(TIỂU LUẬN) báo cáo bài tập lớn QUY HOẠCH và QUẢN lý MẠNG VIỄN THÔNG

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.
2.
3.
4.
5.
Giảng viên hướng dẫn: TS. TRẦN THỊ NGỌC LAN


Hà Nội, 12-2021


LỜI NĨI ĐẦU

Ngay nay, mạng viễn thơng vơ cùng phát triển. Pháá́t minh hệ thống điện tín và
điện thoạạ̣i đã cáá́ch mạạ̣ng hoáá́ cáá́c phương tiện thông tin truyền thông. Hệ thống thông
tin viễn thông được xem như cáá́c phương tiện kinh tế nhất có được đểể̉ trao đổi tin tức
và số liệu. Không những thê song song với sự pháá́t triểể̉n, tăng trưởng của kinh tế việc
hình thành cáá́c phương tiện cần thiết cho viễn thông trở nên phức tạạ̣p hơn và có yêu
cầu kỹ thuật cao hơn nhằm đáá́p ứng nhu cầu đang tăng về cáá́c dịch vụ có chất lượng
cao và dịch vụ viễn thơng tiên tiến. Do đó việc tổ chức một mạạ̣ng viễn thơng nhằm tạạ̣o
ra một mạạ̣ng viễn thơng có đủ khả năng đáá́p ứng cáá́c u cầu trên đóng một vai trị rất
quan trọng. Viêc tổ chức mạạ̣ng lưới này pháá́t triểể̉n trở thành một phần cơ bản quan

trọng của xã hội thông tin hoáá́ cao trong tương lai. MSLA là một thuật toáá́n được sử
dụng trong việc thiết kế topology cho mạạ̣ng. Do cịn nhiều hạạ̣n chế nên chương trình
vẫn mang tính chất mô phỏng, cáá́c giả thiết, điều kiện chưa thểể̉ giống hồn tồn như
u cầu thực tế nhưng nó cũng giúp chúng ta nắm được cơ bản quáá́ trình xây dựng
topology cho mạạ̣ng viễn thơng.
Trong quáá́ trình tìm hiểể̉u đề tài, tâp 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 cáá́c thành
viên mà nhóm chúng em đã hoàn thành được đề tài này. Tuy nhiên, khơng thểể̉ tráá́nh
khỏi sai sót.trong quáá́ trình tìm hiểể̉u đề tài, chúng em rất mong nhận được góp ý từ cơ
đểể̉ chúng em có thểể̉ hồn thiện hơn về đề tài này nói riêng và mơn học Quy hoạạ̣ch và
quản lý mạạ̣ng viễn thơng nói chung.
Chúng em xin chân thành cảm ơn cô!
Nhom sinh viên thưc
hiên
Nhom 10



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 toáá́n cây tối thiểể̉u nhỏ nhất................................................................................ 5
1.4.2 Thuật toáá́n Esau-Williams........................................................................................5
1.4.3 Giải thuật Sharma.................................................................................................... 6
1.5 Giải thuật MLSA............................................................................................................6
CHƯƠNG 2. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG......................................................................................8
2.1 Yêu cầu........................................................................................................................... 8
2.2 Kết qua mô 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

i


DANH MỤC HÌNH VẼ

Hinh 1. Vi du vê ham tiên bôi........................................................................................ 4
Hinh 2 : Kêt qua mô phong yêu câu 1........................................................................... 9
Hinh 3: Kết quả mô phỏng yêu cầu 2............................................................................ 9
Hinh 5: Kết quả mô phỏng yêu cầu 3.......................................................................... 10

ii


DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1: Giải thuật MLSA.............................................................................................. 7
Bảng 2: Chú thích........................................................................................................ 10

iii


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 kháá́i niệm liên quan.

1.1 Đặt vấn đề
Sự bùù̀ng nổ của truyền dẫn thông tin đã kéo theo sự pháá́t triểể̉n của mạạ̣ng viễn
thông. Với số lượng người sử dụng ngày một cao, phạạ̣m vi phủ sóng rộng lớn từù̀ cáá́c
khu vực thành thị tới nông thôn và miền núi kéo theo độ phức tạạ̣p của mạạ̣ng viễn
thông. Do vậy cáá́c giải thuật đơn giản như Dijkstra, Krushal, CMST, Esau-Williams,...
đã khơng cịn phùù̀ hợp đểể̉ xây dựng mơ hình mạạ̣ng nhiều tốc độ nhiều liên kết. Giải
thuật MLSA đã ra đời và là một trong nhữữ̃ng giải thuật giúp giải quyết bài toáá́n đa tốc
độ đa liên kết này.

1.2 Một số khái niệm
1.2.1 Hàm tiền bối (Predecessor)
Cây T băt nguồn từ môt nut Gôc (Root) đươc biểu diên bơi môt ham tiên
pred: V → V trên các tâp các đỉnh.
Yêu câu:
Pred (Root) = Root.
Pred(N) # N vơi bât ki nut N nao.
Đôi vơi bât kỳ nut N nao, tờn tại n>0 sao cho
Ví dụ:

Hình 1. Ví dụ vê hàm tiên bôi

4

= Root.

bôi

1.3 Các đại lượng được sử dụụ̣ng
-

Tập cáá́c nút N0, N1, …, Nn
Tập cáá́c trọng số cho mỗi nút (w1, …, wn)
Tập cáá́c loạạ̣i đường L1, L2, …, Lm
Dung lượng W1, W2, …, Wm
Ma trận giáá́ thành C(i,j,k) cho giáá́ của liên kêt loạạ̣i Lk giữữ̃a Ni và Nj

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

Nút trung tâm N0
Tập cáá́c nút kháá́c (N1, N2, … Nn)
Tập cáá́c trọng số cho mỗi nút (w1, …, wn)
Dung lượng của liên kết W
Ma trận giáá́ thành Cost(i,j)

Tìm
-

Tập cáá́c cây T1, …, Tk
Sao cho:
Mỗi Ni thuộc về một Tj và mỗi Tj đều có chứa N0
Thoả mãn mối quan hệ sau:

∑

wi=W

iϵ T j, i>0

min

∑ ∑ Const (end l1 , end l2 )

Trees l ∈Links

Các bươc thưc hiên:
-

Sắp xếp cáá́c cạạ̣nh theo thứ tự giáá́ tăng dần
Lấy cạạ̣nh có giáá́ nhỏ nhất khỏi danh sáá́ch sắp xếp
Thêm cạạ̣nh vào cây kết quả nếu như cạạ̣nh này không nối hai nút đã nối rồù̀i

hoặc thêm cạạ̣nh này vào không vượt quáá́ giới hạạ̣n dung lượng. Quay trở lạạ̣i bước

1.4.2 Thuật toán Esau-Williams
Ly thuyêt vê Esau-Williams:

5


-

Esau-Williams tạạ̣o ra cây bao trùù̀m có trọng số.
Sử dụng hàm thoả hiệp.

Xây dựng nhữữ̃ng cây “ tốt”.

Thuât toán Esau-Williams gờm các bươc:
-

Mỗi cây bắt đầu từù̀ 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 lạạ̣i là có lợi

Càng giáá́ trị âm càng có lợi
Việc ghép chỉể̉ được phép nếu như W(Comp(Ni) ) +W(Comp(Nj) ) < W.
1.4.3 Giải thuật Sharma
Giải thuật Sharma kháá́ thích hợp cho việc mơ hình hóa mạạ̣ng viễn thơng trên thực
tế.
Cáá́c bước thực hiện:
-

Tính góc qs từù̀ mỗi site S đến site trung tâm C. Nếu S và C có

cùù̀ng toạạ̣ độ, ta đặt qs = 0.
-

Sắp xếp góc qs .

-

Bắt đầu với site S1, tạạ̣o một tập cáá́c nút theo chiều kim đồù̀ng hồù̀

( hoặc ngược chiều kim đồù̀ng hồù̀) từù̀ S1.
-

Tập là hồn chỉể̉nh 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 cáá́c nút N0, N1, …, Nn

-

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

-

Tập cáá́c loạạ̣i đường L1, L2, …, Lm

-

Dung lượng W1, W2, …, Wm

-

Ma trận giáá́ thành C(i,j,k) cho giáá́ của liên kêt loạạ̣i Lk giữữ̃a Ni và Nj

6


Tìm cây có gốc tạạ̣i N0 với ấn định liên kết sao cho:
Scon cháá́u(N) w(i) < WLink(N, pred(N))
Và SLinksc(end1L, end2L, typeL) là nhỏ nhất
STT
Bước 1:

Ấn

Bước 2:

Với

Bước 3:

Tính
nối

•

•

Bước 4:

Thê

Bước 5:

Xây

7


CHƯƠNG 2. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG

Trong Chương 2, chúng em sẽ trình bày kết quả mơ phỏng giải thuật MLSA đểể̉ giải
quyết bài toáá́n trong đề số 3.
2.1 Yêu cầu
Cho mạạ̣ng truy nhập gồù̀m 100 nút. Cáá́c nút được đặt một cáá́ch ngẫu nhiên trên mặt
phẳng kích thước 1000x1000. Trong mạạ̣ng có 3 loạạ̣i liên kết:
Liên kết 1 có lưu lượng bằng 4 và giáá́ của liên kết đó được tính bằng round
(0.2x khoảng cáá́ch đề cáá́c)
Liên kết 2 có lưu lượng bằng 10 và giáá́ của liên kết đó được tính bằng round
(0.4x khoảng cáá́ch đề cáá́c)
Liên kết 3 có lưu lượng bằng 20 và giáá́ của liên kết đó được tính bằng round
(0.6x khoảng cáá́ch đề cáá́c)
1. Hãy dung giải thuật MSLA đểể̉ 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 cáá́c nút kháá́c trọng số bằng 1.
2. Trong trường hợp mạạ̣ng có thêm liên kết 4 có lưu lượng bằng 30 và giáá́ của liên

kết đó được tính bằng round (0.7x khoảng cáá́ch đề cáá́c) thì khi đó giáá́ của cây kết
quả thay đổi như thế nào?
3.

Hiệu chỉể̉nh kết quả cho trường hợp giới hạạ̣n số nút của mỗi cây bằng 4.

2.2 Kết qua mô phỏng:
Đề xuất: Sử dụng thêm 3 nút có trọng số bằng 20 là cáá́c nút:5,10,20 đểể̉ dễ dàng
thấy rõ được kết quả của thuật toáá́n.
1.Trường hợp 1

8


Hình 2 : Kết qua mô phỏng yêu câu 1
2.Trường hợp 2

Hình 3: Kếế́t quả mô phỏỏ̉ng yêu cầu 2
3.Trường hợp 3

9


Hìì̀nh 4: Kếế́t quả mơ phỏỏ̉ng u cầu 3

Chú thích:
Bảng 2: Chú thíế́ch

Loạạ̣i liên kết
Loạạ̣i 1

Loạạ̣i 2
Loạạ̣i 3
Loạạ̣i 4

10


CHƯƠNG 3. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ

3.1. Trường hợp 1
Ta thấy thuật toáá́n đã triểể̉n khai thành công cây đa truy nhập.
Cáá́c cây có nhiều nút, lưu lượng của liên kết tăng dần về phía gốc.
Cáá́c nút có lưu lượng lớn tương ứng với cáá́c liên kết có lưu lượng đáá́p 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
cáá́c liên kết màu lam => thuật toáá́n đã nhận ra cáá́c nút có lưu lượng lớn
và triển khai liên kết đủ đểể̉ đáá́p ứng được yêu cầu.
Do giáá́ của cây truy nhập phụ thuộc vào khoảng cáá́ch của cáá́c điểể̉m, mà theo yêu
cầu của đề bài, cáá́c nút được đặt một cáá́ch ngẫu nhiên dẫn đến giáá́ của cây truy
nhập sẽ thay đổi theo từù̀ng trường hợp => chỉể̉ có thểể̉ đáá́nh giáá́ một cáá́ch tương
đối là khi thêm liên kết 4, giáá́ của cây truy nhập sẽ tăng lên .
3.3. Trường hợp 3
Dưa trên kêt qua cua thuât toán, ta thây đươc răng giơi hạn sô nut cua môi cây
tôi đa băng 4, tương ưng vơi tôi đa 4 liên kêt đươc thiêt lâp, tương đương vơi
viêc tông sô nut cha va con cua môt nut bât ki trên môt cây tôi đa băng 4.
Kết quả mô phỏng đã đạạ̣t đúng u cầu khi khơng có cây nào có nhiều
hơn 4 nut.

11


TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Bai giang môn Quy hoạch va quản lý mạng viên thông, giang viên TS. Trân Thi
Ngoc Lan, viên Điên Tư - Viên Thông, trương Đại hoc Bách Khoa Ha Nôi.
[2] truy cập lần cuối 20h, 26/05/2021.

BẢNG PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC
Họ và tên
PHẠM THỊ ĐĂNG
LÊ THỊ MÂY
VŨ TRỌNG TỚI
VŨ THỊ THU TRANG
HOÀNG QUỐC VIỆT

12