1.2.2 .Định tuyến tuần tự
3.6. Định tuyến tải tối thiểu trong mạng ATM
3.6.1. Điều kiện định tuyến
a. Xác suất tổn hao tế bào
Khái niệm: gọi p(n) là tỷ lệ mất tế bào tại bộ đệm đầu vào của đường thông VPi khi n VC được định tuyến thông qua VPi. Ta sẽ xác định p(n) này bằng việc phân tích tế bào: đi qua tuyến trực tiếp i - ký hiệu là VCi hoặc đi qua tuyến lựa chọn do hai phân tuyến tạo nên j, k - ký hiệu là VCjk. Từ khái niệm trên, với n đủ lớn ta có tỷ lệ mất tế bào gần đúng với xác suất tổn hao tế bào. Từ đó ta có điều kiện định tuyến như sau:
Điều kiện: Trong định tuyến lựa chọn (hay định tuyến luân phiên) xác suất tổn hao tế bào trên tuyến lựa chọn gồm hai chặng j, k phải thoả mãn:
P("mất tế bào đối với VCjk" (nj, nk) p (nj) + p(nk) (3.8)
Điều này có nghĩa là: xác suất một tế bào của VCjk bị mất khi có nj VC sử dụng tuyến j và nk VC sử dụng tuyến k ít hơn tổng xác suất tổn hao hai tuyến.
Bất đẳng thức (3.8) sẽ biến thành đẳng thức khi tổn hao của các bộ đệm là nhỏ và độc lập giữa các bộ đệm. Trong bất kỳ trường hợp nào thì độ tổn thất tế bào trên cả tuyến cũng không được vượt quá một đại lượng cho trước. Ký hiệu đại lượng đó là , ta có thể viết lại (3.8) dưới dạng:
p(nj) + p(nk) (3.9)
Hoặc nếu ta ký hiệu biến cố mất tế bào trên một VC của tuyến gồm hai chặng j và k là Xjk thì (3.8) có thể viết lại như sau:
P(Xjk|nj, nk) p(nj) + p(nk) (3.10)
Từ các khái niệm trên, đưa ta đến việc xét các điều kiện để định tuyến.
b. Các điều kiện định tuyến
Trong phần trước, ta đã giả thiết rằng các dịch vụ được tách thành các phần tĩnh. Vì vậy, mạng ban đầu được tách thành S mạng và gọi các mạng này là mạng đơn dịch vụ.
Cũng trong phần trước, ta đã đề cập đến việc phân tách tuyến, sắp xếp các tế bào chờ truyền vào các bộ đệm nhỏ riêng biệt, đường thông phục vụ các bộ đệm nhỏ theo quy tắc trọng số quay vòng. Ngược lại, việc ghép tuyến đặt tất cả các tế bào vào trong một bộ đệm, và đường thông phục vụ các tế bào theo nguyên tắc đến trước thì được phục vụ trước.
Giả sử dung lượng tất cả các bộ đệm là bằng nhau và bằng A, ký hiệu p(n, D) là tỷ số mất tế bào tại một bộ ghép với dung lượng bộ đệm là A, tốc độ truyền của tuyến là D và số lượng VC cố định là n. Bây giờ ta xét việc ghép tuyến đối với các mạng cố định:
Chất lượng dịch vụ là một hàm của độ tổn hao của tế bào, trượt tế bào, trễ tế bào. Tuy nhiên, để đơn giản việc tính toán, giả sử QoS chỉ phụ thuộc vào độ
tổn hao tế bào và xác định là: tỷ số của tế bào mất đi không được vượt quá giá trị
cho trước.
Trước khi đề xuất các sơ đồ định tuyến cụ thể, đầu tiên ta chia ra làm hai loại:
- QoS cho phép của các VC,
- Dành riêng trung kế (TR) cho phép của VC.
Gọi ni là số các VC được truyền qua tuyến i. Các yêu cầu QoS phù hợp cho một VC được truyền trên tuyến R nếu:
R i i i,D ) n ( p (3.11)
Xét việc truyền một VC trên tuyến trực tiếp {i}. Để biết QoS của VC cho phép như thế nào trên tuyến {i}, ta đưa ra các điều kiện sau:
* Điều kiện 1: Tuyến trực tiếp {i} có QoS cho phép nếu thoả mãn:
1) p(ni + 1, Di) (3.12)
2) Đối với mỗi đường thông j có một VC đang truyền trên tuyến {i, j} thì p(ni + 1, Di)+ p(nj + 1, Dj) (3.13)
Điều kiện đầu đảm bảo rằng phần còn lại của tổn hao tế bào có thể cho phép với mọi VC được định tuyến trực tiếp trên tuyến i.
Điều kiện sau đảm bảo rằng phần còn lại của tổn hao tế bào có thể cho phép với mọi VC "chồng nhau", tức là các VC được định tuyến lựa chọn sử dụng tuyến {i}.
** Điều kiện 2: Xét điều kiện để truyền được một VC trên tuyến lựa chọn {j, k} căn cứ vào QoS cần thiết cho VC để truyền qua tuyến {j, k} nếu:
Tuyến lựa chọn {j, k} có QoS cho phép nếu thoả mãn:
1) p(nj + 1, Dj) + p(nk + 1, Dk) (3.14)
2) Với mỗi đường thông h nếu có một VC đang được truyền trên tuyến {h, j} thì: p(nh + 1, Dh) + p(nj + 1, Dj) (3.15)
và với mỗi đường thông h nếu có một VC đang truyền trên tuyến {h, k} thì: p(nh, Dh) + p(nk +1, Dk) (3.16)
Để xác định tuyến trực tiếp hoặc tuyến lựa chọn thoả mãn QoS cho phép hay không, ta không những phải kiểm tra các đường thông nằm trên tuyến đang xét mà phải còn kiểm tra các đường thông khác. Đối với mô hình 15 giả sử mỗi tuyến lựa chọn chỉ mang ít nhất một VC đã thiết lập; để thiết lập thêm một VC mới trên tuyến trực tiếp {1}, cần phải kiểm tra các mức chiếm giữ không những của chính tuyến thứ nhất mà còn của các đường {2, 4, 5 và 6}. Sự kiểm tra này khó hơn nhiều so với việc phân tách tuyến mà nó không cần kiểm tra các điều kiện cho phép đối với các VC chồng nhau.
Việc phân tách dịch vụ tĩnh/ ghép các tuyến chéo hạn chế thiết lập các VC đến tuyến trực tiếp và tuyến lựa chọn có QoS cho phép. Điều này đảm bảo cho tất cả các VC thoả mãn các yêu cầu QoS.
Trong thực tế, ta nhận thấy rằng định tuyến lựa chọn có ưu khuyết điểm như sau:
- Ưu điểm: khả năng tiếp thông tương đối cao.
- Khuyết điểm: không kinh tế vì phải sử dụng nhiều tài nguyên mạng hơn so với VC được định tuyến trực tiếp.
*** Điều kiện 3: Để khắc phục nhược điểm trên và để tiết kiệm tài nguyên mạng cho các VC được định tuyến trực tiếp, ta phải giảm xuống, mới có giá trị là '/2 và cho phép một VC thiết lập trên tuyến {j, k} nếu có dành riêng trung kế (TR) cho phép và thoả mãn:
p(nj + 1, Dj) ' (3.17)
và p(nk + 1, Dk) ' (3.18)
Ở đây, ' tương tự tham số dành riêng trung kế cho các mạng chuyển mạch kênh đơn tốc độ. Về nguyên lý ' có thể lấy bất kỳ giá trị nào trong khoảng (0, ), nhưng hầu hết các mạng thực tế, giá trị tối ưu thường chọn </2. Biểu thức (3.17) chỉ ra rằng: một VC thêm vào sẽ được định tuyến thông qua tuyến j đã có nj VC khác đang có trên đường j có băng thông Dj thì phải có độ tổn hao '. Tương tự như thế đối với tuyến k.
Trên cơ sở các điều kiện định tuyến đã nói ở trên, dưới đây sẽ giới thiệu ba phương pháp định tuyến của mạng ATM được phát triển trên cơ sở lý thuyết
định tuyến cơ bản đã nói ở các chương hai. Chúng bao gồm: định tuyến tải tối
thiểu không hạn chế, định tuyến tải tối thiểu hạn chế; định tuyến tải tối thiểu hạn
chế một phần. Các phương pháp định tuyến này có hai đặc điểm chung:
- Thứ nhất là: Một VC luôn luôn được thiết lập trên tuyến trực tiếp của nó khi tuyến đó có QoS và TR cho phép.
- Thứ hai là: Nếu tuyến trực tiếp không sẵn sàng thì xét đến các tuyến lựa chọn có QoS cho phép và TR cho phép.
Các thuật toán khác nhau có cách chọn một tuyến lựa chọn từ tập các tuyến cho phép khác nhau.
Sau đây ta sẽ nghiên cứu 3 thuật toán định tuyến, đó là "Định tuyến tải tối thiểu không hạn chế", "Định tuyến tải tối thiểu hạn chế" và "Định tuyến tải tối thiểu hạn chế một phần". Ứng với mỗi thuật toán, ta sẽ nghiên cứu lưu đồ thuật toán, độ phức tạp tính toán và đánh giá các ưu khuyết điểm.