c. Kết cấu OXC dựa vào chuyển mạch chia bước súng
3.1.1 Phương phỏp định tuyến trong mạng MESH
3.1.1.1 Định tuyến cốđịnh
Cỏch tiếp cận đơn giản để định tuyến một kết nối là luụn lựa chọn một tuyến cố định như nhau cho một cặp nguồn đớch. Một vớ dụ điển hỡnh của cỏch tiếp cận này là định tuyến đường ngắn nhất cố định. Đường ngắn nhất tớnh cho mỗi cặp nguồn đớch được tớnh trước (ofline) sử dụng thuật toỏn đường ngắn chuẩn như Dijkstra hoặc Bell-Ford. Do đú nỳt mạng khụng cần thiết lưu giữ toàn bộ trạng thỏi mạng. Bất kỳ kết nối nào giữa cỏc cặp nỳt riờng được thiết lập sử dụng tuyến được xỏc định trước. Trong hỡnh 3.1 đường ngắn nhất cốđịnh minh hoạ từ nỳt 0 đến nỳt 2.
Hỡnh 3.1 Đường ngắn nhất cố định
Cỏch tiếp cận để thiết lập cỏc kết nối này rất đơn giản, tuy nhiờn sự bất lợi của cỏch tiếp cận này là nếu tài nguyờn (bước súng) dọc theo cỏc đường bị nghẽn, cú thể cú khả năng dẫn đến xỏc xuất nghẽn cao trong trường hợp lưu
0
1 2
3
lượng động hoặc dẫn đến cần một số lượng lớn cỏc bước súng sử dụng trong trường hợp lưu lượng tĩnh. Định tuyến cố định cũng khụng thể điều khiển cỏc tỡnh huống cú sự cố trong một hay nhiều tuyến sợi nào đú trong mạng. Để điều khiển cỏc sự cố tuyến sợi, việc tổ chức định tuyến lại hay phải xem xột cỏc đường lựa chọn tới đớch hoặc phải cú khả năng tỡm thấy một tuyến động. Trong
hỡnh3.1 một yờu cầu kết nối từ nỳt 0 đến nỳt 2 sẽ bị khoỏ nếu một bước súng chung khụng thể sử dụng trờn cả hai tuyến sợi trong tuyến cốđịnh.
3.1.1.2 Định tuyến luõn phiờn cốđịnh
Một cỏch tiếp cận để xem xột định tuyến đa đường là định tuyến luõn phiờn cố định. Trong định tuyến luõn phiờn cố định, mỗi nỳt trong mạng được yờu cầu duy trỡ một bảng định tuyến chứa danh sỏch chỉ thị của một số cỏc tuyến cố định tới mỗi nỳt đớch. Vớ dụ: những nỳt này cú thể bao gồm tuyến đầu tiờn ngắn nhất, tuyến thứ hai ngắn nhất, tuyến thứ ba ngắn nhất…Một tuyến chớnh giữa một nỳt nguồn s và một nỳt đớch d được định ra là tuyến đầu tiờn trong danh sỏch cỏc tuyến tới nỳt d trong bảng định tuyến tại nỳt s. Một tuyến thay thế giữa nỳt s và nỳt d là bất kỳ tuyến nào mà khụng dựng chung bất kỳ tuyến sợi nào với tuyến đầu tiờn trong bảng định tuyến s. Thuật ngữ “tuyến thay thế ” cũng để thực hiện mụ tả tất cả cỏc tuyến (bao gồm cả tuyến chớnh) từ một nỳt nguồn tới một nỳt đớch. Hỡnh 3.2 mụ tả tuyến kết nối nỳt chớnh (đường liền ) từ nỳt 0 đến nỳt 2 và tuyến thay thế (đường chấm) từ nỳt 0 đến nỳt 2.
Hỡnh 3.2 Tuyến chớnh (nột liền) và tuyến thay thế (nột chấm) từ nỳt 0 đến nỳt 2 Khi một kết nối yờu cầu đến, nỳt nguồn thử thiết lập kết nối liờn tiếp trờn mỗi tuyến từ bảng định tuyến đến khi cú một tuyến với bước súng gỏn hợp lệ. Nếu khụng cú tuyến nào cú thể dựng được từ danh sỏch cỏc tuyến thay thế thỡ yờu cầu kết nối bị nghẽn hoặc bị huỷ. Trong hầu hết cỏc trường hợp cỏc bảng định tuyến tại mỗi nỳt được chỉ thị bằng số cỏc chặng tới đớch. Như vậy đường ngắn nhất tới đớch
0
1 2
3
là đường đầu tiờn trong bảng định tuyến. Khi cú cỏc ràng buộc về khoảng cỏch giữa cỏc tuyến khỏc nhau, một tuyến cú thể được lựa chọn ngẫu nhiờn. Định tuyến thay thế cố định cung cấp điều khiển dễ dàng cho thiết lập và giải phúng cỏc luồng quang và nú cũng cú thểđược sử dụng để trỏnh sự cố mạng.
3.1.1.3 Định tuyến thớch nghi
Trong định tuyến thớch nghi, một tuyến từ một nỳt nguồn s đến một nỳt đớch
d được lựa chọn động phụ thuộc vào trạng thỏi mạng. Trạng thỏi mạng được xỏc định bởi tập tất cả cỏc kết nối hiện tại. Một loại định tuyến thớch nghi là định tuyến đường chi phớ ớt nhất, nú là cỏch định tuyến tốt cho mạng cú sử dụng chuyển đổi bước súng.Với cỏch tiếp cận này mỗi tuyến sợi khụng sử dụng trong mạng cú chi phớ bằng 1 đơn vị, mỗi tuyến sợi được sử dụng cú chi phớ bằng ∞ và mỗi tuyến sợi sử dụng chuyển đổi bước súng sẽ cú chi phớ là c đơn vị. Nếu chuyển đổi bước súng khụng cú thỡ c = ∞. Khi một kết nối đến, đường chi phớ thấp nhất giữa nỳt nguồn và nỳt đớch sẽ được xỏc định. Nếu cú nhiều tuyến cú cựng chi phớ, một trong chỳng sẽ được lựa chọn ngẫu nhiờn. Bằng cỏch lựa chọn chi phớ chuyển đổi bước súng c thớch hợp, chỳng ta cú thể đảm bảo rằng cỏc tuyến cú chuyển đổi bước súng chỉ được lựa chọn khi khụng đảm bảo rằng cỏc đường bước súng liờn tục. Định tuyến thớch nghi yờu cầu hỗ trợ mở rộng cỏc giao thức điều khiển và quản lý để cập nhật liờn tục cỏc bảng định tuyến tại cỏc nỳt. Ưu điểm của định tuyến thớch nghi là cú kết quả tắc nghẽn thấp hơn định tuyến cố định và định tuyến thay thế cố định. Với mạng trong hỡnh3.3 nếu cỏc tuyến sợi (1,2) và (4,2) trong mạng bận thỡ thuật toỏn định tuyến thớch nghi cú thể thiết lập qua một kết nối giữa nỳt 0 và nỳt 2. Trong khi cả hai định tuyến cốđịnh và định tuyến thay thế cốđịnh với cỏc tuyến như hỡnh 3.2 sẽ bị nghẽn. ∞ 1 1 1 ∞ 1 1 Hỡnh 3.3 Định tuyến thớch nghi từ nỳt 0 đến nỳt 2 0 1 2 3 5 4
Một dạng khỏc của định tuyến thớch nghi là định tuyến trờn luồng cú nghẽn ớt nhất (LCP – Least Congested Path). Giống nhưđịnh tuyến thay thế, với mỗi cặp nguồn - đớch, một danh sỏch cỏc tuyến được lựa chọn trước. Khi cú yờu cầu kết nối đến, luồng nghẽn ớt nhất trong số cỏc tuyến xỏc định trước được lựa chọn. Nghẽn trờn một tuyến sợi được đo bằng số bước súng cú thể sử dụng.
3.1.1.4 Định tuyến bảo vệ
Khi thiết lập cỏc kết nối trong một mạng định tuyến ghộp bước súng quang WDM yờu cầu cung cấp một số mức độ bảo vệ tuyến sợi và nỳt để trỏnh sai hỏng trong mạng bằng cỏch dự trữ một số lượng dung lượng dự phũng. Một cỏch tiếp cận phổ biến để bảo vệ là thiết lập 2 tuyến luồng quang phõn tập mức luồng. Một luồng gọi là luồng quang chớnh cho sử dụng cũn một luồng kia được gọi là luồng quang dự phũng để phục hồi cho luồng quang chớnh bị hỏng. Cỏch tiếp cận này cú thể được sử dụng để bảo vệ cỏc tuyến sợi hỏng đơn trong mạng. Để bảo vệ nỳt sai hỏng, cỏc đường chớnh và đường thay thế cũng cú thể phõn tập về nỳt.
Định tuyến thay thế cốđịnh cung cấp một cỏch tiếp cận để thực hiện điều khiển bảo vệ. Bằng cỏch lựa chọn cỏc đường thay thế phõn tập với tuyến chớnh, cú thể bảo vệ kết nối với bất cứ cỏc sai hỏng tuyến sợi đơn nào bằng cỏch phõn bổ một trong cỏc đường thay thế là một đường hồi phục.
Trong định tuyến thớch nghi cỏc đường hồi phục nào đú để thiết lập ngay sau khi đường chớnh đó được thiết lập. Giao thức định tuyến cú thể sử dụng để xỏc định đường hồi phục, với việc loại trừ một bằng cỏch thiết lập c =∞ nú đang được sử dụng trờn đường trục chớnh. Viờc sử dụng tuyến thay thế để phục hồi được xỏc định động sau khi sai hỏng xảy ra. Sự phục hồi sẽ chỉ thành cụng nếu đủ cỏc tài nguyờn sử dụng trong mạng. Chỳ ý rằng, khi một sai hỏng xảy ra việc tỡm kiếm và thiết lập động của đường phục hồi dưới cỏch tiếp cận hồi phục cú thể mất thời gian đỏng kể so với chuyển mạch trờn cỏc đường hồi phục thiết lập trước theo cỏch tiếp cận bảo vệ.
3.1.1.5 Cỏc hàm trọng thớch nghi cho thuật toỏn định tuyến
Mỗi tuyến sợi trong mạng được gắn với một trọng số vớ dụ như trễ truyền ỏnh sỏng trong tuyến sợi. Mục tiờu của phần này là gắn thụng tin đặc trưng của WDM kết hợp chặt chẽ cỏc hàm trọng để cải thiện hiệu suất trong định tuyến.
Thuật toỏn định tuyến: cấu hỡnh mạng được biểu diễn như một đồ thị G (V,E), ở đú V biểu thị tập cỏc đỉnh (cỏc nỳt mạng) và E là tập cỏc cạnh (cỏc sợi tuyến). Mỗi tuyến sợi (i,j)∈ E được kết hợp với một hàm trọng ωij trong biểu diễn chi phớ sử dụng tuyến sợi.
Cuối cựng bằng việc tớnh toỏn đường ngắn nhất như thuật toỏn Dijkstra, mỗi bộ định tuyến cú một bảng định tuyến với thụng tin đường đầy đủ tới mỗi trạm đớch.
Trong mạng WDM, thụng tin trạng thỏi tuyến sợi cũng bao gồm cỏc trạng thỏi đặc trưng của WDM như là số cỏc bước súng và tổng cỏc bước súng cú thể sử dụng. Thờm vào đú cỏc cỏc tuyến sợi trờn tất cả cỏc bước súng nào hữu dụng lỳc này cú thể được đỏnh đấu là chưa sử dụng cho đến khi cập nhật bảng định tuyến tiếp theo. Cỏc hàm trọng xem xột cho cỏc hệ số này được mụ tả như sau:
Cỏc hàm trọng cho mạng WDM: trong phần này mụ tả cỏc hàm trọng cho một liờn kết (i,j) ∈E, dijbiểu thị khoảng cỏch vật lý hoặc trễ truyền súng tương đương, a
ij
X biểu thị số cỏc bước súng cú thể sử dụng khi thụng tin trạng thỏi tuyến đó tập hợp và T
ij
X biểu thị tổng số cỏc bước súng trờn liờn kết.
ắHàm dựa trờn số chặng (Hop-based-HW): Hàm này biểu diễn trường hợp cơ sở, ωij=1, ∀(i,j) ∈E. Sử dụng hàm này, cỏc luồng được lựa chọn duy nhất trờn số cỏc chặng nhỏ nhất. Bằng trực giỏc, cỏch tổ chức này đem lại xỏc xuất tắc nghẽn thấp hơn khi số cỏc cỏc chặng nhỏ hơn sẽ tăng khả năng tỡm thấy một bước súng trờn tất cả cỏc liờn kết trung gian.
ắHàm dựa trờn khoảng cỏch (Distance-DW ): ở đõy ωij=dij, ∀(i,j) ∈E. Với
ij
d là khoảng cỏch vật lý biểu diễn bằng ms. Hàm này sẽ cho cỏc đường khoảng cỏch ngắn nhất với trễ truyền thấp nhất.
ắHàm dựa trờn cỏc bước súng khả dụng (Available Wavelength -AW): ởđõy ωij được đặc trưng như sau: -log 1 1a ij λ ⎛ ⎞ − ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ λij>1, ∀(i,j) ∈ E ωij= (3.1) 1 λij=1, ∀(i,j) ∈E
1
a ij
λ - phạm vi trở khỏng một liờn kết đưa ra cho thiết lập một phiờn. Số cỏc
tuyến sợi cú thể sử dụng nhiều hơn sẽ cú mức độ cản trở ớt hơn do đú (1- 1a
ij
λ )
cho phộp đo mức độ thuận lợi của một tuyến sợi chấp nhận một phiờn yờu cầu. Mục đớch là cực đại phộp đo này. Do thuật toỏn Dijkstra sử dụng hàm (-log) của biểu thức này như một hàm trọng và thực hiện cực tiểu giỏ trị này. Như vậy hàm này là hàm trọng động thay đổi cựng trạng thỏi của mạng.
ắTổng bước súng của cỏc bước súng khả dụng (Total wavelength and Available wavelength –TAW): ởđõy log 1 1
a ij ij T ij λ ω λ ⎛ ⎛ ⎞⎞ = − ⎜⎜ − −⎜⎜ ⎟⎟⎟⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ∀(i,j) ∈E Xem xột một liờn kết với a ij λ và T ij λ như số cỏc bước súng tại cựng một thời điểm. Khi đú xỏc xuất mà tất cả cỏc bước súng sẽ đựơc sử dụng tại một số thời điểm trong tương lai cú thểđược viết thành pλija, ở đú p là xỏc xuất mà một bước súng sẽ được sử dụng. Từ trạng thỏi hiện tại, cú thể đỏnh giỏ xỏc suất này là:
(1 ) a ij T ij p λ λ = − . Khi đú xỏc xuất mà tại một bước súng ớt nhất cú thể sử dụng trờn tuyến trong tương lai được đưa ra bởi (1−pλija). Do đú, khi một tuyến đường bao gồm nhiều sợi, cực đại giỏ trị (1−pλija) của tất cả cỏc tuyến sợi hợp thành nờn đường đú. Sử dụng -log(1− pλija) như một hàm trọng tương ứng và thực hiện tối thiểu giỏ trị này. Đõy là một hàm trọng động do cỏc bước súng cú thể sử dụng luụn thay đổi.
Vớ dụ: việc lựa chọn hàm trọng thực hiện một sai khỏc quan trọng trong việc tớnh toỏn đường ngắn nhất. Thực hiện vớ dụ chỉ ra ở hỡnh3.3, cú thể thấy việc lựa chọn cỏc hàm trọng mụ tả trờn sẽ đem lại kết quả khỏc nhau như thế nào. Trong vớ dụ này cỏc cạnh được gỏn nhón với 3 giỏ trị (dij, a
ij λ , T ij λ ), khoảng cỏch vật lý giữa cỏc nỳt,cỏc bước súng khả dụng và tổng cỏc bước súng. Giả sử chỳng ta muốn xỏc định một đường ngắn nhất giữa nỳt nguồn A và nỳt đớch D. Bảng 1 liệt kờ cỏc đường cú thể từ nỳt A tới nỳt D và chi phớ tương ứng kết hợp với cỏc đường này được tớnh toỏn sử dụng cỏc hàm trọng khỏc nhau. Từ bảng 1 chỳng ta cú thể thấy hàm trọng HW đú cú thể lựa chọn bất kỳđường 2 chặng từ A-E-D, A-F-D và A-G- D.
(10,4,10) (10,4,10) (10,4,10) (20,2,4) (20,2,4) (20,4,8 (20,4,8 (20,4,10 (20,4,10) Chi chỳ : (dij, a ij λ , T ij λ ) Hỡnh 3.4 Vớ dụ sử dụng cỏc hàm trọng khỏc nhau trong thuật toỏn Dijkstra
Hàm trọng DW sẽ lựa chọn đường A-B-C-D với khoảng cỏch nhỏ nhất là 30 dự đõy là đường 3 chặng nú cú khả năng tắc nghẽn cao hơn. AW cú thể lựa chọn bất kỳ đường nào từ A-F-D và A-G-D. Cả hai đường này cú số bước súng cú thể sử dụng lớn (vớ dụ là 4). TWA sẽ chọn A-F-D mặc dự cỏc đường A-E-D và A-F-D cú cỏc sợi tuyến với hệ số hiệu dụng nhỏ nhất (vớ dụ là 50%) tuy nhiờn đường A-F-D cú tổng cỏc bước súng lớn hơn và do đú nú được TWA lựa chọn. TWA khụng lựa chọn đường A-G-D dự nú cú tổng bước súng lớn hơn. Điều này do bởi thực tế mà hiệu suất của liờn kết trong đường này là 60% và hiệu suất của liờn kết cao hơn khả năng của phiờn yờu cầu tạo ra tắc nghẽn trờn liờn kết trong tương lai lớn hơn. Bảng 3.1 Tỏc động của cỏc hàm trọng Chi phớ kết hợp với hàm trọng lượng Đường HW DW AW TAW A-B-C-D 3 30 0.375 0.181 A-E-D 2 40 0.602 0.250 A-F-D 2 40 0.250 0.056 A-G-D 2 40 0.250 0.121 A B C D E G F
3.1.2 Phương phỏp định tuyến trong mạng cấu trỳc RING WDM
Tương tự như cấu trỳc Ring SDH, khi xột về tớnh hiệu quả sử dụng băng tần quang, hiện nay cỏc cấu trỳc Ring toàn quang cú thể chia thành hai loại chủ yếu:
Ring bảo vệ dựng chung SPRing (OMS-SPRing-Optical Multiplex Section Shared Protection Ring), tương ứng với cụng nghệ SDH cú MS- SPRing hay Ring hai hướng (BSHR- Bidirect Shelf Healing Ring).
Ring bảo vệ dành riờng DPRing (OCH/OMS DPRing-Dedicated Protection Ring hoặc OCH-SNCP Ring Sub-Network Conection Protection Ring) tương ứng với cụng nghệ SDH là loại SNCP Ring hay Ring đơn hướng USHR.
Trong loại Ring bảo vệ dành riờng DPRing (1+1) tại lớp quang, luồng tớn hiệu quang được gửi đi theo cả hai hướng của vũng Ring để bảo vệ. Nguyờn tắc đơn giản để phõn bổ bước súng là: mỗi luồng quang điểm - điểm sẽ sử dụng một bước súng riờng trờn toàn Ring. Mức độ phức tạp trong thiết kế mạng với cấu trỳc DPRing sẽ khụng nằm ở phần quang mà chủ yếu nằm ở phần giao diện quang và VC-4. Vớ dụ, xỏc định sắp xếp logic cỏc nỳt tốt nhất (cấu hỡnh SDH) hoặc cỏch ghộp cỏc VC-4 vào bước súng cần thiết.
Đối với Ring bảo vệ dựng chung SPRing, yờu cầu định cỡ phức tạp hơn. Nhà thiết kế phải quyết định hướng tuyến thuận/ ngược chiều kim đồng hồ cho mỗi lưu lượng và sử dụng bước súng nhất định nào đú. Do cơ chế bảo vệ dựng chung cho phộp sử dụng lại bước súng trờn cỏc luồng quang khụng chồng chộo nhau, nờn sẽ khụng cú nguyờn tắc thiết kếđơn giản nào. Hơn nữa nhiệm vụ phõn bổ cỏc VC-4 vào từng bước súng sẽ làm cho bài toỏn phức tạp hơn trong vũng Ring cú bảo vệ dựng chung. Phần này sẽ tập chung vào định tuyến và gỏn bước súng cho SPRing đỏp ứng yờu cầu lưu lượng luồng quang đó xỏc địng mà khụng đề cập đến vấn đề nhúm.
Đối với cấu hỡnh Ring, mặc dự cú sự khỏc nhau giữa hai quỏ trỡnh trờn