Trong mạng quang định tuyến bước sóng, người sử dụng liên lạc với nhau qua các kênh thông tin quang (all-optical channels) được gọi là các lightpath.Lightpath
là một đường đi của tín hiệu từ nguồn đến đích dưới dạng quang thông qua những kết nối trung gian. Một lightpath có thể kéo dài qua nhiều tuyến truyền dẫn để cung cấp một kết nối “chuyển mạch mạch” giữa hai nút mà có thể chứa một luồng lưu lượng lớn giữa chúng và có thể được định vị cách xa nhau trong cấu trúc liên kết mạng vật lý.
Trong một mạng N nút, nếu mỗi nút được trang bị với (N – 1) bộ thu phát [transmitter (laser) and receiver (laser)] và nếu có đủ số bước sóng trên tất cả các kết nối sợi quang, thì mọi cặp nút có thể liên kết bởi một lightpath toàn quang và không có vấn đề nào về liên kết mạng phải giải quyết ở đây. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng kích thước mạng thay đổi được và các bộ thu phát thì đắt tiền, vì thế mỗi nút chỉ có thể trang bị một số thiết bị thu phát. Các ràng buộc kỹ thuật tuyên bố rằng số các kênh WDM có thể được hỗ trợ trong một sợi quang được giới hạn đến W
(hiện nay mang giá trị vài chục, hi vọng sẽ được cải thiện theo thời gian với những tiến bộ vượt bậc của kỹ thuật). Vì vậy chỉ có một số giới hạn các lightpath có thể được thiết lập trên mạng.
Một khi một tập các lightpath được chọn và xác định, ta cần phải định tuyến
mỗi lightpath này trong mạng và gán một bước sóng cho nó. Điều này được đề cập
đến như là một bài toán định tuyến và gán bước sóng (RWA).
Bài toán RWA có thể được phát biểu như sau: cho một tập các lightpath cần được thiết lập trên mạng và một số giới hạn các bước sóng. Xác định đường đi cho
mỗi lightpath và xác định số bước sóng nên được gán cho những lightpath này để
sao cho số lightpath có thể được thiết lập là lớn nhất. Mặc dù những đường đi ngắn nhất thường có vẻ thích hợp hơn, nhưng đôi khi sự lựa chọn này phải chịu hi sinh để cho nhiều lightpath hơn được thiết lập. Vì vậy, các giải thuật thường cho phép nhiều đường đi thay phiên nhau đối với mỗi lightpath được thiết lập. Các lightpath
mà không thể được thiết lập vì những ràng buộc về đường đi và bước sóng được gọi là nghẽn, do vậy vấn đề tối ưu mạng tương ứng là giảm thiểu xác suất tắc nghẽn này.
Hai lightpath mà chia sẻ cùng một tuyến truyền dẫn sẽ không được gán cùng
một bước sóng. Lưu ý rằng, thông thường một lightpath hoạt động với cùng một bước sóng trên những sợi quang mà nó đi qua. Trường hợp này ta nói rằng lightpath
thỏa mãn sự ràng buộc về tính liên tục bước sóng. Tuy nhiên nếu một nút chuyển mạch/định tuyến được trang bị với một bộ chuyển đổi bước sóng, thì điều kiện ràng buộc về tính liên tục bước sóng biến mất và một lightpath có thể chuyển sang nhiều bước sóng khác nhau trên lộ trình từ nguồn đến đích của nó.
2. Định tuyến bước sóng
Trong một mạng không có bộ chuyển đổi bước sóng, các lightpath phải sử dụng cùng một bước sóng từ nguồn đến đích. Khi có một cuộc gọi đến, bộ định tuyến bước sóng (WR) sử dụng một giải thuật đã được thiết lập trước để chọn một cổng ra và một bước sóng tương ứng. Sự chọn lựa bước sóng đóng một vai trò quan trọng đối với toàn bộ xác suất nghẽn. Vì vậy một WR phải tìm ra đường đi cho yêu cầu thiết lập lightpath và gán một bước sóng sao cho tối thiểu hoá xác suất tắc nghẽn. Chức năng này có tầm quan trọng chủ yếu trong việc thiết kế các mạng toàn quang. Photonic Switching Fabric λ1 λ2 λ1 D E G H C F B 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 A λ2 λ1 λ1
Access Station: Contains (tunable) transmitter and receivers.
Switch: Contains photonic switch, and perhaps photonics amplifiers, wavelength converters, etc.
Về cơ bản, bài toán RWA có thể phân thành hai loại. Loại thứ nhất dành cho dạng lưu lượng cố định (static hoặc off-line traffic), loại thứ hai dành cho dạng lưu lượng thay đổi (dynamic hoặc on-line traffic). Trong bài toán thứ nhất, các yêu cầu về lightpath được biết trước, tất cả mọi đường đi và bước sóng cho những lightpath
được thiết lập cố định ngay từ đầu. Mỗi lần có một yêu cầu đi đến, một đường đi và bước sóng đã chỉ định trước được gán cho yêu cầu đó. Vì vậy quy trình định tuyến không thay đổi theo thời gian. Hơn nữa, việc thực hiện cũng không phức tạp. Nó chỉ đơn giản gán một đường đi nào đó. Mục đích của phương pháp này là cực đại hoá toàn bộ dung lượng trong mạng, nghĩa là tổng số lightpath có thể thiết lập đồng thời lớn nhất. Nhiều phương pháp giải quyết theo kinh nghiệm được đưa ra để giải quyết bài toán này trong một mạng không có chuyển đổi bước sóng.
Trong một mạng quang định tuyến bước sóng, các yêu cầu về lightpath đi đến theo một quá trình riêng biệt và thời gian chiếm bởi các yêu cầu này cũng theo một qui luật riêng. Với dạng lưu lượng thay đổi, ta không thể sử dụng các giải thuật tối ưu mà cần có một giải thuật động để định tuyến các kết nối qua những đường đi khác nhau dựa vào sự tắc nghẽn trên những tuyến truyền dẫn. Một giải thuật cho bài toán RWA động sử dụng trạng thái hiện thời của mạng để xác định đường đi cho mỗi yêu cầu thiết lập lightpath. Một kết nối bị nghẽn nếu như không còn đường đi nào có thể dùng để mang nó. Một trong những thách thức liên quan đến việc giải quyết bài toán định tuyến bước sóng với nhu cầu lưu lượng thay đổi là phát triển các giải thuật và giao thức để thiết lập các lightpath nhằm làm tối thiểu hoá xác suất tắc nghẽn trong mạng. Một phương pháp đơn giản là dựa vào giải thuật tìm đường đi bị nghẽn ít nhất (LCP) để thiết lập các lightpath động. Trong giải thuật này, một lightpath được định tuyến trên đường đi ít bị nghẽn nhất từ một tập các đường đi khác nhau giữa một cặp nguồn-đích. Bước sóng được cấp phát sẽ là bước sóng đầu tiên còn rỗi giữa những tuyến liên kết trong đường này. Ta có thể nói rằng, trong trường hợp lưu lượng động, bài toán thiên về vấn đề tìm đường hơn là bài toán tối ưu.
Một bài toán RWA được chia thành hai phần: định tuyến và gán bước sóng.