Nguyễn Khắc Ân - Khóa luận tốt nghiệp (1)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ THƠNG TIN KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP Đề tài THUẬT TỐN TỐI ƯU GIẢI BÀI TOÁN BẢO VỆ TRONG MẠNG QUANG EON G IẢN G VIÊN H Ư Ớ N G D ẪN : SIN H VIÊN T H Ự C H IỆN : T S Đ Ỗ T R U N G KIÊN N G U YỄN KH ẮC ÂN Hà Nội, ngày 24 tháng năm 2021 NỘI DUNG TRÌNH BÀY Tổng quan mạng quang mạng quang EON Bài toán bảo vệ mạng quang Phương pháp đề xuất Kết thực nghiệm Kết luận hướng phát triển NỘI DUNG TRÌNH BÀY Tổng quan mạng quang mạng quang EON Bài toán bảo vệ mạng quang Phương pháp đề xuất Kết thực nghiệm Kết luận hướng phát triển TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG ❑ Mạng quang ? ▪ Là mạng kết nối máy tính, thiết bị mạng với sợi quang ▪ Sợi quang chất sợi thủy tinh suốt truyền tín hiệu dạng ánh sáng (tín hiệu quang) Hình 1.1: Sợi cáp quang TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG ❑ Một số ưu điểm mạng quang ▪ Tốc độ cao ▪ Truyền tín hiệu xa ▪ Suy hao tín hiệu thấp ▪ Khơng bị ảnh hưởng điện từ trường ▪ Tiết kiệm lượng Hình 1.2: Hệ thống mạng quang giới => Hiện tại, mạng quang mạng xương sống giới GIỚI THIỆU VỀ MẠNG QUANG EON ❑ Là công nghệ mạng quang ❑ Ưu điểm ▪ Truyền tải quang linh hoạt ▪ Sử dụng phổ tần hiệu ▪ Hỗ trợ nhiều loại dịch vụ tốc độ cao ▪ Tiết kiệm băng thơng ❑ Nhược điểm ▪ Khó khăn thiết kế mạng Hình 1.3: Mạng quang EON NỘI DUNG TRÌNH BÀY Tổng quan mạng quang mạng quang EON Bài toán bảo vệ mạng quang Phương pháp đề xuất Kết thực nghiệm Kết luận hướng phát triển BẢO VỆ MẠNG ❑ Là phương thức hồi phục mạng ▪ Sử dụng tài nguyên bảo vệ cấp phát trước ▪ Truyền lưu lượng tải hoạt động kênh bị ảnh hưởng cố ▪ Đảm bảo khả trì mạng Nguồn Đích Đường hoạt động Đường bảo vệ Hình 2.1 Bảo vệ đường cấu hình Mesh BÀI TỐN BẢO VỆ MẠNG QUANG WDM ❑ Đầu vào ▪ Đồ thị mạng WDM: G(V, A) ▪ Tập số lượng yêu cầu cần bảo vệ R , yêu cầu r ∈ R đòi hỏi lưu lượng liên kết sau định tuyến lvu ▪ Tập bước sóng λ mạng WDM ❑ Đầu ▪ Tập đường bảo vệ cho đường làm việc ❑ Ràng buộc ▪ Hình 2.2 Bảo vệ mạng WDM Đảm bảo tất lưu lượng liên kết bảo vệ ❑ Hàm mục tiêu ▪ Sử dụng tối thiểu băng thông mạng ▪ Bảo vệ tối đa đường làm việc mạng WDM MỘT SỐ KỸ THUẬT BẢO VỆ MẠNG QUANG WDM ❑ Bảo vệ liên kết ▪ Bảo vệ liên kết bị lỗi mạng ❑ Bảo vệ đường Hình 2.3 Bảo vệ liên kết ▪ Bảo vệ đường dẫn chứa liên kết bị lỗi mạng ❑ Bảo vệ p-cycle ▪ P-cycle sử dụng cấu trúc bảo vệ dạng vịng trịn Hình 2.4 Bảo vệ đường ▪ Thời gian khơi phục ngắn ▪ Lưu lượng dự phịng chia sẻ cao Hình 2.5 Bảo vệ p-cycle 10 NGHIÊN CỨU TRƯỚC ĐÂY ❑ Trong báo “Routing and Protection in Flexible Optical Networks” phát hành năm 2018, tác giả Min Ju đề xuất Tập cấu hình p-cycle đồ thị ▪ Bài tốn với hàm mục tiêu tối thiểu hóa lượng ▪ Sử dụng mơ hình p-cycle để bảo vệ đường làm việc mạng EON ▪ Sử dụng phương pháp gần để sinh tập cấu hình p-cycle Tập cấu hình p-cycle sinh phương pháp gần (thuật toán tham lam) 13 NỘI DUNG TRÌNH BÀY Tổng quan mạng quang mạng quang EON Bài toán bảo vệ mạng quang Phương pháp đề xuất Kết thực nghiệm Kết luận hướng phát triển 14 THUẬT TỐN SINH CỘT Tập cấu hình p-cycle đồ thị Tập cấu hình p-cycle sinh phương pháp xác (thuật tốn sinh cột) Hình 3.1 Sơ đồ thuật tốn sinh cột 15 BÀI TỐN CHÍNH (MP_EON) ❑ Mục tiêu ▪ Lựa chọn p-cycle tập p-cycle tiềm để bảo vệ liên kết đồ thị mạng cho tối thiểu hóa hàm mục tiêu ❑ Hàm mục tiêu mức tiêu thụ lượng số lượng phổ sử dụng 16 BÀI TỐN CHÍNH (MP_EON) ❑ Ràng buộc ▪ Ràng buộc (8) - (10) phân bổ thứ tự phổ cho p-cycle ▪ Ràng buộc (11) xác định số tb – số lượng tối đa phổ sử dụng ▪ Ràng buộc (12) - (14) đảm bảo tính liên tục quang phổ dọc theo liên kết p-cycle 17 BÀI TỐN CHÍNH (MP_EON) ❑ Ràng buộc ▪ Ràng buộc (15) - (17) cho biết khả bảo vệ liên kết a p-cycle i sử dụng điều chế m ▪ Ràng buộc (18) đảm bảo lưu lượng tối đa BVT 400 Gb/s ▪ Ràng buộc (19) đảm bảo tất lưu lượng liên kết bảo vệ 18 BÀI TOÁN CON (PP_EON) ❑ Mục tiêu ▪ Sinh cấu hình p-cycle tiềm mạng ❑ Hàm mục tiêu 19 BÀI TOÁN CON (PP_EON) ❑ Các ràng buộc ▪ Ràng buộc (21) – (25) sinh cấu hình p-cycle tiềm 20 BÀI TỐN CON (PP_EON) ❑ Các ràng buộc ▪ Ràng buộc (26), (27) dùng để phân bố điều chế thích hợp cho p-cycle ▪ Ràng buộc (28), (29) dùng để xác định xem liên kết chu trình bảo vệ 21 NỘI DUNG TRÌNH BÀY Tổng quan mạng quang mạng quang EON Bài toán bảo vệ mạng quang Phương pháp đề xuất Kết thực nghiệm Kết luận hướng phát triển 22 MẠNG VÀ TẬP DỮ LIỆU ❑ Mạng thực nghiệm ▪ Tiến hành thực nghiệm mạng thực tế NSFNET ▪ Mạng NSFNET gồm 14 nút 44 liên kết có hướng có bậc trung bình đỉnh 3.1 ▪ Số lượng yêu cầu cần bảo vệ thực đến 44 ❑ Cách xây dựng liệu ▪ Xây dựng 10 liệu, liệu trước sau đến yêu cầu ▪ Lưu lượng bảo vệ liên kết sinh ngẫu nhiên khoảng [0, 50] Hình 4.1 Mạng NSFNET 23 ĐÁNH GIÁ THỰC NGHIỆM GAP ZLP Z* ZILP Trong đó: Z*: Lời giải tối ưu toán ZLP : Lời giải nới lỏng tuyến tính (cận dưới) thuật toán ZILP : Lời giải nguyên thuật toán (lời giải nguyên) GAP: Sai số ZLP ZILP , GAP = (ZILP – ZLP)/ ZLP Hình 4.2 Kết thực nghiệm mạng NFSNET 24 NỘI DUNG TRÌNH BÀY Tổng quan mạng quang mạng quang EON Bài toán bảo vệ mạng quang EON Phương pháp đề xuất Kết thực nghiệm Kết luận hướng phát triển 25 ... buộc (8) - (10) phân bổ thứ tự phổ cho p-cycle ▪ Ràng buộc (11) xác định số tb – số lượng tối đa phổ sử dụng ▪ Ràng buộc (12) - (14) đảm bảo tính liên tục quang phổ dọc theo liên kết p-cycle 17... cấu hình p-cycle đồ thị Tập cấu hình p-cycle sinh phương pháp xác (thuật tốn sinh cột) Hình 3.1 Sơ đồ thuật tốn sinh cột 15 BÀI TỐN CHÍNH (MP_EON) ❑ Mục tiêu ▪ Lựa chọn p-cycle tập p-cycle tiềm... lỗi mạng ❑ Bảo vệ p-cycle ▪ P-cycle sử dụng cấu trúc bảo vệ dạng vịng trịn Hình 2.4 Bảo vệ đường ▪ Thời gian khôi phục ngắn ▪ Lưu lượng dự phịng chia sẻ cao Hình 2.5 Bảo vệ p-cycle 10 BÀI TOÁN