BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN QUY HOẠCH VÀ QUẢN LÝ MẠNG VIỄN THÔNG

om
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

QUY HOẠCH VÀ QUẢN LÝ
MẠNG VIỄN THƠNG
Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm 10
1. PHẠM THỊ ĐĂNG

20172447

2. LÊ THỊ MÂY

20172681

3. VŨ TRỌNG TỚI

20172858

4. VŨ THỊ THU TRANG

20172859

5. HOÀNG QUỐC VIỆT

20164644

Giảng viên hướng dẫn:

TS. TRẦN THỊ NGỌC LAN




om
LỜI NĨI ĐẦU

Ngày nay, mạng viễn thơng vơ cùng phát triển. Phát minh hệ thống điện tín và
điện thoại đã cách mạng hoá các phương tiện thông tin truyền thông. Hệ thống thông
tin viễn thông được xem như các phương tiện kinh tế nhất có được để trao đổi tin tức
và số liệu. Không những thế song song với sự phát triển, tăng trưởng của kinh tế việc
hình thành các phương tiện cần thiết cho viễn thông trở nên phức tạp hơn và có yêu
cầu kỹ thuật cao hơn nhằm đáp ứng nhu cầu đang tăng về các dịch vụ có chất lượng
cao và dịch vụ viễn thơng tiên tiến. Do đó việc tổ chức một mạng viễn thơng nhằm tạo
ra một mạng viễn thơng có đủ khả năng đáp ứng các u cầu trên đóng một vai trị rất
quan trọng. Việc tổ chức mạng lưới này phát triển trở thành một phần cơ bản quan
trọng của xã hội thông tin hoá cao trong tương lai. MSLA là một thuật toán được sử
dụng trong việc thiết kế topology cho mạng. Do cịn nhiều hạn chế nên chương trình
vẫn mang tính chất mô phỏng, các giả thiết, điều kiện chưa thể giống hồn tồn như
u cầu thực tế nhưng nó cũng giúp chúng ta nắm được cơ bản quá trình xây dựng
topology cho mạng viễn thơng.
Trong quá trình tìm hiểu đề tài, tập tuy có rất nhiều khó khăn nhưng nhờ sự
hướng dẫn tận tình của TS.Trần Thị Ngọc Lan cũng như nỗ lực của tất cả các thành
viên mà nhóm chúng em đã hoàn thành được đề tài này. Tuy nhiên, khơng thể tránh
khỏi sai sót.trong quá trình tìm hiểu đề tài, chúng em rất mong nhận được góp ý từ cơ
để chúng em có thể hồn thiện hơn về đề tài này nói riêng và mơn học Quy hoạch và
quản lý mạng viễn thơng nói chung.

Chúng em xin chân thành cảm ơn cơ!
Nhóm sinh viên thực hiện
Nhóm 10




om
MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

i

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

i

DANH MỤC HÌNH VẼ

ii

DANH MỤC BẢNG BIỂU

iii

CHƯƠNG 1. GIẢI THUẬT MLSA

4

1.1 Đặt vấn đề

4

1.2 Một số khái niệm

4

1.2.1 Hàm tiền bối (Predecessor)

4

1.3 Các đại lượng được sử dụng

5

1.4 Một số thuật toán cơ sở

5

1.4.1 Bài toán cây tối thiểu nhỏ nhất
1.4.2 Thuật toán Esau-Williams
1.4.3 Giải thuật Sharma
1.5 Giải thuật MLSA
CHƯƠNG 2. KẾT QUẢ MƠ PHỎNG

5
5
6
6

8

2.1 u cầu

8

2.2 Kết quả mơ phỏng:

8

CHƯƠNG 3. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ

11

3.1. Trường hợp 1

11

3.2. Trường hợp 2

11

3.3. Trường hợp 3

11

TÀI LIỆU THAM KHẢO

12

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

C
CMST

Capacitated Minimum Spanning Tree Problem
E

E-W

Esau-Williams
M

MSLA

Multi-speed Local Access
P

Pred

Predecessor



om
DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1. Ví dụ về hàm tiền bối

4

Hình 2 : Kết quả mơ phỏng u cầu 1

9

Hình 3: Kết quả mơ phỏng u cầu 2

9

Hình 5: Kết quả mô phỏng yêu cầu 3

10

ii


DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1: Giải thuật MLSA
Bảng 2: Chú thích

7
10



om
CHƯƠNG 1. GIẢI THUẬT MLSA

Trong Chương 1, chúng em sẽ trình bày lý thuyết cơ bản liên quan tới giải thuật MLSA và
một số khái niệm liên quan.

1.1 Đặt vấn đề
Sự bùng nổ của truyền dẫn thông tin đã kéo theo sự phát triển của mạng viễn
thông. Với số lượng người sử dụng ngày một cao, phạm vi phủ sóng rộng lớn từ các
khu vực thành thị tới nông thôn và miền núi kéo theo độ phức tạp của mạng viễn
thông. Do vậy các giải thuật đơn giản như Dijkstra, Krushal, CMST, Esau-Williams,...
đã khơng cịn phù hợp để xây dựng mơ hình mạng nhiều tốc độ nhiều liên kết. Giải
thuật MLSA đã ra đời và là một trong những giải thuật giúp giải quyết bài toán đa tốc
độ đa liên kết này.

1.2 Một số khái niệm
1.2.1 Hàm tiền bối (Predecessor)
Cây T bắt nguồn từ một nút Gốc (Root) được biểu diễn bởi một hàm tiền
pred: V → V trên các tập các đỉnh.
Yêu cầu:
●
●
●

Pred (Root) = Root.
Pred(N) # N với bất kì nút N nào.
Đối với bất kỳ nút N nào, tờn tại n>0 sao cho

Ví dụ:

Hình 1. Ví dụ về hàm tiền bối

= Root.

bối


1.3 Các đại lượng được sử dụng
-

Tập các nút N0, N1, …, Nn
Tập các trọng số cho mỗi nút (w1, …, wn)
Tập các loại đường L1, L2, …, Lm
Dung lượng W1, W2, …, Wm
Ma trận giá thành C(i,j,k) cho giá của liên kết loại Lk giữa Ni và Nj

1.4 Một số thuật toán cơ sở
Dưới đây là một số thuật toán cơ bản áp dụng cho mạng một tốc độ một trung tâm.
1.4.1 Bài toán cây tối thiểu nhỏ nhất
Cho:
-

Nút trung tâm N0
Tập các nút khác (N1, N2, … Nn)
Tập các trọng số cho mỗi nút (w1, …, wn)
Dung lượng của liên kết W
Ma trận giá thành

Cost(i,j) Tìm
-

Tập các cây T1, …, Tk

-

Sao cho:
Mỗi Ni thuộc về một Tj và mỗi Tj đều có chứa N 0
Thoả mãn mối quan hệ sau:
wi=W

∑
iϵ T j, i>0

min ∑

∑

Const (end l1 , end l2 )
Trees l ∈ Links

Các bước thực hiện:
- Sắp xếp các cạnh theo thứ tự giá tăng dần
- Lấy cạnh có giá nhỏ nhất khỏi danh sách sắp xếp
- Thêm cạnh vào cây kết quả nếu như cạnh này không nối hai nút đã nối rồi
hoặc thêm cạnh này vào không vượt quá giới hạn dung lượng. Quay trở lại
bước



om
1.4.2

Thuật toán Esau-Williams

Lý thuyết về Esau-Williams:


- Esau-Williams tạo ra cây bao trùm có trọng số.
- Sử dụng hàm thoả hiệp.
- Xây dựng những cây “ tốt”.
Thuật toán Esau-Williams gồm các bước:
-

Mỗi cây bắt đầu từ một nút
Tính hàm thoả hiệp cho mỗi nút
Thoả hiệp(Ni) = minj[Cost(Ni,Nj)] –Cost (Comp(Ni), N0)

- Nếu thoả hiệp là âm, việc ghép lại là có lợi
Càng giá trị âm càng có lợi
Việc ghép chỉ được phép nếu như W(Comp(Ni) ) +W(Comp(Nj) ) < W.
1.4.3 Giải thuật Sharma
Giải thuật Sharma khá thích hợp cho việc mơ hình hóa mạng viễn thơng trên thực tế.
Các bước thực hiện:
-

Tính góc qs từ mỗi site S đến site trung tâm C. Nếu S và C có cùng toạ
độ, ta đặt qs = 0.

-

Sắp xếp góc qs .

-

Bắt đầu với site S1, tạo một tập các nút theo chiều kim đồng hồ ( hoặc
ngược chiều kim đờng hờ) từ S1.

-

Tập là hồn chỉnh khi thêm nút tiếp theo sẽ có Ssetw(site) > W.

-

Tập tiếp theo sẽ bắt đầu với nút này.

-

Thiết kế là kết thúc khi xây dựng cây MST trong mỗi tập và đều có thêm
nút trung tâm C.

1.5 Giải thuật MLSA
Giả thiết:
-

Tập các nút N0, N1, …, Nn

-

Tập các trọng số cho mỗi nút (w1, …, wn)

-

Tập các loại đường L1, L2, …, Lm

-

Dung lượng W1, W2, …, Wm

-

Ma trận giá thành C(i,j,k) cho giá của liên kêt loại Lk giữa Ni và Nj



om
Tìm cây có gốc tại N0 với ấn định liên kết sao cho:
Scon cháu(N) w(i) < WLink(N, pred(N))
Và SLinksc(end1L, end2L, typeL) là nhỏ nhất
STT

Công việc

Bước 1:

Ấn định mỗi nút, liên kết nhỏ nhất l để nối nó đến nút trung tâm.

Bước 2:

Với mỗi nút, tính dung lượng cịn rỗi (n) = Wl – wn và đặt pred(n)=0

Bước 3:

Tính toán thoả hiệp cho nút n - lợi ích của việc nối nút n với i thay vì
nối với nút trung tâm (tương tự như E-W)

•
•

Thoả hiệpn(i) = c(n,i,L) + Upgrade (i, wn) – c(n,0,L)
Thoả hiệp (n)=mink thoả hiệpn(k)
Hàm Cập nhật Upgrade() tính giá thành thêm vào để thêm wn
đơn vị cho liên kết nối i và 0 bằng cách đi ngược lại hàm tiền
bối

Bước 4:

Thêm cạnh đến khi nào thoả hiệp nhỏ hơn hoặc bằng 0

Bước 5:

Xây dựng cây và ấn định loại liên kết trên mỗi cạnh

Bảng 1: Giải thuật MLSA


CHƯƠNG 2. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG

Trong Chương 2, chúng em sẽ trình bày kết quả mơ phỏng giải thuật MLSA để giải
quyết bài toán trong đề số 3.
2.1 Yêu cầu
Cho mạng truy nhập gồm 100 nút. Các nút được đặt một cách ngẫu nhiên trên mặt
phẳng kích thước 1000x1000. Trong mạng có 3 loại liên kết:
● Liên kết 1 có lưu lượng bằng 4 và giá của liên kết đó được tính bằng round
(0.2x khoảng cách đề các)
● Liên kết 2 có lưu lượng bằng 10 và giá của liên kết đó được tính bằng round

(0.4x khoảng cách đề các)
● Liên kết 3 có lưu lượng bằng 20 và giá của liên kết đó được tính bằng round
(0.6x khoảng cách đề các)
1.

Hãy dung giải thuật MSLA để tìm cây truy nhập.Biết nút trung tâm là nút 8.

Lưu

lượng

của

nút

W1=W18=W48=5,

W17=W25=3,

W79=W53=2,

W4=W33=W55=8 còn các nút khác trọng số bằng 1.
2.

Trong trường hợp mạng có thêm liên kết 4 có lưu lượng bằng 30 và giá của

liên kết đó được tính bằng round (0.7x khoảng cách đề các) thì khi đó giá của cây
kết quả thay đổi như thế nào?
3. Hiệu chỉnh kết quả cho trường hợp giới hạn số nút của mỗi cây bằng 4.
2.2 Kết quả mô phỏng:

Đề xuất: Sử dụng thêm 3 nút có trọng số bằng 20 là các nút:5,10,20 để dễ dàng
thấy rõ được kết quả của thuật toán.
1.Trường hợp 1



om

Hình 2 : Kết quả mô phỏng yêu cầu 1
2.Trường hợp 2

Hình 3: Kết quả mô phỏng yêu cầu 2
3.Trường hợp 3


Hình 4: Kết quả mơ phỏng u cầu 3

Chú thích:
Bảng 2: Chú thích

Loại liên kết
Loại 1

Màu
Lục

Loại 2
Loại 3

Tím

Đỏ

Loại 4

Lam



om
CHƯƠNG 3. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ

3.1. Trường hợp 1
● Ta thấy thuật toán đã triển khai thành công cây đa truy nhập.
● Các cây có nhiều nút, lưu lượng của liên kết tăng dần về phía gốc.
● Các nút có lưu lượng lớn tương ứng với các liên kết có lưu lượng đáp ứng
đủ.
3.2. Trường hợp 2
● Tương tự trường hợp 1:
● Sau khi thêm ba nút 5,15,20 có lưu lượng lớn (20) ta thấy xuất hiện các
liên kết màu lam => thuật toán đã nhận ra các nút có lưu lượng lớn và
triển khai liên kết đủ để đáp ứng được yêu cầu.
● Do giá của cây truy nhập phụ thuộc vào khoảng cách của các điểm, mà theo yêu
cầu của đề bài, các nút được đặt một cách ngẫu nhiên dẫn đến giá của cây truy
nhập sẽ thay đổi theo từng trường hợp => chỉ có thể đánh giá một cách tương
đối là khi thêm liên kết 4, giá của cây truy nhập sẽ tăng lên .
3.3. Trường hợp 3
● Dựa trên kết quả của thuật toán, ta thấy được rằng giới hạn số nút của mỗi cây
tối đa bằng 4, tương ứng với tối đa 4 liên kết được thiết lập, tương đương với
việc tổng số nút cha và con của một nút bất kì trên một cây tối đa bằng 4.
● Kết quả mô phỏng đã đạt đúng u cầu khi khơng có cây nào có nhiều

hơn 4 nút.


TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]
Bài giảng môn Quy hoạch và quản lý mạng viễn thông, giảng viên TS. Trần Thị
Ngọc Lan, viện Điện Tử - Viễn Thông, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.
[2] truy cập lần cuối 20h, 26/05/2021.

BẢNG PHÂN CƠNG CƠNG VIỆC
Họ và tên

Cơng việc thực hiện

PHẠM THỊ ĐĂNG

Xây dựng cây MLSA

LÊ THỊ MÂY

Xây dựng cây MLSA

VŨ TRỌNG TỚI

Phần 1

VŨ THỊ THU TRANG

Phần 2

HOÀNG QUỐC VIỆT

Phần 3