Nghiên cứu phương pháp định tuyến động trong mạng ATM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ





Tô Mạnh Cường







NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH TUYẾN ĐỘNG
TRONG MẠNG ATM










LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội - Năm 2004


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ





Tô Mạnh Cường





NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH TUYẾN ĐỘNG
TRONG MẠNG ATM

Chuyên ngành: Kỹ thuật vô tuyến điện tử và thông tin liên lạc

Mã số: 2.07.00


LUẬN VĂN THẠC SĨ



NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS TS. Trần Hồng Quân









Hà nội - 2004


- 1 -

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: trừ các phần trích dẫn đã được kể ra trong các tài liệu
tham khảo, nội dung của bản luận văn này là kết quả nghiên cứu của bản thân
tôi, và chưa từng được công bố trong các khoá luận tương tự tại Đại học Quốc
gia Hà nội cũng như tại các Trường, Viện nghiên cứu khác.


Tô Mạnh Cƣờng














- 2 -
MỤC LỤC


Lời cam đoan
1
Mục lục
2

Thuật ngữ viết tắt
5
Danh mục các hình vẽ
7
MỞ ĐẦU………………………………………………………………….
8
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐỊNH TUYẾN
TRONG MẠNG ATM
1.1. Giới thiệu và khái niệm…………………………………………….…….
10
1.2. Một vài mô hình định tuyến … …………………………………………
12
1.2.1. Định tuyến chia tải. ….………………………………………………
12
1.2.2.Định tuyến tuần tự. …………………………………………………
13
1.2.3. Định tuyến ngẫu nhiên. …… ………………………………………
18
1.2.4. Định tuyến thích nghi. ………………………………………………
20
1.2.5. Định tuyến truyền tải động. ……….………………………………….
27
1.2.6. Định tuyến chi phí thấp. ……….……………………………………
28
1.3. Đánh giá và lựa chọn phƣơng pháp định tuyến…… ….…… … ……
29
1.4. Kết luận chƣơng………… ……………………………………………….
31
CHƢƠNG 2: CÁC MÔ HÌNH VÀ THUẬT TOÁN ÁP DỤNG ĐỂ GIẢI
BÀI TOÁN ĐỊNH TUYẾN ĐỘNG TRONG MẠNG ATM

2.1. Giới thiệu và khái niệm…………………………………………………
32
2.2. Lý thuyết lô ngẫu nhiên….……………………………………………….
33
2.2.1. Mô hình. …….………………………………………………………
34
2.2.2. Tính cân bằng của lô ngẫu nhiên. ……………………………………
35
2.2.3. Sử dụng lô ngẫu nhiên để đánh giá đặc tính chất lượng. ……………
35
2.2.4. Tính chất lô ngẫu nhiên trong việc thiết lập VC trong các bộ ghép
ATM…………………………………………………………………………

36


- 3 -
2.3. Mô hình chất lƣợng………………………………………………………
38
2.3.1. Mô hình Erlăng. ………………………………………………………
38
2.3.2. Mô hình theo định tuyến cố định. ……………………………………
38
2.3.3. Mô hình theo định tuyến động. …………….………………………
40
2.3.4. Mô hình dạng tích. ……………………………………………………
41
2.3.5. Mô hình đám đông hữu hạn. …………………………………………
44
2.3.6. Mô hình mạng với băng thông liên tục. ……………………………

46
2.4. Mô hình chất lƣợng mạng ATM………………………………………….
47
2.4.1. Các kênh ảo cân bằng. ………………………………………………
47
2.4.2. Mô hình mạng ATM. …………………………………………………
48
2.4.3. Ghép thống kê.………………………………………………………
49
2.5. Phân tách tuyến trong mạng ATM………………………………………
50
2.5.1. Dịch vụ tĩnh / phân tách tuyến tĩnh. ………………………………….
50
2.5.2. Dịch vụ động / phân tách định tuyến động……………………………
51
2.6. Ghép các tuyến chéo trong mạng ATM…………………………………
52
2.6.1. Phân tách dịch vụ tĩnh / ghép các tuyến chéo. …………………… …
54
2.6.2. Phân tách dịch vụ tĩnh / ghép các tuyến chéo – kiểu hạn chế. … ……
55
2.6.3. Phân tách dịch vụ động / ghép các tuyến chéo. ………………………
56
2.7. Phép tính xấp xỉ giảm tải đối với các mạng đơn dịch vụ…………… …
57
2.8. Phép tính xấp xỉ giảm tải đối với các mạng đa dịch vụ…… ……… …
58
2.9. Các thuật toán cho các mạng truy cập tổng quát…………….…………
59
2.10. Các thuật toán cho các mạng truy cập phân cấp………………………

69
2.11. Kết luận chƣơng……………………………………………………….…
71


CHƢƠNG 3: ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP XẤP XỈ GIẢM TẢI ĐỂ
GIẢI BÀI TOÁN ĐỊNH TUYẾN ĐỘNG TRONG MẠNG
ATM THEO TIÊU CHÍ TỔN THẤT TẾ BÀO BÉ NHẤT
3.1. Giới thiệu………………………………………………………………….
72
3.2. Các công trình liên quan đến định tuyến động trong mạng ATM…….
73
3.3. Mô hình định tuyến ATM theo tuyến ảo ……………………………….
74


- 4 -
3.4. Phân tách dịch vụ…………………………………………………………
76
3.5. Phân tách tuyến động…………………………………………………….
77
3.5.1. Xét việc đưa thêm VC vào các tuyến. ………… ……………………
77
3.5.2. Phân tách tuyến động trên nền dịch vụ tĩnh. ………………………….
78
3.6. Định tuyến tải tối thiểu trong mạng ATM………………………………
79
3.6.1. Điều kiện định tuyến. …………………………………………………
79
3.6.2. Thuật toán định tuyến tải tối thiểu không hạn chế. …………………

83
3.6.3. Phương pháp định tuyến tải tối thiểu hạn chế. ………………………
85
3.6.4. Thuật toán định tuyến tải tối thiểu hạn chế một phần. ………………
88
3.7. Định tuyến động trên cơ sở dịch vụ động…………………………… …
90
3.7.1. Định tuyến phân tách dịch vụ động – ghép các tuyến chéo. ………….
92
3.7.2. Định tuyến động bằng phương pháp xấp xỉ giảm tải. …………………
93
3.8. Kết luận chƣơng…… …………………………………………………
98
KẾT LUẬN
99
Tài liệu tham khảo
100

- 5 -

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

AAL
ATM Adaptation Layer
Lớp tương thích ATM
AD
Adaptive Routing
Định tuyến thích nghi
ADM
Add-Drop Multiplexer
Bộ ghép/tách luồng thông tin
AIN
Advanced Intelligent Network
Mạng thông minh tiên tiến
AR
Alternate Routing
Định tuyến luân phiên
ATM
Asynchronous Transfer Mode
Phương thức truyền không đồng bộ
B-ISDN
Broadband Integrated Digital
Network
Mạng số tổ hợp đa dịch vụ băng rộng
CAC

Connection Admission Control
Điều khiển chấp nhận kết nối
CCF
Call Control Function
Chức năng điều khiển cuộc gọi
CCS
Common Chanel Signalling
Báo hiệu kênh chung
CF
Call Forwarding
Chuyển tiếp cuộc gọi
CLR
Cell Lost Ratio
Tỉ lệ tổn thất tế bào
DAR
Dynamic Alternative Routing
Định tuyến luân phiên động
DCF
Data Communication Function
Chức năng thông tin số liệu
DCN
Data Communication Network
Mạng thông tin số liệu
DCR
Dynamic Controled Routing
Định tuyến điều khiển động
DNHR
Dynamic Non-Hierarchy Routing
Định tuyến động không phân cấp
DTR

Dynamic Transport Routing
Định tuyến truyền tải động
DXC
Digital Cross Connection
Kết nối chéo số
EF
Elementary Function
Chức năng cơ sở
FE
Functional Entity
Thực thể chức năng
FHR
Fixed Hierarchy Routing
Định tuyến phân cấp cố định
FIFO
First - in First - Out
Vào trước – ra trước
GRR
Global Random Routing
Định tuyến ngẫu nhiên tổng quát
IF
Information Flows
Lưu lượng thông tin
IN
Intelligent Network
Mạng thông minh
LLR
Least Loaded Routing
Định tuyến tải tối thiểu

- 6 -
LSR
Load Sharing Routing
Định tuyến chia tải
MIMO
Multiple-Input Multiple Output
Hệ thống nhiều đầu vào-nhiều đầu ra
NAP
Network Access Point
Điểm truy nhập mạng
NE
Network Element
Phần tử mạng
NEF
Network Element Function
Chức năng phần tử mạng
NMC
Network Management Centre
Trung tâm quản lý mạng
OSI
Open System Interconnection
Kết nối giữa các hệ thống mở
PBX
Private Branch Exchange
Tổng đài nhánh riêng, tổng đài cơ quan
PCR
Peak Cell Rate
Tốc độ tế bào đỉnh
PDU

Protocol Data Unit
Khối giao thức số liệu
PE
Physical Entity
Thực thể vật lý
POI
Point of Initiation
Điểm khởi đầu
QoS
Quality of Service
Chất lượng dịch vụ
RR
Random Routing
Định tuyến ngẫu nhiên
RTNR
Real Time Network Routing
Định tuyến mạng theo thời gian thực
SCF
Service Control Function
Chức năng điều khiển dịch vụ
SCP
Service Control Point
Điểm điều khiển dịch vụ
SISO
Single – Input Single – Output
Hệ thống 1 đầu vào – một đầu ra
SMF
Service Management Function
Chức năng quản lý dịch vụ
SMS

Service Managenment System
Hệ thống quản lý dịch vụ
SN
Service Node
Nút dịch vụ
SSP
Service Switching Point
Điểm chuyển mạch dịch vụ
STP
Signalling Transfer Point
Điểm chuyển tiếp báo hiệu
TSMR
Trunk Status Map Routing
Định tuyến theo sơ đồ trạng thái trung kế
VBR
Variable Bit Rate
Tốc độ bit có thể thay đổi
VC
Virtual Chanel
Kênh ảo
VCC
Virtual Chanel Connection
Cuộc nối kênh ảo
VP
Virtual Path
Đường ảo
VPC
Virtual Path Connection
Cuộc nối đường ảo
VPN

Virtual Private Network
Mạng riêng ảo
WSF
Work Station Function
Chức năng trạm công tác


- 7 -
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1
Định tuyến chia tải
12
Hình 2
Định tuyến tuần tự cấp cố định
14
Hình 3
Định tuyến DCR
21
Hình 4
Mạng truyền tải vật lý và logic
28
Hình 5
Hệ tổn hao tổng quát
33
Hình 6
Lô ngẫu nhiên. K lớp đối tượng khác nhau tới một cách ngẫu
nhiên và chia sẻ các tài nguyên C
34
Hình 7
Bộ ghép ATM

36
Hình 8
Các PBX kết nối theo kiểu hình sao
39
Hình 9
Một mạng kết nối đầy đủ
41
Hình 10
Mạng ATM 2 nút với đường thông hai chiều
có dung lượng C theo mỗi chiều
47
Hình 11
Mạng ATM tại đầu vào của mỗi đường thông có một bộ đệm
49
Hình 12
Minh họa tính mềm dẻo trong ghép nối tuyến
52
Hình 13
Mạng truy cập tổng quát.
60
Hình 14
Mạng truy cập phân cấp
70
Hình 15
Mô hình mạng ATM
75
Hình 16
Phân tích dịch vụ tĩnh
76
Hình 17

Lưu đồ thuật toán định tuyến tải tối thiểu
(LLR) không hạn chế
84
Hình 18
Lưu đồ thuật toán định tuyến tải tối thiểu (LLR) hạn chế
86
Hình 19
Lưu đồ thuật toán định tuyến tải tối thiểu (LLR) hạn chế một
phần
89
Hình 20
Topo mạng ATM 5 nút đầu tiên của Việt Nam theo quy
hoạch 5 vùng lưu lượng của Tổng Công ty BCVTVN
96
Hình 21
Lưu đồ thuật toán định tuyến động bằng phương pháp xấp
xỉ giảm tải cho mạng ATM -5 nút của Việt Nam
98



- 8 -

MỞ ĐẦU
Trong vài thập kỷ gần đây, mạng thông tin toàn cầu đã gia tăng với một tốc
độ đáng kinh ngạc. Những tiến bộ nhanh chóng về khả năng xử lý ảnh và số liệu,
sự phát triển của các ứng dụng phần mềm trong lĩnh vực tin học và viễn thông
cũng như nhu cầu các loại hình dịch vụ ngày càng phong phú đa dạng … đã thúc
đẩy các nhà quản lý – khai thác viễn thông và các nhà nghiên cứu phải tìm kiếm
các công nghệ truyền tin không chỉ có băng thông lớn, khả năng cung cấp dịch
vụ nhanh chóng mà còn phải linh hoạt, mềm dẻo. ITU-T đã lựa chọn công nghệ
ATM cho mạng đa dịch vụ băng rộng. Mạng ATM có nhiều thành phần lưu
lượng với băng thông và các yêu cầu chất lượng dịch vụ khác nhau, đồng thời do
việc ghép thống kê và tài nguyên không đồng nhất nên vấn đề định tuyến trong
mạng ATM là vô cùng phức tạp nhưng lại rất hệ trọng; vì nó không chỉ liên quan
đến giải pháp thiết kế mạng mà còn quyết định chất lượng dịch vụ. Việc định
tuyến trong mạng ATM phải đảm bảo yêu cầu chất lượng dịch vụ (QoS), tức là
đảm bảo mức cho phép về tổn thất tế bào, trễ tế bào và trượt tế bào.
Xuất phát từ những cơ sở lý thuyết về mạng ATM, những khuyến nghị của
ITU-T và thực tiễn của Việt Nam; bằng việc kế thừa các công trình nghiên cứu
về các giải pháp định tuyến cuộc gọi trong mạng đa dịch vụ, chúng ta sẽ chọn
lựa các công cụ phù hợp để mô hình hoá mạng ATM và xây dựng các lưu đồ
thuật toán cho việc giải quyết bài toán định tuyến động trong mạng ATM. Từ đó
áp dụng để giải bài toán định tuyến động trong mạng ATM Việt Nam bao gồm 5


- 9 -
vùng lưu lượng theo định hướng của Tổng Công ty BC-VT Việt Nam. Đó cũng
chính là nội dung chủ yếu của luận văn được trình bày trong ba chương.
Chương 1: Trình bày các phương pháp định tuyến trong mạng viễn thông
hiện nay, chọn lựa công nghệ nền tảng cũng như giải pháp tổ chức thiết kế

mạng. Đây chính là bài toán cần đặt ra đối với mạng ATM Việt Nam.
Chương 2: Nghiên cứu các mô hình và thuật toán để làm công cụ cho việc
giải quyết bài toán định tuyến động trong mạng ATM. Mô hình hoá mạng ATM
bằng hệ tổn hao và tiếp cận bằng lý thuyết lô ngẫu nhiên để phân tích và giải bài
toán định tuyến động theo phương pháp xấp xỉ giảm tải.
Chương 3: Sử dụng các mô hình và thuật toán đã đề cập trong chương 2 để
giải bài toán đặt ra trong chương 1. Từ đó áp dụng để giải bài toán định tuyến
động trong mạng ATM Việt Nam với 5 vùng lưu lượng theo định hướng của
Tổng Công ty BC-VT Việt Nam.

- 10 -
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƢƠNG PHÁP
ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG ATM

1.1. Giới thiệu và khái niệm.
Chất lượng của mạng ATM phụ thuộc vào các yếu tố như cấu hình, phương
pháp tổ chức và quản lý mạng, trong đó một nhân tố rất quan trọng là phương
pháp định tuyến. Định tuyến là nhiệm vụ trung tâm trong việc thiết kế cấu trúc
và hoạt động của mạng ATM. Mục đích của định tuyến là thiết lập kết nối
đường thông giữa hai điểm bất kỳ nào trong mạng nhằm để cho lưu lượng người
sử dụng trực tiếp đi từ nguồn đến đúng đích của nó phù hợp với các yêu cầu dịch
vụ của mạng.
Các yêu cầu dịch vụ đối với một mạng ATM thường được biểu diễn như
một tập các mục tiêu. Các mục tiêu có thể bao gồm việc tối đa hoá đặc tính chất
lượng mạng (ví dụ: độ trễ và độ thông) và tối ưu hoá về chi phí (ví dụ: thiết bị và
phương tiện truyền). Về cơ bản, các vấn đề về kỹ thuật mạng chịu sự ràng buộc
trên các mục tiêu mạng. Các ràng buộc xuất hiện từ các giới hạn về công nghệ,
số lượng người sử dụng và lưu lượng mạng cũng như các dịch vụ yêu cầu từ
khách hàng. Nó là bản chất định tuyến đa mục tiêu, đa ràng buộc mà thực hiện
nó như là bài toán phức tạp trong các mạng viễn thông.
Mặc dù có nhiều giải pháp định tuyến được áp dụng trong mạng ATM
nhưng tất cả đều có chung một nguyên lý cơ bản sau:
Thông tin trạng thái lưu lượng mạng có thể tập trung hoặc phân tán, với
một mạng hoạt động thông tin trạng thái có thể bao gồm các dịch vụ sẵn dùng,
các tài nguyên sẵn dùng và các điều kiện bất thường trong mạng. Thông tin trạng
thái có thể đạt được nhờ các giá trị đo, dự đoán từ mạng và từ các nguồn bên
ngoài.

Công việc cần thực hiện là chọn lựa các tuyến khả thi hoặc tối ưu trên cơ
sở thông tin trạng thái mạng ATM. Các tuyến khả thi là các tuyến thoả mãn tất


- 11 -
cả các ràng buộc người sử dụng và mạng. Các tuyến tối ưu là các tuyến khả thi
tốt nhất về phương tiện và các mục tiêu mạng.
Lưu lượng chuyển tiếp theo các tuyến đã chọn: trên một tuyến đã chọn lưu
lượng để được chuyển tiếp theo một hoặc hai kiểu: chuyển tiếp định hướng kết
nối và chuyển tiếp không định hướng kết nối. Chuyển tiếp định hướng kết nối
yêu cầu chuyển tiếp trực tiếp để thiết lập độ ưu tiên bằng cách sử dụng tuyến để
mang lưu lượng người sử dụng. Việc tiếp cận này thường được so sánh với việc
đặt một cuộc gọi giữa các bên tham gia đàm thoại để việc truyền thông tin xảy
ra. Các yêu cầu chuyển tiếp không kết nối mà người sử dụng lưu lượng mang đủ
thông tin để cung cấp việc chuyển tiếp cho các chuyển mạch dọc theo tuyến
mạng. Định tuyến động là phương pháp định tuyến khả thi trong mạng ATM.
Hiện nay, phần lớn các công ty viễn thông lớn trên thế giới đã sử dụng các
phương pháp định tuyến động khác nhau trong mạng của mình.
Do tính chất quan trọng của việc định tuyến trong mạng viễn thông mà
các tổ chức viễn thông hàng đầu như AT & T, NTT, BT cũng như một số nhà
khoa học hàng đầu trên thế giới như F.P Kelly, A. Girard, A. Ash, đã triển khai
nghiên cứu về các phương pháp định tuyến áp dụng thực tế vào mạng lưới và
từng bước tối ưu hoá vấn đề định tuyến để mang lại hiệu quả cao về kỹ thuật và
kinh tế. Sau đây, chúng ta sẽ trình bày các giải pháp định tuyến được sử dụng
trong mạng viễn thông hiện nay.
1.2. Một số mô hình định tuyến
1.2.1. Định tuyến chia tải (LSR):
Định tuyến này hoạt động theo một nguyên tắc như sau: giả sử ta có một
tập đường thông R, với các đường thông r
1

, r
2
, r
3
, lưu lượng tới t được phân
chia thành các lưu lượng nhỏ t
i
để dựa vào các đường thông r
i
tương ứng bằng
các hệ số phân chia cố định.


- 12 -
Nếu đường K
i
bị chiếm hết thì các cuộc gọi trong t
i
sẽ bi rớt. Đối với
phương pháp này, các phần lưu lượng đã được chia nhỏ sẽ có tính chất tương tự
như lưu lượng gốc t.

Hình 1: Định tuyến chia tải

* Đánh giá định tuyến:
Ưu điểm: Cho phép các xác suất phân bổ cuộc gọi vào các hướng cố định
và việc tối ưu hoá có thể được thực hiện bằng phương pháp phi tuyến tính
chuẩn.
Nhược điểm: Các hệ số chia tải cố định nên không có khả năng chọn
đường thông khác ngoài đường đã được phân chia từ đầu, nếu đường này bị
chiếm hết thì cuộc gọi sẽ bị rơi mặc dù có thể có đường thông còn rỗi để nối nó.
Do đó, tính hiệu quả của phương pháp định tuyến này không cao.
Để khắc phục nhược điểm trên người ta đưa ra các quy tắc chọn đường
thông khác linh hoạt hơn cụ thể là đường thông sẽ chọn từ tập các đường thông
có thể dùng kết hợp các đường thông được sắp xếp theo thứ tự nhất định cho
trước, phương pháp này được gọi là định tuyến tuần tự.

B
t
F
r
i
,t
i
t
1
E
t
3

r
1
D
C
A
t
r
2,
t
2


- 13 -
1.2.2. Định tuyện tuần tự (SR):
Định tuyến tuần tự được sử dụng rất sớm, có thể nói đây là phương pháp
định tuyến cơ bản nhất. Đối với phương pháp định tuyến này, thứ tự các đường
thông dùng để kết nối được sắp xếp trước và cuộc gọi sẽ được kết nối trên
đường thông còn kênh trung kế rỗi đầu tiên trong thứ tự này. Quy tắc thực hiện
như sau: đầu tiên sẽ kiểm tra tuyến trực tiếp, sau đó sẽ lần lượt kiểm tra các
tuyến luân phiên qua hai chặng theo thứ tự định trước. Cụ thể hơn, thứ tự tập con
của tuyến gồm hai chặng được kết hợp với mỗi cặp chuyển mạch; nếu một cuộc
gọi lớn mà tuyến trực tiếp đầy thì cuộc gọi được thiết lập trên tuyến luân phiên
cho phép thứ nhất theo thứ tự trong danh mục định sẵn; nếu tát cả các tuyến
được chọn lựa đều không cho phép thì cuộc gọi bị huỷ. Xuất phát từ cơ chế chọn
đường thông này mà phương pháp này được gọi là định tuyến tuần tự. Định
tuyến tuần tự tương đối đa dạng vì có thể nhiều cách để quy định thứ tự chọn
đường thông. Một số phương pháp tiêu biểu của định tuyến tuần tự : định tuyến
tuần tự phân cấp cố định, định tuyến tuần tự động và định tuyến tuần tự động
không phân cấp.

a. Định tuyến tuần tự phân cấp cố định (FHR)
Đây là phương pháp định tuyến cổ điển nhất, đơn giản nhất và được sử
dụng nhiều trong các mạng viễn thông. Phương pháp này được áp dụng từ khi
mạng viễn thông còn sử dụng các tổng đài cơ điện với khả năng xử lý và định
tuyến còn rất hạn chế. Cho tới nay, mặc dù đã dùng tổng đài điện tử được khiển
bằng chương trình lưu sẵn nhưng nó vẫn còn được sử dụng tương đối rộng rãi
trong các mạng viễn thông.







- 14 -







Hình 2: Định tuyến tuần tự cấp cố định

Trong phương pháp định tuyến này, ứng với mỗi cặp tổng đài - đi đến,
người ta chỉ định sẵn một tập hợp các đường thông sẽ được chọn để kết nối các
cuộc gọi. Tập hợp các đường thông này thông thường sẽ không bao gồm đầy đủ
tất cả các đường thông có thể dùng để kết nối giữa hai tổng đài đi - đến mà ít
hơn nhiều. Bên cạnh đó, tập hợp các đường thông này được kiểm tra theo độ thứ

tự cố định đã xác định trước và cuộc gọi sẽ được kết nối trên đường thông rỗi
đầu tiên. Nếu đường thông đang xét bị bận thì cuộc gọi đó có thể bị huỷ hoặc ta
có thể thử đường thông kế tiếp trong thứ tự, lúc này ta nói rằng cuộc gọi đã bị
"tràn" sang đường thông kế tiếp. Để kết nối các cuộc gọi từ a đến e có thể dùng
đường thông trực tiếp (a,e) và các đường thông kế tiếp khác (a, d, e); (a, b, e); (a,
b, d, c) và cuối cùng là (a, b, c, d, e). Giả sử các đoạn tuyến (a, e) và (a, d) bị
bận và các đoạn tuyến (a, b), (b, e) và (d,e) còn rỗi, ta có thể kết nối cuộc gọi từ
a qua b để tới e. Nhưng nếu đoạn tuyến (b, e) cũng bị bận thì cuộc gọi có thể bị
huỷ, hoặc ta có thể xét tiếp các đường (a, b, d, e) và (a, b, c, d, e).
Định tuyến này được gọi là định tuyến phân cấp khi các tổng đài được
phân thành các cấp khác nhau. Tổng đài cấp thấp nhất được gọi là tổng đài đầu
cuối và là nơi kết nối trực tiếp với các thuê bao. Cấp kế trên là các tổng đài
đường dài cấp nội vùng, cấp vùng, cấp quốc gia, trong đó mỗi tổng đài chỉ có
một tổng đài cấp cao hơn để kết nối với các tổng dài khác trên mạng bằng
những đường hiệu dụng cao. Như vậy, đối với bất cứ một cặp tổng đài nào cũng
chỉ có một đường thông cuối cùng được tạo nên bởi các trung kế cuối cùng.
c
e
d
b
a


- 15 -
Định tuyến tuần tự phân cấp được áp dụng cho mạng có cấu trúc phân cấp
với các quy tắc sau.
1. Khi một cuộc gọi cần được kết nối, chỉ có tổng đài đến là đóng vai trò
quan trọng, còn tổng đài đi không có vai trò quyết định.
2. Khi một cuộc gọi đi tới một tổng đài, cuộc gọi sẽ được định tuyến trên
đường thông còn rỗi đầu tiên trong thứ tự các đường thông cho trước.

3. Thứ tự để chọn các đường thông được xác định bởi tổng đài đang giữ
cuộc gọi, với mục đích tìm được nhóm trung kế gần nhất để kết nối tới tổng đài
đến.
4. Sự lựa chọn cuối cùng bao giờ cũng là nhóm trung kế đi lên tổng đài
bậc cao hơn, nếu cuộc gọi bị chặn tại nhóm trung kế này thì sẽ bị huỷ bỏ, do vậy
nhóm trung kế này được gọi là nhóm trung kế cuối cùng.
* Đánh giá định tuyến
Ưu điểm:
- Loại trừ được khả năng xảy ra định tuyến quay vòng, tức là cuộc gọi khi
đi qua một tổng đài lại bị chuyển quay lại chính tổng đài nơi xuất phát.
- Có thể được áp dụng trong điều kiện các phần cứng rất đơn giản, với lưu
lượng thông tin và khả năng điều khiển hạn chế.
Nhược điểm:
- Mạng có thể bị nghẽn trong giờ cao điểm do một số lưu lượng sẽ tập
trung tại cấp trên cùng của mạng hoặc mạng sẽ rất rỗi trong thời gian còn lại,
gây lãng phí.
- Độ tin cậy của mạng không cao vì khi một nút bị sự cố sẽ ảnh hưởng đến
cả phần mạng liên quan.
- Chất lượng tín hiệu giảm sút vì phải đi qua nhiều phần tử mạng.
Để khắc phục những hạn chế trên, các nhà khai thác cho phép thay đổi
dung lượng trung kế trên các đường hiệu dụng cao và các đường thông cuối
cùng trong các giờ khác nhau để đáp ứng sự thay đổi của lưu lượng trong các giờ
đó. Dung lượng này có thể được tăng thêm hoặc bớt đi tương ứng với dự báo


- 16 -
thay đổi lưu lượng trên cơ sở quá trình thống kê. Xuất phát từ tính chất trên,
phương pháp này được gọi là định tuyến động phân cấp. Ta thấy rằng phương
pháp này chỉ có hiệu quả trong trường hợp sự thay đổi lưu lượng tải trên các
hướng khác nhau không xảy ra cùng một thời điểm và đây không có việc lựa

chọn đường thông một cách tối ưu trên toàn mạng.
b. Định tuyến tuần tự động không phân cấp (DNHR)
Phương pháp định tuyến này được sử dụng trong mạng AT & T- hãng
viễn thông đường dài lớn nhất của Mỹ, trong suốt những năm cuối của thập kỷ
80. Trong quá trình thực hiện DNHR, các tập hợp con kết hợp với các cặp
chuyển mạch, thứ tự các tuyến bên trong các tập con, dung lượng các đường
thông ảo và các tham số dành riêng trung kế thay đổi theo chu kỳ 10 lần trong
ngày. Các tham số định tuyến này được xác định cho mỗi chu kỳ thời gian bằng
các kỹ thuật tinh vi, tập trung hoá việc tính toán dựa trên lưu lượng dự báo.
Định tuyến trong trường hợp này vẫn thuộc loại định tuyến tuần tự, tuy
nhiên tất cả các đường thông đều được giới hạn nhiều nhất bởi hai đoạn tuyến.
Quy tắc này được đặt ra để tránh trường hợp lưu lượng bị tập trung vào các
đường thông quá dài dễ dẫn đến quá tải. Bên cạnh đó, định tuyến DNHR lại là
định tuyến động, bởi vì bảng định tuyến không là cố định mà thường xuyên thay
đổi. Trong quá trình thiết kế mạng lưới, nhu cầu lưu lượng được tập hợp thành
một số ma trận lưu lượng, tương ứng với những thời điểm khác nhau trong một
ngày. Thông thường người ta chia một ngày ra làm 10 khoảng thời gian. Từ đây,
người ta tính toán các bảng định tuyến, nói cách khác là những thứ tự chọn
đường thông cho từng khoảng thời gian và cho từng hướng lưu lượng một. Các
bảng định tuyến này được coi là "gần như tối ưu" (vì vẫn chưa được tính toán
trên thời gian thực của hệ thống). Sáu khi được thiết kế, các bảng định tuyến này
được lưu trữ tại tổng đài.
Tập con của các tuyến chọn lựa cho mỗi cặp chuyển mạch được duy trì
trong phần mềm chuyển mạch. Việc sửa đổi nó có thể thực hiện thông qua mạng
CCS. Khi một tuyến chọn lựa mà đường thông thứ hai của nó bị lấp đầy thì


- 17 -
mạng CCS thực hiện việc quay lại bằng cách gửi một tín hiệu trở lại chuyển
mạch gốc của nó để tiến hành thử với một tuyến chọn lựa khác.

Khi áp dụng phương pháp định tuyến nói chung và DNHR nói riêng,
người ta cần phải có những điều kiện sau:
- Các tổng đài phải có chức năng định tuyến động để lưu trữ, thay đổi
bạng định tuyến, và phải có khả năng cung cấp thông tin về trạng thái mạng lưới
về trung tâm quản lý mạng qua hệ thống báo hiệu.
- Thiết lập một hoặc vài trung tâm quản lý mạng (NMC) để điều hành
chung việc định tuyến, cụ thể là thu nhập thông tin về trạng thái lưu lượng trên
mạng, từ đó tính toán để đưa ra các bảng định tuyến.
- Cần có một giao thức hay tín hiệu điều khiển cho các tổng đài để truyền
thông tin về trạng thái lưu lượng đến NMC và để NMC thống kê xử lý, gửi lại
các thông tin cho định tuyến phù hợp.

* Đánh giá định tuyến
Ưu điểm:
- Không còn quan hệ phân cấp giữa các tổng đài nữa. Tất cả các tổng đài
trong mạng DNHR đều ngang cấp với nhau và đều có khả năng thực hiện những
chức năng như nhau (nội hạt + chuyển tiếp) và có rất nhiều đường trung kế kết
nối lẫn nhau. Do vậy, không còn những đường trục xương sống rất lớn và sự
khác biệt giữa các đường hiệu dụng cao và các đường thông cuối cùng cũng
không còn rõ ràng như trước nữa. Nói cách khác, một nhóm trung kế vừa có thể
là đường hiệu dụng cao đối với một hướng lưu lượng này nhưng lại có thể là
đường cuối cùng đối với nhóm lưu lượng khác. Cấu trúc mạng như vậy đã dẫn
đến việc định tuyến phải vừa phức tạp vừa linh hoạt: phức tạp vì không còn
những đường thông đơn giản và cố định trước trên cơ sở phân cấp mạng lưới
như trước nữa, nhưng sẽ linh hoạt hơn vì sẽ có thể rất nhiều phương án kết nối
có thể được xác lập.


- 18 -
- Hiệu quả cuộc gọi thành công đã được tăng lên đáng kể nhờ chức năng

cho phép cuộc gọi quay trở lại.
- Có thể sử dụng các tham số thống kê về lưu lượng đều đặn (theo ngày,
theo mùa) và dự kiến lưu lượng bột phát ngẫu nhiên khi chọn đường để nâng cao
hiệu quả và độ an toàn, có nhiều phương án để chọn đường thông.
- Xác suất khoá cuộc gọi giảm đáng kể nhờ mạng có nhiều kết nối. Khi
tuyến trực tiếp đầy, các đường thông dự bị có thể được tổ chức để kết nối các
cuộc gọi bị tràn. Với rất nhiều kết nối trong mạng, ta có khả năng chia tải rất
nhiều. Bên cạnh đó, khi lưu lượng trên đường nối trực tiếp không lớn, ta có thể
sử dụng nó như đường thông dự bị cho các kết nối khác. Như vậy, cuộc gọi với
các cặp địa chỉ đi-đến khác nhau có thể cùng chia sẻ dung lượng đường thông và
chuyển mạch lớn hơn để kết nối.
Nhược điểm:
- Lưu lượng dự báo không phải tuyệt đối chính xác nên các bảng định
tuyến được tính toán nói chung không phải là tối ưu tuyệt đối cho các tình huống
lưu lượng trên mạng lưới. Các sự cố quá tải có thể xảy ra vào bất cứ thời điểm
và vị trí nào trên mạng.
- Do yêu cầu phải thay đổi các bảng định tuyến một cách tương đối
thường xuyên (ví dụ: 10 lần trong một ngày) nên phương pháp định tuyến
DNHR chỉ có thể áp dụng trên các hệ thống chuyển mạch được điều khiển bằng
chương trình lưu sẵn (SPC). Hơn nữa, vịêc cho phép các cuộc gọi quay lại chỉ
có thể được thực hiện bởi các phương pháp báo hiệu ngoài băng là đặc điểm của
mạng truyền dẫn số. Do đó, DNHR bị giới hạn áp dụng trong phạm vi các mạng
số hoá hoàn toàn.
Việc áp dụng DNHR là một bước tiến lớn trong lĩnh vực quản lý và thiết
kế mạng. Việc quản lý, điều hành và khai thác mạng trở nên tập trung hoá hơn.
Các phương pháp thiết kế cũng thay đổi hơn so với phương pháp cổ điển, với
một yêu cầu lớn được đặt ra trong mạng định tuyến phân cấp cố định. Từ đây


- 19 -

người ta nghiên cứu phát triển những phương pháp định tuyến động hiện đại
hơn.
1.2.3. Định tuyến ngẫu nhiên (RAR)
Định tuyến ngẫu nhiên là mô hình định tuyến đơn giản. Mô hình chọn
ngẫu nhiên một trong N-2 tuyến luân phiên (gồm hai đoạn tuyến) khi tuyến trực
tiếp đầy; nếu tuyến chọn lựa đã chọn là không cho phép thì cuộc gọi bị khoá.
Một mô hình thông minh hơn là định tuyến ngẫu nhiên có hướng. Nó kết hợp
mỗi cặp chuyển mạch một tuyến gồm hai đoạn tuyến. Nếu tại một cuộc gọi tới
tuyến trực tiếp đầy và các tuyến chọn lựa kết hợp cho phép thì cuộc gọi được
thiết lập trong tuyến luân phiên kết hợp; mặt khác, cuộc gọi bị khoá và một
tuyến luân phiên kết hợp mới được chọn cho việc sử dụng các cuộc gọi đến sau.
Tuyến chọn lựa kết hợp mới được chọn một cách ngẫu nhiên từ N-3 tuyến luân
phiên còn lại theo một sự phân bố đều. Định tuyến ngẫu nhiên có hướng là bản
chất của định tuyến luân phiên động (DAR) mô hình này nằm trong kế hoạch
của mạng viễn thông Vương Quốc Anh. Phương pháp định tuyến luân phiên
hoạt động như sau: sử dụng các đường thông có tối đa hai đoạn tuyến và đi qua
một tổng dài Tandem. Xét việc thiết lập cuộc gọi giữa tổng đài i và tổng đài j thì
đầu tiên nó kiểm tra tuyến trực tiếp, nếu tuyến trực tiếp đầy thì cuộc gọi được
đưa đến tuyến luân phiên thứ hai là đường thông i-k-j đi qua tổng đài Tandem k,
với k là tham số đang được lưu giữ tại tổng đài xuất phát. Nếu đường thông i-k-j
còn rỗi thì cuộc gọi được kết nối, tham số k không đổi và tiếp tục được lưu trữ,
còn nếu đường thông i-k-j cũng bận thì một đường thông i-k'-j đi qua tổng đài
Tandem k' khác sẽ được chọn, lần này tham số k' được chọn một cách ngẫu
nhiên trong tập các tổng đài Tandem K cho trước.
* Đánh giá định tuyến:
Ưu điểm:
- Không cần có những phép đo phức tạp về trạng thái mạng, thông tin
phản hồi duy nhất được sử dụng là việc cuộc gọi có bị chặn hay không bị chặn
trên đường thông hiện đại (i-k-j).

- 20 -
- Có thể đáp ứng các thay đổi lưu lượng đột ngột với một báo hiệu tối
thiểu giữa các chuyển mạch.
Nhược điểm:
- Phản hồi chậm với những thay đổi tương đối nhanh và sâu của lưu
lượng.
- Hiệu quả của định tuyến không cao vì tổng đài Tandem k' được chọn
một cách ngẫu nhiên và hoàn toàn không theo một thuật toán tối ưu nào.

1.2.4. Định tuyến thích nghi (AR)
Định tuyến thích nghi hay còn gọi là định tuyến theo trạng thái thực của
mạng, đây có thể xem là trường hợp đặc biệt của định tuyến động bởi vì việc
định tuyến không bị gò bó, cứng nhắc như trong một số phương pháp định tuyến
cố định, ở đây các đường thông được chọn một cách linh hoạt.
Định tuyến thích nghi cũng làm việc với một tập cố định các đường thông
nhưng với thứ tự không xác định trước. Tại mỗi thời điểm, một "giá trị" được
gán cho từng đường thông (hoặc nhóm đường thông) trong tập này, và đường
thông nào có giá trị lớn nhất (hoặc nhỏ nhất) sẽ được chọn ra để kết nối cuộc
gọi. Cơ chế chọn đường thông này hết sức đa dạng và phục thuộc vào việc định
nghĩa giá trị của đường thông, cách cập nhật các giá trị này, hoặc cách sử dụng
các yếu tố xác suất để chọn đường thông và còn nhiều yếu tố khác nữa. Do vậy,
có thể có rất nhiều phương pháp định tuyến thích nghi khác nhau, trong đó có
phương pháp đã được áp dụng trên mạng như: định tuyến điều khiển động, định
tuyến tải tối thiểu, định tuyến theo sơ đồ trạng thái trung kế, Ta xét một vài
phương pháp định tuyến thích nghi điển hình như sau:
a. Định tuyến tải tối thiểu (LLR)
Định tuyến tải tối thiểu (LLR) là một mô hình có chỉ tiêu độ thông cao
hơn DNHR và DAR, nhưng có yêu cầu chuyển đổi thông tin báo hiệu lớn hơn
giữa các chuyển mạch. Mô hình LLR hoạt động như sau: khi tuyến trực tiếp đầy,

tuyến chọn lựa với dung lượng rỗi lớn nhất (không tính phần dành riêng trung


- 21 -
kế) được chọn từ tập các tuyến cho phép; nếu không có tuyến luân phiên cho
phép thì cuộc gọi bị khoá. Vì vậy, LLR có khuynh hướng phân bố đều dung
lượng rỗi giữa tuyến các tuyến chọn lựa.
LLR là dạng cơ bản của định tuyến mạng theo thời gian thực (RTNR) và
đã được AT & T sử dụng trong mạng đường dài trong nước từ đầu những năm
1990. Trong việc thực hiện RTNR, khi tuyến trực tiếp đầy, chuyển mạch gốc
chất vấn chuyển mạch đầu cuối thông qua mạng CCS về trạng thái bận rỗi đã
nhận được từ chuyển mạch đầu cuối, để xác định tuyến lựa chọn dùng tải tối
thiểu. RTNR cũng phân loại các trạng thái chiếm giữ của đường thông thành
một số nhỏ trạng thái chung và xác định tuyến dùng tải tối thiểu đối với trạng
thái tổng.
* Đánh giá định tuyến:
Ưu điểm: Có chỉ tiêu về độ thông cao với các phương pháp định tuyến
DNHR và DAR nhờ chuyển mạch gốc chất vấn chuyển mạch đầu cuối về trạng
thái bận - rỗi của đường thông.
Nhược điểm: Lưu lượng trải đều trên các tuyến nên hiệu suất sử dụng
đường thông không cao.
b. Định tuyến điều khiển động (DCR)
DCR do Bell Northern Research nghiên cứu và được Canada áp dụng cho
mạng viễn thông quốc gia. Định tuyến điều khiển động sử dụng bộ xử lý trung
tâm để theo dõi trạng thái bận - rỗi của các đường thông, trên cơ sở đó xác định
các tuyến chọn lựa thích hợp thông qua dữ liệu trạng thái được cập nhật 15 giây
một lần. Các cuộc gọi xuất phát từ tổng đài c để đi tới tổng đài d trước hết sẽ ưu
tiên đi trên đường thông trực tiếp c-d nối hai tổng đài này, còn gọi là đường hiệu
dụng cao. Nếu đường thông c-d bị chiếm hết dung lượng thì cuộc gọi sẽ được
định tuyến sang đường thông ưu tiên thứ hai c-b-d được cấu tạo từ hai chặng và

đi qua một nút quá giang (tổng đài b).




- 22 -












Hình 3: Định tuyến DCR

Việc chọn đường thông (chính xác hơn là chọn tổng đài quá giang -
Tandem) được thực hiện như sau: nó sử dụng các nhóm thông tin rộng nhất để
quyết định tuyến, đó là thông tin về sự chiếm dụng đường thông trên tất cả các
phép đo thực tế tại các tổng đài. Cuộc gọi được định tuyến trên nhóm trung kế
có dung lượng còn rỗi theo dự báo là nhiều nhất. Do đó, phương pháp này đòi
hỏi phải thay đổi các bảng định tuyến một cách linh hoạt và cần có lượng thông
tin lớn để xử lý nên nó chỉ có thể áp dụng được cho các mạng chuyển mạch điều
khiển bằng chương trình lưu sẵn và hệ thống báo hiệu tiên tiến (như CCS7).
Tổng đài quá giang được chọn theo công suất tỷ lệ với dung lượng dự báo
còn rỗi của đường thông c-b-d. Để xem xét thuật toán xác suất này, ta ký hiệu

các tham số:
N
s
: số lượng mạch của nhóm trung kế s
R
s
(t): số lượng trung kế dự báo còn rỗi của nhóm trung kế s tại thời điểm t
n
s
(t): số trung kế bận của nhóm trung kế s tại thời điểm t
A
s
(t): tỷ lệ ước tính số cuộc gọi tới nhóm trung kế s tại thời điểm t
a
b
c
d




- 23 -

s
(t): thời gian giữ cuộc gọi trung bình trên nhóm trung kế s
m
s
(t): mức giữ trạng thái tại thời gian t trên nhóm s, đây là mức độ chiếm
kênh mà tại đó các cuộc gọi tràn sẽ bị rơi.


s
(): thời gian giữ cuộc gọi trung bình trên nhóm trung kế s
m
s
(t): mức giữ trạng thái tại thời gian t trên nhóm s, đây là mức độ chiếm
kênh mà tại đó các cuộc gọi tràn sẽ bị rơi.
M
s
(): số cuộc gọi thực tế tới nhóm s trong khoảng thời gian 
a
k
cd
: xác suất chọn tổng đài b cho các cuộc gọi từ c đến d
: khoảng cập nhật, cứ sau  giây, trung tâm điều khiển mạng lấy thông
tin từ các trung tâm chuyển mạch về độ chiếm dụng của các trung kế, thông tin
này được xử lý và sau đó một bảng định tuyến mới được gởi tới các trung tâm
chuyển mạch để sử dụng cho  giây tiếp theo.
Dung lượng ước tính còn lại của nhóm trung kế s tại thời gian t+ được
tính bằng phép toán đơn giản:
R
s
(t+) = N
s
-n
s
(t) - (A
s
(t) - n
s
(t)/

s
]-m
s
(t)
Tại thời điểm t, tỷ lệ cuộc gọi tới (ước tính) được cập nhật bằng:
A
s
(t)

=.A
s
(t - ) + (1- ). M
s
()/
Việc chọn Tandem là quá trình ngẫu nhiên với xác suất:

k
cd
= 
k
cd
/
k

k
cd

với 
k
cd

= max {0, min[R
c,b
; R
b,d
]}
Các tham số có ảnh hưởng đến chất lượng của thuật toán lựa chọn
Tandem này là: , , , và m
s
, trong đó  là trọng số của khoản cập nhật.
* Đánh giá định tuyến
Ưu điểm: Trạng thái mạng lưới được cập nhật liên tục, hiệu quả hoạt động
của mạng lưới được nâng lên rõ rệt.
Nhược điểm: Thuật toán thích nghi tuy đã được thực hiện tập trung tại
trung tâm quản lý, nhưng mới chỉ dừng lại ở mức độ tối ưu cho từng hướng
trung kế mà chưa xuất phát từ góc độ tối ưu trên tổng thể mạng lưới. Ngoài ra,
DCR cũng chỉ thích hợp với hệ thống mạng có công nghệ hiện đại.