CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH QUANG
2.1 BÀI TOÁN ĐỊNH TUYẾN VÀ GÁN BƯỚC SểNG
Trong truyền dẫn WDM, mỗi dòng dữ liệu được mang bởi một bước sóng duy nhất (hay còn gọi là tần số quang) và một sợi quang thường có rất nhiều bước sóng ánh sáng khác nhau truyền qua. Trong một mạng định tuyến theo bước sóng WDM (sử dụng các kết nối chéo quang để xác định các tuyến quang qua mạng), người sử dụng ở các đầu giao tiếp với nhau thông qua các kênh WDM gọi là quang tuyến. Các quang tuyến hỗ trợ kết nối trong mạng WDM định tuyến theo bước sóng và có thể bao gồm nhiều kết nối quang. Để có thể đáp ứng các yêu cầu của quang tuyến trong mạng WDM định tuyến theo bước sóng, chúng ta sẽ đề cập đến vấn đề chọn đường và chọn bước sóng. Nếu như cho ta một tập các kết nối, việc lựa chọn tuyến và gán bước sóng cho từng kết nối được gọi là vấn đề định tuyến và gán bước sóng (RWA)[15].
Thông thường, các yêu cầu kết nối có thể được chia thành ba loại: tĩnh, tăng dần và động. Với trường hợp lưu lượng tĩnh, tất cả các kết nối giữa hai đầu được biết trước, và việc xử lý chỉ là thiết lập quang tuyến cho các kết nối này theo một mô hình chung với yêu cầu là tối thiểu hóa các tài nguyên, ví dụ như số bước sóng sử dụng cho kết nối.
Một sự lựa chọn khác là có thể thiết lập càng nhiều kết nối càng tốt với một số lượng bước sóng cố định trên một đường quang (giả thiết là tất cả các sợi quang đều có cùng số lượng bước sóng). Vấn đề RWA của lưu lượng tĩnh là thiết lập quang tuyến tĩnh (Static Lightpath Establish). Trong trường hợp lưu lượng tăng dần với số lượng yêu cầu kết nối đến một cách tuần tự, một quang tuyến sẽ được thiết lập cho mỗi kết nối và nó sẽ được duy trì trong mạng không hạn định. Đối với lưu lượng động, một quang tuyến được thiết lập cho mỗi kết nối khi có yêu cầu đến và chúng sẽ được giải phóng sau một khoảng thời gian nhất định. Vấn đề RWA trong trường hợp này là thiết lập quang tuyến động (DLE- Dynamic Lightpath Establish), bao gồm thiết lập quang tuyến
và gán bước sóng cho chúng với xác suất bị chặn là nhỏ nhất, hoặc hoặc số lượng kết nối là lớn nhất[18].
Vấn đề RWA thường được chia làm hai vấn đề con như sau:
- Lựa chọn tuyến - Gán bước sóng 2.1.1 Lựa chọn tuyến
Có ba phương pháp được sử dụng để lựa chọn tuyến như sau:
- Tuyến cố định (fixed routing): Đây là phương pháp đơn giản được thực hiện khi tuyến cố định luôn được gán cho một kết nối giữa nguồn và đích cho trước. Một ví dụ của phương pháp này chính là định tuyến đường ngắn nhất cố định (SP- Shortest path routing). Phương pháp này sử dụng các thuật toán tìm đường ngắn nhất để tìm ra một quang tuyến cho cặp nguồn-đích cho trước.
- Định tuyến cố định thay thế (fixed-alternate routing) Có một danh sách các tuyến cố định được sắp xếp theo thứ tự tới từng nút đích. Danh sách này nằm trong bảng định tuyến được duy trì bởi từng nút trong mạng. Phương pháp định tuyến K đường ngắn nhất (K-shortest path) được sử dụng để tìm các tuyến có thể giữa mỗi cặp nguồn-đích. Ví dụ, bảng này sẽ chứa danh sách tuyến ngắn nhất, tuyến thứ hai, tuyến thứ ba… Khi một yêu cầu kết nối đến, nút nguồn sẽ thiết lập kết nối của từng tuyến trong bảng định tuyến của nó một cách lần lượt cho đến khi nó tìm được một tuyến khả dụng. Trong trường hợp không có tuyến nào trong bảng có thể dùng được thì yêu cầu kết nối này sẽ bị chặn[33].
- Định tuyến thích nghi (Adaptive routing): Tuyến được chọn một cách tự động từ nút nguồn đến nút đích, tùy thuộc vào trạng thái của mạng. Trạng thái của mạng được xác định dựa vào các kết nối hiện tại trên mạng. Ví dụ của phương pháp này chính là định tuyến đường ít tắc nghẽn nhất (least congested-path routing).
Phương pháp này có xác suất chặn kết nối thấp hơn hai phương pháp trên nhưng việc tính toán phức tạp hơn[34].
2.1.2 Gán bước sóng
Gán bước sóng là lựa chọn một bước sóng trong danh sách các bước sóng có thể dùng được cho một tuyến nhằm tối đa hóa hiệu quả của bước sóng đó. Có một số mô hình cho phương pháp này như sau:
- Gán bước sóng một cách ngẫu nhiên (Random Wavelength Assignment).
Phương pháp này sẽ lựa chọn một cách ngẫu nhiên một bước sóng trong số các bước sóng có thể sử dụng để gán cho tuyến.
- Phù hợp đầu tiên (First-Fit): Trong trường hợp này, tất cả các bước sóng sẽ được đánh số và nó sẽ lựa chọn bước sóng khả dụng đầu tiên theo thứ tự.
- Ít sử dụng nhất (Least-used): Phương pháp này nhằm cân bằng tải cho tất cả các bước sóng. Tuy nhiên phương pháp này không được sử dụng nhiều trong thực tế bởi vì hiệu quả của nó được đánh giá thậm chí còn thấp hơn phương pháp gán ngẫu nhiên.
- Sử dụng nhiều nhất (Most-used)Phương pháp này sẽ lựa chọn bước sóng được sử dụng nhiều nhất để gán cho tuyến. Phương pháp này được dùng nhiều hơn hai phương pháp FF và LU[19].
Trong mạng WDM định tuyến theo bước sóng có sử dụng các bộ chuyển đổi bước sóng để chuyển đổi bước sóng ban đầu mang dữ liệu từ nút nguồn sang một bước sóng khác ở nút trung gian trước khi chuyển nó đến sợi quang kế tiếp. Kỹ thuật này được gọi là sự chuyển đổi bước sóng[5]. Mạng định tuyến theo bước sóng có khả năng này được gọi là mạng bước sóng khả chuyển (wavelength-convertible). Với các bộ chuyển đổi hoàn toàn, chúng có thể chuyển đổi một bước sóng bất kỳ sang một bước sóng bất kỳ khác. Nếu như mỗi đường quang trong mỗi nút của mạng đều được trang
bị bộ chuyển đổi này thì mạng này được gọi là mạng khả chuyển hoàn toàn. Khi đó mạng quang này tương đương như mạng chuyển mạch kênh truyền thống. Như vậy, bộ chuyển mạch có thể nâng cao hiệu năng của mạng.