Định tuyến liên quan đến tính toán các đ−ờng dẫn phù hợp cho từng nhu cầu. Một số lựa chọn định tuyến có thể là:
Tiêu chí tối −u khác nhau.
9 Minium hop.
9 Khoảng cách địa lý ngắn nhất.
9 Khả năng sử dụng lớn nhất.
Giới hạn dung l−ợng và các hạn chế dung l−ợng hiện tại.
Các yêu cầu l−u l−ợng.
Yêu cầu phân tập.
Các yêu cầu bằng tải.
Các thay đổi tối −u định tuyến có thể sử dụng là:
Định tuyến đ−ờng đi ngắn nhất đơn.
Định tuyến đ−ờng đi ngắn nhất kép.
Định tuyến đ−ờng đi kép nhiều chặng nhất...
ý t−ởng cơ bản của các ph−ơng pháp định tuyến là vòng Ring có chi phí tối thiểu đạt đ−ợc bằng cách tối thiểu của chặng hoặc cung với tải lớn hơn, trong đó tải của một chặng bằng tổng các nhu cầu đ−ợc định tuyến thông qua chặng đó. Để đạt đ−ợc điều này, hầu hết các thuật toán định tuyến tối −u giải quyết vấn
http://www.ebook.edu.vn
Sinh viên thực hiện: Lê Xuân Trung, Lớp D99VT 52
đề định tuyến theo h−ớng cân bằng tải: nhu cầu quang phải đ−ợc sắp xếp trên các vòng Ring theo ph−ơng thức sao cho sự chênh lệnh về tải ở mỗi chặng là nhỏ nhất có thể.
a)Thuật toán “định tuyến tối −u thay đổi” của C.Y.Lee và S.G.Chang
Chúng ta xét một vòng Ring có n node (và n cung hay chặng) các node đ−ợc đánh số theo thứ tự tăng dần theo chiều kim đồng hồ. Và cung giữa node i và node i+1 đ−ợc gọi là ai, cung giữa node n và node 1đ−ợc gọi là an. Mỗi nhu cầu giữa 2 node là đối xứng và song h−ớng. Ký hiệu:
d=(d1,d2,...,dm)
Pj+={as+1, as+2,..., at-2, at-1} là tập hợp các cung hay chặng tải l−u l−ợng, theo chiều kim đồng hồ của nhu cầu giữa node s và node t.
Pj-={as-1, as-2,..., a1, an,..., at+1, at} là tập hợp các cung hay chặng tải l−u l−ợng, theo ng−ợc chiều kim đồng hồ của nhu cầu giữa node s và node t.
P=nì2m là ma trận quan hệ cung-đ−ờng đi, trong đó: 1 nếu ai ∈ P+ j p(2,2*j-1)= 0 với tr−ờng hợp khác. 1 nếu ai ∈ P- j p(2,2*j-1)= 0 với tr−ờng hợp khác. x=(x1+
, x1-, x2+, x2-,..., xm+, xm-) là một vec tơ giải pháp. Trong đó:
xj+=l−ợng nhu cầu đ−ợc định h−ớng theo chiều kim đồng hồ. xj-=l−ợng nhu cầu đ−ợc định h−ớng theo ng−ợc chiều kim đồng hồ. R=nì2m là ma trận quan hệ chặng-nhu cầu, trong đó:
R(i,2j-1)=P(i,2j-1). xj+ R(i,2j)=P(i,2j). xj-
y=(y1, y2,..., yn) là một véc tơ tải, mà phần tử yi của nó tải trên cung i, đ−ợc xác định theo công thức: yi=∑R(i,j).
z(x)=maxi{yi} là tải cung cấp cực đại của giải pháp x. A={ai|yi>=z(x)-1} là tập hợp các tải cung có tải cực đại. Vấn đề cân bằng tải có thể đ−ợc tính toán nh− sau:
Cực tiểu z(x), với các điều kiện sau:
+ ∈ ∑ +} | {ji P j X + − ∈ ∑ −} | {ji P j
http://www.ebook.edu.vn
Sinh viên thực hiện: Lê Xuân Trung, Lớp D99VT 53
xj++xj-=dj đối với i=1,2,...,m.
xj+, xj-là các số nguyên không âm với mọi j. Mục tiêu thực tế là để đạt đ−ợc việc định tuyến xj+
và xj- của mỗi nhu cầu j sao cho tải cực đại là nhỏ nhất. Điều kiện đầu tiên cho thấy rằng tải cung yi bằng tổng của tất cả các nhu cầu đ−ợc định tuyến trên cung ai theo cả hai h−ớng cùng chiều kim đồng hồ, điều kiện thứ hai cho thấy rằng l−ợng nhu cầu j đ−ợc định tuyến theo cùng chiều và ng−ợc chiều kim đồng hồ phải bằng l−ợng nhu cầu dj. Để giải quyết vấn đề trên Lee và Chang đã đề xuất thuật toán sau đây.
Begin Thiết lập (d1,0,d2,0,...,dm,0); Tính y, z(x), A; Đặt i:=1; While i<=n do Begin
Tạo ra danh sách các nhu cầu bắt đầu tại node i và phân loại các nhu cầu trong danh sách này theo thứ tự giảm dần của |Pj+|;
Đặt nhu cầu j:=nhu cầu đầu tiên trong danh sách tại node i;
While Pj+ ⊃A do Begin Đặt xj+:= xj+-min xj+, ( ) 2 ) ( mink P z x yk j+ − ∈ Đặt xj-:= xj--min xj-, ( ) 2 ) ( mink P z x yk j− − ∈ Cập nhập y, z(x), A;
Đặt nhu cầu j:=nhu cầu tiếp theo sau nhu cầu j trong danh sách;
đặt i=i+1;
http://www.ebook.edu.vn
Sinh viên thực hiện: Lê Xuân Trung, Lớp D99VT 54
end;
Sau đây là mô tả thuật toán tối −u khác đ−ợc xuất phát từ thuật toán của Chang và Lee.
Begin
Phân loại các nhu cầu dsd theo thứ tự tăng dần của chỉ số nút nguồn; Sau đó phân loại các nhu cầu dsd theo thứ tự tăng dần của chỉ số nút đích;
While i<=n do Begin
Định tuyến các nhu cầu bắt đầu từ các nhu cầu đ−ợc xuất phát tại node i và xem giải pháp này nh− một giải pháp hiện tại;
Gọi B là tập hợp các cung với tải cực đại;
While {có ít nhất một nhu cầu mà hiện tại đang đi qua tất cả các cung trong tập hợp B} do
Begin
Lựa chọn trong các nhu cầu mà đi qua tất cả các cung trong tập hợp B, nhu cầu drq mà đi qua nhiều cung nhất (nếu có hơn một nhu cầu thoả mãn điều kiện này, thì chọn nhu cầu đầu tiên trong danh sách);
Định tuyến lại nhu cầu đ−ợc lựa chọn theo h−ớng ng−ợc chiều kim đồng hồ;
Ước l−ợng tải của mỗi chặng và gọi B là tập hợp các cung có tải cực đại;
end;
if tải chặng lớn nhất của giải pháp này nhỏ hơn tải chặng lớn nhất của giải pháp hiện tại then
giải pháp mới:=giải pháp hiện tại;
end; end;
Thuật toán trên gọi là thuật toán tối −u thay đổi, thuật toán này luôn cung cấp một giải pháp tối −u nhất. Chú ý rằng phần lõi của thuật toán này phải đ−ợc thực hiện n lần (ở ngoài vòng While) vì giải pháp này phụ thuộc vào số node mà tại đó bắt đầu thực hiên hoạt động định tuyến.
http://www.ebook.edu.vn
Sinh viên thực hiện: Lê Xuân Trung, Lớp D99VT 55
b) Ph−ơng pháp định tuyến “Heuristic”
Tại sao các nhà quy hoạch mạng sử dụng ph−ơng pháp “Heuristic” thay vì các tiếp cận tối −u để định cỡ vòng OSM-SP? Một số lý do có thể là:
9 Các thuật toán này đơn giản hơn các thuật toán tối −u mà lại có kết quả gần giống với các thuật toán tối −u ít nhất là cho một tập hợp xác định các ma trận nhu cầu quang.
9 Các thuật toán này tiếp cận gần với sự đảm bảo cho việc đối chiếu giữa quy hoạch và quá trình giám sát.
Các ph−ơng pháp “Heuristic” có thể đ−ợc chia làm hai loại:
9 Ph−ơng pháp thích ứng.
9 Ph−ơng pháp không thích ứng.
Các ph−ơng pháp không thích ứng
Các thuật toán này tuân theo quy tắc cố định và đơn giản để giải quyết nhu cầu định h−ớng tối −u dựa trên nhu cầu quang, h−ớng định tuyến. Chúng đ−ợc gọi là “ không thích ứng” vì quy tắc định tuyến của chúng không thấy đổi trong suốt quá trình định tuyến. Có 3 loại quy tắc sau đây:
9 Luôn luôn định tuyến nhu cầu theo h−ớng có khoảng cách ngắn nhất.
9 Luôn luôn định tuyến nhu cầu theo h−ớng có ít hop nhất.
9 Luôn luôn định tuyến nhu cầu theo h−ớng có ít tải nhất.
E A B C D
Hình 3.8Quy tắc định tuyến số chặng tối thiểu
Hai quy tắc đầu tiên t−ơng tự nh− nhau: một nhu cầu quang song h−ớng giữa hai nút của vòng Ring đ−ợc định tuyến theo h−ớng ngắn nhất hoặc có ít chặng nhất (xem hình 3.8). Ưu điểm chính của hai quy tắc này là đơn giản. Bên
http://www.ebook.edu.vn
Sinh viên thực hiện: Lê Xuân Trung, Lớp D99VT 56
cạnh đó, hai quy tắc này đ−a ra các kết quả định cỡ rất tốt trong tr−ờng hợp các ma trận nhu cầu quang đều có dạng l−ới, vì trong tr−ờng hợp đó hai thuật toán này đảm bảo cân bằng tải tối −u trong vòng ring. Trong tr−ờng hợp một vòng ring có số l−ợng nút là chẵn và số l−ợng chặng giữa một số cặp nút là giống nhau, không phụ thuộc vào h−ớng trên vòng ring: điều này làm dẫn đến kết quả là quy tắc định tuyến theo h−ớng có ít nút nhất không thể quyết định h−ớng định tuyến cho các nhu cầu quang giữa các cặp nút này. Trong tr−ờng hợp này h−ớng định tuyến có thể đ−ợc lựa chọn một cách ngẫu nhiên theo một h−ớng cố định, và tốt hơn là mỗi lần đ−ợc định tuyến theo h−ớng có tải nhỏ nhất.
Một lựa chọn là các nhu cầu có thể đ−ợc định tuyến theo một h−ớng nh−
đ−ợc minh hoạ trong hình 3.9 cho các nhu cầu giữa nút B và nút D. Giải pháp này giảm các yêu cầu tài nguyên nếu so sánh với các giải pháp tr−ớc, vì xu h−ớng là tăng cân bằng tải trên một vòng ring. L−u ý: để định tuyến nhu cầu quang theo hai h−ớng và một số nhu cầu khác theo một h−ớng không có bất kỳ ảnh h−ởng nào đến cơ chế bảo vệ OMS.
A
B
C D
Pair nodes
Hình 3.9 Quy tắc định tuyến số chặng tối thiểu cải tiến
Tuy nhiên, trong khi các quy tắc định tuyến với số chặng/ khoảng cách nhỏ nhất rất phù hợp với ma trận nhu cầu quang kiểu l−ới, thì các quy tắc này lại không phù hợp với tất cả các tr−ờng hợp mẫu nhu cầu chung. Thực tế, loại phân bố nhu cầu này dẫn đến sự mất cân bằng tải trên vòng ring và cần thêm các tài nguyên.
Quy tắc định tuyến theo tải nhỏ nhất
http://www.ebook.edu.vn
Sinh viên thực hiện: Lê Xuân Trung, Lớp D99VT 57
Các nhu cầu song h−ớng đ−ợc định tuyến trên cùng một h−ớng của vòng ring (nh−ng trên hai sợi quang khác nhau).
Khi mỗi h−ớng của vòng ring có cùng tải nh− nhau, thì h−ớng ngắn nhất (tính theo km chiều dài hoặc theo số chặng) đ−ợc lựa chọn.
Hình 3.10, biểu diễn định tuyến nhu cầu quang theo quy tắc tải nhỏ nhất.
E A
B
C D
Hình 3.10 Quy tắc tải tối thiểu theo trật tự nhu cầu A-C, E-D, B-C
Quy tắc định tuyến này luôn cố gắng duy trì cân bằng tải trên vòng ring và do đó mà trong tr−ờng hợp mẫu nhu cầu quang chung nó cố gắng tạo ra điều kiện tối −u. Nh−ng không may là nó lại phụ thuộc nhiều vào thứ tự đi kèm trong định tuyến các nhu cầu quang. Ví dụ, quy tắc tải nhỏ nhất trong hình 3.10 xem xét 3 trật tự mới là: A-C, E-D, và B-C, nếu thay đổi thứ tự này và trật tự mới là: B-C, A-C, và E-D sơ đồ định tuyến thành sơ đồ nh− đ−ợc mô tả trong hình 3.11.
Quy tắc này có nh−ợc điểm và yêu cầu tài nguyên cao hơn nhiều so với các ph−ơng pháp tốt −u khi bùng nổ các nhu cầu quang giữa cùng một cặp node đ−ợc định tuyến theo các nhu cầu khác.
E A
B
C D
Hình 3.11 Quy tắc tải tối thiểu: định tuyến luân phiên đối với trật tự nhu cầu khác
http://www.ebook.edu.vn
Sinh viên thực hiện: Lê Xuân Trung, Lớp D99VT 58
Các ph−ơng pháp “Heuristic” thích ứng
Các thuật toán này tuân theo một quy tắc đơn giản và cố định để quyết định h−ớng định tuyến trừ khi xảy ra sự thiếu tài nguyên. Trong tr−ờng hợp này cho phép sử dụng cơ chế định tuyến khác. Chúng đ−ợc gọi là “thích ứng “ vì quy tắc định tuyến của chúng thay đổi trong suốt quá trình định tuyến.
Quy tắc thích ứng điển hình là định tuyến theo h−ớng có số l−ợng hop nhỏ nhất trừ khi xảy ra sự thiếu tài nguyên trên vòng ring. Điều này có nghĩa là thông tin về các b−ớc sóng rỗi trên mỗi chặng của mỗi vòng phải đ−ợc biết tr−ớc khi thực hiện quyết định h−ớng định tuyến cho một nhu cầu quang. Vì thông tin này chỉ có đ−ợc sau quá trình phân bổ b−ớc sóng nên chúng ta phải kết hợp các chức năng định tuyến và phân bổ b−ớc sóng với nhau. Thuật toán thích ứng đ−ợc đề xuất “thừa h−ởng” tính phụ thuộc trật tự định tuyến nhu cầu từ thuật toán tối thiểu không thích ứng. Giải pháp đ−ợc đề xuất cho ph−ơng pháp không thích ứng cùng có thể đ−ợc sử dụng.
c)Ví dụ của các ph−ơng pháp định tuyến đ−ợc đề xuất ở trên
Cấu hình vòng ring OMS-SP đ−ợc đ−a ra trong ví dụ này đ−ợc thực hiện định cỡ với các thuật toán ở trên. Mục đích của ví dụ này là:
9 Cung cấp một ý t−ởng định l−ợng về sự khác nhau mà chúng ta có thể đạt đ−ợc bằng cách sử dụng các thuật toán khác nhau để giải quyết một vấn đề.
9 Kiểm tra cách thức xử lý của các thuật toán đã đ−ợc đề xuất ở trên.
Hình 3.12 Ví dụ cấu hình ring và ma trận nhu cầu quang.
Trong ví dụ này, xem xét một vòng ring nh− trong hình 3.12. Vòng ring này gồm 5 nút và 8 b−ớc sóng trên mỗi chặng. Các nút đ−ợc đánh số từ 1 đến 5
1 2 3 4 5 1 - 3 4 1 3 2 3 - 1 2 3 3 4 1 - 3 1 4 1 2 3 - 4 5 3 3 1 4 - 4 3 2 5 1 40 Km 35 Km 20 Km 25 Km 15 Km
http://www.ebook.edu.vn
Sinh viên thực hiện: Lê Xuân Trung, Lớp D99VT 59
theo chiều kim đồng hồ và khoảng cách giữa các nút đ−ợc biểu diễn nh− trong hình vẽ. Chặng nằm giữa nút i và nút i+1 đ−ợc ký hiệu là ai, và chặng giữa nằm giữa nút 5 và nút 1 đ−ợc ký hiệu là a5. Ma trận nhu cầu quang đ−ợc tải trên vòng ring đ−ợc biểu diễn nh− trong hình 3.12.
Tất cả thuật toán đ−ợc đề xuất ở trên cho phép phân tách nhu cầu, điều này có nghĩa là chẳng hạn nh− đối với cầu giữa nút 1 và nút 2 có số l−ợng là 3 thì có thể đ−ợc xem nh− là 3 nhu cầu có số l−ợng là 1 giữa hai nút. Ký hiệu, nhu cầu a với số l−ợng 1 giữa nút i và nút j là dij và toàn bộ nhu cầu là d(i,j). Chú ý rằng, trong mỗi tr−ờng hợp có cho phép thực hiện biến đổi b−ớc sóng (mục đích ở đây chỉ là so sánh giữa các thuật toán định tuyến) tuy nhiên nhu cầu quang hiển nhiên là phải đ−ợc định tuyến trên một vòng ring vật lý khi cần nhiều hơn một vòng ring. 4 8 25 8 2 ) , ( 5 1 5 1 = ⎥⎥ ⎤ ⎢⎢ ⎡ = ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎤ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎡ ∑ ∑ = = = i j ring stacked j i d N
Các thuật toán không thích ứng “heuristic” có thể đ−ợc áp dụng một cách rất dễ dàng. Thuật toán số l−ợng chặng tối thiểu định tuyến mỗi nhu cầu theo h−ớng có số l−ợng chặng tối thiểu và đ−a đến kết quả nh− hình 3.13. Số l−ợng các vòng ring xếp chồng là 3, trong khi sự phân bố các b−ớc sóng đ−ợc sử dụng 10, 7, 6, 6, 7 trên các chặng a1, a2, a3, a4 và a5 t−ơng ứng. Tải cực đại có 10 b−ớc sóng trên chặng a1. Tổng số b−ớc sóng đ−ợc sử dụng trên mỗi chặng là 36, và tổng số b−ớc sóng (đang hoạt động) phải đ−ợc cung cấp là 60. Các tài ng−yên cần thiết không phụ thuộc vào trật tự của nhu cầu đang xem xét.
1 2 3 4 5 d12 d12 d12 d13 d13 d23 d24 d24 d24 d24 d34 d34 d14 d45 d45 d45 d14 d15 d15 d15 1 2 3 4 5 d13 d13 d13 d25 d13 d13 d13 d34 d35 d35 d45 d25 1 2 3 4 5 d25 d25 d25 d25
http://www.ebook.edu.vn
Sinh viên thực hiện: Lê Xuân Trung, Lớp D99VT 60
Thuật toán tính theo khoảng tối thiểu định tuyến mỗi nhu cầu theo h−ớng có khoảng cách nhỏ nhất và đ−a ra kết quả nh− đ−ợc biểu diễn trong hình 3.14. Số l−ợng vòng xếp chồng là 3, trong khi phân bố các b−ớc sóng sử dụng trên các chặng a1, a2, a3, a4 và a5 t−ơng ứng là 6, 3, 10, 10, 11. Tải lớn nhất là 11 ở chặng a5. Tổng số b−ớc sóng đ−ợc sử dụng trên tất cả các chặng là 40, và tổng số b−ớc