ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CÔNG NGHỆ PHẦN MỀM “KĨ THUẬT LƯU LƯỢNG IP/WDM” CHƯƠNG 3_2 ppsx

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CÔNG NGHỆ PHẦN MỀM “KĨ
THUẬT LƯU LƯƠNG IP/WDM”

CHƯƠNG III TÁI CẤU HÌNH TRONG KĨ THUẬT LƯU
LƯỢNG IP/WDM

3.1.4 Dịch chuyển mô hình ảo
Trong mô hình IP chồng lấn mạng WDM có khả năng tái cấu hình, IP và
WDM có thể truyền thông qua UNI quang hoặc WDM NC&M. UNI quang cho
phép một lượng nhỏ thông tin về mạng vật lí (ví dụ như cấu hình và các kết nối
mạng WDM) được chia sẻ với mạng khách. WDM NC&M thể hiện một hệ thống
quản lí IP và WDM tách biệt hoàn toàn. Do vậy, giả thiết trong cấu hình mạng
chồng lấn là ở chỗ mạng WDM có thể hỗ trợ mô hình ảo. Nếu một mô hình ảo
không được hỗ trợ hoặc một đường đi ngắn nhất không được thiết lập do các điều
kiện ràng buộc tại tầng WDM thì giải pháp dịch chuyển dự phòng cho mô hình gốc
sẽ được dùng đến. Nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng thắt cổ chai tài nguyên trong các
mạng IP/WDM xảy ra tại các giao diện IP chứ không phải tại các giao diện WDM.
Các giao diện IP thường đắt và hiếm hơn các giao diện WDM. Nói chung, có một
số lượng giao diện WDM nhất định luôn sẵn sàng. Vì thế nếu một mô hình ảo
không thể được hỗ trợ bởi một vật mang (nghĩa là nhà cung cấp máy chủ mạng) thì
vật mang sẽ xem xét tới cập nhật dung lượng của nó hoặc là từ chối yêu cầu tài
nguyên ngay lập tức. Vật mang có thể không thích chia sẻ thông tin mô hình với
các máy khách. Các kinh nghiệm thiết lập mô hình và kinh nghiệm dịch chuyển
được giới thiệu một cách riêng rẽ. Chúng có thể được coi là các công cụ riêng rẽ và
chỉ được sử dụng khi cần thiết. Nhưng một giả thiết chung trong mô hình liên kết
mạng chồng lấn IP/WDM có khả năng tái cấu hình là ở chỗ mô hình ảo có thể
được hỗ trợ trong mạng WDM.
Việc kiểm tra động các điều kiện ràng buộc vật lí mạng WDM trong tái cấu
hình mô hình đòi hỏi một xu hướng IP/WDM tích hợp mạnh hơn nữa. Ví dụ như,
trong mô hình mạng IP/WDM có khả năng tái cấu hình ngang hàng, thông tin về
mô hình của mạng WDM sẽ được chia sẻ với mạng IP. Chính các mạng IP này làm

cho các chiến thuật tái cấu hình IP/WDM tích hợp trở thành hiện thực. Một ví dụ
đơn giản là kiểm tra độ mềm dẻo của mỗi đường đi ngắn nhất trong thuật toán thiết
lập mô hình. Tuy nhiên, xu hướng này phụ thuộc quá nhiều vào độ chính xác và độ
đồng bộ thông tin về mô hình tại một cơ sở dữ liệu của mỗi bộ định tuyến cục bộ.
Trong môi trường phân tán và thời gian thực, thông tin cục bộ về mô hình có thể
chưa được cập nhật và sự hội tụ mạng tương ứng (ví dụ như các thay đổi trạng thái
tuyến nối) có thể mất một khoảng thời gian nào đó. Hơn thế, thông tin mạng WDM
quảng bá tới mạng IP sẽ không mềm dẻo đứng từ góc độ điều khiển mạng. Mặc dù
mô hình mạng IP/WDM có khả năng tái cấu hình ngang hàng đã được đề xuất
nhưng lại không có bất cứ triển khai nào về mặt thương mại của một mô hình như
vậy.
Ngay cả khi các tài nguyên tầng WDM là đủ để hỗ trợ bất cứ một chuỗi dịch
chuyển (một ví dụ yêu cầu nhiều nhất là có thể bổ sung tất cả các kết nối mới trước
khi loại bỏ các kết nối không mong muốn), thì vẫn còn những khó khăn trong vấn
đề dịch chuyển. Vì tái cấu hình WDM liên quan tới các bước sóng dung lượng lớn
(lên tới OC-192), việc thay đổi ấn định tài nguyên trong phân mảnh thô sẽ ảnh
hưởng rất lớn tới dòng lưu lượng đầu cuối người sử dụng. Nói chung quá trình dịch
chuyển bao gồm nhiều chuỗi thiết lập và loại bỏ các đường đi ngắn nhất WDM
riêng rẽ. Các dòng lưu lượng phải thích ứng theo các thay đổi của đường đi ngắn
nhất sau mỗi bước dịch chuyển. Tuỳ thuộc vào cấu trúc mạng, sự liên quan có thể
mở rộng ra phân bố định tuyến trong mạng và tới lượt nó lại ảnh hưởng tới nhiều
dòng lưu lượng người sử dụng hơn. Vì tái cấu hình đường đi ngắn nhất WDM
được coi như một thay đổi mô hình đường đi ngắn nhất tại tầng IP, giao thức định
tuyến IP phải thích ứng với thay đổi này. Nghĩa là thay đổi về mô hình có thể gây
ra các ‘hố đen’ và các vòng lặp chuyển tiếp trong bất cứ giao thức định tuyến IP
nào đang tồn tại. Do đó, cần có các biện pháp bổ sung để loại bỏ các ảnh hưởng lên
lưu lượng người sử dụng trong khi hội tụ giao thức định tuyến sau mỗi lần tái cấu
hình.
Các thuật toán tìm kiếm một lược đồ dịch chuyển tối ưu thường rất phức tạp
vì nó liên quan tới rất nhiều hoạt động khác nhau. Các kinh nghiệm có thể được áp

dụng để cho một dịch chuyển suôn sẻ mặc dù chúng không đảm bảo đó là giải
pháp tối ưu. Một thuật toán dựa trên kinh nghiệm sẽ được cung cấp tuỳ theo mục
tiêu dịch chuyển mô hình đường đi ngắn nhất trong mạng IP/WDM chồng lấn.
Thuật toán dựa trên kinh nghiệm dịch chuyển mô hình
Có bốn hoạt động nguyên thuỷ liên quan tới dịch chuyển và chúng được định
nghĩa như sau:
Hoạt động A: loại bỏ một cạnh
 Cấu hình hai giao diện bộ định tuyến IP liên quan tương ứng
 Loại bỏ hai đường đi ngắn nhất đơn hướng trong tầng WDM
 Cập nhật tập tin sau khi loại bỏ cạnh (bao gồm các chi tiết về đường đi
ngắn nhất như là các giao diện máy khách, tên/địa chỉ của các WADM,
các hop hoặc các WSXC trung gian, các chi tiết về bộ định tuyến và các
bước sóng).
Hoạt động B: bổ sung một cạnh
 Tính toán và thiết lập một tuyến nối ảo trong tầng WDM. Cần chú ý
rằng một tuyến nối IP ảo khi được triển khai sẽ sử dụng hai đường đi
ngắn nhất đơn hướng. Chúng có thể nằm trên cùng một tuyến sợi quang
nhưng chiếm hai kênh bước sóng khác nhau. Nếu vì bất cứ sự thay đổi
nào mà quá trình chèn bổ sung này bị thất bại thì thuật toán sẽ bỏ qua
bằng cách gọi hoạt động R.
 Cấu hình các giao diện bộ định tuyến IP theo các địa chỉ IP giao diện
được cập nhật. Cần chú ý rằng bằng cách sử dụng giao diện IP không
được đánh số hay địa chỉ IP thứ cấp gán trước và một địa chỉ IP sơ cấp
cho một giao diện thì sẽ không cần cập nhật địa chỉ IP giao diện nữa.
 Cập nhật tập tin về sự chèn cạnh (bao gồm cả các thông tin chi tiết về
đường đi ngắn nhất và bộ định tuyến).
Hoạt động E: đánh giá kết nối mạng
 Hoàn toàn kết nối được định nghĩa là khi bắt đầu từ một node bất kì vẫn
có khả năng truyền tới bất cứ một node nào khác. Có thể triển khai điều
này nhờ việc sử dụng thuật toán Depth-First Search.

 Trả lại giá trị 0 nếu mạng không kết nối và 1 nếu mạng kết nối hoàn
toàn.
Hoạt động R: lưu trữ mô hình ban đầu
Ví dụ như khi quá trình dịch chuyển bị thất bại:
 Dựa trên thông tin tập tin log, thuật toán sẽ thực hiện loại bỏ/thiết lập
các đường đi ngắn nhất theo từng bước sao cho mô hình ban đầu/cũ
được trả lại
 Gửi các bản tin lỗi hoặc các cảnh báo cho nhà quản lí hay/và các máy
khách.
Thuật toán dựa trên kinh nghiệm dịch chuyển tái cấu hình mở rộng bao gồm
các bước sau:
 Bước 1: Xây dựng hai hàng đợi, hàng đợi bổ sung và hàng đợi loại bỏ
bằng cách so sánh mô hình cũ và mô hình mới. Hàng đợi loại bỏ bao
gồm các cạnh loại bỏ được xếp theo trật tự tăng dần của tải cạnh. Hàng
đợi bổ sung chứa danh sách các cạnh cần bổ sung. Duy trì một tập tin
để lưu trữ thông tin các cạnh loại bỏ/bổ sung.
 Bước 2: thực hiện một loại bỏ ban đầu, chọn hai cạnh từ hàng đợi loại
bỏ. Nếu sự loại bỏ một cạnh cho kết quả là một lược đồ không kết nối
(nhờ hoạt động E), cạnh này bị bỏ qua. Nếu tất cả các cạnh trong hàng
đợi loại bỏ đều làm cho mạng trở thành không kết nối, hai cạnh ít tải
nhất sẽ được lựa chọn. Các cạnh được lựa chọn được loại bỏ nhờ sử
dụng hoạt động A và bị xoá khỏi hàng đợi loại bỏ.
 Bước 3: Cố gắng bổ sung các cạnh từ hàng đợi bổ sung nếu như các
điều kiện về giao diện và bước sóng có thể được thoả mãn. Hàng đợi
được tìm kiếm từ đầu đến cuối và tất cả các cạnh thoả mãn điều kiện
đều được bổ sung. Một cạnh được bổ sung nhờ hoạt động B và sau đó
sẽ bị xoá khỏi hàng đợi bổ sung.
 Bước 4: Tìm kiếm trong hàng đợi loại bỏ và xác định cạnh có tải ít nhất
nhưng lại không làm mất kết nối mạng. Loại bỏ cạnh đó và xóa nó khỏi
hàng đợi loại bỏ.

 Bước 5: Lặp lại bước 3 và bước 4 cho tới khi cả hàng đợi bổ sung và
hàng đợi loại bỏ đều rỗng.
Cần chú ý rằng bước 2 được thực hiện trước bước 3 để giải phóng các giao
diện đang kết nối. Một mạng đang hoạt động thường triển khai tất cả các giao diện.
Do đó nếu không loại bỏ các kết nối đang tồn tại thì mạng sẽ không thể thiết lập
các kết nối mới.
3.2 Tái cấu hình cho các mạng WDM chuyển mạch gói
Rõ ràng là có sự giống nhau giữa các mạng WDM chuyển mạch gói và các
mạng chuyển mạch gói khác, chẳng hạn như các bộ định tuyến IP điện. Tuy nhiên,
các gói quang sẽ có khuôn dạng bản tin khác. Các khuôn dạng bản tin này sẽ tương
tự như các mào đầu nhãn MPLS. Hơn thế, các hệ thống chuyển mạch gói quang
phù hợp cho kích thước gói tin lớn hơn so với lưu lượng đầu cuối người sử dụng
được hỗ trợ bởi các bộ định tuyến IP điện.
3.2.1 Tổng quan về tái cấu hình WDM chuyển mạch gói
Trong các mạng IP thì nhu cầu hỗ trợ là cả chuyển mạch gói lẫn chuyển mạch
kênh. Một mạng IP/OLS có thể được thiết kế theo cách nào đó sao cho bất kì bước
sóng nào trong sợi quang ở tầng WDM cũng có thể thiết lập động ở chế độ kênh
hay chế độ gói. Trong chế độ gói, OLS làm việc giống như chuyển mạch nhãn
MPLS làm việc trong các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn ở miền điện. Nhưng
các hoạt động của OLS xảy ra ở miền quang. Trong chế độ chuyển mạch kênh,
OLS làm việc giống như mạng đấu chéo quang. Điều này đòi hỏi pha báo hiệu
riêng để thiết lập kênh liên lạc.
Hình 3.2 chỉ ra một tái cấu hình mạng WDM chuyển mạch gói. Như được chỉ
ra trên hình, tồn tại một mô hình sợi IP/OLS tích hợp ngay phía trên các MPLS
LSP và các đường đi ngắn nhất. Tái cấu hình OLS có liên quan tới tái cấu hình kết
nối và tái cấu hình MPLS LSP. Hiện nay các mạng OLS không hỗ trợ hoàn toàn
chuyển tiếp dựa trên IP đích, nghĩa là trong mặt phẳng dữ liệu, OLSR không đọc
cũng như không hiểu mào đầu IP datagram.
Định tuyến lưu
lượng

Tái cấu hình đường
đi ngắn nhất
Tái cấu hình MPLS
LSP
OLS
OLS
OLS
OLS
OLS
OLS
OLS
OLS
OLS
OLS
OLS
Các gói tin IP
LSP
LSP
Đường đi ngắn nhất
Mô hình IP
Mô hình sợi IP/OLS

3.2 Tái cấu hình trong mạng WDM chuyển mạch gói
Thuật toán tái cấu hình thực hiện kĩ thuật tích hợp tầng IP và tầng WDM sẽ
được xem xét trong phần này. Thuật toán này là phù hợp nhất cho các mạng
IP/WDM tích hợp trong đó một giao thức trung tâm IP được sử dụng để điều khiển
các giao diện bộ định tuyến vật lí. Một giao thức định tuyến IP trạng thái tuyến, ví
dụ như OSPF với các mở rộng hợp lí, được sử dụng để giúp các thành phần mạng
phát hiện ra mô hình vật lí. Các bước sóng trong một sợi quang được điều khiển
nhờ sử dụng một cơ chế dựa trên MPLS (nghĩa là chọn bước sóng cục bộ). Thông

tin liên quan tới kết nối đường đi ngắn nhất và chế độ hoạt động của mỗi một bước
sóng trong tất cả các sợi cũng được truyền thông qua các OSPF mở rộng. Mỗi
thành phần mạng duy trì hai mô hình mạng. Một mô hình là mô hình vật lí mô tả
các thành phần mạng vật lí và các kết nối sợi quang giữa chúng. Mô hình còn lại là
mô hình đường đi ngắn nhất trong đó xác định các kết nối đường đi ngắn nhất. Khi
một thành phần mạng quyết định thiết lập một kết nối đường đi ngắn nhất mới, đầu
và cuối của đường đi ngắn nhất đó sẽ có trách nhiệm định tuyến đường đi ngắn
nhất thông qua mô hình vật lí thoả mãn các điều kiện ràng buộc của mạng. Khi một
node nguồn muốn gửi dữ liệu tới một node đích, có thể tồn tại hoặc không tồn tại
một đường đi ngắn nhất trực tiếp giữa chúng. Hơn thế nữa, việc thiết lập một
đường đi ngắn nhất mới có thể hoặc không thực hiện được tuỳ theo độ khả dụng
kênh và các điều kiện ràng buộc khác. Trong MPLS điện truyền thống, các LSP là
các kênh ảo do dó chúng có thể được thiết lập để hỗ trợ kết nối hình lưới hoàn
toàn. Do vậy, dữ liệu chuyển mạch nhãn trong MPLS có thể được phân phát trong
một hop LSP.
Cho các kết nối không hoàn toàn trong OLS, cần có định tuyến dữ liệu tại mỗi
thành phần mạng và không gian định tuyến tương ứng là mô hình đường đi ngắn
nhất. Do đó ở đây tồn tại hai tầng định tuyến. Cấu trúc xếp tầng này là kết quả tự
nhiên của việc gắn một mô hình gói (IP) trong một miền chuyển mạch kênh
(WDM đấu chéo). Kết quả là kĩ thuật lưu lượng có thể được thực hiện ở mỗi tầng.
Trong khi tại tầng cao hơn, nghĩa là mô hình đường đi ngắn nhất, các giải pháp kĩ
thuật lưu lượng MPLS điện hiện có có thể được ứng dụng. Tầng thấp hơn cần một
thuật toán lí thuyết để xác định cấu hình và tái cấu hình đường đi ngắn nhất trong
mô hình vật lí của mạng WDM. Hơn thế, cũng cần các tương tác kết hợp của hoạt
động kĩ thuật lưu lượng giữa tầng thấp và tầng cao.
Có hai phương pháp để thiết lập một đường mới. Đường mới này có thể là
đường đi ngắn nhất hoặc LSP. Với xu hướng thứ nhất, bất cứ khi nào một node cần
thiết lập một LSP tới một node khác thì đầu tiên, node đầu cuối đó sẽ cố gắng thiết
lập đường đi ngắn nhất trực tiếp tới node đầu cuối. Nếu như tầng vật lí không thể
hỗ trợ đường đi ngắn nhất đó, node đầu cuối đó sẽ cố gắng định tuyến LSP đó

thông qua mô hình đường đi ngắn nhất hiện tại, nghĩa là thiết lập một LSP điện.
Nếu quá trình này cũng thất bại, tái cấu hình đường đi ngắn nhất sẽ được sử dụng.
Xu hướng thứ hai có xu hướng tận dụng tối đa các tài nguyên WDM đã được cấu
hình trước khi thực hiện cấu hình các tài nguyên bổ sung. Khi một node cần phải
thiết lập một LSP tới một node khác, node đầu cuối luôn luôn cố gắng định tuyến
LSP đó thông qua mô hình đường đi ngắn nhất hiện có, nghĩa là thiết lập một LSP
điện. Nếu quá trình này thất bại, node đầu cuối đó sẽ cố gắng thiết lập một đường
đi ngắn nhất trực tiếp tới node đầu cuối, nghĩa là thiết lập một LSP quang. Nếu quá
trình này vẫn không thành công thì tái cấu hình đường đi ngắn nhất sẽ được kích
hoạt. Các thuật toán thiết lập đường đi ngắn nhất và tái cấu hình có thể được sử
dụng ở cả hai xu hướng. Ý tưởng cơ bản là định tuyến đường đi ngắn nhất qua mô
hình vật lí đáp ứng các điều kiện ràng buộc như là độ khả dụng bước sóng, tính
liên tục bước sóng và chất lượng tín hiệu quang.
3.2.2 Các điều kiện tái cấu hình
Kĩ thuật lưu lượng dựa trên MPLS có thể được ứng dụng cho tái cấu hình LSP
trong tầng cao hơn. Khi một bộ định tuyến biên vào cần thiết lập một LSP tới một
bộ định tuyến biên ra, LSP đó sẽ được tính toán trong mô hình dư thừa có được
bằng cách áp dụng tất cả các điều kiện ràng buộc có thể áp dụng vào mô hình
đường đi ngắn nhất. Nếu như LSP mới cần đặt trước một băng thông B nhất định,
mô hình dư thừa có thể được rút ra từ mô hình đường đi ngắn nhất. Trong mô hình
này các tuyến nối với băng thông sẵn sàng nhỏ hơn B sẽ bị loại bỏ. Dựa theo mô
hình dư thừa, một đường đi ngắn nhất từ bộ định tuyến biên vào tới bộ định tuyến
biên ra sẽ được xác định. Nói chung, đường đi này sẽ khác với đường đi ngắn nhất
giữa cùng cặp bộ định tuyến đó trong mô hình đường đi ngắn nhất. Cơ chế báo
hiệu MPLS đảm bảo sự thiết lập của đường đi được tìm thấy dọc theo các node
trung gian mong muốn. Bằng cách kết hợp định tuyến dựa trên điều kiện ràng buộc
và thiết lập đường hiện, MPLS tại tầng này có thể khai thác dung lượng giữa một
cặp node bất kì tới giới hạn được xác định bởi điểm cắt giữa hai node đó. Một khi
điểm cắt nhỏ nhất đó đạt được nhưng vẫn cần các LSP từ bộ định tuyến biên vào
tới bộ định tuyến biên ra đó thì một trong các hoạt động sau sẽ xảy ra:

 Hành động 1: Một số LSP hiện có được loại bỏ trước để giải phóng
dung lượng tại thắt cổ chai để chứa các LSP mới nếu như chúng có độ
ưu tiên thiết lập cao hơn.
 Hành động 2: Các yêu cầu thiết lập LSP mới sẽ bị từ chối.
Ở một mức độ nào đó, trường hợp thứ nhất có thể xem như một khó khăn
định tuyến dựa trên các điều kiện ràng buộc cụ thể. Trong khi đó trường hợp thứ
hai yêu cầu cân bằng tải MPLS đạt được giới hạn của nó.
Với công nghệ WDM hiện nay, có một lớp kĩ thuật lưu lượng khác phục vụ
cho LSP lớp trên. Vì mô hình đường đi ngắn nhất được cấu thành từ các kết nối
kênh vật lí có khả năng tái cấu hình nên sẽ tồn tại các trường hợp trong đó các
thành phần không kết nối được trong mô hình dư thừa có thể tái kết nối. Mô hình
đường đi ngắn nhất mới này cùng lúc có thể thoả mãn các yêu cầu kết nối cho tất
cả các LSP hiện có. Một thuật toán dựa trên kinh nghiệm tái cấu hình được thiết kế
để tìm kiếm một mô hình đường đi ngắn nhất như vậy sẽ được trình bày trong phần
cuối của phần này.
3.2.3 Một trường hợp thực tế
Trước khi đi vào thuật toán dựa trên kinh nghiệm, hãy xem xét một ví dụ để
thể hiện các ý tưởng cơ bản của thuật toán. Hình 3.3 chỉ ra một mạng WDM ví dụ,
với một mô hình ring có 6 node. Trong hình, các đường liền biểu diễn các sợi
quang, mỗi đường như vậy hỗ trợ hai bước sóng. Hình 3.3(b) miêu tả mô hình
đường đi ngắn nhất tương ứng.


Hình 3.3 Sử dụng tái cấu hình đường đi ngắn nhất để tạo thêm LSP
Tại một thời điểm node C cần thiết lập một LSP mới tới node F, và mô hình
đường đi ngắn nhất dư thừa mà node C thấy tại thời điểm nó đang cố gắng thiết lập
LSP mới đó được biểu diễn trên hình 3.3(c). Rõ ràng là, các tài nguyên hiện có sẵn
cho node C là không đủ để hỗ trợ LSP đang yêu cầu. Bây giờ câu hỏi đặt ra là liệu
có khả năng tái cấu hình một số đường đi ngắn nhất để chứa được LSP mới đó
không. Câu trả lời là có thể có. Tuy nhiên, một câu trả lời chắc chắn chỉ có sau một

vài các bước kiểm tra. Bước kiểm tra đầu tiên là xem liệu tồn tại một giải pháp tái
cấu hình có thể kết nối hai thành phần chưa được kết nối lại với nhau không. Bước
kiểm tra tiếp theo là kiểm tra xem liệu các LSP đang tồn tại có bị tác động và LSP
đang được yêu cầu có thể được đáp ứng bởi giải pháp mới hay không. Trong ví dụ
này, một giải pháp (và chỉ một giải pháp) có thể vượt qua được bước kiểm tra thứ
nhất để tái cấu hình kết nối đường đi ngắn nhất giữa node B và node D. Một đặc
tính có liên quan quan trọng của đường đi ngắn nhất này là các đầu cuối của nó
thuộc một thành phần và đường đi vật lí của đường đi ngắn nhất này vượt qua
thành phần khác. Do vậy, một giải pháp tái cấu hình mềm dẻo là phá vỡ đường đi
ngắn nhất ở thành phần thứ hai. Có thể chọn để phá vỡ đường đi ngắn nhất tại node
F để đường đi ngắn nhất BD ban đầu trở thành hai đường đi ngắn nhất BF và FD.
Khi đó mô hình đường đi ngắn nhất dư thừa sau khi tái cấu hình sẽ như hình
3.3(d).
Ảnh hưởng lên tất cả các LSP đang tồn tại do sự tái cấu hình này gây ra là rất
nhỏ. Đặc biệt chỉ các LSP đang sử dụng đường đi ngắn nhất BD trước khi tái cấu
hình là chịu một số tác động nhất định. Sau khi tái cấu hình, mỗi một trong các
LSP sẽ đi thêm một node và không LSP hiện có nào được định tuyến lại trên một
tuyến đi khác. Hơn thế, nhiều khả năng các LSP hiện có sẽ vẫn đi theo các tuyến
ban đầu. Điều này sẽ đảm bảo cho bước kiểm tra thứ hai được thoả mãn. Bây giờ
thì việc thiết lập LSP vừa được yêu cầu giữa node C và node F được tiến hành bình
thường. Ví dụ này loại bỏ tính hướng của các LSP để làm giảm tính phức tạp của
sự giải thích. Nếu xem xét đến tính hướng thì kết quả cũng hoàn toàn không thay
đổi.
3.2.4 Mô tả thuật toán dựa trên kinh nghiệm
Thuật toán sử dụng các định nghĩa sau:
 Mô hình vật lí của một mạng quang WDM được biểu thị bởi <N, F>,
trong đó N là tập các node trong mạng còn F là tập các kết nối sợi
quang. Một kết nối sợi quang là một cặp các tuyến nối hai hướng giữa
hai node trong mạng.
 Mô hình đường đi ngắn nhất P nằm trên mô hình vật lí được biểu thị

bởi <N, L> trong đó L là tập các đường đi ngắn nhất. Một đường đi
ngắn nhất là một kênh quang có hướng bắt đầu từ node mạng đầu cuối
không đi qua hoặc đi qua một số các node mạng khác và kết thúc tại
node mạng đích của nó. Do vậy, đường đi của một đường đi ngắn nhất
có thể được biểu diễn dưới dạng một chuỗi các tuyến nối sợi quang
và/hoặc một danh sách các node mạng.
 Việc ghép một mô hình đường đi ngắn nhất lên một mô hình vật lí được
gọi là hoạt động ánh xạ của mô hình đường đi ngắn nhất. Hoạt động
ánh xạ kết hợp mỗi đường đi ngắn nhất trong mô hình đường đi ngắn
nhất với một danh sách các node mạng mà đường đi ngắn nhất đó đi
qua trong mô hình vật lí.
Thuật toán sử dụng các kí hiệu sau:
 Mô hình đường đi ngắn nhất dư thừa (hay đơn giản hơn là mô hình dư
thừa) R(A,Z). Trong đó tập các nguồn còn dư thừa ,NA

và để thiết
lập LSP với đích
NZ

sẽ được biểu thị bởi <N, R> trong đó
NR

. A
không thể thiết lập LSP đó nếu như R(A, Z) là một lược đồ không kết
nối (không luôn luôn có một đường từ một node bất kì tới tất cả các
node khác).
 Một R không kết nối ít nhất hai phần. Phần C của lược đồ G là phần
con kết nối lớn nhất trong G, nghĩa là luôn luôn có một đường nối từ v
1
tới v

2
với mọi (v
1
,v
2
)
C

. Một phần có thể chỉ là một node duy nhất.
Qua sự định nghĩa mô hình đường đi ngắn nhất dư thừa, R(A,Z) luôn
thoả mãn rằng đầu cuối mong muốn A, thuộc một trong các phần và
được gọi là phần đầu, biểu thị bởi C_A, và đầu cuối mong muốn Z
thuộc một phần khác gọi là phần cuối và biểu thị bởi C_Z.
 Phần đáp ứng Q là một phần đáp ứng đường đi ngắn nhất cụ thể LSP.
Nó chỉ định những điều kiện ràng buộc khi định tuyến LSP đó thông
qua mô hình đường đi ngắn nhất hiện có. Khi thiết lập một LSP cho Z,
A sử dụng Q trên P để đạt được R(A,Z), nghĩa là R(A,Z) là một lược đồ
con của P đạt được bởi R(A,Z)=Q*P.
Thuật toán dựa trên kinh nghiệm có một phiên bản cơ sở được dùng khi một
node mạng duy nhất thất bại trong việc xác định tài nguyên để đáp ứng một LSP
mới và một phiên bản mở rộng có khả năng giải quyết cùng một vấn đề cho nhiều
node mạng khi một số điều kiện nhất định được đáp ứng.
Thuật toán dựa trên kinh nghiệm sẽ dựa trên bổ đề sau:
Cho một mô hình vật lí G, một mô hình đường đi ngắn nhất P, một cặp node
A và Z của một LSP, mô hình đường đi ngắn nhất dư thừa R(A,Z) với A và Z
thuộc hai phần lược đồ không liên kết thì một giải pháp tái cấu hình đường đi ngắn
nhất tồn tại nếu và chỉ nếu có một đường đi ngắn nhất đi từ phần đầu tới phần cuối
theo mô hình dư thừa.
Một đường đi ngắn nhất được chấp nhận cho một giải pháp tái cấu hình
đường đi ngắn nhất được gọi là đường đi ngắn nhất hiện thực. Thuật toán này

không cần thiết phải lần lượt tìm kiếm tất cả các đường đi ngắn nhất trong mô hình
dư thừa để tìm thấy một đường đi ngắn nhất hiện thực. Thay vì thế nó có thể chỉ
tìm kiếm trong một phạm vi nhỏ hơn vì một đường đi ngắn nhất hiện thực giữa hai
điểm cuối phải đi qua ít nhất một sợi quang trong tập giao nhỏ nhất trong hai điểm
cuối đó. Do đó, tìm kiếm đường đi ngắn nhất trong ví dụ của tập giao nhỏ nhất
giữa phần đầu và phần cuối là đủ chấp nhận được. Khi mà một đường đi ngắn nhất
hiện thực đã được tìm ra, sẽ có nhiều cách để tái cấu hình nó. Cách cụ thể được
chấp nhận thường tuỳ thuộc theo các điều kiện xem xét bổ sung. Một giải pháp tái
cấu hình được nói là có thể dùng nếu một đường đi ngắn nhất hiện thực có thể
được xác định. Khi có nhiều đường đi ngắn nhất hiện thực, sự lựa chọn tuyến hiện
thực tái cấu hình sẽ tuân theo trật tự sau:
 Đường đi ngắn nhất được ưa thích nhất chia sẻ cùng node đầu
 Đường đi ngắn nhất ưa thích thứ hai nằm trong phần đầu hoặc phần
cuối.
 Đường đi ngắn nhất ít được ưa thích nhất thuộc phần thứ ba.
Các kinh nghiệm sẽ được sử dụng khi một node cần thiết lập một LSP tới một
node khác nhưng lại không tìm đủ tài nguyên trong mô hình đường đi ngắn nhất
hiện tại. Cần chú ý rằng các kinh nghiệm này có thể được tổng quát hoá trong một
số trường hợp, trong đó các tài nguyên bổ sung là cần thiết giữa hai node cụ thể.
Đầu vào của thuật toán dựa trên kinh nghiệm là mô hình dư thừa. Hơn thế, thuật
toán dựa trên kinh nghiệm phải có thông tin đầy đủ về mô hình đường đi ngắn nhất
và ánh xạ của nó sang mô hình vật lí cũng như chính bản thân mô hình vật lí đó.
Thuật toán trước tiên xác định tập giao nhỏ nhất các sợi giữa phần đầu và phần
cuối, và sau đó xác định tất cả các đường đi ngắn nhất nằm trên tập các sợi quang
đó. Kế đến, thuật toán sẽ tìm kiếm trong mô hình đường đi ngắn nhất một đường đi
mà đi qua phần đầu, một sợi trong tập giao nhỏ nhất và phần cuối. Một giải pháp
tái cấu hình sẽ tồn tại nếu một đường đi ngắn nhất như vậy được tìm thấy. Sự miêu
tả giả mã hoá của thuật toán dựa trên kinh nghiệm tái cấu hình đường đi ngắn nhất
được cho dưới đây:
/* algorithm inputs */

G; // physical topology
P; // lightpath topology
M; // lightpath to fibre mapping
A; // head end node
Z; // tail end node
R (A,Z); // residual lightpath topology per A and Z
/* find the set of all nodes in the head component */
H: = getComoponentSet (A, R (A,Z));
/* find the min cut set of fibres between H and T */
fibreMinCut = minCut (H, T, G);
/* find all candidate paths */
candidateLightpath: = getLightpathId (fibreMinCut, M);
/* sort the candidate lightpaths according to the preference */
candidateLeightpath: = sortCandidateLightpath ();
/* retrieve the feasibleLightpath details for configuration */
for each lightpath p in candidateLightpath {
/* find the set of nodes that p traverses */
L: = nodeList (p);
if intersection (L, H, T)! = 0 {
feasibleLightpath: = p;
return feasibleLightpath;
}
}
X
C_Ae
C_Ze
Z1
C_A1
C_Z2
Z2

C_A2
R(Ae,Ze)R(A2,Z2)
R(A1,Z1)
A2
A1
C_Z1

Hình 3.4 Một ví dụ khi áp dụng một thuật toán dựa trên kinh nghiệm mở rộng
Thuật toán tái cấu hình trên có thể được mở rộng để giải quyết với mạng LSP
trong đó n<m tái cấu hình. Nhu cầu m tái cấu hình có thể đạt được bằng cách lần
lượt áp dụng thuật toán dựa trên kinh nghiệm cơ sở cho mỗi trường hợp. Tuy
nhiên, một giải pháp được tối ưu hoá và tốt hơn có thể có cho các yêu cầu nhiều
LSP. Ý tưởng này được giải thích nhờ sử dụng hình vẽ 3.4. Giả thiết rằng điểm đầu
A1 của LSP mong muốn có điểm cuối Z1, nhìn thấy một mô hình không kết nối dư
thừa R (A1, Z1) và điểm đầu A2 của LSP mong muốn với điểm cuối Z2, nhìn thấy
mô hình dư thừa không kết nối R (A2, Z2). Thuật toán tái cấu hình đường đi ngắn
nhất mở rộng có thể giải quyết một vấn đề tương tự, trong đó giải pháp mục tiêu
thoả mãn nhu cầu của cả A1 và A2 (tuỳ thuộc vào các điều kiện cụ thể).
Vấn đề tái cấu hình tương đương có thể được biểu diễn theo các bước sau
đây. Mỗi bước chỉ được xử lí nếu các bước trước đó đã thành công. Việc thất bại
trong bất kì bước nào cũng có nghĩa là vấn đề tái cấu hình tương đương là không
thể xác định được, và do đó, một giải pháp tái cấu hình duy nhất sẽ không tồn tại
cho tập các nhu cầu tái cấu hình riêng rẽ. Trong các trường hợp như vậy, mỗi vấn
đề tái cấu hình phải được giải quyết một cách riêng rẽ. Các bước như vậy bao gồm:
 Bước 1: Kết hợp lựa chọn của vấn đề tái cấu hình đầu tiên Q1 và của
vấn đề tái cấu hình thứ hai Q2.

Qe = Q1

Q2. Điều này đảm bảo rằng

Q1 và Q2 không chỉ định một mâu thuẫn nào với cái kia.
 Bước 2: Ứng dụng Qe đối với giao của mô hình đường đi ngắn nhất dư
thừa của vấn đề tái cấu hình đầu tiên, R(A1,Z1) và của vấn đề tái cấu
hình thứ hai R(A2,Z2). Mô hình đường đi ngắn nhất kết quả sẽ không
là tập rỗng, nghĩa là: R(Ae,Ze) = Qe* R(A1,Z1)

R(A2,Z2)

Ø.
 Bước 3: Trong R(Ae,Ze), phần đầu tương ứng C_Ae là không rỗng
nghĩa là ta có: C_Ae = Qe* (C_A1

C_A2)

Ø.
và phần đuôi tương ứng là C_Ze cũng không rỗng, nghĩa là
C_Ze = Qe* (C_Z1

C_Z2)

Ø.
 Bước 4: Loại bỏ tất cả các thành phần con mà không thể tiếp cận được
Trong bước 3, phần đầu và phần đuôi tương ứng có thể trở thành không kết
nối được. Bước 4 được thiết kế đặc biệt cho tình huống này, theo đó một thành
phần con sẽ phải bị loại bỏ từ thành phần đầu/cuối nếu không tồn tại đường liền
nào từ nó tới tất cả các node cuối/đầu mong muốn. Một ví dụ như vậy là node X
trong hình 3.4. Mặc dù nằm trong giao của C_Z1 và C_Z2, nhưng node X trở thành
một thành phần không kết nối được sau khi Qe được ứng dụng cho tập giao đó.
Như vậy cần loại bỏ nó khỏi C_Ze vì trong sự liên kết của R(A1,Z1) và R(A2,Z2),
không có một đường liền nào từ một thành phần này (node X) tới Z1 và Z2. Khi

điểm này đã được tiếp cận, một giải pháp tái cấu hình duy nhất có thể có bằng cách
áp dụng phiên bản cơ sở của thuật toán tái cấu hình đường đi ngắn nhất cho vấn đề
tương đương. Trong ví dụ này, chỉ có hai yêu cầu tái cấu hình. Xu hướng này làm
việc tốt khi số lượng vấn đề tái cấu hình là nhỏ (ví dụ như 3 hoặc 4). Để hiệu quả
hơn, trật tự của các bước tính toán nên được thay đổi. Một điều kiện cần thiết để
một vấn đề tương đương tồn tại là sự tồn tại của các thành phần đầu và cuối tương
đương. Khi số lượng vấn đề tái cấu hình lớn hơn hoặc bằng 3, các tập giao này có
thể không tồn tại cho tất cả các phần tử của một tập vấn đề. Tuy nhiên, chúng vẫn
có thể được áp dụng cho một vấn đề/yêu cầu con. Do vậy, thuật toán mở rộng
trước tiên nên kiểm tra khi nào có nhiều tái cấu hình đồng thời. Sau đó, kết hợp các
chấp nhận được nên được thực hiện sau khi một tập các vấn đề ghép lại được đã
được biết. Giả mã hoá của phiên bản tăng cường được trình bày dưới đây, đã xem
xét tới vấn đề đó.
/* algorithm inputs */
G; // physical topology
P; // lightpath topology
M; // lightpath to fibre mapping
{Q}; // qualifier set
{A}; // head end node set
{Z}; // tail end node set
{R ({A},{Z})}; // residual lightpath topology set per corresponding pairs in
{A} and {Z}
/* compute intersection of head/tail components of {R({A}, {Z})}, note
xinstanceList contains IDs of problem with which x instances asscociate */
assign two empty lists, headInstanceList and tailInstanceList, to every node in
P
for each R(i) in {R ({A},{Z})} {
for each node in P {
if node is in the head component of R(i)
headInstanceList (node) + = i;

if node is in the tail component of R(i)
tailInstanceList (node) + = i;
}
}
/* identify the set of mergeable problems NP-complete, use a heuristic. So
solution may not be unique
sort headInstanceList by length in descending order; */
sortedHead: = sort (headInstanceList);
m = 1; // number of possible mergings
for each headList in sortedHead {
if length (headList) > = 2 {
for each tailList in tailInstanceList {
mergeable (m): = searchLongestMatch (headList, tailList);
}
}
}
e = 1; // number of equivalent problems
for each list in mergeable {
Qe: = combine (Q(mergeable));
/* compute equivalent head component and tail component */
mergedA: = Qe * intersection (A(list));
mergedZ: = Qe * intersection (Z(list));
/* merged A and/or merged Z can be disconectd */
for each subcomponent in merged A {
if disjointPath (subcomponent, {relatedHead}} exit
Ae (e) + = subcomponent;
}
for each subcomponent in merged Z {
if disjointPath (subcomponent, {relatedTail}} exit
Ze (e) + = subcomponent;

}
if (Ae ! = empty) AND (Ze ! = empty) {
Re (Ae (e), Ze (e)): = Qe * intersection (R(A(list), Z(list)));
E + +;
}
}
Trong trường hợp tái cấu hình đơn, các node đầu và node cuối nhiều khả năng
là đã được biết nhưng các cần phải tính toán các thành phần đầu và cuối. Sau đó,
tái cấu hình được tìm kiếm giữa thành phần đầu và cuối này. Trong trường hợp tái
cấu hình đa, cả thành phần đầu (tương đương) Ae và thành phần cuối Ze đều đã
biết. Do đó, thuật toán không cần tính toán các thành phần đầu và cuối.
3.2.5 Thảo luận về thuật toán
Ví dụ tái cấu hình và thuật toán trình bày ở trên chủ yếu tập trung vào tìm
kiếm một đường đi ngắn nhất khi tầng trên MPLS không thể định tuyến một LSP
mới thông qua mô hình đường đi ngắn nhất hiện có. Thực tế, tái cấu hình có thể
theo một xu hướng khác nghĩa là nối hai đường đi ngắn nhất. Giả sử một LSP đa
đường chỉ là LSP sử dụng các đường đi ngắn nhất đó. Các đường đi ngắn nhất đó
có khả năng tái cấu hình lại bằng cách loại bỏ các node trung gian bằng cách móc
nối các đường đi ngắn nhất đó lại. Việc quyết định xem có móc nối hai đường đi
ngắn nhất tại node tiếp xúc hay không là một quyết định cục bộ dễ dàng tại node
đó. Đối với một node tiếp xúc, nếu tất cả các LSP trong đường đi ngắn nhất đến
L_in tiếp tục trên cùng đường đi ngắn nhất ra L_out và tất cả các LSP trong L_out
là mở rộng của các LSP đến từ L_in, nghĩa là không có LSP nào bị loại bỏ khỏi
L_in và/hoặc bổ sung vào L_out tại node đó, thì cặp đường đi ngắn nhất L_in và
L_out này có thể móc nối với nhau. Trong thực tế, có thể có nhiều trường hợp khác
có thể kết hợp trong việc xem xét liệu có nên móc nối hai đường đi ngắn nhất như
vậy hay không. Ví dụ như, quá trình bổ sung/loại bỏ của LSP trong các đường đi
ngắn nhất đó trong quá khứ gần, cấp tải của các đường đi ngắn nhất đó…
Tái cấu hình theo kiểu nào cũng đòi hỏi điều khiển dịch chuyển nhất định sao
cho các dịch vụ được hỗ trợ bởi các LSP quan tâm vẫn được đảm bảo trong quá

trình tái cấu hình. Phần dưới đây sẽ xem xét dịch chuyển tái cấu hình.
3.2.6 Dịch chuyển tái cấu hình đường đi ngắn nhất.
Trong mạng IP/WDM có khả năng tái cấu hình, dịch chuyển tái cấu hình
chính là dịch chuyển mô hình IP từ một mô hình ảo cũ sang mô hình ảo mới. Như
đã được đề cập trong thuật toán cho thiết lập mô hình ảo, giả thiết là thuật toán
thiết lập mô hình bắt đầu từ một mạng ‘tối’ và kết quả là một mô hình đường đi
ngắn nhất tối ưu hoặc gần tối ưu. Ngược lại, trong mạng WDM chuyển mạch gói,
dịch chuyển tái cấu hình qua tâm tới cấu hình/tái cấu hình đường đi ngắn nhất
riêng lẻ.
Mục đích của điều khiển dịch chuyển trong dịch chuyển tái cấu hình là giảm
thiểu các ảnh hưởng của tái cấu hình lên các ứng dụng. Tuy nhiên với sự xuất hiện
của MPLS, điều khiển dịch chuyển đạt được tương đối dễ dàng.

Hình 3.5 Sửa LSP sau khi xảy ra sự cố trên đường đi ngắn nhất
Trong trường hợp tạo ra một đường đi ngắn nhất, có thể không có hoặc có
một hay nhiều hơn LSP được thiết lập cho mỗi đường đi ngắn nhất. Giả thiết tất cả
các LSP được thiết lập nằm trên các đường hiện tại nghĩa là không cần phải tái
định tuyến để tìm ra đường tốt hơn. Khi đó vần đề dịch chuyển sẽ trở thành làm
cách nào thiết lập các thực thể phù hợp trong việc chuyển tiếp bảng nhãn tại điểm
gián đoạn. Giả thiết đường màu cam giữa node A và node C là bị gián đoạn tại
node B (xem hình 3.5). Đường đi ngắn nhất này hiện đang mang hai LSP. Trước
khi phá vỡ đường đi ngắn nhất, hai LSP này coi node A và node C là các node liền
kề mặc dù nó đi qua node B. Các bảng nhãn chuyển tiếp tại node A và node C đã
được thiết lập tương ứng như vậy. Để các LSP này làm việc bình thường sau khi
đường đi ngắn nhất bị cắt đứt, node B phải thiết lập các thực thể phù hợp trong
bảng nhãn chuyển tiếp của chính nó. Nếu ý nghĩa nhãn là cục bộ cho mỗi cổng
đường đi ngắn nhất, một phương pháp hiệu quả để lựa chọn các nhãn cho các LSP
này tại node B là tái sử dụng cùng các nhãn như đã được gán bởi node A. Khi làm
được như vậy, node C sẽ không cần thực hiện các thay đổi cho bảng nhãn của nó
khi tái cấu hình được thực hiện.

Khi móc nối hai đường đi ngắn nhất tại một node, hoạt động căn bản là cho
phép node dòng biết việc ánh xạ nhãn LSP đó tại node tiếp xúc. Hình 3.5 có thể
được dùng như một kiểu đặt trước. Giả thiết rằng, ban đầu, một đường đi ngắn nhất
màu cam tồn tại từ node A tới node B, và một đường đi ngắn nhất khác từ node B
tới node C. Chúng là hai đường đi ngắn nhất riêng rẽ nhưng ngẫu nhiên lại cùng
màu. Chúng là hai LSP chuyển tiếp đi vào từ đường đi ngắn nhất màu cam AB và
tiếp tục trên đường đi ngắn nhất màu cam BC. Bây giờ node B quyết định móc nối
hai đường đi ngắn nhất này lại với nhau. Khi các đường đi ngắn nhất này được
móc nối mà không có sự trợ giúp của dịch chuyển cấu hình, node C sẽ không hiểu
các nhãn mà các gói tin đến từ đường đi ngắn nhất màu cam từ node A đang mang.
Điều này là bởi vì ý nghĩa của nhãn chỉ là một sự đồng thuận tại thời điểm thiết lập
LSP giữa hai node liền kề. Do đó, node B phải cho node C biết ánh xạ của nó từ
một nhãn của node A tới nhãn của nó cho các LSP như vậy. Trong ví dụ này, hai
đường đi ngắn nhất trên móc nối ngẫu nhiên có cùng màu. Nhưng điều này là
không nhất thiết khi lập kế hoạch để móc nối hai đường đi ngắn nhất miễn là node
đó có khả năng chuyển đổi bước sóng hoàn toàn.