Mạng thông tin quang định tuyến theo bước sóng

Chương 2: Mạng thơng tin quang
định tuyến
ế theo bước sóng


Nội dung
• Phần 1: giới thiệu
• Phần 2: Định tuyến và gán bước sóng tĩnh
• Phần 3: Định tuyến và gán bước sóng động


Phần 1 - Giới thiệu: định tuyến và ấn định bước
sóng
ó
• Mạng WDM quang: mạng xương sống tương lai
cho các mạng diện rộng
quyết
y được
ợ vấn đề về tốc độ
ộ vốn hạn
ạ chế
• Giải q
của các thiết bị điện tử
ặ topo
p vật
ậ lý:
ý các bộ
ộ định
ị tuyến
y sóng
g

• Về mặt
quang đuợc nối với nhau bởi các tuyến liên kết
sợi quang.


Đường sáng ( lighpath)
• Phần lớn các cặp node trong mạng xương sống
không kết nối trực tiếp vật lý với nhau qua sợi cáp
trực tiếp, mà qua các node trung gian
• Đường sáng ( hoặc cịn gọi là connection): là con
đường giữa hai node đầu
ầ cuối
ố và một buớc sóng
trên con đuờng đó
Đường sáng = Liên lạc qua các kênh WDM đầu
cuối đầu cuối
cuối-đầu


Mạng định tuyến theo bước sóng (wavelength
routed network)

• Đường sáng = Liên lạc qua các kênh WDM đầu
cuối-đầu
cuối
đầu cuối


Mạng quang định tuyến theo bước sóng
Lightpath

L1

Khơng có chuyển đổi bước sóng

OXC

Optical
Crossconnect

L2
Chuyển
y đổi bước sóng
g


Vấn đề về định tuyến và ấn định
bước
ớ sóng
ó
• Làm thế nào để hình thành các đường sáng?
• Hai tham số cần quyết định
– Đường đi từ nguồn đến đích: định tuyến
– Bước sóng dọc đường đi: ấn định bước sóng


Khái niệm cơ bản
• Hai loại traffic trong mạng quang:
– Tĩnh
– Động
• Hai loai bài tốn RWA dựa trên đặc điểm của

traffic
– Thiết lập đường sáng tĩnh (SLE)
– Thiết lập đường sáng động (DLE)


Mục tiêu của SLE
• Tối thiểu hóa tổng số lượng bước sóng sử dụng
( kết nối số lượng node lớn nhất)
ụ đích khác: tính đến tải trọng
ọ g của liên kết
• Mục
đang có tải trọng lớn nhất, tổng số lượng
chuyển mạch quang ( tổng chiều dài), vv…


Các đường sáng sử dụng hai bước sóng

C

B

D

C

A

B

D

A

λ2
F

E

F

λ1

E


Mục tiêu của DLE
• Phù hợp với mạng có traffic động
• u cầu truyền thơng có thể đến bất cứ lúc nào
• Mục tiêu: tối đa hóa số lượng u cầu truyền
thông được chấp nhận


Độ phức tạp của các thuật tốn RWA
• Bài tốn lớn RWA có thể được chia thành hai
bài tốn con: (1) định tuyến (2) ấn định bước
sóng
• Cả hai bài tốn con đều bị vấn đề: NP complete
g có g
giải p
pháp

p tối ưu cho nó,, nhưng
g có thể
• Khơng
dùng các thuật toán thực nghiệm với hiệu năng
tốt ( heuristics)


Thế nào là một thuật tốn heuristic
tốt?
ố
• Tối đa hóa đuợc số lượng kết nối
• Sử dụng tuyến ngắn nhất
• Tối thiểu được số lượng bước sóng


Các kỹ thuật định tuyến
• Định tuyến cố định
– Một đuờng đi đuợc sử dụng,
dụng được xác định trước

• Định tuyến thay thế cố định
– Nhiều đường đi được xác định , một đường đuợc
lựa chọn
– Đường
g ngắn
g nhất,, đường
g tải trọng
ọ g nhỏ nhất,,
đường ít bị nghẽn nhất

• Định tuyến thích nghi
– Đường đi đuợc xác đinh dần trên đường truyền
dựa vào trạng thái mạng
– Đuờng ngắn
ắ nhất,
ấ ít tải trọng nhất,
ấ ít nghẽn nhất
ấ


Bài tốn ấn định bước sóng
• Bước sóng ảnh hưởng đến định tuyến thế nào?
– Hai tín hiệu khơng thể có cùng một bước sóng
trên một sợi quang
g
– Tuyến đi ngắn nhất có thể bị chặn bởi tín hiệu
khác và trong trường hợp xấu nhất, tất cả các
t ế bị chặn
tuyến
hặ
– Nếu có thể chuyển đổi bước sóng, tín hiệu có thể
sử dụng bước sóng đang rỗi khác.


Các kỹ thuật ấn định bước sóng động (
h i ti )
heuristics)

•
•

•
•
•

Random
First Fit (FF)
Least Used
d ((LU))
Most Used (MU)
Least Loaded


Định tuyến theo bước sóng: thuận
• Thiết lập một đường sáng giống như thiết lập
một kênh
QoS tốt đối với traffic đến liên tục
ụ đồng
g đều và
• Q
đảm bảo QoS do dự trữ băng thông là cố định
ụ g SLE là đủ
• Chỉ cần sử dụng


Định tuyến theo bước sóng: nghịch
• Thời gian thiết lập kênh dài ( quá trình hai chiều
với Req và Ack): RTT = hàng chục mili giây
g lượng
ợ g lớn của một
ộ lambda có khi chỉ được

ợ
• Dung
sử dụng một phần rất nhỏ nếu khơng có kỹ thuật
ghép traffic phù hợp ở ngoại biên


Định tuyến theo bước sóng: nghịch
• Sử dụng băng thơng khơng hiệu quả với traffic
đến kiểu cụm (bursty)
• Lãng
gp
phí băng
g thơng
g trong
g các khoảng
g thời g
gian
khơng có hoặc ít traffic ( khơng tốt cho SLE)
q nhiều overhead ((ví dụ
ụ trễ)) do thường
g
• Có q
xun phải thiết lập và hủy bỏ kết nối ( cho mỗi
cụm) nếu dùng DLE


Chuyển mạch tồn bộ bước sóng: thuận và
chống
hố
• Cấp độ chuyển mạch rất thơ (OC48 và trên )

• Giới hạn số lượng bước sóng (do đó số đường
sáng
g bịị g
giới hạn)
ạ )
• Khơng có ghép lưu lượng (no aggregation):
ghép
g
p các đường
g sáng
g trong
g mạng
ạ g lõi
• Ghép lưu lượng tại rìa: linh động/phức tạp
Cơng
g nghệ
g ệO
OXC
C đã cchín muồi
uồ ( tthời
ờ g
gian
a cchuyển
uyể
• Cơ
mạch msec)


Chuyển
y mạch toàn lambda tĩnh

SEA
CHI

NYC

5 λs
λ

SF

LA

n N2 λs
o No
N G
Grooming
i


Chuyển đổi bước sóng
• Chuyển đổi OEO
• Phức tạp
• Đắt đỏ
• Khơng trong suốt về mặt dữ liệu → khó mở
rộng mạng

• Khơng u cầu cùng một bước sóng khi truyền
đầu cuối‐đầu cuối

Phần 2: Định tuyến và gán bước
sóng
ó tĩnh
h
• Định tuyến và gán bước sóng dùng thuật tốn tơ
mầu đồ thị Ỉ tìm số lượng màu nhỏ nhất cần để
tơ
• Tối ưu việc định tuyến và gán bước sóng tĩnh


Thuật tốn tơ mầu đồ thị
• Tơ mầu đồ thị : tô mầu các node của một đồ thị
bằng số mầu nhỏ nhất mà vẫn đảm bảo sao cho
hai node liền kề khơng có cùng mầu
• Tơ mầu G = (V,E) là q trình ánh xạ:
c: v Ỉ s
Sao cho:
Nếu
ếu v,, w ∈ E tthì c(
c(v)) ≠ c(w)
c( )
Với s là tập hữu hạn các mầu


Thuật tốn tơ mầu đồ thị
• Số mầu X(G) : số lượng mầu nhỏ nhất cần để tô
màu đồ thị G
ợ gọ
gọi là k-mầu,, nếu:
• Đồ thịị G được

X(G) = k
mầu có thể,
thể nếu:
• Đồ thị G được gọi là kk-mầu
X(G) ≤ K