Đặc điểm của mạng WDM là không cho phép hai kết nối sử dụng bước sóng giống nhau dùng chung một kết nối nhằm tránh xảy ra xung đột bước sóng
4.3. KỸ THUẬT GÁN KÊNH VÀ ĐỊNH TUYẾN BƯỚC SÓNG TĨNH (tiếp) TUYẾN BƯỚC SÓNG TĨNH (tiếp)
Vì vậy gán bước sóng phải nhằm đến mục tiêu là số lượng các bước sóng được sử dụng trên các tuyến là nhỏ nhất nhằm thoả mãn các yêu cầu công nghệ về
số lượng bước sóng tối đa trên một sợi cáp quang
Xét trường hợp mạng liên tục bước sóng: Nếu mạng là liên tục bước sóng, bài toán gán bước sóng tĩnh tương đương với bài toán tô màu cho các nút của một
đồ thị G = (V,E), trong đó V là tập các đỉnh, E là tập các cạnh. Theo đó, bài toán gán bước sóng tĩnh được thực hiện như sau:
+ Bước 1: Xây dựng đồ thị G (V,E), trong đó mỗi kênh quang được thể hiện bởi một đỉnh trong đồ thị G và tồn tại một cạnh vô hướng giữa hai đỉnh trong đồ
thị G nếu các kênh quang tương ứng cùng đi qua một liên kết sợi quang vật lý
+ Bước 2: Tô màu cho các đỉnh của đồ thị G sao cho không có hai đỉnh kế cận nào có màu giống nhau
4.3. KỸ THUẬT GÁN KÊNH VÀ ĐỊNH TUYẾN BƯỚC SÓNG TĨNH (tiếp) TUYẾN BƯỚC SÓNG TĨNH (tiếp)
4.3. KỸ THUẬT GÁN KÊNH VÀ ĐỊNH TUYẾN BƯỚC SÓNG TĨNH (tiếp) TUYẾN BƯỚC SÓNG TĨNH (tiếp)
+ Giả sử có 5 kênh quang là: (0,5), (0,2), (1,3), (4,3) và (4,5). Kênh quang (0,5) và (0,2) cùng đi qua liên kết vật lý (0,1), vì thế có một cạnh kết nối đỉnh (0,5) và đỉnh (0,2). Tương tự, có thể xây dựng đồ thị như trong hình vẽ. Mỗi đỉnh tượng trưng cho một kênh quang yêu cầu và giữa hai đỉnh có một đường nối nếu 2 kênh quang tương ứng có chung một liên kết vật lý nào đó. Từ đó bài toán gán bước sóng chuyển thành bài toán tô màu các đỉnh của đồ thị G sao cho số màu sử
dụng là ít nhất và hai đỉnh có cạnh nối thì không được có cùng một màu, mỗi màu sẽ đặc trưng cho một bước sóng sử dụng trong mạng
+ Các thuật toán tô màu đồ thị: Thuật toán tô màu đồ thị sẽ thực hiện việc tô màu cho các đỉnh V(G) = [V1, V2,…,Vn ] của một đồ thị G, theo một theo một thứ
tự nào đó. Các thuật toán này gồm 3 bước cơ bản: Sắp xếp các đỉnh, chọn đỉnh kế
tiếp để điểm màu và chọn màu. Có nhiều phương pháp giải bài toán tô màu đồ thị, sau đây sẽ nghiên cứu một số thuật toán (Hình 4.6 mô tả sơ đồ giải thuật tô màu
4.3. KỸ THUẬT GÁN KÊNH VÀ ĐỊNH TUYẾN BƯỚC SÓNG TĨNH (tiếp) TUYẾN BƯỚC SÓNG TĨNH (tiếp)
Hình 4.6: Thuật toán tô màu
4.3. KỸ THUẬT GÁN KÊNH VÀ ĐỊNH TUYẾN BƯỚC SÓNG TĨNH (tiếp) TUYẾN BƯỚC SÓNG TĨNH (tiếp)
+ Có thể sử dụng nhiều thuật toán tô màu đồ thị khác nhau, việc chọn lựa giải thuật nào tùy thuộc vào quyết định của nhà quản lý dựa trên đặc điểm của mạng. Sau đây là một số phương pháp tô màu thông dụng (mỗi màu tương ứng với một bước sóng):
* Thuật toán thích hợp trước tiên: Các bước sóng được đánh số thứ tự từ
thấp đến cao. Phép gán này luôn chọn bước sóng có chỉ số nhỏ nhất f trong số
những bước sóng rỗi và gán cho yêu cầu. Bất lợi của phương pháp này là các bước sóng có chỉ số nhỏ hơn được dùng nhiều, trong khi những bước sóng có chỉ
số cao hầu như ít được sử dụng. Vì vậy, đối với một số bước sóng nào đó sự tận dụng sẽ rất thấp. Do đó, sự tranh chấp đối với những bước sóng có chỉ số nhỏ
4.3. KỸ THUẬT GÁN KÊNH VÀ ĐỊNH TUYẾN BƯỚC SÓNG TĨNH (tiếp) TUYẾN BƯỚC SÓNG TĨNH (tiếp)
* Thuật toán ngẫu nhiên: Khi có một yêu cầu được tạo ra tại một nút, nút chọn một bước sóng j ngẫu nhiên giữa các bước sóng đang rỗi và gán cho kết nối
đó. Tập các bước sóng rỗi được cập nhật bằng cách loại bỏ j từ danh sách này và khi kết nối kết thúc, j được loại khỏi danh sách các bước sóng đang sử dụng và thêm vào trở lại danh sách ban đầu. Phép gán ngẫu nhiên phân phối lưu lượng một cách tùy ý, do vậy sự tận dụng bước sóng được cân bằng và tranh chấp bước sóng thấp nên tỉ lệ ngẽn cũng thấp hơn. Nhìn chung, phương pháp thích hợp trước tiên thực hiện tốt hơn so với phương pháp ngẫu nhiên khi có đầy đủ thông tin về
trạng thái mạng. Tuy nhiên, trong trường hợp thông tin bị hạn chế hoặc được cập nhật không kịp thời thì việc cấp phát bước sóng theo phương pháp ngẫu nhiên có thể tốt hơn phương pháp thích hợp trước tiên. Lý do là trong phương pháp thích hợp trước tiên, nếu cùng một lúc có nhiều yêu cầu kết nối muốn thiết lập một
đường quang, thì hầu như chúng sẽ cùng chọn một bước sóng giống nhau dẫn đến tăng xác suất nghẽn
4.3. KỸ THUẬT GÁN KÊNH VÀ ĐỊNH TUYẾN BƯỚC SÓNG TĨNH (tiếp) TUYẾN BƯỚC SÓNG TĨNH (tiếp)
* Thuật toán lớn nhất trước tiên: Đây là phương pháp khá đơn giản, các kênh quang sẽ được sắp xếp theo thứ tự từ tuyến dài nhất đến tuyến ngắn nhất. Một bước sóng sẽ được gán cho các tuyến theo thứ tự này đến khi không còn thoả
mãn được điều kiện về xung đột bước sóng. Sau đó, chuyển sang gán bước sóng kế tiếp. Quá trình này tiếp tục cho đến khi hết số kênh quang
* Thuật toán nhỏ nhất cuối cùng: Trong phương pháp này các nút của đồ thị
G sắp xếp theo thứ tự từ lớn đến nhỏ. Nút có bậc cao nhất sẽ gán bước sóng trước. Sau đó, loại bỏ nút đó ra khỏi mạng và sắp xếp lại thứ tự cho các nút còn lại. Quá trình này lặp lại cho đến khi tất cả các nút trong mạng được gán bước sóng. Với những thuật toán trên, các kỹ thuật ngẫu nhiên và thích hợp trước tiên là thực tiễn nhất vì dễ thực hiện và nó không đòi hỏi phải biết toàn bộ mạng mà chỉ đơn giản dựa vào trạng thái nút lúc đó và chọn một bước sóng từ những bước sóng rỗi ở kết nối ngõ ra đó. Một cách tương đối, phép gán ngẫu nhiên hoạt động tốt hơn
4.3. KỸ THUẬT GÁN KÊNH VÀ ĐỊNH TUYẾN BƯỚC SÓNG TĨNH (tiếp) TUYẾN BƯỚC SÓNG TĨNH (tiếp)
Xét trường hợp mạng có chuyển đổi bước sóng: Trong trường hợp cả các OXC đều có khả năng chuyển đổi bước sóng thì bài toán gán bước sóng sẽ
không còn quan trọng vì một kênh quang có thể thiết lập khi có ít nhất một bước sóng rỗi trên mỗi liên kết và các bước sóng khác nhau có thể sử dụng ở
các liên kết khác nhau, nên thứ tự các bước sóng được gán không quan trọng. Ngược lại, Khi chỉ có một số OXC trang bị bộ chuyển đổi bước sóng, phương pháp gán bước sóng đã nêu sẽ phải thực hiện chọn bước sóng cho mỗi đoạn
đường dẫn kết nối bắt đầu và kết thúc ở một OXC có bộ chuyển đổi bước sóng. Bài toán S-RWA thích hợp cho các mạng đường trục, mạng đô thị có lưu lượng ổn định. Việc giải quyết bài toán này giúp cho các nhà quản lý tận dụng tài nguyên mạng tốt hơn. Tuy nhiên, nhiều tài liệu nghiên cứu đã chứng minh rằng định tuyến và gán bước sóng động sẽ đem lại nhiều lợi ích hơn cho nhà quản lý, đặc biệt là trong các mạng có lưu lượng không ổn định, đáp ứng theo yêu cầu. Lưu đồ giải thuật định tuyến vàn gán bước sóng tĩnh như sau:
4.3. KỸ THUẬT GÁN KÊNH VÀ ĐỊNH TUYẾN BƯỚC SÓNG TĨNH (tiếp) TUYẾN BƯỚC SÓNG TĨNH (tiếp)
+ Bắt đầu: Giải thuật bắt đầu với các thông số kiến trúc mạng như: số nút mạng, các liên kết trong mạng, trọng số của các liên kết, … Giả sử mạng có N nút, sẽ mô hình hoá mạng với đồ thị G = (V,E), trong đó V là tập đỉnh tượng trưng cho các nút mạng (N nút) và E là tập các cạnh thể hiện cho các liên kết tương ứng giữa các nút mạng. Ma trận đặc trưng cho kiến trúc mạng là ma trận L={lij} với i,j = 1,2,…N. Trong đó:
* Nếu giữa nút i và j có liên kết, lij sẽ là một số hữu hạn tương ứng với trọng số của liên kết đó
* Nếu giữa i và j không có liên kết thì lij = . Lưu ý vì các liên kết trong mạng là 2 chiều nên ma trận L là đối xứng
+ Tập các yêu cầu kết nối: Tập các yêu cầu kết nối được biểu diễn bởi ma trận R = {rij}, với i,j = 1,2,…N (ma trận R cũng là ma trận đối xứng). Trong đó:
4.3. KỸ THUẬT GÁN KÊNH VÀ ĐỊNH TUYẾN BƯỚC SÓNG TĨNH (tiếp) TUYẾN BƯỚC SÓNG TĨNH (tiếp)
Hình 4.7: Lưu đồ giải thuật định tuyến và gán bước sóng tĩnh
4.3. KỸ THUẬT GÁN KÊNH VÀ ĐỊNH TUYẾN BƯỚC SÓNG TĨNH (tiếp) TUYẾN BƯỚC SÓNG TĨNH (tiếp)
+ Định tuyến cho các yêu cầu kết nối: Sử dụng giải thuật tìm đường dẫn ngắn nhất của Dijkstra để xác định tuyến cho các yêu cầu kết nối
+ Xây dựng đồ thị: Xây dựng đồ thị G với các đỉnh là các tuyến của yêu cầu kết nối tìm được theo bước trên
+ Tô màu đồ thị: Sử dụng thuật toán tô màu đồ thị để tô màu cho các đỉnh
+ Kết quả: Sau khi tô màu cho tất cả các đỉnh của đồ thị G, sẽ có đường dẫn và bước sóng tương ứng của mỗi yêu cầu kết nối