WDM với lưu lượng tĩnh
Phần này trình bày về cấp phát tài nguyên bước sóng cho các mạng WDM cấu hình ring có lưu lượng tĩnh thưo ba nhóm sau: nhóm ring WDM bảo vệ riêng, nhóm ring WDM bảo vệ chia sẻ và nhóm ring WDM không bảo vệ.
Các ring WDM bảo vệ riêng đơn hướng hoặc hai hướng có các kênh quang hoạt động được bảo vệ đối phó với sự cố đứt cáp bởi các kênh bảo vệ dành riêng truyền ở hướng đối diện của ring. Do các kênh hoạt động và bảo vệ có thể cùng chia sẻ một bước sóng ở các hướng truyền dẫn khác nhau trên ring nên vấn đề cấp phát tài nguyên rất đơn giản, ta có thể cấp phát một bước sóng cho mỗi nhu cầu khối. Ví dụ trường hợp một ring WDM với N nút có đủ N*(N-1)/2 khối thì số lượng bước sóng yêu cầu trên ring WDM hai sợi bảo vệ riêng là N*(N-1)/2. Tương tự với ring WDM đơn hướng không bảo vệ, cả hai hướng truyền dẫn cho mỗi khối sử dụng một bước sóng trên tất cả các tuyến vòng quanh ring.
Các ring WDM bảo vệ chia sẻ (thường là ring hai hướng, đôi khi cũng áp dụng định tuyến đơn hướng cho một số khối): khi cáp đứt tại một cung nó vân có đủ dung lượng dự phòng trên phần cùng bù để hồi phục cho nhưng khối quang bị đứt kết nối (ví dụ OMS - SPRing).
Các ring WDM hai hướng không bảo vệ: nhiệm vụ bảo vệ có thể được chuyển lên các tầng khách sử dụng dung lượng trên chính ring đó hoặc trên các phần khác của mạng nhưng không cần dành riêng bất kỳ bước sóng nào cho mục đích bảo vệ.
Các ring này cho phép tái sử dụng bước sóng để truyền các khối quang khác nhau nên về lý thuyến chúng yêu cầu ít bước sóng hơn. Nhưng bù lại các khối quang phải được định tuyến chính xác và được cấp phát các bước sóng sao cho đảm bảo khả năng tái sử dụng tối đa. Nếu các nút có hỗ trợ biến đổi bước sóng thì vấn đề trở nên đơn giản: nhưng nếu các nút sử dụng bộ ghép kênh xen/rẽ thụ động thì không có khả năng biến đổi bước sóng cho các kênh lưu lượng truyền qua, do đó mỗi nhu cầu quang phải được cấp phát một bước sóng từ đầu cuối - tới - đầu cuối khiến cho công việc này trở lên phức tạp. Khi đó phải tìm ra một phương thức cấp phát bước sóng tối ưu mà chỉ được sử dụng một số lượng bước sóng hạn chế như trong trường hợp có hỗ trợ biến đổi bước sóng. Ví dụ trường hợp ring WDM hai sợi bảo vệ chia sẻ có N nút,
ta chỉ được yêu cầu [(N2 - 1)/4] bước sóng, khi số N lớn giá trị này gần bằng 50% so với trường hợp bảo vệ riên. Đối với ring bốn sợi bảo vệ chia sẻ hoặc ring WDM hai hướng không bảo vệ thì số lượng bước sóng yêu cầu là [(N2 - 1)/8] mà yêu cầu hỗ trợ biến đổi bước sóng thì không thích hợp.
Nhìn chung nhu cầu lưu lượng hiếm khi đạt tới mức tối đa nhưng về lâu dài cần thiết phải tìm ra các công thức chung hoặc các luật cấp phát bước sóng đơn giản. Để tối thiểu hoá việc sử dụng các bước sóng rất cần các thuật toán cho đáp ứng nhanh.
Trong thực tế đã áp dụng một luật cấp phát tài nguyên khá tốt theo hai giai đoạn liên tiếp sau.
• Giai đoạn một (giai đoạn định tuyến): định tuyến các khối quang để truyên cùng chiều hoặc ngược chiều kim đồng hồ nhằm tối thiểu hoá tổng số bước sóng sử dụng trên mỗi đoạn (với giả thiết có hỗ trợ biến đổi bước sóng). Các nhu cầu quang (các khối) đã được cấp nhiều bước sóng có thể được tách ra, và mỗi bước sóng được định tuyến riêng nếu yêu cầu. Sau đó sử dụng một thuật toán đáp ứng nhanh sẵn có để định tuyến tối ưu nhằm đạt được số lượng các bước sóng trên mỗi đoạn là ít nhất có thể.
• Giai đoạn hai: giai đoạn cấp phát bước sóng cho các tuyến đã được xác định khi kết thúc giai đoạn một: ta có thể sử dụng các thuật toán Stochastic hay các thuật toán phong đoán nhằm đạt được hiệu quả phân bổ tất cả các bước sóng như mong muốn .
Giai đoạn đầu nhằm tạo ra một mức ngưỡng số lượng các bước sóng yêu cầu thấp hơn mà chưa xét tới việc không có hỗ trợ biến đổi bước sóng. Giai đoạn hai thực thi cấp phát bước sóng theo giới hạn đó
3.2.2 Định tuyến lưu lượng và cấp phát tài nguyên cho các mạng quang WDM với lưu lượng tải động
Trong nhiều ứng dụng mạng thực tế không phải lúc nào cũng dự đoán được trước các mẫu lưu lượng, các nhu cầu quang (các khố) có thể tăng hoặc giảm bất kỳ nên cần thiết phải xem xét các mẫu lưu lượng động để xác định
mức độ linh hoạt và hiệu quả của các mạng WDM. Các thuật toán phải thực thi định tuyến và cấp phát các bước sóng trong điều kiên lưu lượng động nên cần đảm bảo các yêu cầu sau:
• Đảm bảo mức độ sử dụng mạng cao mà biết nhu cầu lưu lượng ban
đầu.
• Thuật toán vẫn đạt hiệu năng tốt ngay cả khi lưu lượng có sự biến động lớn
• Thuật toấn đơn giản để có thể dễ dàng liên kết giữa các mạng con của hệ thống quản lý mạng. Phần này ta sẽ xem xét lưu lượng động trong các mạng ring WDM bảo vệ chia sẻ với kịch bản như sau.
Một ring kết nối N nút, ban đầu chưa có nhu cầu quang (khối) nào được định tuyến
Các nhu cầu quang xuất hiện lần lượt và yêu cầu được phục vụ ngay lập tức. Các yêu cầu này xuất hiện ngẫu nhiên với xác suất như nhau giữa các nút trên ring, nên phải tính toán dựa trên trung bình mẫu lưu lượng toàn phần.
Khi có một nhu cầu quang yêu cầu phục vụ phải tìm thấy ngay một bước sóng khả dụng. Hiệu nắng tái xắp xuất các bước sóng đã cấp phát cho lưu lượng trên ring phải đảm bảo mức độ sử dụng mạng cao hơn, nhưng vơi kỹ thuật ring WDM hiện nay yêu cầu xem xét cả khả năng can thiệp nhân công và đứt kênh dịch vụ khách hàng do không cho phép tai sắp xếp.
Nếu có hiện tượng dao động lưu lượng có thể loại bớt các nhu cầu quang (trên các phần ring sử dụng) và bước sóng đã cấp phát cho nhu cầu quang bị laọi đó sẽ trở thành khả dụng đối với các nhu cầu quang mới có thể được địng tuyến trên phần ring đó.
Có một số luật cấp phát tài nguyên liên quan tới hoạt động định tuyến và cấp phát bước sóng: thuật toán tìm đường ngắn nhất (SP), thuật toán tìm số lượng bước sóng it nhất. Để so sánh ta xem xét các ring WDM có hỗ trợ biến
đổi bước sóng luôn nhằm định tuyến các nhu cầu quang lên tuyến ngắn nhất. Các nhu cầu quang được tạo ra ngâu nhiên và cấp cho ring WDM sử dụng luật đã chọn cho tới khi tất cả các bước sóng được sử dụng. Khi xảy ra hiện tượng tắc nghẽnthì phải tính toán lại các nhu cầu đã được phục vụ thành công. Để thấy được mức cấp phát tài nguyên tối ưu đạt được ta sử dụng một số công cụ cấp phát tài nguyên tĩnh thử thực hiện trên cùng các khối quang đó, nếu thức thi tốt hơn thì có thể có nhiều bước sóng khả dụng hơn.
Vấn đề dao động tải động có ảnh hưởng xấu tới mạng ring WDM như hiện tượng phân mảnh trong ổ cứng của máy tính. Trong hiện tượng phân mảnh của máy tính thì nó xảy ra do ta tạo rồi lại xoá các tập tin, còn vấn đề dao động tải thì do các nhu cầu quang bị loại ngẫu nhiên khỏi ring WDM để lại một không gian bước sóng bị phân mảnh, dung lượng thừa được phân bố vòng quanh ring trên các bước sóng khác nau nhưng lại không có một bước sóng nào hoàn toàn khả dụng hết một vòng ring. Các tài nguyên khả dụng phân tán này lại được dùng để cấp phát cho các nhu cầu mới cần được định tuyến qua một số nút mà không được hộ trợ biến đổi bước sóng nên tất kho khăn. Ngược lại nếu hỗ trợ biến đổi bước sóng ta có thể dễ dàng tận dụng dung lượng thừa trên một vài bước sóng để định tuyến cho một nhu cầu quang.
Một kết luận quan trọng là nếu mạng ring WDM có dao động tải cao, bảo vệ chia sẻ có thể đạt kết quả sử dụng thấp. Ngược lại các ring WDM bảo vệ riêng sử dụng các luật đơn giản hơn không nhậy cảm với các dao động tải: Ưu điểm của bảo vệ chia sẻ so với bảo vệ riêng về mặt yêu cầu bước sóng có thể bù đắp nhược điểm mức sử dụng.
Để thực thi thiết kế mạng đạt được hiệu quả cao ta cần định cỡ mạng thưo các mẫu lưu lượng dự báo thích hợp, lấy chi phí làm đối tượng tính toán mức khả dụng và kiểm tra khả năng linh hoạt của mạng. Điều này dựa trên lưu lượng tĩnh sử dụng một số công cụ tối ưu. Ví dụ: định cơ OMS - SPRing sử dụng chiến lược định tuyến và cấp phát bước sóng theo hai bước. Chúng ta
ta đã biết OMS - SPRing có nhiêu ưu điểm về yêu cầu dải thông tốt hơn các ring WDM bảo vệ riêng cúng giống như trường hợp SDH SPRing tốt hơn SNCP ring. Khả năng hỗ trợ biến đổi bước sóng không thích hợp lắm ngoại trừ trường hợp lưu lượng động không có dự báo trước, đặc biệt khi có dao động tải cao.
Đối với các mạng lưới WDM, thực hiệ tách biệt các tác vụ định tuyến và cấp phát bước sóng là đơn giản nhất. Có thể sử dụng thuật toán tìm đường ngắn nhất cho định tuyến, một thuật toán heuristic hay các công cụ dựa trên SA và ILP cho cấp phát tài nguyên.
Đối với lưu lượng động ta nên chọn các mạng ring WDM bảo vệ chia sẻ là thích hợp hơn cả. Nếu không thể dự báo trước được lưu lượng, và hoạt động định tuyến không thể tái sắp xếp động mà không xét đến QoS thì nên sử dụng luật SP sẽ đạt được hiệu quả sử dụng từ 90% tới 95% (khi không có dao động tải), và giảm xuống 70%(khi có giao động tải). Điều này khiến cho các ring WDM bảo vệ chia sẻ kém hẫm dẫn hơn các ring WDM bảo vệ riêng 1+1 sử dụng các luật đơn giản hơn nhiều.