Với bài toán lưu lượng động, các nút mạng gởi kết nối cần thiết lập đến mạng bất kỳ khi nào các nút mạng cần liên lạc
Vì vậy, các yêu cầu kết nối khởi tạo một cách ngẫu nhiên tùy theo nhu cầu liên lạc giữa các nút mạng. Tùy thuộc vào trạng thái của mạng ở thời điểm xuất hiện yêu cầu kết nối, các tài nguyên mạng có thể đủ hoặc không đủ thiết lập một kênh quang giữa cặp nút nguồn - đích tương ứng
4.4. KỸ THUẬT GÁN KÊNH VÀ ĐỊNH TUYẾN BƯỚC SÓNG ĐỘNG (tiếp) TUYẾN BƯỚC SÓNG ĐỘNG (tiếp)
Vì vậy, mỗi khi có yêu cầu kết nối, thuật toán phải thực hiện để xác định xem liệu có thể đáp ứng cho yêu cầu này không và nếu có thể đáp ứng thì thực hiện quá trình định tuyến và gán bước sóng. Nếu yêu cầu kết nối không thể đáp ứng vì thiếu tài nguyên thì xem như bị nghẽn
Vì việc kết hợp giữa định tuyến và gán bước sóng là một bài toán khó nên phương pháp thông thường để thiết kế các thuật toán hiệu quả là chia bài toán thành 2 bài toán riêng rẽ: bài toán đinh tuyến và bài toán gán bước sóng. Vì thế, hầu hết các giải thuật D-RWA cho các mạng định tuyến bước sóng bao gồm các bước sau:
+ Bước 1: Tính nhiều đường dẫn vật lý cho mỗi cặp nút nguồn đích và sắp xếp chúng trong một danh sách đường dẫn
+ Bước 2: Sắp xếp thứ tự tất cả các bước sóng trong một danh sách bước sóng + Bước 3: Bắt đầu với đường dẫn và bước sóng ở đầu mỗi danh sách tương
4.4. KỸ THUẬT GÁN KÊNH VÀ ĐỊNH TUYẾN BƯỚC SÓNG ĐỘNG (tiếp) TUYẾN BƯỚC SÓNG ĐỘNG (tiếp)
Bản chất cụ thể của một thuật toán D-RWA xác định bởi số đường dẫn và cách chúng được xác định, thứ tự liệt kê đường dẫn và bước sóng
4.4.2.1. Bài toán định tuyến
Nếu sử dụng thuật toán định tuyến tĩnh, thì các đường dẫn được tính toán và sắp xếp hoàn toàn độc lập với trạng thái mạng. Ngược lại, khi sử dụng thuật toán định tuyến động, các đường dẫn được tính toán và thứ tự của chúng có thể thay đổi theo trạng thái hiện tại của mạng. Có thể tóm lược các phương pháp định tuyến như sau:
+ Định tuyến cố định: Đây là phương pháp đơn giản nhất để định tuyến cho một kết nối. Với phương pháp này, một tuyến cố định được chọn cho một cặp nguồn - đích cho trước, nghĩa là đường dẫn cho các kết nối được xác định trước và lưu lại để sử dụng trong các lần sau khi có yêu cầu kết nối. Giải thuật định tuyến cố định xác định trước đường dẫn ngắn nhất cho các cặp nguồn - đích, sử
4.4. KỸ THUẬT GÁN KÊNH VÀ ĐỊNH TUYẾN BƯỚC SÓNG ĐỘNG (tiếp) TUYẾN BƯỚC SÓNG ĐỘNG (tiếp)
+ Định tuyến thay đổi: Phương pháp này xem xét nhiều tuyến khác nhau cho mỗi yêu cầu kết nối. Trong danh sách các tuyến, tuyến đầu tiên được xem xét trước, nếu tuyến này không sử dụng được thì sẽ lựa chọn tuyến thứ hai. Phương pháp này đạt xác suất tắc nghẽn thấp hơn so với phương pháp định tuyến cố định
+ Định tuyến thích nghi: Phương pháp này chọn các tuyến một cách linh động phụ thuộc vào trạng thái mạng. Quá trình định tuyến thích nghi thực hiện ở thời
điểm yêu cầu kênh quang xuất hiện và đòi hỏi các nút mạng phải trao đổi thông tin liên quan đến trạng thái mạng. Trì hoãn cho việc thiết lập kênh quang có thể sẽ
tăng, nhưng nhìn chung các thuật toán động cải thiện được hiệu suất mạng
Số đường dẫn có thể lựa chọn để thiết lập một kết nối quang là một thông số
quan trọng. Thuật toán định tuyến cố định là một thuật toán tĩnh, trong đó mỗi nút nguồn - đích được gán một đường dẫn riêng. Với thuật toán này, một kết nối bị nghẽn nếu không có bước sóng rỗi trên đường dẫn đã ấn định cho kết nối đó tại thời điểm yêu cầu
4.4. KỸ THUẬT GÁN KÊNH VÀ ĐỊNH TUYẾN BƯỚC SÓNG ĐỘNG (tiếp) TUYẾN BƯỚC SÓNG ĐỘNG (tiếp)
Còn trong phương pháp định tuyến thay đổi, k đường dẫn được tính toán trước và sắp xếp theo thứ tự cho mỗi cặp nút nguồn - đích. Khi một yêu cầu đến, các
đường dẫn này được kiểm tra theo thứ tự nhất định và đường dẫn đầu tiên với một bước sóng rỗi được sử dụng để thiết lập kênh quang. Yêu cầu bị nghẽn nếu không có bước sóng rỗi trên bất kỳ đường dẫn nào trong số k đường dẫn
Tương tự, thuật toán định tuyến động có thể tính một đường dẫn riêng, hoặc nhiều đường dẫn khác nhau tại thời điểm yêu cầu thiết lập kênh quang xuất hiện. Một phương pháp kết hợp là tính trước k đường dẫn, tuy nhiên, thứ tự
xem xét các đường dẫn được xác định theo trạng thái mạng tại thời điểm yêu cầu kết nối xuất hiện
Hầu hết các trường hợp thực tế, đường dẫn cho một yêu cầu kết nối được xem xét theo thứ tự chiều dài đường dẫn tăng dần. Chiều dài đường dẫn được định nghĩa là tổng các trọng số gán cho mỗi liên kết vật lý dọc theo đường dẫn đó,
4.4. KỸ THUẬT GÁN KÊNH VÀ ĐỊNH TUYẾN BƯỚC SÓNG ĐỘNG (tiếp) TUYẾN BƯỚC SÓNG ĐỘNG (tiếp)
Vì các trọng số có thể được gán khác nhau, nên sẽ tạo nên nhiều khả năng cho chọn lựa đường dẫn. Một số phương pháp gán trọng số cho liên kết như sau: + Trong thuật toán định tuyến tĩnh, trọng số của mỗi liên kết có thể được gán là 1, hoặc được gán theo khoảng cách vật lý của liên kết, khi đó:
* Nếu trọng số mỗi liên kết được gán bằng 1 thì danh sách đường dẫn bao gồm k đường dẫn ít chặng nhất
* Nếu trọng số của mỗi liên kết được gán theo khoảng cách vật lý của liên kết, các đường dẫn danh sách sẽ là là k đường dẫn có khoảng cách ngắn nhất, ở đây khoảng cách được xác định theo chiều dài về địa lý
+ Trong thuật toán định tuyến động, trọng số liên kết phản ánh tải hoặc nhiễu trên liên kết đó (số kênh quang hiện đang dùng chung liên kết đó). Khi đó với việc gán trọng số cho các liên kết ít tải, các đường dẫn với số kênh rỗi lớn hơn trên liên kết của chúng sẽ xếp ở đầu danh sách đường dẫn, tạo nên thuật toán đinh tuyến ít tải nhất (least loaded)
4.4. KỸ THUẬT GÁN KÊNH VÀ ĐỊNH TUYẾN BƯỚC SÓNG ĐỘNG (tiếp) TUYẾN BƯỚC SÓNG ĐỘNG (tiếp)
+ Các đường dẫn bị tắc nghẽn trở nên dài hơn và bị chuyển xuống phần cuối danh sách, việc này nhằm tránh các liên kết bị nghẽn vì quá nhiều tải
Khi chiều dài đường dẫn là tổng trọng số của các liên kết, thuật toán k đường dẫn ngắn nhất có thể sử dụng để tính các đường dẫn khả dụng. Mỗi đường dẫn
được kiểm tra theo thứ tự chiều dài tăng dần và gán bước sóng cho đường dẫn khả thi đầu tiên. Tuy nhiên, k đường dẫn ngắn nhất tạo bởi thuật toán này thường chia sẻ các liên kết. Vì thế, nếu một đường dẫn trong danh sách không khả thi, thì gần như các đường dẫn khác trong danh sách cũng không khả thi
Để giảm nguy cơ tắc nghẽn, k đường dẫn ngắn nhất có thể được xác định sao cho chúng không chia sẻ liên kết với nhau. Việc này có thể thực hiện như sau: khi tính đường dẫn ngắn nhất thứ i (với i = 1, 2, …, k), các liên kết được sử
dụng bởi (i-1) đường dẫn trước đó bị loại ra khỏi liên kết mạng ban đầu và thuật toán đường dẫn ngắn nhất Dijkstra áp dụng đến liên kết có được. Phương
4.4. KỸ THUẬT GÁN KÊNH VÀ ĐỊNH TUYẾN BƯỚC SÓNG ĐỘNG (tiếp) TUYẾN BƯỚC SÓNG ĐỘNG (tiếp)
4.4.2.2. Bài toán gán bước sóng
Trong bài toán D-RWA, thay vì cố gắng tối thiểu hoá số bước sóng như trong trường hợp bài toán S-RWA, giả sử rằng số bước sóng là cố định và cố gắng tối thiểu hoá tắc nghẽn kết nối
Bài toán gán bước sóng trong trường hợp này liên quan đến cách sắp xếp danh sách bước sóng. Với một đường dẫn cho trước, các bước sóng được xem xét theo thứ tự của chúng trong danh sách bước sóng để tìm bước sóng rỗi cho yêu cầu kết nối, thứ tự của các bước sóng phụ thuộc vào mức độ sử dụng của nó
Mức độ sử dụng của một bước sóng có thể định nghĩa là số liên kết trong mạng đang sử dụng bước sóng đó, hoặc là kết nối đang hoạt động sử dụng bước sóng đó. Sau đây sẽ xem xét một số cách gán bước sóng thông dụng
+ Phương pháp ngẫu nhiên: Tập các bước sóng rỗi trên mỗi đường dẫn cụ thể được xác định trước và sau đó chọn ngẫu nhiên rồi gán cho kênh quang yêu cầu
4.4. KỸ THUẬT GÁN KÊNH VÀ ĐỊNH TUYẾN BƯỚC SÓNG ĐỘNG (tiếp) TUYẾN BƯỚC SÓNG ĐỘNG (tiếp)
+ Phương pháp thích hợp trước tiên: Đưa tất cả các bước sóng đang sử dụng lên đầu danh sách bước sóng để các danh sách bước sóng ở cuối danh sách có xác suất rỗi cao hơn cho các đường dẫn tiếp theo
+ Phương pháp tái sử dụng nhiều nhất: Với phương pháp tái sử dụng nhiều nhất, các bước sóng được sử dụng nhiều nhất sẽ được xem xét trước (nghĩa là, bước sóng được xem xét theo thứ tự mức độ sử dụng giảm dần). Ý tưởng của phương pháp này là cố gắng sử dụng lại các bước sóng đang hoạt động càng nhiều càng tốt, trước khi xem xét bước sóng khác. Khi đó các kết nối sẽ sử dụng ít bước sóng hơn và dự trữ một lượng bước sóng rỗi cho các kết nối trong tương lai.
Điều này giúp cho các yêu cầu kết nối tiếp theo được thực hiện dễ dàng hơn
+ Phương pháp tái sử dụng ít nhất: Trong phương pháp tái sử dụng ít nhất, các bước sóng được xem xét theo thứ tự giảm dần về mức độ sử dụng. Phương pháp này cố gắng cân bằng tải giữa các bước sóng. Tuy nhiên, sẽ rất khó để có được
4.4. KỸ THUẬT GÁN KÊNH VÀ ĐỊNH TUYẾN BƯỚC SÓNG ĐỘNG (tiếp) TUYẾN BƯỚC SÓNG ĐỘNG (tiếp)
Phương pháp tái sử dụng nhiều nhất và tái sử dụng ít nhất đòi hỏi phải có thông tin mạng toàn cục để tính mức độ sử dụng của mỗi bước sóng. Ngược lại, phương pháp thích hợp trước tiên không yêu cầu thông tin mạng toàn cục, và vì không cần sắp xếp các bước sóng trong thời gian thực, nên việc tính toán của phương pháp này giảm đi đáng kể so với hai phương pháp tái sử dụng nhiều nhất và tái sử dụng ít nhất
Lưu ý rằng trong các mạng mà tất 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 được thiết lập khi có ít nhất một bước sóng rỗi trên mỗi liên kết và các bước sóng khác nhau có thể được 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 được trang bị bộ chuyển đổi bước sóng, phương pháp gán bước sóng phải chọn bước sóng cho mỗi đoạn đường dẫn kết nối bắt đầu và kết thúc ở một OXC có bộ chuyển đổi
4.4. KỸ THUẬT GÁN KÊNH VÀ ĐỊNH TUYẾN BƯỚC SÓNG ĐỘNG (tiếp) TUYẾN BƯỚC SÓNG ĐỘNG (tiếp)
Trong trường hợp này, các phương pháp đã nêu trên có thể sử dụng để chọn bước sóng cho mỗi đoạn đường dẫn giữa các OXC có chuyển đổi bước sóng
Tính hiệu quả của thuật toán D-RWA thường xác định theo xác suất tắc nghẽn
Ngay cả trong trường hợp kiến trúc mạng đơn giản (chẳng hạn như mạng vòng) hoặc trong trường hợp các qui luật định tuyến đơn giản (như định tuyến cố định), thì tính toán xác suất tắc nghẽn trong mạng WDM cũng rất khó khăn
Trong mạng kiến trúc mắt lưới, hoặc khi sử dụng các thuật toán định tuyến
động, vấn đề này càng phức tạp hơn. Đã có nhiều tài liệu tìm hiểu sự ảnh hưởng của các thông số khác nhau đến xác suất tắc nghẽn, sau đây là một số
kết luận tổng quát:
+ Chuyển đổi bước sóng có ảnh hưởng đáng kể đến xác suất tắc nghẽn. Các mạng sử dụng bộ chuyển đổi bước sóng ở các OXC có xác suất tắc nghẽn giảm đi
4.4. KỸ THUẬT GÁN KÊNH VÀ ĐỊNH TUYẾN BƯỚC SÓNG ĐỘNG (tiếp) TUYẾN BƯỚC SÓNG ĐỘNG (tiếp)
Định tuyến động có thể cải thiện đáng kể hiệu suất mạng, làm giảm xác suất tắc nghẽn. Trong thực tế, ở một vài trường hợp, khi có vài đường dẫn khác nhau có thể lựa chọn cho mỗi kết nối, sẽ có thể đạt được hầu hết các lợi ích của việc chuyển đổi bước sóng hoàn toàn ở mỗi OXC với định tuyến cố định
Các giải pháp cấp phát bước sóng cũng đóng vai trò quan trọng. Nhiều tài liệu nghiên cứu đã chứng minh phương pháp gán bước sóng thích hợp trước tiên có thể đạt hiệu quả cao như phương pháp gán bước sóng tái sử dụng nhiều nhất nhưng dễ thực hiện hơn
Do vậy, trong các giải thuật định tuyến động thường dùng phương pháp gán bước sóng thích hợp trước tiên
Tóm lại có nhiều phương pháp khác nhau để thực hiện phân bổ tài nguyên mạng cho hợp lý. Việc sử dụng phương pháp nào tùy thuộc và nhà quản lý mạng sao cho phù hợp với đặc điểm lưu lượng và kiến trúc mạng để đạt được hiệu quả cao nhất
4.3. KỸ THUẬT GÁN KÊNH VÀ ĐỊNH TUYẾN BƯỚC SÓNG TĨNH (tiếp) TUYẾN BƯỚC SÓNG TĨNH (tiếp)
Hình 4.8: Tóm lược giải thuật
4.4. KỸ THUẬT GÁN KÊNH VÀ ĐỊNH TUYẾN BƯỚC SÓNG ĐỘNG (tiếp) TUYẾN BƯỚC SÓNG ĐỘNG (tiếp)