c. Kết cấu OXC dựa vào chuyển mạch chia bước súng
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 nhưng cỏch định cỡ được thực hiện tương tự nhau. Bởi vỡ cỏc bài toỏn con ở hai hỡnh trờn khi ỏp dụng cho mạng cấu hỡnh Ring ở trở lờn rất đơn giản nhờ cấu trỳc bảo vệ vốn cú của mạng Ring. Chẳng hạn vấn đề phõn bổ tài nguyờn dự phũng núi chung là rất khú. Nhưng trong trường hợp cấu hỡnh Ring thỡ với loại DPRing mỗi kờnh OCH làm việc sẽ yờu cầu kờnh bảo vệ theo hướng đối diện và với cấu trỳc loại SPRing thỡ một nửa phần bước súng trờn mỗi chặng được sử dụng cho kờnh bảo vệ và nửa kia sử dụng cho kờnh dự phũng.Về nguyờn tắc khi cú sự cố xảy ra phần bước súng làm việc bị sự cố sẽ chuyển sang phần bảo vệở
hướng ngược lại, do đú cần cú chuyển đổi bước súng. Tuy nhiờn cú thể trỏnh sử dụng chuyển đổi bước súng nhờ bố trớ hai phần bước súng dành cho làm việc và dự phũng của hai sợi bự nhau.
Ngoài ra vấn đềđịnh cỡ cho mạng DPRing hoàn toàn giải được thụng qua phương phỏp tớnh đơn giản, bởi vỡ mỗi lưu lượng quang sẽ yờu cầu sử dụng một bước súng trờn mỗi chặng của Ring (cho kờnh bảo vệ và làm việc). Vỡ vậy dễ dàng định tuyến và gỏn bước súng cho DPRing trong trường hợp ma trận lưu lượng quang cú bảo vệ hoàn toàn. Tuy nhiờn, DPRing cú thể tải cỏc lưu lượng quang khụng cú bảo vệ, những lưu lượng này sẽ làm cho phức tạp hơn khi định cỡ cỏc DPRing. Đối với trường này bài toỏn quay về giải bài toỏn SPRing.Do vậy trong phần này chỉ cần tập trung vềđịnh cỡ SPRing.
3.1.2.1 Định tuyến trong mạng Ring đơn
Trong phần này sẽ giới thiệu một số thuật toỏn cú thể được ỏp dụng trong giai đoạn định tuyến. Việc ỏp dụng từng thuật toỏn cụ thể phụ thuộc vào mục đớch của cụng việc cần giải quyết.
Nhiệm vụ của bước này cần xỏc định tuyến lưu lượng thuận hoặc ngược chiều kim đồng hồ với giả định cú bộ chuyển đổi bước súng. Bước này cú thể giải cho kết quả gần hoặc tối bằng thuật toỏn di truyền (Genetic), Heuristic hoặc sử dụng thuật toỏn tối ưu để xỏc định hướng tuyến của mỗi luồng lưu lượng.
Cú hai phương phỏp phổ biến được sử dụng để định tuyến lưu lượng cho SPRing đú là :
+ Cỏc phương phỏp tối ưu + Cỏc phương phỏp Heuristic
- Heuristic thớch nghi - Heuristic khụng thớch nghi
3.1.2.1.1 Cỏc phương phỏp định tuyến tối ưu
Rất nhiều nhà nghiờn cứu trước đó đề xuất vài phương phấp định tuyến tối ưu cho mạng SPRing. í tưởng cơ bản của phưong phỏp này là tối thiểu chi phớ Ring bằng cỏch tối thiểu tải trọng trờn chặng cú tải cao nhất, trong đú tải là tổng cỏc lưu lượng định tuyến qua chặng đú. Hầu hết cỏc thuật toỏn đều giải vấn đề định tuyến vấn đề cõn bằng tải trọng, đú là cỏc luồng quang được sắp xếp trờn Ring sao cho sự chờnh lệch về tải giữa cỏc chặng càng nhỏ càng tốt.
3.1.2.1.2 Cỏc phương phỏp định tuyến Heuristic
Mặc dự bài toỏn định tuyến trờn SPRing hoàn toàn cú thể bằng một trong cỏc thuật toỏn tối ưu ở trờn, tuy nhiờn một số thuật toỏn Heuristic cũng được sử dụng. Tại sao những nhà lập kế hoạch lại thớch dựng thuật toỏn Heuristic thay cho cỏch tiếp cận tối ưu đểđịnh cỡ SPRing ? đú là vỡ :
+ Những thuật toỏn này đơn giản hơn loại tối ưu mà vẫn cho kết quả tối ưu hoặc gần như tối ưu trong hầu hết cỏc trường hợp.
+ Cỏc thuật toỏn này dễ dàng hơn cho việc duy trỡ liờn tục giữa cỏc quỏ trỡnh lập qui hoạch và thiết lập luồng khai thỏc.
Cỏc phương phỏp Heuristic cú thể được đưa vào hai nhúm, thớch nghi và khụng thớch nghi.
a. Cỏc phương phỏp Heuristic khụng thớch nghi
Cỏc thuật toỏn loại này tuõn theo những qui tắc đơn giản và cố định khi quyết định hướng định tuyến theo từng lưu lượng một. Chỳng được gọi là “khụng thớch nghi” là vỡ cỏc qui tắc định tuyến khụng thay đổi trong toàn bộ quỏ trỡnh định tuyến. Cú 3 kiểu qui tắc định tuyến cơ bản sau :
+ Luụn luụn định tuyến lưu lượng theo hướng cú khoảng cỏch nhỏ nhất. + Luụn luụn định tuyến lưu lượng theo hướng cú số chặng ớt nhất.
+ Luụn luụn định tuyến lưu lượng theo hướng cú tải ớt nhất
Hỡnh 3.5 Nguyờn tắc đinh tuyến theo số chặng nhỏ nhất
Hai nguyờn tắc đầu tương tự nhau: mỗi lưu lượng quang hai hướng giữa hai nỳt của Ring được định tuyến theo hướng hoặc là ngắn nhất hoặc là cú số chặng ớt nhất (hỡnh 3.5). Ưu điểm chớnh của cỏc nguyờn tắc này là tớnh đơn giản. Ngoài ra chỳng cũng cú kết quả tốt, trong trường hợp ma trận lưu lượng quang
đối xứng đều bởi vỡ trong trường hợp này chỳng cho phộp cú được sự cõn bằng tải tối ưu trờn Ring.
Trong trường hợp Ring cú số nỳt lẻ thỡ cú thể xảy ra số chặng giữa hai nỳt là như nhau, do vậy nguyờn tắc số chặng ớt nhất khụng thể quyết định được hướng tuyến cho cỏc nỳt này. Trong trường hợp này hướng định tuyến cú thể cú ngẫu nhiờn hoặc theo hướng định trước hoặc là định tuyến theo hướng cú cỏc chặng cú tải ớt hơn. Một cỏch khỏc nữa đú là định tuyến lưu lượng theo một hướng như hỡnh 3.5 đối với cặp nỳt B và D. Cỏch này làm giảm yờu cầu về tài nguyờn khi so với thuật toỏn trước, bởi vỡ nú cú xu hướng tăng sự cõn bằng tải trờn vũng Ring.
Mặc dự nguyờn tắc tối thiểu khoảng cỏch/ chặng rất phự hợp đối với ma trận lưu lượng quang cú dạng lưới hoàn toàn, nhưng chỳng lại khụng phự hợp trong trường hợp tổng quỏt. Sự phõn bố lưu lượng loại này thể hiện sự mất cõn bằng tải lớn trờn Ring và khi đú cần thờm cỏc tuyến phụ
A
B
C D
A
Hỡnh 3.6 Nguyờn tắc định tuyến chặng nhỏ nhất cú sửa đổi Nguyờn tắc tải tối thiểu:
+ Mỗi lưu lượng luồng được định tuyến theo hướng cú tải nhỏ nhất (tức là trờn hướng cú cỏc chặng tải nhỏ hơn).
+ Lưu lượng hai hướng được định tuyến trờn cựng một phớa của Ring (trờn hai sợi khỏc nhau).
+ Khi mà cả hai phớa của Ring cú cựng độ tải thỡ hướng cú số chặng ngắn nhất được chọn
A B C D E A
Hỡnh 3.7 Nguyờn tắc tải tối thiểu với cỏc lưu lượng theo thứ tự A-C,
E-D, B-C.
Hỡnh 3.7 chỉ ra định tuyến lưu lượng quang theo nguyờn tắc tải tối thiểu. Nguyờn tắc này luụn luụn cố gắng giữ cõn bằng tải trờn Ring. Vớ dụ, nếu định tuyến theo nguyờn tắc tải tối thiểu với 3 lưu lượng quang theo thứ tự A-C, E-D và B-C thỡ kết quả như trong hỡnh3.7 nếu thứ tự này thay đổi là B-C, A-C, E-D thỡ cơ chếđịnh tuyến mới sẽ như hỡnh 3.8. A B C D E A
Hỡnh 3.8 Nguyờn tắc tối thiểu : cơ chế định tuyến với thứ tự lưu lượng cú thay
đổi
Nguyờn tắc này rất nhạy cảm với thứ tự chọn luồng đểđinh tuyến và yờu cầu tài nguyờn cao hơn nhiều so với kết quả tối ưu khi mà cú cỏc cụm lưu lượng quang giữa cựng cặp nỳt định tuyến theo cỏc cụm khỏc. Thực ra cỏc lưu lượng quang cú thể được định tuyến theo cỏc hướng luõn phiờn (tức là, ban đầu là thuận chiều kim đồng hồ, tiếp ngược, thuận, ngược… ) và cú xu hướng là cựng yờu cầu về tài nguyờn như DPRing. Vấn đề xỏc định thứ tựđịnh tuyến tối ưu cỏc
lưu lượng đó được xem như là NP- đầy đủ. Giải phỏp cú lẽ đơn giả, hiệu quả theo Heuristic để giải quyết bài toỏn này là ngăn khụng cho xuất hiện cỏc “cụm” lưu lượng quang bằng cỏch trộn cỏc thứ tự cỏc lưu lượng trước khi định tuyến. Theo cỏch này cú thể nhận được :
+ Tiết kiệm tài nguyờn mạng so với DPRing cho cỏc mẫu lưu lượng quang núi chung.
+ Sự tiết kiệm này cú thể cao hơn nếu sử dụng cỏc kỹ thuật trộn “thụng minh” thứ tự cỏc luồng được xột trong định tuyến. Kỹ thuật trộn thụng minh trước hết phải trỏnh cỏc cụm lưu lượng quang và cú hướng ưu tiờn định tuyến cỏc luồng quang dài nhất (tức là lưu lượng giữa cỏc cặp nỳt cú khoảng cỏch chặng cao hơn).
b. Cỏc phương phỏp Heuristic thớch nghi
Cỏc thuật toỏn này tuõn theo nguyờn tắc đơn giản cố định để định hướng định tuyến từng luồng quang một, trừ khi cú sự kiện thiếu tài nguyờn. Sự kiện này cho phộp thay đổii chớnh sỏch định tuyến. Cỏc thuật toỏn loại này được gọi là “thớch nghi” bởi vỡ nguyờn tắc định tuyến của chỳng thay đổi trong quỏ trỡnh định tuyến.
Nguyờn tắc định tuyến thớch nghi điển hỡnh đú là chọn tuyến cú hướng chặng tối thiểu, ngoại trừ khi chỳng gặp phải thiếu tài nguyờn trờn Ring. Điều này cú nghĩa là thụng tin về cỏc bước súng cũn cho phộp sử dụng trờn mỗi chặng của mỗi Ring cần xỏc định trước khi thực hiện quyết định định tuyến của luồng quang. Vỡ thụng tin này chỉ cú thể cú sau quỏ trỡnh phõn bổ bước súng, do đú chỳng ta phải ghộp hai chức năng định tuyến và gỏn bước súng. Thuật toỏn thớch nghi được đề xuất cú bản chất kế thừa tớnh chất phụ thuộc vào thứ tự lưu lượng được định tuyến như thuật toỏn tải tối thiểu khụng thớch nghi.
3.1.2.2 Định tuyến trong mạng đa Ring
Khi thiết kế mạng cú cấu trỳc đa Ring như vớ dụ hỡnh3.9. Vị trớ của cỏc Ring và cỏch kết nối của chỳng cú ảnh hưởng rất lớn đến sử dụng bước súng và sợi trong mạng. Đõy là bài toỏn phức tạp, trong thực tế việc đặt cỏc Ring trong mạng ở đõu là do vị trớ địa lý, topo, cỏc mẫu lưu lượng và yờu cầu quản lý. Cỏch kết nối và cơ chế định tuyến giữa cỏc Ring phụ thuộc vào chi phớ và phõn cấp của mạng.
Ngoài việc xỏc định định tuyến và phõn bổ bước súng lưu lượng trờn từng Ring chỳng ta sẽ đối mặt với vấn đề định tuyến lưu lượng giữa cỏc Ring trong mạng quang cú cấu trỳc đa Ring. Đối với cấu trỳc này cần xỏc định :
+ Mạng cấu trỳc đa Ring cú phõn cấp khụng ?
Trong mạng đa Ring cú phõn cấp thỡ ở lớp trờn cựng sẽ cú 1 hay nhiều cỏc Ring và cõu hỏi đặt ra là định tuyến sẽđược thực hiện như thế nào giữa cỏc Ring ở lớp trờn này?
+ Tiờu chuẩn định tuyến nào ỏp dụng giữa cỏc Ring vớ dụ lưu lượng từ Ring A đến Ring D thụng qua B hay C hay thụng qua E ?
+ Cú chuyển đổi bước súng, trạm lặp 3R sắp xếp lại luồng ở lớp điện giữa cỏc Ring hay khụng ?
+ Cỏc Ring kết nối với nhau cú cựng hay khỏc cấu trỳc (DPRing hay SPRing).?
+ Cỏc Ring được kết nối với nhau thụng qua , một hay nhiều nỳt ?
Trong trường hợp kết nối nhiều nỳt thỡ cơ chế bảo vệ nào cho phộp cỏc lưu lượng đựoc định tuyến thụng qua cỏc nỳt kết nối (Gateway) khỏc khi cú sự cố
Hỡnh 3.9 Mạng cấu trỳc đa Ring
Một số cụng cụ đó được phỏt triển để tối ưu vị trớ của Ring SDH trong mạng nhưng do bài toỏn phức tạp và phải xột đến một tập lớn cỏc cị trớ và khả năng kết nối Ring cho nờn cỏc cụng cụ này cũng khụng thểđưa ra kết quả tối ưu và nhanh đối với cỏc mạng lớn.
Cỏc cụng cụ này cũng phự hợp với thiết kế mạng Ring quang và chỉ cần bổ xung, sửa đổi cho phự hợp với cỏc đặc trưng của cụng nghệ quang.
3.2 Phương phỏp gỏn bước súng 3.2.1 Phương phỏp gỏn bước súng tĩnh
Với bài toỏn gỏn bước súng tĩnh, cỏc luồng quang và cỏc tuyến của nú đó biết trước và chỳng ta cần gỏn bước súng cho cỏc luồng quang sao cho mỗi luồng quang trong cỏc tuyến sợi đưa ra một bước súng khỏc nhau.
Gỏn bước súng là một trong những đặc trưng riờng của WDM và được xem là khú. Ta cú một số cỏch giải sau:
+ Tỡm kiếm vột cạn tất cả cỏc trường hợp cú thể: cỏch này nhanh chúng vượt qua khả năng của mỏy tớnh hiện nay do đú cỏch này khụng thực tế.
+ Tiếp cận thử - lỗi ngẫu nhiờn: Theo cỏch này sẽ lựa chọn cỏc lưu lượng theo trật tự ngẫu nhiờn và cố gỏn bước súng cho cỏc lưu lượng này.
+ Thuật toỏn Heuristic, theo đú cố gắng điền bước súng theo cỏch tốt nhất cú thể.
+ Chuyển về bài toỏn tụ màu đồ thị. Đõy là bài toỏn kinh điển và cũng cú một số thuật toỏn giải khỏ hữu hiệu.
Bài toỏn gỏn bước súng tĩnh cũng cú thể được rỳt gọn thành một bài toỏn tụ màu đồ thị tuần tự (SGC – Sequential Graph Coloring), đõy là bài toỏn NP- đầy đủ. Đưa ra một tập cỏc luồng quang và cỏc tuyến của chỳng, xõy đựng một đồ thị G (V,E) chẳng hạn như mỗi luồng quang được tượng trưng bởi một nỳt trong đồ thị G. Nếu hai luồng quang cựng đi qua một tuyến sợi vật lý chung thỡ vẽ một cạnh giỏn tiếp giữa hai nỳt. Như vậy cỏc nỳt màu của đồ thị phải thoả món hai nỳt lõn cận bất kỳ khụng được cựng màu. Bằng cỏch giải quyết bài toỏn theo cỏch này chỳng ta cú thể giảm bớt số bước súng cần sử dụng.
Với lập luận trờn bài toỏn tụ màu đồ thịđược xõy đựng như sau:
1. Dựng một đồ thị phụ (AG- Auxiliary Graph) G(V,E) như vậy mỗi luồng quang trong hệ thống được biểu diễn bằng một nỳt trong đồ thị G, cú một cạnh khụng hướng giữa hai nỳt trong đồ thị G nếu cỏc luồng quang tương ứng qua một tuyến sợi vật lý chung .
2. Tụ màu cỏc nut của đồ thị G sao cho khụng cú hai nỳt kề nhau cú cựng một màu.
Đõy là bài toỏn NP- đầy đủ và số màu nhỏ nhất cần tụ màu cho một đồ thị G (được gọi là số màu khỏc nhau χ(G) của đồ thị) là khú xỏc định. Tuy nhiờn thuật toỏn tụ màu đồ thị tuần tự cú khả năng tối ưu số màu được sử dụng.
Trong cỏch tiếp cận tụ màu đồ thị tuần tự, cỏc đỉnh được thờm vào tuần tự tới vị trớ của đồ thị đó tụ màu và cỏc màu mới được xỏc để gắn vào cỏc đỉnh mới ra