Phưong án dựa trên thông tin cục bộ là kết hợp thơng tin bước sóng có thể sử dụng chỉ dọc k chặng ngắn nhất của mỗi đường. Tuyến sau đó được lựa chọn dựa trên loại đường bị tắc nghẽn ít nhất dọc theo k chặng ngắn nhất của nó. Trong hình 2.4, nếu k =2 thì tuyến 2 sẽ được lựa chọn, do nó có ba bước sóng có thể sử dụng trên hai tuyến liên kết ngắn nhất ( λ1
, λ2
, và λ4
), trong khi tuyến 1 chỉ có hai bước sóng có thể sử dụng trên hai tuyến liên kết ngắn nhất ( λ1
và 3 λ
).
Mặc dù thơng tin cục bộ có thể cung cấp một sự đánh giá tốt về tắc nghẽn dọc theo đường đi nhưng nó khơng đảm bảo bước sóng đặc trưng là có thể sử dụng dọc tồn bộ đường đi; do vậy, có thể sau khi chọn lựa một tuyến, một kết nối vẫn sẽ bị tắc nghẽn
do thiếu các bước sóng có thể sử dụng.
D.2. Định tuyến lệch
Một phương pháp khác cho định tuyến thích nghi với thơng tin hạn chế là định tuyến lệch, hoặc định tuyến liên kết thay thế. Bài toán định tuyến này chọn lựa từ các tuyến thay thế trên cơ sở theo chặng hơn là chọn lựa từ các tuyến trên cơ sở đầu cuối - đầu cuối. Định tuyến được thực hiện bởi mỗi nút duy trì một bảng định tuyến thể hiện đại diện cho mỗi đích, một hay nhiều tuyến liên kết lối ra thay thế tiến tới đích đó. Các tuyến liên kết lối ra thay thế này có thể ra được điều khiển để yêu cầu kết nối sẽ ưu tiên lựa chọn các tuyến liên kết nào đó miễn là tài nguyên bước sóng có thể sử dụng trên các tuyến liên kết này.
Khác với bảng định tuyến tĩnh, mỗi nút sẽ duy trì thơng tin về trạng thái của bước sóng sử dụng trên các tuyến liên kết lối ra của chính nó. Khi lựa chọn một tuyến liên kết lối ra cho định tuyến, thì quyết định có thể xác định trên cơ sở đường ngắn nhất hoặc tắc nghẽn ít nhất.
+ Bài toán định tuyến lệch với đường đi ngắn nhất
Dưới tiêu chuẩn đường đi ngắn nhất, bài toán định tuyến sẽ cố gắng ngắn nhất để lựa chọn tuyến liên kết lối ra mà cho kết quả đường ngắn nhất tới đích. Nếu khơng có bước sóng có thể sử dụng trên tuyến liên kết thì bài tốn định tuyến sẽ cố gắng lựa chọn một tuyến liên kết lối ra thay thế mà dẫn tới đường ngắn nhất tiếp theo tới đích. Bài tốn định tuyến tiếp tục bằng phương pháp này cho đến khi đích đến được tiến tới hoặc kết nối bị tắc nghẽn
Hình 2.5 minh hoạ bài tốn định tuyến lệch cho yêu cầu kết nối từ nút A tới nút D. Đường đi ngắn nhất ngầm định trong ví dụ này là dọc đường A→B→C→D. Khi u cầu tiến tới nút C, nó khơng thể tiếp tục qua tuyến liên kết CD, do khơng có bước sóng chung có thể sử dụng trên tuyến liên kết AB, BC, và CD. Do đó yêu cầu bị lệch
tới nút F, ở đó nó có thể tiếp tục tới đích dọc theo tuyến liên kết FD. Bước sóng được lựa chọn cho luồng quang sẽ là λ1
Hình 2.5: Bài tốn định lệch đường đi ngắn nhất
+ Bài tốn định tuyến lệch với tắc nghẽn ít nhất
Trong phương pháp định tuyến lệch tắc nghẽn ít nhất thì bài tốn định tuyến lựa chọn trong số các tuyến liên kết lối ra thay thế tuyến liên kết có số bước sóng khả thi lớn nhất bao gồm tập các bước sóng có thể sử dụng trên tất cả các chặng trước đó cũng như tuyến liên kết lối ra tiếp theo.
Hình 2.6: Bài tốn định tuyến lệch với tắc nghẽn ít nhất
Định tuyến lệch tắc nghẽn ít nhất được minh hoạ trên hình 2.6 cho một kết nối từ nút A tới nút D. Trên chặng gần nhất tuyến liên kết AB được lựa chọn, do nó có ba bước sóng có thể sử dụng, trong khi tuyến liên kết AE chỉ có hai bước sóng có thể sử dụng.
Khi yêu cầu kết nối đến từ nút B, nó sẽ định tuyến tới nút E, do có ba bước sóng khả thi ( λ1
, λ2
, và λ4
) có thể sử dụng trên tuyến liên kết BE, và chỉ có một bước sóng khả thi (λ1
) có thể sử dụng trên tuyến liên kết BC.
Phương pháp định tuyến tắc nghẽn ít nhất thường cho kết quả các đường dài hơn phương pháp định tuyến lệch đường đi ngắn nhất: tuy nhiên, định tuyến lệch tắc nghẽn ít nhất sẽ cho phép một luồng quang được định tuyến lại xung quang khu vực bị tắc nghẽn trong mạng, tải cân bằng hơn khi quang qua mang.
+ Các vấn đề định tuyến lệch
Một số vấn đề nảy sinh khi thực hiện bài tốn định tuyến lệch. Đó là vấn đề vịng lặp, trong đó một bản tin u cầu kết nối quay trở lại nút mà nó đã đến. Việc phát hiện vịng lặp có thể được giải quyết bằng việc có bản tin u cầu kết nối duy trì một véc tơ đường đi chứa danh sách các nút đã đến. Nếu nút nhận bản tin yêu cầu kết nối chỉ ra rằng bản tin đã đến nút này, thì nỗ lực kết nối sẽ bị chặn lại. Thay đổi với việc duy trì vec tơ đường đi là sử dụng trường thời gian sống, điều này sẽ ngăn cản bản tin yêu cầu kết nối có vịng lặp vơ hạn trong mạng.
Một vấn đề khác nữa có thể xảy ra là yêu cầu kết nối có thể bị lệch một lượng lớn thời gian dẫn đến một tuyến dài vơ lý cho luồng quang. Giải pháp có thể cho vấn đề này bao gồm hạn chế chiều dài tối đa của các chặng trong một luồng quang, hoặc giới hạn độ lệch mà một tuyến có thể mắc. Khi một thơng điệp yêu cầu kết nối tiến tới giới hạn của nó với số chặng tối đa hoặc độ lệnh tối đa thì nỗ lực kết nối sẽ bị chặn.
2.6.2. Bài tốn gán bước sóng
Nói chung, nếu có nhiều bước sóng khả thi giữa nút nguồn và nút đích thì giải thuật gán bước sóng được u cầu để lựa chọn bước sóng cho luồng quang nhất định. Việc lựa chọn bước sóng có thể thực hiện hoặc sau khi tuyến đã được xác định hoặc sóng sóng với việc tìm kiếm tuyến. Các bước sóng được lựa chọn bằng cách tối thiểu tắc nghẽn cho chuỗi các kết nối.
A. Thuật tốn gán bước sóng theo thứ tự bước sóng
Một ví dụ về thuật tốn gán bước sóng đơn giản nhưng hiệu quả là gán bước sóng theo thứ tự bước sóng. Trong thuật tốn này, các bước sóng được đánh chỉ số và luồng
quang sẽ cố gắng lựa chọn bước sóng với chỉ số thấp nhất trước khi lựa chọn bước sóng với một chỉ số cao hơn. Bằng việc lựa chọn bước sóng theo phương pháp này, các kết nối hiện tại sẽ được gói thành tổng các bước sóng nhỏ hơn, loại bỏ các bước sóng lớn hơn có thể sử dụng cho các luồng quang.
B. Thuật tốn gán bước sóng ngẫu nhiên
Phưong pháp khác để lựa chọn các bước sóng khác nhau là lựa chọn đơn giản một trong các bước sóng ngẫu nhiên. Nói chung, thuật tốn gán bước sóng theo thứ tự bước sóng sẽ làm tốt hơn gán bước sóng ngẫu nhiên khi thơng tin đầy đủ về trạng thái mạng có thể sử dụng. Tuy nhiên, nếu việc lựa chọn bước sóng được thực hiện bằng phương pháp phân tán chỉ với thông tin hạn chế và lỗi thời thì gán bước sóng ngẫu nhiên có thể làm tốt hơn gán theo thứ tự bước sóng. Lý do cho đặc tính này là ở chỗ, trong phương pháp gán theo thứ tự bước sóng nếu nhiều kết nối đang đồng thời cố gắng thiết lập một luồng quang thì rất có thể chúng sẽ lựa chọn bước sóng giống nhau dẫn đến một hoặc nhiều kết nối bị chặn.
C. Thuật tốn gán bước sóng dựa trên bước sóng sử dụng nhiều nhất và ít nhất
Thuật tốn gán bước sóng đơn giản khác bao gồm thuật tốn gán bước sóng dựa trên bước sóng sử dụng nhiều nhất và ít nhất. Trong gán bước sóng được sử dụng nhiều nhất thì bước sóng được sử dụng nhiều trong phần còn lại của mạng được lựa chọn. Phương pháp này nỗ lực cung cấp tối đa bước sóng sử dụng lại trong mạng. Phương pháp gán bước sóng được sử dụng ít nhất nỗ lực trải rộng tải trọng bằng nhau qua tất cả các bước sóng bằng việc lựa chọn bước sóng được sử dụng ít nhất xun xuốt mạng. Cả hai phương pháp gán bước sóng dựa trên bước sóng sử dụng ít nhất và sử dụng nhiều nhất đòi hỏi tin tức tổng thể.
2.6.3 Báo hiệu và đặt trước tài nguyên
Để thiết lập luồng quang thì giao thức báo hiệu được yêu cầu để trao đổi thông tin điều khiển giữa các nút và để đặt trước tài nguyên dọc đường đi. Trong nhiều trường hợp, giao thức báo hiệu được kết hợp chặt chẽ với các giải thuật RWA.
Các giao thức báo hiệu và đặt trước có thể được phân loại dựa trên hoặc tài nguyên được đặt trước sóng sóng trên mỗi tuyến liên kết, được đặt trước theo chặng dọc đường đi theo hướng tiến hoặc được đặt trước theo chặng dọc đường ngược lại. Các giải thuật cũng sẽ khác nhau phụ thuộc vào thơng tin tổng thể có thể sử dụng hoặc khơng thể sử dụng.
A. Đặt trước song song
Bài tốn dựa trên định tuyến trạng thái liên kết cho rằng mỗi nút duy trì thơng tin tổng thể về cấu hình mạng và trạng th hiện tại của mạng bao gồm thơng tin về các bước sóng đang được sử dụng trên mỗi tuyến liên kết. Dựa trên thông tin tổng thể này nút có thể tính tốn tuyến tối ưu tới đích với bước sóng nhất định. Nút nguồn sau đó cố gắng đặt trước bước sóng mong muốn trên mỗi tuyến liên kết trong tuyến bằng việc gửi bản tin điều khiển riêng tới mỗi nút trong tuyến. Mỗi nút mà nhận bản tin yêu cầu đặt trước sẽ cố gắng đặt trước bước sóng đã xác định, và sẽ gửi hoặc tín hiệu chấp
nhận hoặc khơng chấp nhận quay trở lại ngồn Nếu nút nguồn nhận tín hiệu chấp nhận từ tất cả các nút thì nó có thể thiết lập luồng quang và bắt đầu truyền thơng với đích.
Ưu điểm của bài tốn đặt trước song song là nó rút ngắn thời gian thiết lập luồng quang bằng việc các nút xử lý các yêu cầu đặt trước song song. Nó cũng đơn giản hơn để thực hiện các bài toán đặt trước khác như đặt trước theo chặng được nêu chi tiết trong phần sau. Tuy nhiên, khơng thuận lợi ở chỗ nó địi hỏi tin tức tổng thể do cả hai đường đi và bước sóng phải biết sớm hơn chờ đời.
B. Đặt trước theo chặng
Khác với đặt trước song song là đặt trước theo chặng trong đó bản tin điều khiển được gửi dọc theo tuyến đã lựa chọn từng chặng kế tiếp nhau. Ở mỗi nút trung gian, bản tin điều khiển được xử lý trước khi chuyển tiếp tới nút tiếp theo. Khi bản tin điều khiển tiến tới đích, nó được xử lý và gửi lại nút nguồn. Việc đặt trước tài nguyên tuyến liên kết thực tế có thể thực hiện hoặc trong khi bản tin đang đi theo hướng tiến tới đích, hoặc trong khi bản tin điều khiển đang đi theo hướng ngược lại trở về nguồn
2.7. TÓM TẮT CHƯƠNG 2
Chương này đã chỉ ra rằng bài toán RWA là một bài toán rất phức tạp. Trong thời điểm bùng nổ lưu lượng ngày nay việc định tuyến và gán bước sóng lại càng trở nên đặc biệt quang trọng, vì nó thể hiện được sự tối ưu của hệ thồng mạng.
Một mạng truyền dẫn muốn pháp triển ngày càng tốt thì chất lượng dịch vụ đáp ứng yêu cầu của khách hàng phải ngày càng cao. Vì vậy việc định tuyến và gán bước sóng là một cơng việc khơng thể thiếu của hệ thống mạng đó. Và ngày mạng truyền dẫn có tốc độ cao nhất đó là mạng quang WDM, cơng nghệ nổi bật hiện nay đó chính là cơng nghệ “Ghép kênh và phân chia theo bước sóng quang WDM”.
Song song đó, việc phát triển IP over WDM là hết sức quan trọng. Vì IP đã trở nên q thơng dụng. Sự kết hợp những yếu tố thuận lợi của truyền dẫn quang (WDM) và sự linh động, mềm dẻo của IP và MPLS đã cho ra đời kỹ thuật chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS, và việc định tuyến và gán bước sóng trong mạng quang WDM dựa trên kỹ thuật GMPLS được tìm hiểu ở chương 3
CHƯƠNG 3
PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH TUYẾN VÀ GÁN BƯỚC SÓNG
TRONG MẠNG QUANG WDM DỰA TRÊN KỸ THUẬT GMPLS 3.1. MPLS VÀ MẠNG QUANG THÔNG MINH
3.1.1. Tầm bao quát rộng lớn của MPLS
Công nghệ MPLS là kết quả phát triển của công nghệ chuyển mạch IP sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn của ATM để tăng tốc độ truyền gói tin mà khơng cần giao thức định tuyến của IP. MPLS tách chức năng của IP làm hai phần riêng biệt: Chức năng chuyển gói tin và chức năng điều khiển. MPLS được dựa trên những ý tưởng sau:
+ Thông tin chuyển tiếp nhãn tách ra từ nội dung của mào đầu IP
+ Mơ hình chuyển tiếp đơn (hốn đổi nhãn), các mơ hình định tuyến bội
+ Thực hiện riêng biệt liên kết bội mơ hình chuyển tiếp hốn đổi nhãn tên nhận dạng đường / kênh nối ảo, khe tần số, khe thời gian.
+ Tính linh hoạt cho việc tạo các lớp chuyển tiếp tương đương + Phân cấp chuyển tiếp qua ngăn xếp nhãn
Việc tách thông tin chuyển tiếp từ nội dung mào đầu IP cho phép MPLS được sử dụng với các thiết bị như OXCs (bộ đấu nối chéo quang) mà mặt phẳng dữ liệu không thể nhận ra mào đầu IP. Các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn chuyển tiếp dữ liệu bằng việc sử dụng nhãn được mang bởi dữ liệu. Nhãn này kết hợp với cổng mà dữ liệu được thu, được sử dụng để xác định cổng lối ra và nhãn lối ra cho dữ liệu. Mặt phẳng điều khiển MPLS hoạt động dưới dạng hoán đổi nhãn và rút ra kiểu chuyển tiếp. Đồng thời, mặt phẳng dữ liệu MPLS cho phép thực hiện riêng biệt liên kết bội nút ra này. Ví dụ như, một bước sóng có thể xem như một nhãn rõ ràng.
Cuối cùng, khái niệm phân cấp chuyển tiếp qua ngăn xếp nhãn cho phép tương tác với các thiết bị mà chỉ có thể hỗ trợ một khơng gian nhãn nhỏ. Tính chất này của MPLS là cần thiết trong khái niệm về OXCs và DWDMs do số bước sóng là khơng lớn lắm.
3.1.2. Các giao thức định tuyến và phân phối nhãn trong nền MPLS.
Nền tảng MPLS bao gồm các ứng dụng quan trọng như định tuyến dựa trên ràng buộc. Định tuyến dựa trên ràng buộc là tổng hợp của những mở rộng cho các giao thức định tuyến trạng thái IP hiện có chẳng hạn như OSPF và IS-IS với RSVP hoặc CR- LDP như mặt phẳng điều khiển MPLS và thuật tốn đường đi ngắn nhất có
ràng buộc. Những mở rộng với OSPF và IS-IS cho phép các nút trao đổi thơng tin về cấu hình mạng, tài ngun có thể sử dụng và thậm chí cả thơng tin chính sách.
Thông tin này được sử dụng bởi phương pháp CSPF – giao thức tìm đường ngắn nhất có ràng buộc để tính các đường dẫn tuỳ thuộc vào tài nguyên dành riêng hoặc chính sách ràng buộc. Ví dụ như, hoặc RSVP-TE hoặc CR-LDP được sử dụng để thiết lập trạng thái chuyển tiếp nhãn theo các tuyến được tính bởi giải thuật dựa trên CSPF, điều này tạo ra LSP. Mặt phẳng dữ liệu MPLS được sử dụng để chuyển tiếp dữ liệu dọc theo LSP đã thiết lập. Định tuyến dựa trên ràng buộc ngày nay được sử dụng cho hai mục đích chính: Xử lý lưu lượng và tái định tuyến nhanh.
3.1.3. Hướng tới ngăn xếp giao thức đơn giản hơn: IP/MPLS qua DWDM.
Với mạng thiết kế phù hợp, định tuyến dựa trên ràng buộc của IP/MPLS có thể thay thế ATM như cơ cấu cho xử lý lưu lượng. Cũng như vậy, cơ cấu tái định tuyến nhanh đưa ra một sự thay đổi với SONET tạo ra cơ cấu cho việc bảo vệ / khôi phục.