Giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên trong mạng quang wdm cấu hình ring (tt)

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG ********************* Luận án hồn thành tại: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Bùi Trung Hiếu TS Hoàng Ứng Huyền Vũ Hoàng Sơn Phản biện 1: GS.TSKH Đào Khắc An GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG TÀI NGUYÊN TRONG MẠNG QUANG WDM CẤU HÌNH RING Phản biện 2: PGS.TS Phùng Quốc Bảo Phản biện 3: TS Bùi Việt Khôi Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông Mã số: 62.52.70.05 Luận án bảo vệ Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng vào lúc 14 00 , ngày 06 tháng 01 năm 2012 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia, - Thư viện Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng Hà nội – 2012 MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, với bùng nổ dịch vụ giao thức Internet (IP) với phát triển nhảy bậc cơng nghệ quang nói chung cơng nghệ ghép kênh theo bước sóng (WDM) nói riêng cho phép thúc đẩy phát triển mạng quang hệ sau theo hướng tích hợp IP/quang với dung lượng lớn, cự ly xa đặc biệt có khả điều khiển mềm dẻo để cung cấp dịch vụ băng tần theo nhu cầu hay tổ chức thành mạng riêng ảo Phạm vi ứng dụng WDM ngày mở rộng triển khai rộng rãi từ cấp mạng đường trục đến nội hạt Những mạng WDM với kiến trúc cấu hình khác nghiên cứu áp dụng, mà nhiều mạng WDM cấu hình Ring nhờ tính đơn giản, tốc độ khôi phục nhanh hiệu kinh tế, môi trường mạng đô thị (MAN) tận dụng sở hạ tầng có Vì lý kiến trúc Ring phát triển cho công nghệ mạng quang tiên tiến sau Tính cấp thiết đề tài Hiện giới, song song với nghiên cứu vật lý để khai thác băng thông cực lớn sợi quang, nghiên cứu mạng quang nói chung nghiên cứu điều khiển, quản lý tài nguyên mạng nói riêng ý mạnh mẽ theo hướng đáp ứng yêu cầu dịch vụ phù hợp với phát triển công nghệ điều kiện triển khai thực tế Hướng nghiên cứu mở nhiều vấn đề có ý nghĩa khoa học thực tiễn lớn, điển hình vấn đề thiết kế tối ưu sử dụng tài nguyên trình phát triển mạng lưới Các nghiên cứu có ảnh hưởng lớn đến phát triển lĩnh vực công nghệ quang nhanh chóng tạo dịch vụ cho khách hàng Vì vậy, nghiên cứu sinh chọn hướng nghiên cứu theo cách tìm kiếm đề xuất giải pháp nâng cao hiệu sử dụng tài nguyên mạng để áp dụng q trình thiết kế khai thác mạng quang WDM cấu hình Ring, phù hợp với môi trường áp dụng thực tế khả phát triển dịch vụ tương lai Mục đích nghiên cứu luận án nhằm xác định ảnh hưởng đồng thời yếu tố lưu lượng, topology định tuyến đến kết thiết kế tối ưu mạng Trên có sở xây dựng phương pháp thiết kế đề xuất giải pháp tối ưu để nâng cao hiệu sử dụng tài nguyên mạng Đối tượng phạm vi nghiên cứu luận án phương pháp thiết kế mạng quang WDM cấu hình Ring hai hướng có khả áp dụng môi trường mạng MAN hay Ring ảo Cho đến nay, nghiên cứu vấn đề thiết kế tối ưu mạng quang WDM cấu hình Ring thường thực theo cách tối ưu topology định tuyến có mục tiêu khác nhau; kết đạt nói chung tối ưu cục Cách tiếp cận luận án chọn cho vấn đề tối ưu theo hướng tối ưu đồng thời topology với định tuyến cân tải theo hàm đa mục tiêu tổng chi phí hay tối thiểu tài nguyên cần sử dụng Các giải pháp đề xuất cho kết xác dựa quy hoạch tuyến tính nguyên (ILP) cho kết gần theo phương pháp Heuristic sử dụng để phân tích, mơ đánh giá kiểm chứng hiệu sử dụng tài nguyên theo cách tiếp cận Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Các kết nghiên cứu đạt luận án cho thấy phương pháp thiết kế giải pháp tối ưu theo ILP heuristic đề xuất đem lại hiệu sử dụng tài nguyên mạng cao (trên 20%) so với kết nghiên cứu trước theo cách truyền thống Các kết áp dụng cho q trình thiết kế mạng Ring quang môi trường mạng đô thị Hướng nghiên cứu phát triển cho cấu hình khác phù hợp với xu hướng giải vấn đề tích hợp đa lớp mạng mạng quang hệ sau theo IP/quang Một vấn đề quan trọng quản lý sử dụng tài nguyên mạng quang nghiên cứu luận án việc phân luồng lưu lượng thiết kế topology, cơng việc có ý nghĩa khơng q trình xây dựng khai thác mạng mà nghiên cứu phát triển Trong nghiên cứu, việc sử dụng mơ hình, cơng cụ tốn học mơ tiên tiến để phân tích, đánh giá khả điều khiển, quản lý tài nguyên mạng quang góp phần tạo giao thoa kết hợp môn/phương pháp nghiên cứu khoa học nghiên cứu ứng dụng viễn thơng nói chung thơng tin quang nói riêng Nội dung luận án tổ chức thành chương chính, bao gồm: Chương giới thiệu tổng quan mạng quang vấn đề tối ưu tài nguyên mạng quang cấu hình Ring Trong chương đưa xu hướng phát triển mạng truyền tải quang xác định hướng nghiên cứu luận án tối ưu tài nguyên mạng quang cấu hình Ring sở khảo cứu kết nghiên cứu liên quan công bố Chương tập trung xây dựng toán tối ưu topology định tuyến mạng quang WDM cấu hình Ring sở tổng hợp phương pháp thiết kế phân bổ tài nguyên truyền thống mạng quang nói chung mạng cấu hình Ring nói riêng, qua thấy rõ tính hiệu phân bổ quản lý tài nguyên cấu trúc mạng nghiên cứu Chương đề xuất giải pháp nâng cao hiệu sử dụng tài nguyên mạng quang WDM cấu hình Ring theo hướng tối ưu đồng thời topology định tuyến sử dụng phương pháp qui hoạch nguyên (ILP) Heuristic Chương mơ tả kết mơ giải tốn tối ưu topology định tuyến để đánh giá hiệu giải pháp đề xuất chương Phần kết luận trình bày kết đạt được, đóng góp luận án khuyến nghị số vấn đề, hướng nghiên cứu 3 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG VÀ VẤN ĐỀ TỐI ƯU TÀI NGUYÊN TRONG MẠNG CẤU HÌNH RING 1.1 TỔNG QUAN VỀ PHÁT TRIỂN MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG 1.1.1 Sự phát triển cấu trúc công nghệ mạng truyền tải quang Mạng truyền tải quang hệ sau phát triển theo hướng tích hợp công nghệ mạng IP công nghệ mạng quang Hình 1-1 cho thấy mạng truyền tải quang đa lớp dần tổ chức tối ưu hơn, giảm thiểu thiết bị, lớp mạng giao thức trung gian để tiến tới tích hợp mạng theo hướng IP/quang kỹ thuật WDM Xu hướng chung thấy mạng IP/quang ngày trở nên thông minh hơn, đáp ứng động theo nhu cầu từ thiết lập kênh tĩnh đến điều khiển động, chuyển mạch kênh (OCS) hay đến chuyển mạch chùm/gói quang (OBS/OPS) ngày phát triển từ cấu trúc đơn giản điểm-điểm, đến Ring, Ring lai Mesh tiến tới cấu trúc Mesh Với khả tích hợp điều khiển động, mạng quang WDM cung cấp luồng dịch vụ băng tần lớn theo nhu cầu hay dịch vụ tiên tiến mạng riêng ảo Tuy nhiên, việc phát triển tới kiến trúc mạng động Mesh hồn tồn cịn có nhiều thách thức mặt công nghệ triển khai thực tế 1.1.2 Kiến trúc cơng nghệ mạng quang cấu hình Ring Mạng quang truyền tải dung lượng lớn yêu cầu chất lượng dịch vụ ngày cao đa dạng, mạng cần có khả cung cấp chế bảo vệ hay hồi phục nhanh, tin cậy để trì dịch vụ có cố Kiến trúc mạng quang cấu hình Ring chia thành hai loại tương ứng chế sử dụng tài nguyên/ băng thông bảo vệ: chế bảo vệ riêng (DPRing) hay bảo vệ chia sẻ (SPRing) tài nguyên Trong DPRing bước sóng làm việc Ring có bước sóng bảo vệ riêng cịn SPRing dung lượng bảo vệ chia sẻ cho vài đường làm việc Cơ chế bảo vệ chia sẻ phức tạp thực quản lí song lại tiết kiệm tài nguyên so với chế bảo vệ riêng Cơ chế cho phép sử dụng lại bước sóng hay khe thời gian chặng khác Ring, thuộc tính gọi cấu trúc mạng có khả tái sử dụng không gian Kiến trúc Ring hai hướng hay SPRing có khả tái sử dụng khơng gian cho phép sử dụng hiệu băng thông so với DPRing môi trường mạng lõi vùng thị Tuy nhiên, tính hiệu cịn phụ thuộc vào mẫu lưu lượng, phương pháp thiết kế mạng thuật tốn định tuyến Do SPRing có nhiều ưu điểm trên, nên kiến trúc phát triển nghiên cứu ứng dụng cho công nghệ truyền tải quang khác như: Ring gói tự hồi phục (RPR) theo chuẩn IEEE 802.17; Ethernet Ring (ERPS); T-MPLS Ring; OBS/OPS Ring 1.2 PHÂN BỔ, SỬ DỤNG TÀI NGUYÊN MẠNG QUANG CẤU HÌNH RING Trong luận án sử dụng thuật ngữ lưu lượng hiểu sau: Lưu lượng (traffic hay demand volume) mạng truyền tải lượng nhu cầu kết nối xác định từ dịch vụ lớp cần truyền tải đặc trưng bởi: nút kết cuối, độ rộng băng (đơn vị dung lượng), kích cỡ tham số liên quan đến chất lượng Trong mạng truyền tải quang, kết nối có lưu lượng lớn thường có giá trị nguyên Đối với WDM, đơn vị lưu lượng bước sóng Trong mạng dịch vụ mạng điện thoại, lưu lượng có chất thống kê thường đo đơn vị Erlang Tập hợp lưu lượng nút mạng cần xét thường biểu diễn ma trận lưu lượng 1.2.1 Vị trí phân bổ, sử dụng tài nguyên quản lý mạng Tài nguyên mạng quang nói chung nhiều dạng khác nhau, phụ thuộc vào công nghệ phạm vi nghiên cứu như: dung lượng hệ thống, băng thông, sợi thiết bị, thành phần Việc phân bổ, sử dụng tài nguyên hữu hạn mạng cần đảm bảo hiệu quả, thời điểm, thỏa mãn lưu lượng giảm chi phí Hoạt động quản lý, sử dụng tài nguyên mạng truyền tải có mặt giai đoạn phát triển, quản lý mạng thường chia mức độ theo thời gian: Hình 1-1: Xu hướng phát triển mạng quang theo hướng IP/quang Phạm vi ứng dụng công nghệ WDM ngày mở rộng, từ mạng đường trục đến xâm nhập vào vùng mạng MAN để đáp ứng nhu cầu phát triển mạng truy nhập băng rộng (xDSL, Wimax, XG-PON,…) Trên giới Việt Nam, mạng quang triển khai phổ biến với cấu hình Ring Dưới sức ép cạnh tranh, nhà khai thác mạng không muốn đầu tư nhiều vào hạ tầng mạng đồng thời yêu cầu nâng cấp, phát triển mạng cần trì tính liên tục cấu trúc mạng Vì vậy, cơng nghệ quang phát triển cần kế thừa ưu điểm công nghệ dùng tận dụng sở hạ tầng có 5 • Mức 1: Quản lý xử lý luồng lưu lượng, tài nguyên thời gian thực hay gần thực, hay nhờ chức hồi phục, bảo vệ, phân loại kỹ thuật lưu lượng (Traffic Enginnering - TE) Mức có đặc trưng là: Đưa luồng lưu lượng vào chỗ có băng thơng tài nguyên khả dụng • Mức 2: Chức tối ưu hoạt động mạng (Network Enginnering - NE) có thời gian mức đến ngày có đặc trưng là: Đặt, phân bổ băng thơng, tài ngun có vào chỗ có lưu lượng • Mức 3: Chức qui hoạch mạng (Network Planning –NP) có thời gian mức tháng đến năm có đặc trưng: Đặt, phân bổ băng thơng, tài ngun vào chỗ có lưu lượng Phạm vi nghiên cứu luận án chủ yếu tập trung vào vấn đề giải pháp ứng dụng NE NP; áp dụng cho mạng WDM có cấu trúc Ring theo hướng tích hợp mạng đa lớp cung cấp dịch vụ tiên tiến mạng riêng ảo mạng quang hệ sau 1.2.2 Khái quát nghiên cứu công bố phân bổ tài nguyên mạng quang cấu hình Ring Hiện có nhiều cách tiếp cận khác tối ưu sử dụng tài nguyên thiết kế mạng quang WDM cấu hình Ring phụ thuộc vào mục tiêu tối ưu điều kiện cho trước khác Tuy nhiên, chưa có nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời yếu tố như: lưu lượng, topology/thứ tự nút định tuyến đến kết thiết kế mạng Ring hai hướng Các nghiên cứu trước chủ yếu tập trung giải pháp tối ưu mạng theo cách khảo sát ảnh hưởng yếu tố cố định yếu tố lại, thực cách chia nhỏ toán lớn thành hai bước kết nói chung đạt tối ưu cục bộ: + Bước 1: Thiết kế topology Ring - xác định số nút, thứ tự kết nối nút Ring; + Bước 2: Định tuyến lưu lượng topology Ring cho tối thiểu tải cực đại cạnh Ring Vì vậy, vấn đề tối ưu đồng thời hai bước mạng truyền tải quang cấu hình Ring nghiên cứu phạm vi luận án Cụ thể, nghiên cứu phương pháp thiết kế mạng quang WDM cấu hình Ring hai hướng theo cách tối ưu đồng thời topology định tuyến cân tải với hàm mục tiêu tối thiểu tải hay tổng chi phí 1.2.3 Hướng nghiên cứu luận án giải pháp nâng cao hiệu sử dụng tài nguyên mạng quang cấu hình Ring Các tốn thiết kế tối ưu mạng truyền tải quang xét nghiên cứu thuộc lớp toán tối ưu tổ hợp mơ hình hóa theo qui hoạch tuyến tính nguyên (ILP) hỗn hợp (MLP) Để giải tốn tối ưu mạng, có nhiều phương pháp thuật toán tối ưu sử dụng như: 1) Phương pháp heuristic; 2) Phương pháp qui hoạch toán học; 3) Các thuật tốn tìm kiếm metaheuristic; 4) Phân tích đồ thị Graph; 5) Phương pháp tổ hợp, lai phương pháp Việc lựa chọn phương pháp quan trọng, phụ thuộc vào toán cụ thể, kinh nghiệm khả nhạy cảm vấn đề người sử dụng Dựa phân tích ưu nhược điểm phương pháp trên, phương pháp lựa chọn luận án để giải toán tối ưu topology định tuyến bao gồm: Phương pháp heuristic: Theo cách tự nhiên, phương pháp bước đầu sử dụng để đánh giá sơ theo kinh nghiệm giả định, tốn xây dựng áp dụng cho tốn mức qui mơ lớn sau có khảo sát mức độ gần đúng; Phương pháp giải tắc dựa theo quy hoạch tuyến tính nguyên (ILP): Phương pháp cho kết xác với qui mô mạng định cho thấy rõ yếu tố ảnh hưởng đến kết tốn CHƯƠNG XÂY DỰNG BÀI TỐN TỐI ƯU TOPOLOGY VÀ ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG QUANG WDM CẤU HÌNH RING 2.1 GIỚI THIỆU Bài toán thiết kế mạng quang cấu hình Ring theo cách tối ưu đồng thời topology định tuyến xây dựng sở phân tích cách tiếp cận thiết kế mạng, đặc trưng mạng lõi quang vùng đô thị kết nghiên cứu thiết kế mạng quang cấu hình Ring theo phương pháp truyền thống Các thuật toán số kết thiết kế mạng quang cấu hình Ring theo phương pháp truyền thống giới thiệu phân tích để thấy rõ yếu tố ảnh hưởng đến kết toán thiết kế làm sở cho việc phát triển giải pháp đề xuất chương sau 2.2 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠNG QUANG CẤU HÌNH RING 2.2.1 Mơ hình mạng truyền tải quang Mạng truyền tải quang có qui mơ lớn phức tạp, tổ chức theo mơ hình chồng phủ đa lớp mạng lớp mạng lại phân tích thành số vùng lớp mạng tương đối độc lập theo khuyến nghị ITU-T G.805 Liên kết lớp mạng thực theo cách: mạng lớp sử dụng dịch vụ kết nối, truyền tải mạng lớp cung cấp Các vùng hay mạng tổ chức theo kiến trúc mạng sở (như SPRing, DPRing, …) kết nối chúng tuyến nút mạng Trong mơ hình mạng đa lớp này, topology lớp mạng đầu vào ma trận lưu lượng mạng lớp sau lưu lượng định tuyến topology mạng lớp 7 2.2.2 Các bước thiết kế mạng quang Việc thiết kế mạng quang lớn phức tạp thường thực theo phương pháp chia nhỏ thành giai đoạn, toán tương đối độc lập thực Hình 2-3 minh họa bước hay tốn thiết kế mạng tương ứng với phân lớp, phân vùng mạng truyền tải Tùy thuộc vào nhiệm vụ thiết kế, tối ưu mạng tốn cụ thể mà hàm mục tiêu tối thiểu tổng chi phí mạng với ràng buộc chất lượng, kỹ thuật xác định; hay tối thiểu chiếm giữ tài nguyên mạng; hay tối đa thông lượng Phương pháp thiết kế chia nhỏ thành toán độc lập tương ứng bước dễ thực tận dụng thuật toán phát triển, nói chung cho kết tối ưu cục Cách tiếp cận giải tích hợp coi bước, toán toán lớn Nói chung cách cho kết tốt hơn, phức tạp khó áp dụng đối tốn có kích cỡ lớn, u cầu xử lý nhanh Tuy nhiên, chúng thường sử dụng cho qui mơ nhỏ hay để khảo sát mơ hình đánh giá xác thuật tốn áp dụng phạm vi nhỏ Xu hướng mạng truyền tải quang thơng minh, tích hợp đa lớp có tương tác, nảy sinh ứng dụng yêu cầu tích hợp cần giải đồng thời Sau giới thiệu phương pháp thiết kế mạng quang theo cấu trúc Ring theo cách tiếp cận truyền thống, để làm sở cho việc đề xuất tốn thiết kế mạng quang cấu hình Ring theo cách tiếp cận tích hợp 2.2.3 Phương pháp thiết kế mạng quang cấu hình Ring theo tiếp cận Việc thiết kế Ring đơn thỏa mãn lưu lượng độ tin cậy với mục tiêu tối thiểu tổng chi phí thực theo bước tương ứng toán sau: Bài toán Trên sở ma trận tuyến kết nối cho trước C={cij}, xác định topology mạng có cấu hình Ring bao gồm: thứ tự/vị trí nút kết nối tạo thành Ring tuyến kết nối chúng; Bài toán Định tuyến lưu lượng Ring xác định, cho thỏa mãn ma trận lưu lượng D={dsd} cho trước Bài tốn tìm topology Ring với mục tiêu thường tổng chi phí/ cự ly nút tạo nên tuyến Ring nhỏ Bài tốn có dạng tốn người du lịch (TSP) hay tìm chu trình hamilton kinh điển Hiện có nhiều phương pháp giải theo mơ hình ILP hay thuật toán heuristic Đối với DPRing, toán dễ dàng xác định theo nguyên tắc định tuyến phân bổ bước sóng đơn giản là: lưu lượng luồng quang điểm điểm sử dụng bước sóng riêng tồn Ring Do đó, số bước sóng hay dung lượng tối thiểu cần thiết tổng số lưu lượng chạy Ring Đối với SPRing hay Ring hai hướng, toán cần xác định tuyến đường cho lưu lượng Ring với mục tiêu tối thiểu dung lượng cực đại chiếm giữ tuyến/cạnh Ring hay gọi Tải Ring (Z) Phần sau giới thiệu toán 2.2.4 Phân bổ tài nguyên mạng quang cấu hình Ring WDM hai hướng 2.2.4.1 Giới thiệu toán Trong mạng WDM khơng có chuyển đổi bước sóng, toán bao gồm phần: định tuyến phân bổ/gán bước sóng –RWA Phần định tuyến (R) yêu cầu xác định tuyến cho luồng lưu lượng quang phần phân bổ bước sóng (WA) thực gán bước sóng cụ thể cho luồng lưu lượng cho chặng tuyến đường mà qua khơng có bước sóng trùng nhau, ràng buộc cịn gọi tính liên tục bước sóng Do vậy, toán trở lên phức tạp chứng minh loại NP-đầy đủ Để tránh nhầm lẫn tên gọi chức định tuyến, toán thường gọi phân bổ tài nguyên hay băng thông mạng Sử dụng chuyển đổi bước sóng làm tăng hiệu dung lượng mạng làm tăng đáng kể chi phí mạng Khi có chuyển đổi bước sóng, tốn RWA cịn phần định tuyến (R) chủ đề quan tâm định tuyến Ring SDH có hốn đổi khe thời gian Tuỳ thuộc vào cơng nghệ cách quản lý luồng khác nhau, mà có cách định tuyến Thông tin đầu vào Ma trận lưu lượng Phạm vi nghiên cứu Mơ hình thiết bị, chi phí Kiến trúc mạng ứng cử(Ring,…) Địa lý, Quản lý,… Thiết kế topology Vị trí nút Kết nối Định tuyến Định cỡ Phân bổ dung lượng Định tuyến kết nối Phân tích giải pháp Đánh giá kỹ thuật Tối ưu lại Phân tích chi phí Hình 2-3: Các bước thiết kế mạng Ở Việt Nam nay, việc giải toán chia mạng truyền tải quang thành vùng/Ring thường xác định theo phân cấp thiết bị chuyển mạch, tổng đài lớp phân cấp quản lý; số nút cấp nhỏ Vì vậy, tốn điển hình thiết kế hiệu mạng quang cấu hình Ring đơn 9 10 khác nhau: Định tuyến có tách hay khơng cho tách lưu lượng Ring Lưu lượng định tuyến tách Ring luồng lưu lượng chia làm hai phần định tuyến hai hướng Ring Nói chung định tuyến có tách lưu lượng cho kết tốt không tách lưu lượng Tập trung vào giải vấn đề phân bổ băng thông cho Ring WDM cho ứng dụng NE NP, tham số đầu vào ma trận lưu lượng quang lớp topology Ring WDM lớp xác định trước Việc tính tốn định tuyến gán bước sóng thực trước thiết lập cấu hình Ring để thỏa mãn nhu cầu ma trận lưu lượng thường với mục tiêu tối thiểu số bước sóng cần sử dụng Tương tự đề cập trên, nói chung có hai cách tiếp cận để giải tốn RWA mạng quang WDM cấu hình SPRing: - Cách 1: Giải đồng thời hai toán R WA Phương pháp thường sử dụng mô hình theo ILP sử dụng kỹ thuật nhánhcận, tạo cột, làm tròn… để giải cho kết tối ưu - Cách 2: phân tách toán thành hai toán riêng rẽ giải tuần tự: + Bài toán định tuyến luồng lưu lượng Ring (R-Routing problem) + Bài toán gán hay phân bổ bước sóng cho luồng lưu lượng định tuyến (WA- Wavelength Allocation /Assignment problem) Cách cho kết tối ưu xác, phức tạp Cách dễ giải quyết, đơn giản hơn, tận dụng thuật toán phát triển Phần sau giới thiệu số kết phương pháp giải theo bước (cách 2) dựa số kết nghiên cứu trước giới, tác giả phát triển [6], [8] qua thử nghiệm cho thấy kết tối ưu hầu hết trường hợp 2.2.4.2 Cận tốn Như nói trường hợp có chuyển đổi bước sóng tốn RWA cịn phần định tuyến (R) Vì vậy, giới hạn lời giải toán RWA tối thiểu cận tốn có chuyển đổi bước sóng Cận toán định tuyến theo lý thuyết Okamura-Seymour kích cỡ nhát cắt cực đại MaxCut Ring Trong đó, kích cỡ nhát cắt định nghĩa tổng lưu lượng không định tuyến Ring nhát cắt gây qua hai cạnh chia Ring thành hai phần 2.2.4.3 Phương pháp giải Bước 1: Định tuyến lưu lượng Ring Trong bước cần phải xác định tuyến lưu lượng thuận ngược chiều kim đồng hồ với giả định có chuyển đổi bước sóng Để phục vụ cho phát triển giải pháp chương 3, phần chương phát biểu tốn dạng mơ hình toán học theo ILP định tuyến tối ưu cân tải có khơng tách lưu lượng Các mơ hình sử dụng để giải cho kết tối ưu xác giải thuật nhánh–cận nhờ công cụ AMPL, Cplex hay Scip Bước 2: Phân bổ hay gán bước sóng Phân bổ bước sóng đặc trưng riêng WDM Bài tốn phân bổ bước sóng xem NP-đầy đủ, áp dụng số cách giải sau: Phương pháp tối ưu theo ILP Cách cho kết tối ưu xác nhiên phù hợp kích cỡ tốn nhỏ; Các giải thuật Heuristic, theo cố gắng “điền” bước sóng theo cách tốt Trong phần luận án giới thiệu thuật toán hiệu phát triển [6] Thuật toán hai bước kiểu thử nhiều mẫu lưu lượng ngẫu nhiên hầu hết cho kết tối ưu toàn cục Chẳng hạn, lần thử với mạng Ring 11 nút, lưu lượng cặp nút theo phân bố kênh Kết trung bình yêu cầu số bước sóng lớn 35 Trong 1000 phép thử, thuật tốn phân bổ bước sóng cho kết khơng tối ưu bước sóng Tổn thất thiếu chuyển đổi bước sóng xấp xỉ: bước sóng /(1000x35) = 0,01% Kết phù hợp với kết giới thực giải tối ưu xác theo mơ hình ILP cho tốn RWA Thảo luận Những phân tích trường hợp ma trận lưu lượng biết trước, phân bổ luồng quang hiệu SPRing WDM thuật toán theo cách giải hai bước Lợi ích đem lại nhờ sử dụng chuyển đổi bước sóng nhỏ với giải thuật hiệu Do cho phép thiết kế mạng Ring với chi phí thấp Vì vậy, sở để chương sau đưa giải pháp cho tốn tích hợp phạm vi tối ưu topology với phần định tuyến (R), không bao gồm phần gán bước sóng (W) Một mặt để giảm tính phức tạp tốn tích hợp đưa phần gán bước sóng, mặt khác tốn có phạm vi áp dụng rộng hơn, tức áp dụng cho cơng nghệ Ring hai hướng khác mà khơng u cầu có phần gán tài nguyên hay bước sóng chẳng hạn mạng WDM có chuyển đổi bước sóng Tiếp theo giới thiệu toán thiết kế tối ưu topology định tuyến theo cách tiếp cận 2.3 BÀI TOÁN TỐI ƯU TOPOLOGY VÀ ĐỊNH TUYẾN RING QUANG HAI HƯỚNG 2.3.1 Đặt vấn đề Phương pháp thuật toán thiết kế mạng Ring WDM hai hướng theo cách tiếp cận cho thấy tổng chi phí Ring bao gồm chi phí tuyến chi phí thiết bị Chi phí tuyến phụ thuộc vào tổng chu trình tuyến kết nối tạo nên Ring, cịn chi phí thiết bị phụ thuộc vào dung lượng đường truyền thiết bị Việc xác định topology Ring thường thông qua giải tốn dạng tìm chu trình Haminton nhỏ (hay toán người du lịch - TSP) qua tất 11 12 nút có trọng số chi phí hay cự ly tuyến Đối với mạng có chi phí đường truyền chiếm tỉ trọng lớn (đường trục hay cấp vùng) việc tìm chu trình nhỏ theo cự ly hợp lý Nhưng môi trường mạng ảo hay mạng thị có khoảng cách trung bình nút ngắn (>1, TSP(x)= TSP(–dij), C3=C2 Z3=Z2; k