh sáng thường bị suy hao méo yếu tố hấp thụ, tán xạ, tán sắc gây nên Bộ tách sóng quang đầu thu thực tiếp nhận ánh sáng tách lấy tín hiệu từ hướng phát đưa tới Tín hiệu quang biến đổi trở lại thành tín hiệu điện Các photodiode PIN photodiode thác APD sử dụng để làm tách sóng quang hệ thống thơng tin quang, hai loại có hiệu suất làm việc cao có tốc độ chuyển đổi nhanh Các vật liệu bán dẫn chế tạo tách sóng quang định bước sóng làm việc chúng đoạn sợi quang 63 routing based on global information) định tuyến thích nghi dựa thơng tin cục (Adaptive routing based on local information) Các định định tuyến dựa thông tin tổng thể thường cho lời giải tối ưu Tuy nhiên, thông tin cần cập nhật thường xuyên lượng thông tin cập nhật thường lớn Khi lưu lượng mạng quang ngày tăng đến lúc bị đột biến lớpquang, yêu cầu việc ghép kênh tính linh hoạt phải mức độ cao Vì chất việc thiết lập đường quang trở nên động hơn, số lượng yêu cầu kết nối nhiều đường quang trì khoảng thời gian ngắn Trong trường hợp này, việc trì, cập nhật thơng tin tổng thể khó khăn Các giải nghiêng thực định tuyến thích nghi dựa thơng tin cục Ưu điểm việc dùng thông tin cục nút khơng cần phải trì lượng lớn thông tin trạng thái mạng Sau ta xem xét hai loại định tuyến đó, giải thuật định tuyến thuộc hai loại Định tuyến thích nghi dựa thơng tin tổng thể: • Định tuyến theo trạng thái liên kết (Link-state routing): Trong phương pháp định tuyến này, nút mạng phải trì tồn thơng tin trạng thái mạng Mỗi nút tìm đường cho yêu cầu kết nối Bất trạng thái mạng thay đổi phải thực việc thơng báo cho tất nút Vì việc thiết lập hay loại bỏ lightpath dẫn đến việc quảng bá thông tin cập nhật cho tất nút mạng Nhu cầu quảng bá các thơng tin dẫn đến tổng chi phí cho điều khiển tăng lên Hơn nữa, có nút có thơng tin chưa cập nhật làm cho nút khác có định định tuyến sai • Định tuyến đường dẫn luân phiên (alternate-path routing): Loại định 64 tuyến giống định tuyến luân phiên cố định nói Tuy nhiên, đây, trạng thái mạng cập nhật thường xuyên danh sách đường ngắn Tiêu chuẩn để chọn đường thường dựa chiều dài đường dẫn độ tắc nghẽn đường dẫn Nguyên tắc chọn đường dẫn theo độ tắc nghẽn đường dẫn xác định tài nguyên (thường bước sóng) sẵn có đường dẫn luân phiên chọn đường dẫn có số lượng tài nguyên sẵn có nhiều Việc lựa chọn đường với đường dẫn ngắn thường dùng tài nguyên dẫn đến lượng tải cao vài liên kết mạng Còn việc lựa chọn đường với độ tắc nghẽn thấp dẫn đến việc sử dụng đường dẫn dài tải phân phối đặn mạng Định tuyến thích nghi dựa thơng tin cục bộ: • Định tuyến theo khoảng cách vector (distance-vector routing): Phương pháp khơng u cầu nút trì tồn thơng tin trạng thái liên kết nút mạng Thay vào đó, nút có bảng khoảng cách (distance table) Mỗi bảng khoảng cách nút có hàng cho đích đến mạng cột cho nút có liên kết trực tiếp với nút Gọi DX(Y,Z) phần tử bảng khoảng cách nút X DX(Y,Z) chi phí để từ nút X đến nút đích Y qua nút Z Gọi c(X,Z) chi phí từ nút X đến nút “láng giềng” Z DX(Y,Z) tính theo cơng thức sau: DX(Y,Z) = c(X,Z) + minW{ DZ(Y,W)} Hình vẽ sau minh họa bảng khoảng cách nút E mạng nằm kế bên Các phần tử khoanh trịn chi phí nhỏ để đến nút đích Như từ bảng khoảng cách, ta dễ dàng suy bảng chuyển tiếp 65 (fowarding table), rõ cần sử dụng liên kết ngõ để đến nút đích tương ứng Hình 3.4 Bảng khoảng cách nút nguồn E • Định tuyến đường dẫn luân phiên theo thông tin cục bộ: Xét tiêu chuẩn để chọn lựa đường xác suất nghẽn thấp Ý tưởng giống với phương pháp định tuyến đường dẫn luân phiên theo thông tin tổng thể Điểm khác biệt chỗ phải tập trung thông tin tài nguyên mạng (bước sóng sẵn có) k chặng 66 IV Gán bước sóng Việc gán bước sóng nhân tố ảnh hưởng đến xác suất tắc nghẽn tính thực thi mạng Gán bước sóng thích hợp làm giảm số bước sóng sử dụng khơng cần dùng đến chuyển đổi bước sóng, nên ta giảm chi phí mạng xuống nhiều Gán bước sóng chia làm hai loại cho lưu lượng mạng cố định lưu lượng mạng thay đổi Khi lưu lượng mạng cố định phép gán cố định, bước sóng gán nếu( có sẵn) cho yêu cầu tạo nút, khơng u cầu bị chặn Khi lưu lượng mạng thay đổi, lúc có yêu cầu đến nút mạng nút dùng giải thuật để chọn bước sóng riêng biệt cịn rỗi nút gán cho lightpath để định tuyến nó, khơng u cầu khơng giải Giải thuật cho phương pháp gán quản lí danh sách bước sóng sử dụng, bước sóng cịn rỗi nút Gán bước sóng S-RWA Xét mạng định tuyến theo bước sóng khơng có khả chuyển đổi bước sóng Nét đặc trưng mạng WDM không cho phép hai kết nối sử dụng bước sóng giống dùng chung đường nối (sự xung đột bước sóng) Khi tuyến cố định việc cịn lại gán bước sóng khả thi cho chúng cho số lượng bước sóng sử dụng mạng nhỏ để thỏa mãn u cầu cơng nghệ số lượng bước sóng tối đa sợi quang Bài tốn gán bước sóng tĩnh mạng liên tục bước sóng tương đương với tốn tơ màu cho nút đồ thị thực cách xây dựng đồ thị G(V,E), V tập đỉnh, E tập cạnh Theo đó, tốn gán bước sóng tĩnh thực sau: • Xây dựng đồ thị G(V,E), lightpath hệ thống thể đỉnh đồ thị G tồn cạnh vô hướng hai 67 đỉnh đồ thị G lightpath tương ứng qua liên kết sợi quang vật lý • Tơ màu cho đỉnh đồ thị G cho khơng có hai đỉnh kế cận có màu giống số màu sử dụng Hình 3.5 Yêu cầu thiết lập kết nối đồ thị chuyển đổi tương ứng Hình minh họa chuyển từ tốn gán bước sóng thành tốn tơ màu đồ thị Giả sử có lightpath cần thiết lập (0,5), (0,2), (1,3), (4,3), (4,5) Lightpath (0,5) (0,2) qua liên kết vật lý (0,1) có cạnh nối đỉnh (0,5) (0,2) Tương tư, xây dựng đồ thị Các thuật tốn tơ màu đồ thị thực việc tô màu cho đỉnh V(G) = {v1, v2, …, vn} đồ thị G theo thứ tự Các thuật tốn gồm ba bước sau: Sắp xếp đỉnh Chọn đỉnh để tô màu Chọn màu 68 Có nhiều thuật tốn tơ màu đồ thị khác nhau, việc chọn lựa giải thuật tùy thuộc vào định nhà quản lý dựa đặc điểm mạng Sau số phương pháp tô màu thông dụng (mỗi màu tương ứng với bước sóng) a) Gán bước sóng theo thuật toán Longest-First Phương pháp Longest-First (tuyến dài trước) đơn giản Các lightpath xếp theo thứ tự từ tuyến dài đến tuyến ngắn Một bước sóng gán cho tuyến theo thứ tự cho thỏa mãn điều kiện xung đột bước sóng Sau ta chuyển sang gán bước sóng Q trình tiếp tục hết số lightpath b) Gán bước sóng theo thuật toán Largest-First Trong phương pháp này, đỉnh đồ thị gán nhãn lại v1, v2, …, cho deg(vi) ≥ deg(vi+1) với i = 1,2,…,n-1 (n số nút đồ thị G) Tại bước, nút có bật lớn gán màu xóa đường nối tới nó, làm giảm bậc nút kề với Vì sau bước có số nút bị giảm bậc Điều đảm bảo số màu dùng để tơ đồ thị Ta tính số màu cần thiết để tơ đồ thị công thức sau: X (G) ≤ max{min(i,1 + deg(vi))} 1≤ i≤n Gán bước sóng D-RWA Các phương pháp gán bước sóng chia làm loại sau: a) Kiểu gán Random Khi có yêu cầu đến nút, nút xác định bước sóng hiệu lực ( tức rỗi) chọn ngẫu nhiên λi bước sóng để gán cho u cầu Các bước sóng cịn rỗi nút xác định cách loại bỏ bước sóng λi sử dụng khỏi danh sách bước sóng cịn rỗi; gọi kết thúc, λi loại khỏi danh sách bước sóng bị bận thêm vào trở lại 69 danh sách bước sóng rỗi ban đầu Phương pháp khơng cần địi hỏi thơng tin tồn trạng thái mạng thực gán bước sóng Phép gán phân phối lưu lượng cách tuỳ ý, tận dụng bước sóng cân tranh chấp bước sóng thấp nên xác suất tắc nghẽn thấp b) Kiểu gán First – Fit Phép gán tìm gán bước sóng theo trình tự cố định Tất bước sóng đánh số từ thấp đến cao bước sóng chọn để gán theo số từ thấp đến cao, tức bước sóng chọn bước sóng có số nhỏ số bước sóng rỗi gán cho yêu cầu Cũng tương tự phương pháp gán Random, phép gán không cần thơng tin thơng tin trạng thái mạng Hạn chế phương pháp bước sóng có số nhỏ dùng nhiều, bước sóng có số lớn không sử dụng Hơn gia tăng số bước sóng sợi khơng mang lại hiệu bước sóng có số cao dùng Do tranh chấp bước sóng có số nhỏ tăng lên, làm xác suất tắc nghẽn tăng lên Phép gán cho chi phí thấp so với phép gán Random khơng cần phải kiểm tra tất bước sóng tuyến, ưa chuộng Nhìn chung, phương pháp First-Fit tốt so với phương pháp Random có đầy đủ thơng tin trạng thái mạng Tuy nhiên, trường hợp thông tin bị hạn chế cập nhật khơng kịp thời việc cấp phát bước sóng theo phương pháp Random tốt Lý phương pháp First-Fit, lúc có nhiều yêu cầu kết nối muốn thiết lập lightpath, chúng chọn bước sóng giống dẫn đến nhiều kết nối bị nghẽn Giả sử ta có nút với liên kết Mỗi liên kết có bước sóng Giả sử yêu cầu lightpath sau: 70 {1,3}, {1,2}, {4,5}, {3,5}, {2,4}, {3,4} Kí hiệu: a b c d e f Các bước sóng gán theo giải thuật First-Fit sau Hình Các bước sóng gán giải thuật First-Fit c) Phép gán Least - Used: Phép gán chọn bước sóng mà bước sóng sử dụng mạng Mục đích phép gán cân tải tất bước sóng Phép gán địi hỏi thơng tin trạng thái mạng để tìm bước sóng sử dụng Tuy nhiên phương pháp phải tốn cho chi phí lưu trữ tính tốn Ví dụ: trạng thái sử dụng hệ thống hình 3.8 (đường nét liền biểu thị bước sóng tuyến sợi sử dụng kết nối, vùng khơng kẻ biểu thị bước sóng sử dụng tuyến sợi này) Hình 3.7 Trạng thái ban đầu Bước sóng λ1 sử dụng tuyến, λ sử dụng tuyến bước sóng λ sử dụng tuyến Bây giờ, giả sử yêu cầu kết nối 71 đến hình 3.8 Sau trình gán bước sóng cho u cầu sử dụng thuật toán LU (đường nét chấm biểu thị bước sóng gán cho tuyến sợi tương ứng ) Hình 3.8 Gán bước sóng theo LU • Đối với yêu cầu từ 1-3, có bước sóng khả thi λ2 , λ2 gán • Đối với yêu cầu từ 3-5 λ1 λ khả thi, λ gán có tải nhỏ λ • Đối với yêu cầu từ 1-2, có bước sóng λ3 rỗi nên gán • Đối với yêu cầu khơng có bước sóng rỗi nên khơng gán bước sóng • Đối với u cầu từ 4-5, λ1 λ khả thi tải nhau, λ1 gán có số nhỏ • Với u cầu cuối có λ1 gán 72 d) Phép gán Most – used Đây phép gán tìm chọn bước sóng sử dụng nhiều mạng Phép gán phải đòi hỏi thơng tin trạng thái mạng để tìm bước sóng sử dụng nhiều Nó tốn chi phí tương tự phép gán Least- used, nhiên thực tốt so với phép gán Least- used Với phép gán bước sóng kể trên, phương pháp Random First - Fit thực tế dễ thực Khơng giống hai phương pháp Least- used Most- used đòi hỏi phải có thơng tin mạng Nó đơn giản dựa vào trạng thái nút lúc chọn bước sóng từ bước sóng rỗi kết nối ngõ Một cách tương đối, phương pháp ngẫu nhiên Random cho hiệu tốt phương pháp First - Fit Để thực hai phương pháp gán Least - used Most - used, nút cần trang bị thơng tin tồn mạng Nên phương pháp phụ thuộc vào thông minh hiểu biết xác nút Vì trạng thái mạng thay đổi cách nhanh chóng nên khó biết cách xác thơng tin mạng tất thời điểm, ảnh hưởng đến việc gán bước sóng Hơn nút trao đổi thơng tin với mạng sau khoảng thời gian cố định thông tin tiêu thụ băng thơng đáng kể, làm giảm băng thơng sẵn có để truyền liệu e) Phép gán Min-Product (MP) Phép gán đưa chủ yếu cho mạng đa sợi Trong mạng đơn sợi, giải thuật tương đương với giải thuật First-Fit Mục đích giải thuật cố gắng gán bước sóng vào sợi quang nhằm hạn chế số lượng sợi sử dụng mạng Để thực việc này, giải thuật MP tính ∏ Dij cho bước sóng j (1≤j≤W) MP chọn bước sóng có tích nhỏ Tuy nhiên, có nghiên cứu chứng tỏ giải thuật MP không hiệu giải thuật First-Fit 73 phiên cho mạng đa sợi (trong sợi bước sóng đánh số) Vả lại, MP lại có chi phí tính tốn cao Giả sử trạng thái ban đầu mạng với tuyến sợi -> số sợi quang mang bước sóng hình sau: Hình 3.9 Trạng thái mạng Đối với bước sóng λ1 λ2 λ3 ta tính tích: ∏ Dij Với bước sóng λ1: 2*3*1*3*5 = 90 Với bước sóng λ2: 3*2*4*1*2 = 48 Với bước sóng λ3: 1*2*1*2*1 = Vậy lần gán bước sóng sử dụng bước sóng λ3 f) Phép gán theo giải thuật Least-Loaded (LL) Giải thuật đưa chủ yếu cho mạng đa sợi LL chọn bước sóng có dung lượng dư lớn (residual capacity), tức sử dụng sợi nhất, liên kết có tải nhiều đường p Với mạng đơn sợi, giá trị residual capacity 1, giải thuật chọn bước sóng có số thấp với residual capacity Như giải thuật LL trở thành FF mạng đơn sợi Tóm lại, LL chọn bước sóng j thỏa mãn: 74 Giải thuật LL chứng minh hiệu MU FF việc giảm xác suất tắc nghẽn mạng đa sợi Ví dụ : Cho ma trận D Giả sử liên kết có tối đa sợi quang Giả sử ta cần thiết lập lightpath qua hai liên kết Với bước sóng 1: min{(M1 - D11), (M1 – D21) = {(7-2), (7-3)} = Với bước sóng 2: min{(M2- D12), (M2 – D22) = {(7-3), (7-2)} = Với bước sóng 3: min{(M3- D13), (M3 – D23) = {(7-1), (7-2)} = Vậy ta chọn bước sóng 75 KẾT LUẬN Qua trình tìm hiểu nghiên cứu vấn đề “Định tuyến gán bước sóng mạng quang WDM” cho thấy vai trị quan trọng định tuyến gán bước sóng mạng quang WDM, hiểu số giải thuật định tuyến phương pháp gán bước sóng cho lightpath mạng quang Việc thiết kế hệ thống mạng quang WDM đòi hỏi phải tối ưu hiệu sử dụng, khơng gây lãng phí bước sóng Ở trên, tìm hiểu phương pháp định tuyến gán bước sóng mạng WDM, có yêu cầu thiết lập lightpath từ node nguồn đến node đích định tuyến bước sóng có nhiệm vụ xác định đường gán bước sóng cho lightpath Trong mạng quang WDM, việc sử dụng thuật tốn định tuyến bước sóng để đạt tối ưu mạng điều ý nghĩa, mang lại hiệu tối ưu cho hệ thống mạng WDM 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] Đỗ Văn Việt Em, “Kỹ thuật thông tin quang”, Học viện Công nghệ bưu viễn thơng, 2007 [2] Vũ Hồng Sơn, “Phương pháp thiết kế tối ưu mạng WDM cấu hình ring”, Kỷ yếu Hội nghị chương trình KC.01 hội thảo ICT.rda’06 [3] Bùi Tiến Dũng, “Giải pháp WCA định truyến gán bước sóng”, Tạp chí bưu viễn thông số – 2005 [4] Trần Quốc Dũng, “Thiết kế tối ưu hệ thống thông tin cáp sợi quang”, Luận án tiến sỹ kỹ thuật, mã số: 62.52.70.05 Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội, 2007 [5] Vũ Văn San, “Hệ thống thông tin quang”, Nhà xuất Bưu điện, 2005 [6] Dương Đức Tuệ, “Mạng thơng tin tồn quang”, NXB Bưu Điện, 2001 [7] Dương Đức Tuệ, “Hệ thống ghép kênh theo bước sóng quang”, NXB Bưu Điện, 2001 Tiếng Anh: [8] Rajiv Ramaswami & Kumar N Sivarajan, “Optical Network”, 2002 [9] Wayne D Grover, “Mesh – Based Survivable Networks”, 2004 [10] Achiut K Dutta, Niloy K Dutta & Masahiko Fujiwara, “WDM Technologies”, 2004 [11] Biswanath Mukherjee, “Optical Communication Networks”, June 1997 [12] AijunDing & Gee-Swee Poo, A survey of optical multicast over WDM networks, JEEE 2002 [13] John Gowar, “Optical communication systems”, , Prentice Hall, 1993 79 [14] R L Hadas, “Efficient collective communication in WDM networks with a power budget, in proceedings of IEEE International Conference on Computer Communication Network”, (2000), 612-616 [15] Hui Zang, Canhui (Sam) Ou & Biswanath Mukheriee, “Path-Protection and Wavelegth-Assignment (RWA) in WDM Networks under Duct-Layer Constraints” [16] Hui Zang, Jason P Jue & Biswanath Mukheriee, “A Review of Routing and Wavelength Assignment Approaches for Wavelength-Routed Optical WDM Networks”, 2002 [17] Jun Zheng, Jun Zheng & Hussein T Mouftah, “Optical WDM networks: concepts and design principles”, 2004 ... quang… Chương 3: Định tuyến gán bước sóng mạng WDM Bao gồm vấn đề định tuyến gán bước sóng mạng WDM Các giải pháp định truyến gán bước sóng Một số phương pháp định tuyến gán bước sóng WDM Để hồn thành... việc thiết kế hệ thống mạng WDM quan trọng Xuất phát từ vấn đề nêu trên, em chọn đề tài luận văn mang tên: ? ?Tìm hiểu vấn đề thiết kế, định tuyến gán bước sóng cho mạng WDM? ??, với nội dung đề tài... Định tuyến gán bước sóng cho lightpath vấn đề quan trọng xảy thường xuyên mạng Chương nói rõ việc định tuyến gán bước sóng cho lightpath, thuật tốn thực định tuyến phương pháp gán bước sóng mạng