CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ MẠNG WDM ĐẢM BẢO CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG
4.3. Xây dựng bài toán thiết kế đảm bảo an toàn mạng
Xét mạng kết nối bởi các liên kết quang 2 chiều, mỗi liên kết là một sợi cáp có khả năng sử dụng W bước sóng. Mỗi nút quang được trang bị thiết bị OXC và giả thiết rằng các nút OXC này không được trang bị các bộ chuyển đổi bước sóng.
Lưu lượng giữa các nút có thể đối xứng hoặc không đối xứng và nhỏ hơn hoặc lớn hơn dung lượng của một bước sóng. Nếu không thể xác định được tuyến quang mang lưu lượng yêu cầu thì phần lưu lượng được coi là bị nghẽn (blocked).
Ta sẽ sử dụng các ký hiệu sau:
i,j: nút bắt đầu và kết thúc của mỗi liên kết logic m,n: nút kết cuối của mỗi liên kết vật lý.
Đối với các liên kết vật lý:
N: số nút của mạng W: số bước sóng sử dụng
Pmn: cấu hình vật lý được xác định bởi tập {Pmn}. Nếu giữa nút m và n tồn tại kết nối sợi quang thì Pmn = 1, nếu không thì Pmn = 0.
Đối với mạng logic:
Vij: số tuyến quang giữa nút i và j.
k
Rij: tuyến quang từ nút i đến nút j sử dụng bước sóng k. Nó bao gồm một tập các liên kết vật lý (i, m1), (m1, m2),.., (mp, j).
k
Aij: tuyến quang dự phòng cho tuyến hoạt động tương ứng từ nút i đến j. Nó bao gồm một tập các liên kết vật lý (i, n1), (n1, n2),.., (nq, j).
k
cij: nếu tuyến hoạt động sử dụng bước sóng k trên hướng từ i đến j thì cijk = 1, nếu không thì cijk = 0. cijk được xác định từ Rijk.
k
oimn: nếu tuyến hoạt động trên đường nối mn sử dụng bước sóng k thì oimnk = 1, nếu không oimnk = 0. oimnk có thể được xác định từ Rijk.
ϕmn: số lượng cực đại các tuyến dự phòng trên liên kết vật lý mn.
wmn: số tuyến hoạt động trên tuyến vật lý giữa m và n.
bmn: số tuyến dự phòng trên tuyến vật lý giữa m và n.
w
mmn: nếu tuyến dự phòng sử dụng bước sóng w trên liên kết vật lý mn thì mmnw = 1, nếu không mmnw = 0
w mn
k pq
gij,,, : nếu tuyến quang từ i đến j sử dụng bước sóng k trên liên kết vật lý pq và sử dụng bước sóng k giữa nút m và n thì gijmn,pq,w,k = 1, nếu không gijmn,pq,w,k = 0.
Như vậy, bài toán thiết kế mạng đảm bảo tiêu chí QoR cho trước có thể được xây dựng dựa trên bài toán tối ưu như sau:
Thiết kế cấu hình mạng logic (xác định tuyến đường đi và gán bước sóng) có bảo vệ dựa trên mạng vật lý cho trước với các điều kiện sau:
Đầu vào:
- Cấu hình mạng vật lý gồm danh sách các nút, tuyến và chiều dài tuyến…
- Ma trận lưu lượng, là tập các nhu cầu kết nối điểm-điểm.
- Yêu cầu về chất lượng tin cậy QoR.
Đầu ra:
- Bảng định tuyến cho mỗi luồng lưu lượng và bước sóng gán cho mỗi luồng.
- Tổng số bước sóng cần thiết để phục vụ cho mạng.
Hàm mục tiêu:
Tối thiểu hoá số bước sóng sử dụng, nghĩa là:
∑ +
n m
mn
mn b
w
,
) (
min (4.17)
với các ràng buộc:
- Số tuyến quang hoạt động trên tuyến vật lý mn phải bằng tổng số tuyến quang sử dụng bước sóng w trên liên kết vật lý đó, nghĩa là:
∑∈
=
W w
w mn
mn o
w (4.18)
- Tương tự, số tuyến quang dự phòng trên liên kết vật lý mn phải bằng tổng các bước sóng sử dụng cho mục đích dự phòng trên liên kết đó, nghĩa là:
∑∈
=
W w
w
mn mmn
b (4.19)
- Trên liên kết Pmn, hoặc là một tuyến hoạt động, hoặc là một tuyến dự phòng sử dụng bước sóng k, nghĩa là:
mn k mn k
mn m P
o + ≤ (4.20)
- Tuyến quang giữa nút i và nút j phải được bảo vệ bởi tuyến dự phòng khi liên kết pq∈ Rijk bị sự cố. Cũng cần chú ý rằng không cần phải sử dụng các bước sóng khác nhau đối với tuyến hoạt động và tuyến dự phòng tương ứng:
∑ ∑∈ ∈
=
W w it A
w it
k pq ij k
ij
ijk
g
c ,, , (4.21)
- Điều kiện liên tục về bước sóng: Tuyến quang giữa nút i và j sử dụng bước sóng w phải có cùng bước sóng trên tất cả các liên kết của tuyến dự phòng của nó:
w tm
k pq ij w nt
k pq
ij g
g ,, , = ,, , với ∀pq∈Rijk,∀nt,tm∈Aijk (4.22) - Một tuyến quang sử dụng bước sóng k giữa 2 nút logic i và j phải sử dụng
cùng bước sóng w trên liên kết vật lý mn ∈ Aijk cho tuyến dự phòng:
w mn
k q p ij w mn
k q p
ij g
g ,,11, = ,,22, với ∀p1q1,p2q2∈Rijk (4.23) - Số lượng tuyến dự phòng sử dụng bước sóng k trên liên kết vật lý phải bị giới
hạn:
∑ ∑ ∑
∈ > ∈ ∈
≥
W
w ij c mn A pq R
k mn
w pq ij k
mn mn
ijk
ijk k
ij
g m
) , 0 ( : ) , (
, ,
ϕ , (4.24)
- Thời gian khôi phục mạng phải trong phạm vi ngưỡng QoR:
RT < QoR (4.25)