Chương II MẠNG CHUYỂN MẠCH KHỐI QUANG OBS
2.6 Lập lịch kênh truyền
Trong lập lịch kênh truyền, nhiều bước sóng có thể sử dụng ở mỗi liên kết và vấn đề là sắp xếp burst mới đến trên một kênh thích hợp hay trên một bước sóng thích hợp.
Trong bài toán này, các bộ chuyển đổi bước sóng toàn quang được giả sử là có ở tất cả các node và việc lập lịch diễn ra ở node lõi trung gian và những node ngõ vào. Mục đích cơ bản trong loại lập lịch này là tối thiểu khoảng cách “gap” của mỗi lập lịch trên mỗi kênh, trong đó khoảng cách “gap” là khoảng rỗi giữa hai burst được truyền trên cùng một bước sóng ngõ ra. Lập lịch kênh trong mạng OBS khác so với việc lập lịch trong mạng IP truyền thống. Trong mạng IP, tại mỗi node lõi lưu trữ các gói tin trong các bộ đệm và lập lịch chúng ở một ngõ ra mong muốn. Trong mạng OBS, một khi một burst đến node lõi, nó phải được chuyển đến node kế mà không cần lưu trữ trong các bộ đệm miền điện.
Khi một gói BHP đến node lõi, SCU xử lý gói tin này và một giải thuật lập lịch kênh được đưa ra để sắp xếp một burst chưa được lập lịch đến một kênh dữ liệu ở ngõ ra. Khối lập lịch kênh truyền lấy thời điểm burst đến và chiều dài burst từ BHP. Giải thuật có thể cần thiết để duy trì thời điểm kênh truyền rỗi gần nhất LAUT hay horizon, khoảng cách và chỗ trống ở tất cả các kênh dữ liệu ở ngõ ra. Theo lý thuyết, LAUT của một kênh dữ liệu là thời điểm gần nhất tại đó đó kênh số liệu có thể được sử dụng bởi một burst chưa được lập lịch hay có thể hiểu là thời điểm kết thúc của burst đã được lập lịch trong một số trường hợp. Khoảng cách là thời gian giữa một burst chưa được sắp xếp với điểm cuối của một burst đã được lập lịch trước đó. Chỗ trống “gap” là thời gian thời gian rỗi giữa hai burst đã được lập lịch trên kênh dữ liệu. Đối với giải thuật lấp đầy chỗ trống, thời gian bắt đầu và kết thúc của mỗi burst trên tất cả kênh dữ liệu phải được duy trì.
Những thông tin sau được sử dụng bởi khối lập lịch cho hầu hết các giải thuật lập lịch bước sóng:
- Lb là chiều dài burst
- t là thời điểm đến của burst chưa được lập lịch - W là số lượng kênh dữ liệu tối đa ở ngõ ra - Nb số tối đa burst dữ liệu được sắp xếp - Di kênh dữ liệu thứ i ở ngõ ra
- LAUTi là LAUT của kênh dữ liệu thứ i đối với giải thuật không lấp chỗ trống - S(i,j) và E(i,j) là thời điểm bắt đầu và kết thúc một burst đã được sắp lịch thứ j trên
kênh dữ liệu thứ i.
- Gapi Nếu kênh truyền có thể sử dụng, khoảng cách là sự khác biệt giữa t và LAUTi
đối vởi giải thuật lập lịch không có lấp chỗ trống và là sự khác biệt giữa t và E(i,j)
của burst trước đó j cho giải thuật lập lịch có lấp chỗ trống. Khi kênh truyền “bận”
thì Gapi = 0. Thông tin về khoảng cách rất có ích cho việc chọn lựa một kênh truyền đối với trường hợp có nhiều kênh truyền đang rỗi.
Những giải thuật lập lịch kênh dữ liệu có thể được phân loại thành hai lớp : có và không có lấp chỗ trống. Những giải thuật cơ sở khác biệt nhau dựa trên loại và số lượng thông tin trạng thái được duy trì tai một node về các kênh truyền. Trong những giải thuật không lấp chỗ trống, LAUTi trên mọi kênh dữ liệu Di, với i = 1, 2, 3…, W, được duy trì bởi khối lập lịch. Trong những giải thuật có lấp chỗ trống, thời gian bắt đầu và kết thúc được duy trì tại mỗi node trên tất cả các kênh.
Trong phần dưới đây chúng ta xem xét về các giải thuật lập lịch kênh không lấp chỗ trống như FFUC, LAUC và lấp chỗ trống FFUC-VF, LAUC-VF.
2.6.1 First Fit Unscheduled Channel (FFUC)
(tạm dịch: tìm kênh thích hợp đầu tiên theo thứ tự định trước ở ngõ ra cho burst đang đến) Giải thuật lập lịch FFUC lưu trữ giá trị của LAUT (hay còn gọi là horizon) trên tất cả các kênh dữ liệu. Khi có burst dữ liệu đang đến, giải thuật FFUC sẽ tìm kiếm trên tất cả kênh truyền theo một thứ tự cố định và sắp xếp một kênh thích hợp tìm thấy đầu tiên cho burst đang đến này. Một kênh truyền được xem là thích hợp đối với giải thuật FFUC khi giá trị LAUT của nó nằm trước thời điểm burst đến (burst arrival time). Ưu điểm cơ bản của FFUC là tính đơn giản của giải thuật và giải thuật chỉ cần phải duy trì giá trị của LAUTi trên mỗi kênh. Giải thuật FFUC có thể được giải thích như hình 2.7(a). Có thể mô tả như sau: FFUC thực hiện dựa trên các giá trị LAUT0, LAUT1 và LAUT2 của kênh dữ liệu D0, D1 và D2. Thời điểm t chính là thời điểm burst đến. Ta thấy cả LAUT1 và LAUT2
đều thoã mãn còn LAUT0 và LAUT3 không thoã mãn. Nếu những kênh này được sắp xếp thứ tự dựa trên chỉ số của kênh (D0, D1,.., DW), thì kênh dữ liệu D1 sẽ được chọn bởi vì theo thứ tự D1 nằm trước D2. FFUC là một giải thuật đơn giản nhưng nó lại cho xác suất mất dữ liệu cao và hiệu quả sử dụng băng thông kém; dưới đây sẽ đề cập đến các giải thuật khác cho xác suất mất mát dữ liệu thấp hơn.
2.6.2 Horizon hay Latest Available Unscheduled Channel (LAUC) (tạm dịch: tìm kênh thích hợp có thời điểm LAUT gần nhất)
Giải thuật lập lịch kênh LAUC hay Horizon giữ giá trị LAUT của tất cả các kênh truyền và sắp xếp cho burst dữ liệu kênh có LAUT gần nhất. Giải thuật LAUC cũng được giải thích trong hình 2.7(a). Dựa trên LAUT1 và LAUT2 của các kênh dữ liệu D1 và D2
thích hợp cho burst đang đến chưa được lập lịch vì thời điem burst đến t nằm sau các LAUT này. Nếu như trong giải thuật FFUC thì kênh D1 được chọn. Tuy nhiên, trong LAUC còn quan tâm đến khoảng cách giữa t và LAUT của mỗi kênh, nó sẽ chọn kênh nào có khoảng cách này nhỏ hơn; điều này làm tăng hiệu quả sử dụng kênh truyền so với
FFUC. Chúng ta quan sát rằng Gap1 > Gap2; do đó burst đến sẽ được lập lịch ở ngõ ra có khoảng cách nhỏ nhất, nghĩa là D2.
(a)
(b)
Hình 2.7: Sự sắp xếp kênh truyền sau khi sử dụng (a) giải thuật không lấp chỗ trống (FFUC và LAUC), và (b) giải thuật lấp chỗ trống (FFUC-VF và LAUC-VF)
Lb
Thời gian D0
D1
D2
D3
Arrival
E0,0 S0,0
E1,0
S1,0
E2,0
S2,0
E3,0 S3,0
S0,1 E0,1
S3,1 E3,1
E0,a E0,a
FFUC-VF
LAUC-VF Gap3
Lb
Thời gian D0
D1
D2
D3
t
LAUT1
LAUT2
LAUT0
LAUT3
Arrival
FFUC
LAUC
Gap1
Gap2
2.6.3 First Fit Unscheduled Channel with Void Filling (FFUC-VF)
(Tạm dịch: tìm kênh thích hợp đầu tiên theo thứ tự và nếu có thể thì sử dụng khoảng giữa hai burst đã được lập lịch)
Điểm khác biệt của các giải thuật lấp đầy chỗ trống nói chung là không lưu trữ giá trị LAUT mà lưu thời điểm bắt đầu S và kết thúc E của mỗi burst đã được lập lịch trên mọi kênh dữ liệu. Ưu điểm của giải thuật này là tận dụng khoảng trống giữa hai burst dữ liệu đã được sắp xếp làm tăng hiệu suất sử dụng kênh truyền. FFUC-VF cũng giống như FFUC nó chọn lựa kênh truyền thích hợp theo thứ tự. Kênh đầu tiên với một khoảng cách thích hợp được chọn. Giải thuật FFUC-VF được mô tả như hình 2.7(b).
Dựa tren Si.j và Ei,j, tất cả các kênh dữ liệu D0, D1, D2 và D3 có khả năng đáp ứng cho burst đến chưa được lập lịch. Nếu các kênh này được đánh thứ tự như chỉ số của từng kênh, burst mới đến sẽ được lập lịch ở ngõ ra D0 bởi vì nó thoả mãn các điều kiện sau: là kênh có số thứ tự đầu tiên có E0,0 nằm trước E0,a, khoảng cách giữa điểm kết thúc burst thứ nhất và điểm bắt đầu của burst thứ hai đã được lập lịch lớn hơn chiều dài của burst mới đến chưa được lập lịch.
2.6.4 Latest Available Unscheduled Channel with Void Filling (LAUC-VF) (tạm dịch: tìm kênh thích hợp có thời điểm LAUT gần nhất và nếu có thể thì sử dụng khoảng giữa của hai burst đã được lập lịch)
Giải thuật LAUC-VF cũng lưu những thời điểm bắt đầu S và kết thúc E cho mỗi burst dữ liệu đã được lập lịch trên tất cả các kênh dữ liệu. Ưu điểm của giải thuật này là tận dụng khoảng trống giữa hai burst dữ liệu được sắp xếp. Kênh truyền với một khoảng trống mà khoảng cách nhỏ nhất sẽ được chọn. Giải thuật LAUC-VF được giải thích trong hình 2.7(b). Dựa trên Si.j và Ei,j, tất cả các kênh dữ liệu D0, D1, D2 và D3 thích hợp với chiều dài của burst. Chúng ta thấy được rằng D3 có khoảng cách nhỏ nhất Gap3; do đó burst mới đến sẽ được lập lịch trên D3.