SLIDE THUYET TRINH ĐỊNH TUYẾN và gán bước SÓNG TRONG WDM

Học viện Cơng Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng Khoa Viễn Thơng HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG TP.HCM LỚP D18CQVT01 – KHOA VIỄN THÔNG BỘ MÔN CÔNG NGHỆ TRUYỀN TẢI QUANG Giảng viên: LÊ QUỐC CƯỜNG Báo cáo đề tài: ĐỊNH TUYẾN VÀ GÁN BƯỚC SĨNG TRONG WDM THÀNH VIÊN NHĨM ĐỒN QUANG VINH MAI PHƯƠNG TRÂM TRƯƠNG VĂN TRƯỜNG NGUYỄN HIẾU HOÀI TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bijoy Chand Chatterjee, Nityananda, Partha Pratim Sahu, Eiji Oki Routing and Wavelength Assignment for WDM- based Optical Network, 10-2016 [2] Mục c), Phần 3.4.1, Chương 3, Kỹ thuật thông tin quang Đỗ Văn Việt Em, 2007 [3] Mục e), Phần 3.4.2, Chương 3, Kỹ thuật thông tin quang Đỗ Văn Việt Em, 2007 [4] 1.Introduction Routing and Wavelength Assignment in Optical Networks Oliveir Brun, Sami Baraketi ,11-2014 [5] George N Rouskas Routing and Wavelength Assignment in Optical WDM Networks, 2010 [6]   Coursehero Chương 1: Mạng quang WDM [7] Mục c), Phần 1.1.2, Chương 1, Kỹ thuật thông tin quang Đỗ Văn Việt Em, 2007 [8] Nguyễn Đình Hải, Vài nét Distance vecstor Link State, 2011 [9] Nguyễn Xuân Tùng, vnoi.Các thuật toán tìm đường ngắn nhất, 2018 [10] GeekforGeek Different between Physical Topology and Logical Topology.2020 [11] Digicenter Topology 2019 GIỚI THIỆU CHUNG Các cơng nghệ truyền tải hệ thống phân cấp kỹ thuật số đồng (SDH / SONET) Chế độ truyền không đồng (ATM) ngày bị giới hạn tốc độ khơng cịn đáp ứng nhu cầu dịch vụ băng thông cao    Tốc độ công nghệ giới hạn vài chục Gbps so với tốc độ điện tử cao thành phần mạng, nơi sợi quang đơn mode truyền liệu tốc độ cao nhất, ngân hàng điện tử , ứng dụng đa phương tiện, v.v.)      Để tăng băng thông cáp quang, công nghệ ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) phát triển Đây công nghệ đầy hứa hẹn để sử dụng hiệu băng thông khổng lồ cáp quang.    Trong công nghệ ghép kênh phân chia theo bước sóng, truyền tải phổ liên kết sợi quang chia thành nhiều kênh suốt giao thức Nhiều kênh hoạt động đồng thời sợi quang bước sóng khác nhau, cung cấp cho kênh băng thơng tương thích với tốc độ xử lý điện tử Giới thiệu định tuyến gán bước sóng Mạng WDM phát triển nhanh chóng lớp mạng mạnh mẽ để sử dụng mạng diện rộng Các mạng bao gồm thiết bị chuyển mạch quang định tuyến tín hiệu dựa nhận dạng cổng đầu vào bước sóng tín hiệu đến Mạng WDM gọi mạng định tuyến từ khi  sử dụng kỹ thuật định tuyến theo bước sóng Định tuyến theo bước sóng cung cấp cho mạng khả xác định khoanh vùng luồng lưu lượng, cho phép sử dụng lại bước sóng phân đoạn rời rạc mặt không gian mạng LIGHTPATH Trong mạng quang định tuyến bước sóng, người sử dụng liên lạc với qua kênh thông tin quang gọi lightpath Lightpath đường tín hiệu ánh sáng từ nguồn đến đích dạng quang thơng qua kết nối trung gian Khi lightpath chọn xác định, lightpath cần định tuyến gán bước sóng cho Từ đặt tốn định tuyến gán bước sóng Định tuyến vấn đề tìm đường hai node mạng để thoả mãn mục đích đó, thuật ngữ gọi để tối ưu hàm mục tiêu (cost function) ĐỊNH TUYẾN BƯỚC SĨNG Một số cơng trình nghiên cứu vấn đề RWA mạng WDM toàn quang nhiều đóng góp khác thực thơng qua thuật toán thú vị Bài toán xem xét mạng có hướng G = (V, E) V tập nút đại diện cho chuyển mạch mạng vật lý E tập cạnh đại diện cho liên kết sợi mạng vật lý Vấn đề RWA mạng WDM chia thành loại dựa lưu lượng truy cập: + Thành lập đường dẫn ánh sáng tĩnh (SLE) + Thiết lập đường dẫn ánh sáng động (DLE) Thành lập đường dẫn ánh sáng tĩnh (SLE) Lưu lượng tĩnh tập hợp yêu cầu kết nối biết trước Loại vấn đề liên quan đến giai đoạn lập kế hoạch mạng WDM Các thuật toán đề xuất để giải vấn đề RWA tĩnh gọi thuật toán Ngoại tuyến Static RWA biết đến tốn tối ưu hóa NP-khó coi trường hợp đặc biệt toán luồng đa chỗ số nguyên (MCF) [21] [13] với ràng buộc cụ thể bổ sung xây dựng dạng số nguyên tuyến tính chương trình (ILP) Thiết lập đường dẫn ánh sáng động (DLE) Lưu lượng truy cập động yêu cầu kết nối đến tuần tự, một, vào thời điểm ngẫu nhiên khoảng thời gian vô hạn Bài toán DLE đặt giai đoạn hoạt động mà tài nguyên mạng phải quản lý cách hiệu Các thuật toán đề xuất để giải vấn đề RWA động gọi thuật tốn trực tuyến RWA ngoại tuyến khó RWA trực tuyến nhằm mục đích tối ưu hóa đường dẫn ánh sáng sử dụng kết nối giống cách tốn luồng đa hàng khó tốn đường ngắn mạng nói chung Gán bước sóng động IP/WDM (D-RWA) Giải thuật Max-Sum(M∑) - Được đề xuất sử dụng mạng đa sợi áp dụng mạng đơn sợi Giải thuật xem xét tất đường cố gắng gán bước sóng cho cực đại hóa dung lượng đường lại sau thiết lập lightpath  - Giả sử ma trận lưu lượng biết trước đường cho kết nối lựa chọn Yêu cầu đạt đư ợc sử ma trận lưu lượng ổn định khoảng thời gian - Gọi trạng thái mạng với lightpath tồn Trong M∑, dung lượng liên kết bước sóng j định nghĩ số sợi liên kết J mà sống J rỗi R()=trong ma trận D trạn thái - Dung lượng đường bước sóng j số sợi mà bước sóng j khơng sử dụng liên kết bị nghẽn nhiều đường p R()= - Dung lượng đường dẫn đường P tai trạng thái tổng dung lượng đường dẫn tất bước sóng R()= Gán bước sóng động IP/WDM (D-RWA) Giải thuật Relative Capacity Loss(RCL)  Giải thuật dựa giải thuật M∑ Giải thuật nhìn theo quan điểm chọn bước sóng j cho tối thiểu hóa tổn thất dung lượng tất bước sóng - Do có dung lượng bước sóng j thay đổi sau lightpath thiết lập bước sóng j nên có nghĩa chọn bước sóng j làm tối thiểu hóa tổn thất dung lượng tổng cộng bước sóng - Giải thuật RCL chọn bước sóng j cho tối thiểu hóa tổn thất dung lượng tương đối ( Relative Capacity Loss), tính cơng thức: Gán bước sóng động IP/WDM (D-RWA) Giải thuật Relative Capacity Loss(RCL) - Giải thuật dựa lý luận việc tối thiểu hóa tổn thất dung lượng tổng cộng chưa lựa chọn bước sóng tốt Ví dụ việc chọn bước sóng i làm tắc nghẽn lightpath p1, chọn bước sóng j khác để giảm dung lượng p p3 khơng làm tắc nghẽn chúng Do bước sóng j nên chọn tổn thất dung lượng tổng cổng bước sóng j cao i - Đa số trường hợp giải thuật RCL hiệu M∑ GÁN BƯỚC SÓNG TĨNH TRONG IP/WDM (S-RWA) Gán bước sóng tĩnh IP/WDM (S-RWA) - Cịn gọi toan thiết lập lightpath tĩnh(SLE-Static Lightpath Establishment), xét lưu lượng mạng biết trước có tính ổn định Đường dẫn kết nối xác định trước, không phụ thuộc vào thay đổi trạng thái xảy mạng - Nét đặc trưng mạng WDM không cho phép kết nối sử dụng bước sóng giống đường nối xảy 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 Gán bước sóng tĩnh IP/WDM (S-RWA) • Ví dụ tiêu biểu cho việc gán bước sóng tinh tốn tơ màu cho nút đồ thị thực cách • Xây dựng đồ thị G(V,E) với V tập đỉnh, E tập cạnh Bài toán: Xây dựng đồ thị G(V,E) lightpath hệ thống thể đỉnh đồ thị G tồn cạnh vô hướng đỉnh đồ thị G lightpath có qua liên kết sợi quang vật lý • Tơ màu cho đỉnh đồ thị G cho khơng có đỉnh kế cận có màu giống số màu sử dụng Gán bước sóng tĩnh IP/WDM (S-RWA) Đây ví dụ 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 hình bên Hình minh họa ví dụ tốn gán bước sóng Gán bước sóng tĩnh IP/WDM (S-RWA) Thuật tốn 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 Quá trình tiếp tục hết số lightpath Gán bước sóng tĩnh IP/WDM (S-RWA) Thuật toán Largest-First - Trong phương pháp này, đỉnh đồ thị gán nhãn v1,v2,…vn cho deg(vi)>=deg(vi+1) với i=1,2,….,n-1 (n số nút đồ thị) Tại bước, nút có bậc lớn gán màu xóa đường nối tới nó, làm giảm bậc nút kề với Vì vậy, sau bước có nút bị giảm bậc Điều đảm bảo số màu dùng để tơ đồ thị PHÂN LOẠI MẠNG QUANG TRONG WDM Mạng Single-hop (Đơn hướng) Mạng Multi-hop (Song hướng) Phân loại mạng quang WDM Mạng Single-hop (Đơn hướng) - Trong mạng quang WDM single - hop, luồng liệu phát dạng ánh sáng đến đích trực tiê ̣p mà khơng cần phải chuyển sang dạng điện node trung gian Phân loại mạng quang WDM Mạng Single-hop (Đơn hướng) Yêu cầu: Để truyền dẫn gói, laser phát nút gởi thu node nhận phải chỉnh đến bước sóng khoảng thời gian truyền dẫn gói Để hệ thống single- hop hoạt động hiệu quả, băng thông cấp phát node tranh chấp phải quản lí linh động Các hệ thống single-hop 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, tồn kênh điều khiển node phát thu từ kênh định trước Phân loại mạng quang WDM Mạng Multi-hop (Song hướng) - Mạng multi - hop khắc phục nhược điểm yêu cầu truyền dẫn 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 Phân loại mạng quang WDM Mạng Multi-hop (Song hướng) Nguyên lí hoạt động: - Sự kết nối cặp node mạng đạt cách định tuyến thơng qua node trung gian Ở kênh thông tin quang chuyển thành dạng điện, địa đến gói giải mã, sau gói chuyển mạch điện phát lại bước sóng để đến node đích đến node trung gian khác mà q trình lặp lại Vì vậy, gói trải qua nhiều bước sóng thông qua số node trung gian trước đến node đích Yêu cầu: Kết nối trực tiếp multi - hop hai node xảy nút đến có thu chỉnh đến bước sóng node gởi KẾT LUẬN Về dung lượng: WDM song hướng < WDM đơn hướng, WDM đơn hướng lại địi hỏi số lượng quang gấp đơi so với WDM song hướng -> tốn Về thiết kế: WDM song hướng đòi hỏi phức tạp chỉnh chu nhiều so với WDM đơn hướng, vấn đề chống xuyên nhiễu, đảm bảo định tuyến phân bố bước sóng chiều sợi quang khơng dùng chung bước sóngVề giải vấn đề: Khi có cố xảy hệ thống, WDM song hướng không cần đến chế APS(automatic protection switching) để chuyển mạch bảo vệ mà tự hiểu đồng thời đầu   Tính độ tối ưu WDM song hướng hẳn WDM đơn hướng Tuy nhiên số trường hợp ta chọn WDM đơn hướng số đặc điểm tối ưu Ví dụ: Trong điều kiện mà khả xuyên nhiễu bước sóng cao mà hệ thống địi hỏi dung lượng lớn WDM đơn hướng đáp ứng tốt tối ưu ... mạch quang định tuyến tín hiệu dựa nhận dạng cổng đầu vào bước sóng tín hiệu đến Mạng WDM cịn gọi mạng định tuyến từ khi  sử dụng kỹ thuật định tuyến theo bước sóng Định tuyến theo bước sóng cung... thông qua kết nối trung gian Khi lightpath chọn xác định, lightpath cần định tuyến gán bước sóng cho Từ đặt tốn định tuyến gán bước sóng Định tuyến vấn đề tìm đường hai node mạng để thoả mãn mục... đưa tuyến đường tốt +u cầu xử lý hệ thống cao so với định tuyến tĩnh +Đơn giản việc cấu hình 16 ĐỊNH TUYẾN ĐỘNG Giao thức định tuyến Giao thức định tuyến Giao thức định tuyến Giao thức định tuyến