Định tuyến và gán bước sóng trong mạng wdm

TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: ĐỊNH TUYẾN VÀ GÁN BƢỚC SÓNG TRONG MẠNG WDM Giáo viên hƣớng dẫn Sinh viên thực VINH – 2011 : ThS Nguyễn Anh Quỳnh : Nguyễn Xuân Kỳ LỜI MỞ ĐẦU Hệ thống thông tin quang đời với ưu điểm vượt trội áp dụng rộng rãi mạng lưới thơng tin tồn cầu Hiện nay, hệ thống thông tin quang truyền dẫn tất tín hiệu dịch vụ băng hẹp, băng rộng đáp ứng yêu cầu mạng số tích hợp dịch vụ ISDN Vì thế, hệ thống thơng tin quang mũi đột phá tốc độ truyền dẫn cấu hình linh hoạt cho dịch vụ viễn thông cấp cao Đối với hệ thống thông tin quang, mơi trường truyền dẫn sợi quang, thực truyền ánh sáng mang tín hiệu thơng tin từ phía phát tới phía thu Định tuyến gán bước sóng trở thành chức khơng thể thiếu mạng quang WDM Vấn đề đặt định tuyến đường cho ánh sáng gán bước sóng cho tuyến để đạt mạng tối ưu Trong đồ án kĩ thuật thông tin này, em xin trình bày đề tài định tuyến gán bước sóng mạng WDM (Routing and Wavelength Assignment) Đồ án chia thành ba chương:  Chương 1: Tổng quan hệ thống thông tin quang  Chương 2: Giới thiệu hệ thống WDM  Chương 3: Định tuyến gán bước sóng mạng WDM Đề tài “Định tuyến gán bƣớc sóng mạng WDM” đồ án phân tích cần thiết chức định tuyến gán bước sóng mạng quang WDM, trở thành chức khơng thể thiếu việc điều hành mạng quang Phương pháp nghiên cứu đề tài: dựa vào chức định tuyến gán bước sóng WDM, thực mô chức định tuyến mạng Ánh sáng sợi quang phải qua nhiều node mạng trung gian để tới node đích, tức qua tuyến trung gian Việc định tuyến với tiêu chí tối ưu hàm mục tiêu tham số quen thuộc băng thơng, độ trễ, chi phí Dùng thuật tốn tìm đường ngắn Dijkstra để thực mô định tuyến tối ưu mạng Em xin chân thành cảm ơn Thạc sỹ Nguyễn Anh Quỳnh tận tình hướng dẫn, cung cấp tài liệu, đồng thời động viên thời gian em nghiên cứu đề tài Em xin cảm ơn tất thầy cô giáo khoa Điện Tử -Viễn Thơng nhiệt tình dạy dỗ, cung cấp trang bị cho em kiến thức q báu, cám ơn gia đình động viên em suốt thời gian vừa qua, cám ơn bạn góp ý kiến chân thành góp phần giúp em hoàn thành đồ án Trong thời gian thực đồ án ngắn đồ án, có nhiều cố gắng đồ án không khỏi tránh thiếu sót Kính mong thầy giáo khoa bạn tận tình bảo góp ý kiến để đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn Vinh, tháng năm 2011 Sinh vi n th c Nguyễn Xuân Kỳ MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU MỤC LỤC DANH SÁCH HÌNH VẼ CÁC TỪ VIẾT TẮT CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 11 1.1 Giới thiệu chƣơng 11 1.2 Giới thiệu thông tin quang 12 1.2.1 Sự phát triển thông tin quang 12 1.2.2 Những ưu điểm hệ thống thông tin quang 13 1.2.3 Cấu trúc thành phần hệ thống thông tin quang 15 1.3 Sợi quang 17 1.3.1 Sợi dẫn quang 17 1.3.2 Sự truyền ánh sáng sợi quang 18 1.3.3 Các thông số sợi quang 20 1.3.3.1 Suy hao sợi quang 20 1.3.3.1.1 Định nghĩa 20 1.3.3.1.2 Đặc tuyến suy hao 21 1.3.3.1.3 Các nguyên nhân gây suy hao sợi quang 22 1.3.3.2 Tán sắc ánh sáng 23 1.3.4 Ảnh hưởng tán sắc đến dung luợng truyền dẫn sợi quang 24 1.4 Kết luận chƣơng 24 CHƢƠNG GIỚI THIỆU MẠNG WDM 24 2.1 Giới thiệu chƣơng 24 2.2 Nguyên lí hoạt động hệ thống WDM 26 2.3 Ƣu điểm hệ thống WDM 27 2.4 Vấn đề tồn hệ thống WDM hƣớng giải tƣơng lai28 2.5 Chuyển mạch quang 28 2.6 Các thành phần hệ thống WDM 30 2.6.1 Thiết bị đầu cuối OLT 30 2.6.2 Bộ ghép kênh xen/rớt quang OADM 31 2.6.3 Bộ khuếch đại quang 35 2.6.4 Giới thiệu kết nối chéo quang OXC 38 2.6.4.1 Chức OXC 38 2.6.4.2 Phân loại OXC 41 2.7 Sự chuyển đổi bƣớc sóng 43 2.8 Kết luận chƣơng 45 CHƢƠNG ĐỊNH TUYẾN VÀ GÁN BƢỚC SÓNG 46 3.1 Giới thiệu chƣơng 46 3.2 Giới thiệu định tuyến gán bƣớc sóng (Routing and Wavelength Assignment - RWA) 46 3.3 Định tuyến bƣớc sóng 48 3.4 Định tuyến (Routing) 50 3.4.1 Giới thiệu 50 3.4.2 Phân loại định tuyến 51 3.4.3 Lí thuyết đồ thị 52 3.4.3.1 Đồ thị vô hướng 53 3.4.3.2 Đồ thị có hướng 54 3.4.3.3 Đồ thị hỗn hợp 54 3.4.3.4 Ví dụ 55 3.4.4 Các thuật toán định tuyến 55 3.4.4.1 Thuật toán trạng thái liên kết LSA 56 3.4.4.1.1 Bài toán 56 3.4.4.1.2 Thuật toán 56 3.4.4.1.3 Chứng minh 57 3.4.4.1.4 Các bước thực 57 3.4.4.1.5 Ví dụ thuật tốn Dijkstra 58 3.4.4.2 Thuật toán định tuyến vectơ khoảng cách DVA 60 3.4.4.2.1 Thuật toán 61 3.4.4.2.2.Chứng minh 62 3.4.5 Kết luận 63 3.5 Gán bƣớc sóng 63 3.6 Sự thiết lập đƣờng ảo (Virtual path) 65 3.7 Phân loại mạng quang WDM 66 3.7.1 Mạng single- hop 66 3.7.2 Mạng Multi- hop 67 3.8 Giải thuật cho vấn đề định tuyến gán bƣớc sóng với lƣu lƣợng mạng thay đổi DRWA 68 3.9 Kết luận chƣơng 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1: Sự gia tăng lưu lượng liệu tiếng nói qua năm 10 Hình 1.2: Thơng tin hữu tuyến 11 Hình 1.3: Thơng tin quang 11 Hình 1.4: Cấu trúc hệ thống thông tin 14 Hình 1.5: Cấu tạo sợi quang 15 Hình 1.6: Sự phản xạ khúc xạ tia sáng mặt phân cách hai môi 18 Hình 1.7: Ánh sáng sợi quang 19 Hình 1.8: Đặc tuyến suy hao sợi quang 20 Hình 1.9: Dạng xung vào tán 22 Hình 1.10: Ảnh hưởng tán sắc 23 Hình 2.1: Sự gia tăng băng thông mạng khác qua 24 Hình 2.2: Hệ thống TDM 25 Hình 2.3: Hệ thống WDM 25 Hình 2.4: Nguyên lí ghép kênh phân chia theo bước 26 Hình 2.5: Hệ thống WDM theo hướng (a) hai hướng (b) 27 Hình 2.6: OLT 30 Hình 2.7: Vai trị OADM mạng 32 Hình 2.8: Các kiến trúc OADM 34 Hình 2.9: EDFA 36 Hình 2.10: Mạng WDM định tuyến bước sóng 38 Hình 2.11: Các khối chức OXC 39 Hình 2.12: Trạng thái OXC 41 Hình 2.13: Hybrid OXC 41 Hình 2.14: OXC tồn quang WGR 42 Hình 2.15: Sự chuyển đổi bước sóng 43 Hình 2.16: Các khả chuyển đổi bước sóng 45 Hình 3.1: Điều kiện tính liên tục bước sóng 47 Hình 3.2: Định tuyến định tuyến ngồi 52 Hình 3.3: Lí thuyết đồ thị 53 Hình 3.4: Đồ thị vơ hướng 53 Hình 3.5: Đồ thị có hướng 54 Hình 3.6: Ví dụ 55 Hình 3.7: Ví dụ thuật toán DVA 60 Hình 3.8: Sự thiết lập đường ảo 66 CÁC TỪ VIẾT TẮT A APD Avalanche Photodiode Diod tách sóng quang thác lũ AS Autonomous System Hệ thống độc lập ATM Asynchronous Transfer Mode Kiểu truyền bất đồng Border Gateway Protocol Giao thức định tuyến vùng biên Code Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo mã Distance Vector Algorithm Thuật toán Vector khoảng cách B BGP C CDM D DVA WDM mật độ cao DWDM Dense WDM E EDFA Erbium Doped Fiber Amplifier Bộ khuếch đại quang sợi có pha tạp Giao thức IGRP nâng cấp EIGRP Enhanced IGRP I IGRP Interior Gateway Routing Protocol Giao thức định tuyến bên ISDN Itegrated Servise Digital Network L LD Diod Laser LED Light Emitting Diode LP Lightpath Mạng số tích hợp dịch vụ Diod phát quang Đường ánh sáng Link State Algorithm Thuật toán trạng thái liên kết OADM Optical Add/Drop Multipler Bộ ghép kênh xen/rớt quang LSA O OLT Optical Line Terminator OXC Optical Cross Connect Thiết bị đầu cuối quang Bộ kết nối chéo quang P PIN Positive Intrinsic Negative R RIP Giao thức thông tin định tuyến Routing Information Protocol RWA Routing & Wavelength Assignment Định tuyến gán bước sóng S SOA Semiconductor Optical Amplifier Bộ khuếch đại quang bán dẫn Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thời T TDM gian W WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo bước sóng 10 Thuật tốn kết thúc tồn đỉnh nằm tập S, cần tìm đường ngắn đến đỉnh đích t, dừng lại đỉnh t bổ sung vào tập S Tính chất khơng âm trọng số cạnh liên quan chặt chẽ đến tính đắn thuật tốn Khi chứng minh tính đắn thuật tốn, phải dùng đến tính chất 3.4.4.1.3 Chứng minh Ý tưởng chứng minh sau: Chúng ta ra, đỉnh v bổ sung vào tập S, d[v] giá trị đường ngắn từ nguồn s đến v Theo định nghĩa nhãn d, d[v] giá trị đường ngắn đường từ nguồn s, qua đỉnh S, theo cạnh nối trực tiếp u-v đến v Giả sử tồn đường từ s đến v có giá trị bé d[v] Như đường đi, tồn đỉnh s v không thuộc S Chọn w đỉnh Đường ta có dạng s - - w - - v Nhưng trọng số cạnh không âm nên đoạn s - - w có độ dài khơng lớn hơn tồn đường đi, có giá trị bé d[v] Mặt khác, cách chọn w ta, nên độ dài đoạn s - - w d[w] Như d[w] < d[v], trái với cách chọn đỉnh v Đây điều mâu thuẫn Vậy điều giả sử ta sai Ta có điều phải chứng minh 3.4.4.1.4 Các bƣớc th c Thuật toán Dijkstra dùng giao thức định tuyến 0SPF qua bước sau: Bộ định tuyến xây dựng đồ thị mạng xác định node nguồn – đích, ví dụ V1 V2 Sau xây dựng ma trận, gọi ma trận liền kề Ma trận thể trọng số cạnh, ví dụ [i,j] trọng số cạnh nối Vi với Vj Nếu khơng có kết nối trực tiếp Vi Vj, 57 trọng số xác định vô Bộ định tuyến xây dựng bảng trạng thái cho tất node mạng Bảng gồm phần:  Chiều dài: thể độ lớn trọng số từ nguồn đến node  Nhãn node: thể trạng thái node, node có hai trạng thái cố định hay tạm thời Bộ định tuyến gán thông số ban đầu bảng trạng thái cho tất node thiết lập chiều dài chúng vô nhãn chúng tạm thời Bộ định tuyến thiết lập T-node Ví dụ V1 node nguồn T-node, định tuyến chuyển nhãn V1 sang cố định Khi nhãn chuyển sang cố định, khơng thay đổi Bộ định tuyến cập nhật bảng thái trạng thái tất node tạm thời mà node liên kết với node nguồn T-node Bộ định tuyến nhìn vào node tạm thời chọn node mà node có trọng số đến V1 nhỏ Node sau trở thànđ node đích T-node Nếu node khơng phải V2 định tuyến trở lại bước Nếu node V2 định tuyến tách node trước khỏi bảng trạng thái thực điều đến node V Một lượt node tuyến tối ưu từ V1 đến V2 3.4.4.1.5 Ví dụ thuật tốn Dijkstra Dưới ta tìm đường ngắn A E Bƣớc 1: Theo hình sau, node A làm node nguồn T-node, nhãn chuyển sang cố định đánh dấu mũi tên 58 Bƣớc 2: Trong bước này, ta thấy bảng trạng thái node nối trực tiếp với node A cặp node (B,C) Đường từ A đến B ngắn (có trọng số nhỏ nhất), chọn làm T-node sau nhãn chuyển sang cố định Bƣớc 3: giống bước 2, dựa bảng trạng thái node kết nối trực tiếp với node B cặp node (D,E).Tương tự thế, node D kết nối với node B đường ngắn (mang trọng số nên nhỏ trọng số cạnh BE), node D làm T-node, sau nhãn chuyển sang cố định Bƣớc 4: bước khơng có node tạm thời nào, ta chọn T-node Node E chọn vào đồ thị, cạnh DE có trọng số nhỏ Bƣớc 5: Node E node đích nên kết thúc trình định tuyến 59 3.4.4.2 Thuật toán định tuyến vectơ khoảng cách DVA Là thuật tốn định tuyến tương thích nhằm tính tốn đường ngắn cặp node mạng, biết đến thuật toán BellmanFord Các node mạng thực q trình trao đổi thơng tin sở địa đích, node kế tiếp, đuờng ngắn tới đích Mỗi node mạng có bảng định tuyến cho thấy đường tốt đến đích node gởi bảng định tuyến đến node láng giềng Vấn đề tồn thuật tốn DV thực đếm đến vơ có kết nối bị hỏng Vấn đề thấy rõ ví dụ sau: Hình 3.7: Ví dụ thuật tốn DVA Với hình 3.8 cho thấy có tuyến node A đến node khác Giả sử trọng số cạnh 1, node (Router) chứa bảng định tuyến Bây giờ, ta cắt kết nối A B node B hiệu chỉnh lại bảng định tuyến Sau khoảng thời gian, node trao đổi thông tin bảng định tuyến B nhận bảng định tuyến C Khi C khơng biết xảy với kết nối kết nối A B, cho có tuyến kết nối với trọng số (1 cho kết nối C-B cho kết nối B-A), khơng biết kết nối A-B bị cắt B nhận bảng định tuyến nghĩ có tuyến khác C A, sửa lại bảng định tuyến thay đổi giá trị trọng số kết nối B-A (1 cho kết nối B-C, cho kết C-A) Một lần node thay đổi bảng định tuyến Khi C nhận bảng định tuyến B, thấy bảng B thay đổi trọng số tuyến B-A từ thành 3, cập nhật bảng định tuyến thay đổi trọng số tuyến C-A thành (1 cho kết nối C-B cho kết nối B-A) Quá trình xảy miết tất node tìm trọng số tuyến đến A vơ 60 Thuật tốn Bellman-Ford thuật tốn tính đường ngắn đồ thị có hướng có trọng số (trong số cung có trọng số âm).Thuật tốn Dijksta địi hỏi trọng số cung phải có giá trị khơng âm Do thuật tốn Bellman-Ford thường dùng có cung với trọng số âm 3.4.4.2.1 Thuật tốn Giải thuật Bellman-Ford phát biểu: Tìm đường dẫn ngắn từ node nguồn cho trước với ràng buộc chứa tuyến, sau tìm đường dẫn ngắn với ràng buộc chứa tối đa hai tuyến tiếp tục Nếu đường dẫn trước ngắn để lại cịn khơng cập nhật đường dẫn Thuật toán tiến hành qua tầng biểu diễn sau: function BellmanFord (danh_sách _đỉnh, danh_sách_cung, nguồn) // hàm yêu cầu đồ thị đưa vào dạng danh sách đỉnh, danh cung // hàm tính giá trị khoảng_cách đỉnh_liền_trước đỉnh, cho //giá trị đỉnh_liền_ trước lưu lại đường ngắn // bước 1: khởi tạo đồ thị for each v in danh_sách_đỉnh: if v is nguồn then khoảng_cách (v) := else khoảng_cách (v) := infinity đỉnh_liền_trước (v) := null // bước 2: kết nạp cạnh for i from to size (danh_sách_đỉnh) : for each (u, v) in danh_sách_cung : if khoảng_cách (v) > khoảng_cách (u) + trọng_số (u, v) : khoảng_cách (v) := khoảng_cách (u) + trọng_số (u, v) đỉnh_liền_trước (v) := u // bước 3: kiểm tra chu trình âm for each (u, v) in danh_sách_cung : 61 if khoảng_cách (v) > khoảng_cách (u) + trọng_số (u, v) : error “Đồ thị chứa chu trình có trọng số âm” 3.4.4.2.2.Chứng minh Tính đắn thuật tốn chứng minh qui nạp Thuật tốn phát biểu xác theo kiểu qui nạp sau: Định lý: Sau i lần lặp vòng for: Nếu Khoảng_cách(u) khơng có giá trị vơ lớn, độ dài đường từ s tới u; Nếu có đường từ s tới u qua nhiều i cung, Khoảng_cách (u) có giá trị khơng vượt q độ dài đường ngắn từ s tới u qua tối đa i cung Chứng minh: Trường hợp bản: Xét i =0 thời điểm trước vịng for chạy lần Khi đó, với đỉnh nguồn khoảng_cách (nguồn) := 0, điều Đối với đỉnh u khác, khoảng_cách (u) := infinity, điều khơng có đường từ nguồn đến u qua cung Trường hợp quy nạp: Chứng minh câu 1: Xét thời điểm khoảng cách tới đỉnh cập nhật công thức khoảng_cách (v) := khoảng_cách (u) + trọng_số (u,v) Theo giả thiết quy nạp, khoảng_cách (u) độ dài đường từ nguồn tới u Do đó, khoảng_cách (u) + trọng_số (u, v) độ dài đường từ nguồn tới u tới v Chứng minh câu 2: Xét đường ngắn từ nguồn tới u qua tối đa i cung Giả sử v đỉnh liền trước u đường Khi đó, phần đường từ nguồn tới v đường ngắn từ nguồn tới v qua tối đa i-1 cung Theo giả thuyết quy nạp, khoảng_cách (v) sau i-1 vịng lặp khơng vượt q độ dài đường Do đó, trọng_số (v, u) + khoảng_cách (v) có giá trị không vượt độ dài đường từ s tới u Trong lần lặp thứ i, khoảng_cách (u) lấy giá trị nhỏ khoảng_cách (v) + trọng_số (v, 62 u) với v Do đó, sau i lần lặp, khoảng_cách (u) có giá trị không vượt độ dài đường ngắn từ nguồn tới u qua tối đa i cung Khi i số đỉnh đồ thị, đường tìm đường ngắn tồn cục, trừ đồ thị có chu trình âm Nếu tồn chu trình âm mà từ đỉnh nguồn đến khơng tồn đường nhỏ (vì lần quanh chu trình âm lần giảm trọng số đường) 3.4.5 Kết luận Cả hai thuật toán hoạt động điều kiện tĩnh topo mạng chi phí tuyến hai hội tụ nghiệm Khi mạng có nhiều thay đổi thuật tốn cố gắng bám theo thay đổi, nhiên, chi phí tuyến phụ thuộc vào lưu lượng, tức lại phụ thuộc vào đường dẫn chọn với đáp ứng làm cho mạng không ổn định 3.5 Gán bƣớc 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 Các phương pháp gán bước sóng chia làm loại sau:  Kiểu gán Random: có yêu cầu đến nút, nút xác định bước sóng cịn hiệu lực ( tức rỗi) chọn ngẫu nhiên i bước sóng để gán cho u cầu Các bước sóng cịn rỗi 63 nút xác định cách loại bỏ bước sóng i sử dụng khỏi danh sách bước sóng cịn rỗi; gọi kết thúc, i loại khỏi danh sách bước sóng bị bận thêm vào trở lại 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  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  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  Phép gán Most - used: phép gán ngược với phép gán Least-used, tìm chọn bước sóng sử dụng nhiều 64 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 thông 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 3.6 S thiết lập đƣờng ảo (Virtual path) Một đường ảo xem đường ánh sáng từ nguồn đến đích Khi có u cầu gọi tạo nút, nút sử dụng giải thuật định tuyến gán bước sóng để tìm đường bước sóng cho gọi Nút gán bước sóng chọn cho gọi định tuyến đến nút Ở nút trung gian đường đi, bước sóng lightpath tới kiểm tra xem có sẵn để gán từ để tiếp hay khơng Nếu bước sóng khơng có sẵn, nút có chuyển đổi bước sóng, chuyển sang bước sóng khác để định tuyến lightpath Đường vừa thiết lập gọi đường ảo, thiết lập sẵn trước liệu truyền qua 65 Một đường vật lí bao gồm tất tuyến truyền dẫn (link) hình thành lộ trình từ nguồn đến đích, đường ảo chứa bước sóng giống khác từ nguồn đến đích Hai u cầu cho gọi có chung điểm đầu cuối đích nguồn có đường vật lí có đường ảo khác Hình sau hành thành lightpath Ở hai gọi tạo từ nút đường ảo cho gọi tạo thành vẽ Đối với gọi thứ nhất, nút gán bước sóng 1 gởi đến nút Giả sử nút có chuyển đổi bước sóng khơng có sẵn bước sóng 1 , chuyển sang bước sóng  gửi đến nút Nút gán tiếp  có sẵn định tuyến lightpath đến nơi Bằng cách đường ảo thứ thiết lập Nếu gọi thứ hai tạo nút sau đó, đường ảo thứ hai tạo tương tự Ta thấy đường vật lí giống đường ảo khác Tổng số đường ảo thiết lập từ nguồn đến đích phụ thuộc vào số bước sóng sẵn có sợi Số đường ảo thiết lập thật phụ thuộc vào tốc độ gọi đến Các chuyển đổi bước sóng giúp thiết lập nhiều đường ảo Hình 3.8: Sự thiết lập đường ảo 3.7 Phân loại mạng quang WDM 3.7.1 Mạng single- hop Trong mạng quang WDM single- hop, luồng liệu phát dạng ánh sáng đến đích trực tiếp mà khơng cần phải chuyển sang dạng điện node trung gian Để truyền dẫn gói, 66 laser phát nút gởi thu node nhận phải chỉnh đến bước sóng khoảng thời gian truyền dẫn gói Trong mạng chuyển mạch mạch, tốc độ điều chỉnh thu phát thường yêu cầu thấp Ngược lại mạng chuyển mạch gói, thu phát node cần chỉnh đến bước sóng khác cách nhanh chóng để gửi nhận gói tin khác Bên cạnh vấn đề kĩ thuật việc chuyển đổi bước sóng nhanh, thách thức quan trọng khác phát triển giao thức để phối hợp hiệu kết nối bước sóng khác mạng Để hệ thống single- hop hoạt động hiệu quả, băng thông cấp phát node tranh chấp phải quản lí linh động Các hệ thống phân thành hai loại: có phối hợp trước truyền dẫn không yêu cầu phối hợp trước truyền dẫn Các loại phối hợp dùng kênh điều khiển đơn dùng chung node truyền liệu thật xảy thông qua số kênh liệu Các node rỗi cần giám sát kênh điều khiển Trước phát thu gói liệu, gói chỉnh phát hay bột thu đến kênh liệu thích hợp Ngược lại hệ thống loại thứ hai, khơng có tồn kênh điều khiển node phát thu từ kênh định trước 3.7.2 Mạng Multi- hop Mạng multi- hop khắc phục nhược điểm cách tránh sử dụng thu phát điều chỉnh bước sóng Mỗi node trang bị số thu phát quang chỉnh cố định Mỗi phát mạng chỉnh đến bước sóng khác Kết nối trực tiếp single- hop hai node xảy nút đến có thu chỉnh đến bước sóng node gởi Sự kết nối cặp node mạng đạt cách định tuyến thông qua node trung gian Ở kênh thơng tin quang chuyển thành dạng điện, địa đến gói giải mã, sau gói chuyển mạch điện phát lại bước 67 sóng để đến node đích đến node trung gian khác mà q trình lặp lại Vì vậy, gói trải qua nhiều bước sóng thơng qua số node trung gian trước đến node đích 3.8 Giải thuật cho vấn đề định tuyến gán bƣớc sóng với lƣu lƣợng mạng thay đổi DRWA Bạn hình dung vấn đề mà giải pháp cho DRWA cần phải giải quyết, mục đích tối thiểu tắc nghẽn node mạng (tức số yêu cầu kết nối bị refuse/tổng số yêu cầu), nâng cao hiệu suất sử dụng tài nguyên (cùng lượng fiber, node, chuyển đổi bước sóng, tạo nhiều LP nhất) cải thiện hiệu tổng thể mạng (hiệu = xác suất tắc nghẽn + độ phức tạp giải thuật) Giải thuật trình bày sau: Giả sử LP có tối đa H hop (link) Trên link (fiber) sử dụng W bước sóng (sub-channel) Tập đường hai node R* Trạng thái bước sóng link (fiber) mã hố hai bit b0b1 Khi có yêu cầu LP, node nguồn gởi tin cập nhật trạng thái dọc theo path tiềm để tập hợp thông tin trạng thái đường truyền (bản tin nhúng giao thức báo hiệu đó) Hai bit trạng thái sau: b0b1= 00: bước sóng bận b0b1= 01: dùng liên tục khơng cần chuyển đổi bước sóng b0b1= 10: muốn dùng phải chuyển đổi bước sóng b0b1= 11: dùng hai cách Tại node trung gian thuộc LP, 2*W bít trạng thái bước sóng ghi (tagged) vào sau tin này, gửi đến đích Nếu thời điểm node khơng thể thiết lập kênh (do hết bước sóng chẳng hạn), loại bỏ (discard) gói tin báo hiệu gửi tin thơng báo (notification) tới nguồn đích để xử lý Tại đích, thơng tin tin cập nhật trạng thái đưa dạng 68 ma trận: Toàn hình ảnh trạng thái tài nguyên đường truyền từ node đến node H-1 phản ánh ma trận Giải thuật đánh dấu bước sóng thực dựa ma trận (thành công) từ R* path tiềm cặp node Ký hiệu CS bước sóng lamda(m) bậc liên tục bước sóng, tức dùng liên tục dãy liên tiếp node dọc theo path Giải thuật sau: Tìm tập tất tổ hợp CS bước sóng, path, ký hiệu CSij Tìm tập tổ hợp CS* thuộc {CSij} (i =1: W; j =1:R*) phủ kín LP với số phần tử tối thiểu (tức đoạn CS nhất, điều tương đương phải dùng chuyển đổi bước sóng nhất) Áp dụng hàm mục tiêu (trong giải thuật tổng chi phí) cho tổ hợp CS tìm thấy bước để chọn tổ hợp có tổng chi phí tối thiểu 3.9 Kết luận chƣơng Qua chương này, 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 69 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Đề tài “định tuyến gán bước sóng mạng quang WDM” cho thấy vai trò 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 Đồng thời chương trình mơ thể trình định tuyến lightpath từ node nguồn đến node đích để đường tối ưu theo hàm mục tiêu Kết thúc trình nghiên cứu đề tài, em đưa số nhận xét sau:  Chương trình mơ thực định tuyến với mục đích tìm đường tối ưu từ node nguồn đến node đích, đường Tuy vậy, để tăng cường hiệu mạng khơng thể đơn chọn tuyến tối ưu mà phải đánh giá tuyến cịn lại để thực phân tải, tránh tình trạng tuyến hoạt động hết công suất có tuyến khả thi cịn rỗi  Sau thực định tuyến cho lightpath, phải thực gán bước sóng cho Nếu tồn node mạng khơng sử dụng chuyển đổi bước sóng tồn tuyến đường từ nguốn đến đích gán bước sóng Tuy nhiên, tài nguyên số bước sóng node mạng có hạn, điều làm xác suất tắc nghẽn cao node mạng khơng cung cấp bước sóng ràng buộc từ trước Vì thế, mạng ln tìm cách thực định tuyến gán bước sóng cho đạt tối ưu mạng giảm xác suất tắc nghẽn Ngày nay, người ta hướng tới mạng tồn quang mà cơng việc xử lí thực hoàn toàn miền quang Mạng toàn quang hứa hẹn đem lại tốc độ cao, giá thành mạng giảm xuống cách đáng kể Đồ án hoàn thành thời gian hạn chế, đặt móng cho việc nghiên cứu phát triển sau này, khơng thể tránh khỏi thiếu sót Hi vọng thời gian tới với kinh nghiệm thực tiễn, em cố gắng hoàn thiện đề tài 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Đức Nghĩa- Nguyễn Tơ Thành, “Tốn Rời Rạc”, Nhà xuất Bản Đại Học Quốc Gia Hà Nội_2004 [2] http://www.2cool4u.ch/ [3] Senior, John.M, “Optical fiber communications”, Library of Congress Cataloging in Publication Data [4] George N Rouskas, “Routing and Wavelength Assignment in Optical WDM Networks”, Department of Computer Science_2000 [5] Krishna M.Sivalingam, Suresh Subramaniam, “Optical WDM Networks- Principles and Practice”, Kluwer Academic Publishers_2000 [6] http://HowStuffWork/HowRoutingAlgorithmsWork [7] “Hệ thống thông tin quang/Vô tuyến”, LG Information and Communication LTD (LGIC) [8] Nguyễn Duy Nhật Viễn, “Kĩ thuật chuyển mạch mạng diện rộng”, Đại học Bách Khoa Đà Nẵng [9] Regis J BUD Bates, “Optical Switching and Networking Handbook”, McGraw-Hill Companies [10] http://en.wikipedia.org/wiki/Dijkstra’s algorithm [11] http://vi.wikipedia.org/wiki/ [12] Jun Zheng, Hussien T Mousftah, “Distributed lightpath control for wavelength-routed WDM network”, University of Ottawa 71 ... 3: Định tuyến gán bước sóng mạng WDM Đề tài ? ?Định tuyến gán bƣớc sóng mạng WDM? ?? đồ án phân tích cần thiết chức định tuyến gán bước sóng mạng quang WDM, trở thành chức thiếu việc điều hành mạng. .. quang, bước sóng, hai node mạng mà định tuyến qua node trung gian Các node mạng trung gian chuyển mạch chuyển đổi bước sóng Vì mạng xem mạng định tuyến bước sóng 45 CHƢƠNG ĐỊNH TUYẾN VÀ GÁN BƢỚC SÓNG... Khả chuyển đổi bước sóng hồn tồn tức chuyển đổi bước sóng ngõ vào thành bước sóng ngõ Khả chuyển đổi bước sóng giới hạn qui định bước sóng đầu vào chuyển đổi thành số bước sóng xác định trước ngõ