đồ án kỹ thuật viễn thông Nghiên cứu tìm hiểu và đánh giá các thuật toán định tuyến và gán bước sóng trong mạng WDM

MỤC LỤC :
Mở đầu
…………………………………………………………… 2
I- Tôpô ảo ………………………………………………………… 4
1- Tôpô vật lí và tôpô ảo
………………………………………… 5
2- Các phương pháp chuyển mạch gói
…………………………………….7
2.1- Tôpô logic trong mạng chuyển mạch gói điện …………………….7
2.2- Mạng định tuyến đổi dạng (deflection routing) …………… …8
2.3- Thiết kế khoá gói quang ……………………………………… …8
II- Chuyển đổi bước sóng
………………………………………………….9
1- Cơ bản về sự chuyển đổi bước sóng
………………………………….10
1.1- Các bộ chuyển đổi bươc sóng ……………………………… …10
1.2- Chuyển mạch
…………………………………………………….11
2- Các vấn đề thiết kế , điều khiển mạng và quản lí ……………….……13
2.1- Thiết kế mạng ……………………………………………… …13
2.2- Điều khiển mạng……………………………………………… 14
2.3- Quản lí mạng…………………………………………………… 15
Trang 1
III - Phân loại và ứng dụng bài toán RWA trong phân bổ và quản lý
lightpath
………………………………………………………………… 16
1- Bài toán thiết lập lightpath tĩnh …………………………………… 17
2- Định tuyến và gán bước sóng với bộ chuyển đổi bước sóng
……… 17
3- Bài toán thiết lập lightpath động ………………………………….…18
4- Phương pháp giải bài toán RWA

…………………………………….20
5- Một số thuật toán gán bước sóng động ……………………… 20
5.1- First Fit ………………………………………………………….20
5.2- Longest Path
…………………………………………………….21
5.3- Least Used ………………………………………………………21
5.4- Most Used …………………………………………………… 23
5.5- Min Product ……………………………………………… 24
5.5- Relative Capacity Loss
………………………………………….24
6- Giới thiệu về ILP và Load Balancing
……………………………… 27
6.1- Giới thiệu về ILP ……………………………………………….27
6.2- Giới thiệu về Adaptive Routing và Load Balancing
………… 28
1- Giới thiệu ………………………………………………… …28
2- Định tuyến thích ứng và cân bằng tải ………………….…… 29
Kết luận ………………………………………………………….……… 30
Trang 2
MỞ ĐẦU
Trong thập kỷ qua, việc gia tăng nhanh chóng của các ứng dụng trên
Internet, đa phương tiện, truyền hình, xử lý ảnh đã đòi hỏi băng thông ngày
càng cao lên tới cỡ gigabyte với khoảng cách xa, mật độ cao, độ rủi ro thấp.
Các hệ thống thông tin cáp sợi quang với thuận lợi về băng thông (tần số sóng
mang cỡ 200THz), trọng lượng và kích thước nhỏ; tín hiệu về điện cách biệt
về điện, không có giao thoa còng nh suy hao đường truyền thấp. Những ưu
điểm đó đã được phát triển cho các ứng dụng rộng rãi trong mạng truyền dẫn
hiện nay. Để tận dụng được những ưu điểm trên (đặc biệt là độ rộng băng tần
của sợi quang), việc phân luồng (định tuyến) và chọn lựa (gán) bước sóng hợp
lý cho tín hiệu đến - đi trên các tuyến sợi quang là công việc rất có ý nghĩa

nhằm phát huy năng lực tiềm tàng của sợi trong việc tăng dung lượng đường
truyền.
Trên thế giới mạng WDM đã được thương mại hoá từ năm 1996. Xu thế
phát triển mạng hiện nay trên thế giới và ở Việt nam là xây dựng mạng truyền
tải toàn quang cho mạng NGN (Next Generation Network- Mạng thế hệ sau)
dựa trên công nghệ WDM. Những nỗ lực phi thường về công nghệ truyền dẫn
quang trong đó tập trung vào việc nghiên cứu các vấn đề công nghệ mạng
WDM trên thế giới hiện nay đang dần đáp ứng được nhu cầu phát triển mạng
tất yếu của mạng. Có nhiều vấn đề cần phải giải quyết trong mạng WDM
nhằm ngày càng hoàn thiện đặc tính mạng. Trong các vấn đề đó, định tuyến
và gán bước sóng trong mạng WDM được coi là một trong những kỹ thuật
hấp dẫn nhất và rất có ý nghĩa. Một mặt, kỹ thuật này cho phép xây dựng
được mạng truyền dẫn quang linh hoạt và bảo đảm thông suốt các lưu lượng
Trang 3
tín hiện lớn. Mặt khác nó cho phép tận dụng băng tần sợi quang trong khi vẫn
đơn giản hoá được rất nhiều cấu trúc mạng. Điều đó có tác động lớn tới việc
xây dưụng, khai thác và bảo dưỡng mạng rất có hiệu quả sau này.
Nh vậy, với một cấu trúc vật lý đơn giản bằng các phương pháp định tuyến
và gán bước sóng trong cấu trúc mạng WDM sẽ cho ta truyền được lưu lượng
cao và mang lại hiệu quả sử dụng băng tần cũng nh chất lượng dịch vụ.
Với ý nghĩa đó công việc nghiên cứu tìm hiểu và đánh giá các thuật toán
định tuyến và gán bước sóng trong mạng WDM được tiến hành là rất cần
thiết, đặc biệt là khi xu thế mạng NGN yêu cầu việc cấp phát tài nguyên
quang.
Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo bước sóng trong các mạng quang đã được
phát triển nhanh, nó đã đáp ứng các yêu cầu về băng tần của người sử dụng
mạng. Trong mạng định tuyến theo bước sóng, người sử dụng này thông tin với
người khác qua các kênh quang, các kênh này được xem như các lightpath
Trong trường hợp không sử dụng bộ chuyển đổi bước sóng, một lightpath
chiếm cùng bước sóng trên tất cả các tuyến sợi mà nó đi qua. Yêu cầu này gọi

là điều kiện ràng buộc về bước sóng liên tục. Chúng ta giả sử rằng mỗi chuyển
mạch quang được nối tới một nút truy nhập nh là một nút. Khi đưa ra một tập
kết nối (ma trận lưu lượng lightpath ), bài toán thiết lập các lightpath yêu cầu
xác định tuyến và bước sóng cho mỗi kết nối được gọi là bài toán định tuyến và
gán bước sóng (RWA- routing and wavelength Assignment). Bài toán RWA
có nhiều ứng dụng khác nhau trong các giai đoạn xây dựng, khai thác và quản
lý mạng quang. Và trong mỗi một ứng dụng cụ thể bài toán có các đặc trưng và
ràng buộc riêng.
Do giới hạn của công nghệ hiện nay, nên qui hoạch mạng WDM cần tính đến
các ràng buộc về tham số vật lý, nh: bộ chuyển đổi bước sóng khó thực hiện, độ
dài trong suốt mạng bị giới hạn (suy hao, tán sắc, nhiễu ). Nói chung, đứng
Trang 4
trên góc độ của nhà qui hoạch mạng, thì ràng buộc quan trọng nhất đó giới hạn
khả năng chuyển đổi bước sóng của thiết bị hiện nay. Còn các ràng buộc về
giới hạn vật lý khác (như số bộ khuyếch đại, khoảch cách lớn cho phép ) của
thiết bị thường do tiêu chuẩn, đặc tính của hệ thống qui định theo các mã ứng
dụng; do vậy khi sử dụng các thiết bị phù hợp với phạm vi ứng dụng thì để đơn
giản trong quá trình định cỡ mạng có thể bỏ qua các ràng buộc loại này.


Trang 5
I-TÔPÔ ẢO :
Tôpô ảo , là chuyển mạch gói , bao gồm tập các lightpaths toàn quang
(all-optical lightpaths ) được đưa ra để khai thác mối liên quan mặt mạnh
của cả quang lẫn điện , nghĩa là các gói có thể truyền xa tới mức có thể (as
far as possible ) trên cùng một bước sóng trong miền quang (khi không có
chuyển đổi bước sóng trên lighpath)
Bình thường , tôpô của mạng định tuyến bước sóng có thể là mạng lưới
(mesh) bất kì . Nó bao gồm các nodes nối chéo bước sóng nối liền với nhau
bởi các links sợi quang . Mạng cung cấp các lightpaths giữa các cặp nodes

mạng . Lightpath đơn giản là ống dẫn (pipe) băng thông cao , mang dữ liệu
có thể lên tới hàng gigabít trên giây . Nó được thấy rõ qua việc cấp phát
bước sóng trên path giữa 2 nodes . Rõ ràng , ta không thể phân phối cùng 1
bước sóng cho 2 lightpath có cùng chung 1 link vật lí .
Mỗi link chỉ có thể hỗ trợ 1 số bước sóng nhất định do những ràng buộc về
công nghệ và giá thành thiết bị . Số bước sóng điển hình hiện nay là khoảng
4 tới 32 nhưng có thể tăng nhanh theo thời gian do công nghệ ngày càng
được cải thiện .
Vấn đề thiết kế tôpô ảo tối ưu có thể được chia thành 4 bài toán nhỏ :
1. Xác định tôpô ảo tốt nghĩa là máy phát của nút nên được kết nối với
trực tiếp với máy thu của nút
2. Định tuyến các lightpath qua tôpô vật lí
3. Phân bổ bước sóng tối ưu cho các lightpath khác nhau
4. Định tuyến các gói lưu lượng trên tôpô ảo
Trang 6
Líp quang cung cấp các lightpath cho các lớp mạng cao hơn . Để cung cấp
thêm các khả năng cho líp quang , một vài đặc tính có giá trị được đưa ra
dưới đây :
 Trong suốt : Trong suốt đề cập tới sự thật là lightpath có thể mang dữ
liệu tại các tốc độ khác nhau , các giao thức khác nhau , …, có thể hỗ
trợ các lớp quang khác nhau một cách đồng thời (1 vài lightpath có thể
mang dữ liệu SONET trong khi các lightpath khác có thể mang các
cells ATM trực tiếp với các tốc độ khác nhau)
 Sử dụng lại bước sóng : Mặc dù số bước sóng khả dụng là hạn chế ,
mạng vẫn có thể cung cấp các dung lượng lớn bởi sự sử dụng lại bước
sóng trong mạng . Bởi vậy số lightpath mà mạng hỗ trợ lớn hơn số bước
sóng khả dụng .
 Sù tin cậy : Mạng được cấu hình sao cho khi có lỗi xảy ra , các
lightpath có thể được tái định tuyến qua các paths thay thế một cách tự
động . Điều này đưa đến mức độ tin cậy cao trong mạng .

 Tôpô ảo : Tôpô ảo bao là graph bao gồm các nodes mạng với cạnh giữa
2 nodes nếu có lightpath giữa chúng .
 Chuyển mạch kênh : Các lightpaths cung cấp bởi lớp quang có thể được
cài đặt và tháo gỡ theo yêu cầu . Chúng gần giống nh trong mạng
chuyển mạch kênh trừ tốc độ cài đặt và gỡ bỏ thấp hơn nhiều tốc độ
trong mạng thoại với các kênh thoại
1 - TÔPÔ VẬT LÍ VÀ TÔPÔ ẢO
Trang 7
Hình 1 : Ví dụ mạng truyền dẫn quang định tuyến bước sóng
Kết cấu của mạng truyền dẫn quang định tuyến bước sóng bao gồm một
tập hợp điểm nút và một nhóm tập hợp đường kết nối quang điểm nối điểm
nh hình 1. Kết cấu điểm nút chia làm 2 phần : phần bộ kiện quang là do một
cặp bộ ghép/tách kênh bước sóng , ma trận khoá quang tạo thành khoá định
tuyến bước sóng WRS , nó có thể chọn một số kênh quang nào đó thông qua
điểm nút này , một số kênh khác ở ghép đường hoặc tách đường tại chỗ ;
Đối với mạng quang truyền số liệu gói , bộ kiện điện là thiết bị định tuyến
gói , nó thông qua một số lượng máy thu/phát kết nối vào bộ kiện quang của
điểm nút . Do điểm nút không có chức năng biến đổi bước sóng , cho nên
cần phân phối cho mỗi kênh quang cùng một bước sóng nh nhau .
Tôpô vật lí của mạng ghép kênh bước sóng là kết cấu do điểm nút định
tuyến và đường kết nối ghép kênh tạo yhành mạng kết nối vật lí nh đường
liền nét trong hình 1 . Kết cấu cụ thể mạng điểm nút nh hình 2 . Dùng khái
niệm kênh quang , có thể xây dựng tôpô ảo của mạng , thực hiện một vùng
đệm giữa tôpô vật lí với yêu cầu thông tin dịch vụ của điểm nút . Đường
Trang 8
§iÓm nót b íc
sãng chän
® êng WRS
A
C

B
D
Sîi quang
Kªnh quang
chấm chấm trong hình một biểu thị kết cấu tôpô ảo của mạng . Sự khác nhau
giữa tôppô vật lí và tôpô ảo là :
1. Tôpô vật lí hướng về kết nối vật lí của điểm nút , tôpô ảo hướng về
kết nối logic của điểm nút .
2. Trên mô hình lớp mạng truyền dẫn , tôpô vật lí nằm ở môi chất
truyền dẫn , tôpô ảo nằm ở lớp kênh .
3. Điểm nút định tuyến trong tôpô vật lí được xem như là mô hình bộ
kiện quang trong điểm nút mạng chuyển mạch bước sóng . Cạnh là
sợi quangđường kết nối , điểm nút nối vào tôpô ảo xem như sự trừu
tượngcủa bộ kiện điện trong điểm nút mạng chuyển mạch bước sóng ,
cạnh là kênh quang
4. Trong tôpô vật lí , mức độ vật lí của điểm nút do số lượng điểm nút
có đường kết nối với điểm nút này và số lượng đầu dây của khoá định
tuyến quyết định .Trong tôpô ảo , độ ra lôgic và độ vào lôgic của
điểm nút do số lượng máy phát xạ quang/ số máy thu và số lượng đầu
dây của khoá điện quyết định .
5. Kết cấu tôpô ảo có thể khác tôpô vật lí của mạng , nhưng thực hiện
một tôpô ảo phải đem nó lồng vào trong tôpô vật lí .
6. Thiết kế tôpô vật lí là chọn phương án thích hợp nhất về chi phí xây
dựng , hiệu qủa và lợi Ých tổng thể với tiền đề đảm bảo tính năng
truyền dẫn của mạng , trên cơ sở các vị trí điểm nút và những bộ kiện
có thể dùng được . Thiết kế tôpô là trên cơ sở các vị trí điểm nút , xây
dựng phương án kết cấu sao cho tính năng truyền tin tức của tôpô là
tốt nhất
Tư tưởng chia kết cấu của mạng ghép kênh bước sóng ra thành tôpô vật lí
và tôpô đã làm đơn giản quá trình thiết kế mạng , làm cho nhà thiết kế có thể

thiết kế ra hình thức kết cấu mạng tốt nhất trong các điều kiện khác nhau và
Trang 9
hướng về mục tiêu khác nhau . Vấn đề thiết kế tôpô ảo của mạng gói thể
hiện đặc biệt tính linh hoạt của kết cấu mạng ghép kênh bước sóng . Trong
mạng ghép kênh bước sóng dùng để truyền dịch vụ gói , thông tin gói giữa
các điểm nút có thể đi qua mét hay nhiều kênh quang , gọi là định tuyến gói
tin tức trên tôpô ảo . Thiết kế kết cấu tôpô ảo , định tuyến và phân phối bước
sóng trên tôpô vật lí và quá trình định tuyến gói đều gọi chung là thiết kế tối
ưu tôpô ảo của mạng . Xác định kết cấu tôpô ảo tốt nhất của mạng và
phương án định tuyến , có thể triệt để lợi dụng số lượng có hạn các máy thu
phát quang và tài nguyên bước sóng khả dụng , giảm tối đa các thao tác lưu
giữ và chuyển phát trên miền điện của điểm nút , làm cho chỉ tiêu tính năng
của mạng được tối ưu .
Tóm lại , tôpô ảo có thể khắc phục được mâu thuẫn tồn tại trên mục tiêu
và hiệu quả giữa nhu cầu dịch vụ và thiết kế mạng vật lí , có khả năng thích
nghi lớn với sự biến đổi nhu cầu dịch vụ , hơn nữa còn có thể tiết kiệm tài
nguyên mạng .
Trang 10
Hình 2 :Kết cấu điểm nút định tuyến bước sóng
2 - CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN MẠCH GÓI
Phần này đề cập qua về các phương pháp chuyển mạch gói trong thiết kế
mạng quang . Các thiết kế này có thể phân thành 2 phương pháp khác biệt :
(1) truyền dẫn quang qua các lightpaths với khoá gói điện tại cuối các
lightpaths và (2) chuyển mạch gói quang tại các điểm nodes trung gian .
Hiện nay phương pháp trước thích hợp hơn bởi sự khó khăn trong việc xây
dựng các khoá chuyển mạch gói quang phụ thuộc vào thiếu hụt bộ nhớ
quang
2.1 – TÔPÔ LÔGIC TRONG MẠNG CHUYỂN MẠCH GÓI ĐIỆN
Tập các lightpaths được sử dụng nh là tôpô ảo qua đó mạng chuyển mạch
gói có thể được gắn vào . Bài toán thiết lập tôpô ảo tối ưu trong mạng

chuyển mạch dựa trên WDM , tôpô vật lí cho trước , dựa trên cường độ lưu
Trang 11
λ
1
λ
2
λ
1
λ
2
λ
1
λ
2
λ
1
λ
2
λ
1
λ
2
λ
1
λ
2
Kho¸ b íc sãng chän ® êng WRS
Kho¸
quang λ
1

Kho¸
quang λ
1
Bé ®Þnh
tuyÕn
lượng qua các nodes . Mục tiêu là cực đại thông lượng qua mạng đối với các
cận trễ gói bình quân . Tôpô lôgic bị ràng buộc bởi số bước sóng hỗ trợ trên
mỗi sợi quang và độ thu của node . Công việc này thu được từ cận dưới của
luồng lưu lượng tên mỗi link dựa trên tổng lưu lượng , khoảng cách bước
nhảy bình quân trong tôpô ảo , và số links trong tôpô . Các công thức qui
hoạch tuyến tính nguyên hỗn hợp được đưa ra để cực tiểu nghẽn cực đại trên
link . Công thứ biên trễ được được đưa ra là biên đồng đều trên trễ bình quân
giữa cặp nguồn đích nghĩa là trễ bình quân giữa cặp nguồn đích bị hạn chế
tới các giá trị không đổi trong trường hợp xấu nhất của trễ truyền giữa cặp
nguồn đích trong mạng . Tuy nhiên , công thức này tính toán rất đắt
(expensive) đối với mạng có số lượng lớn các nodes . Do đó , kĩ thuật
heuristic là cần thiết để đạt cực đại lưu lượng đơn bước nhảy . Công việc này
đề xuất việc có tôpô vật lí gắn với tôpô ảo để có thể định tuyến lưu lượng
với biên trễ chặt chẽ nhất (tightest) qua các links trên kênh vật lí (MILP) .
Nó đưa ra các ví dụ trong đó các tôpô được lựa chọn ngẫu nhiên thực hiện
tốt hơn các heuristics làm tối đa lưu lượng đơn bước nhảy .
2.2 – MẠNG ĐỊNH TUYẾN ĐỔI DẠNG (DEFLECTION ROUTING)
Deflection routing được nghiên cứu trong mạng quang bởi nó có thể được
thực hiện với bộ đệm gói cần thiết vừa phải . Tuy nhiên , khó khăn trong
deflection routing phụ thuộc vào khe thời gian toàn cục . Các phương pháp
thực hiện slotted and unslotted deflection routing trong mạng quang được
đưa ra thảo luận . Các mạng improperly designed unslotted deflection
routing có thể chịu đựng nghẽn nghiêm trọng . Để ổn định mạng và khử
nghẽn , nó cung cấp kĩ thuật truy nhập để điều khiển tải link và khử các gói
mất hiệu lực . Nó cũng cho thấy khả năng hỗ trợ hơn nữa hiệu suất thực thi

các vòng trễ (recirculating delay loop) có thể cung cấp các bộ đệm gói tạm .
Trang 12
So sánh mạng k-buffered slotted và unslotted thừa nhận mạng unslotted có
thể cung cấp thông lượng cao hơn .
2.3 – THIẾT KẾ KHOÁ GÓI QUANG
Khoá gãi quang dựa trên WDM có thể dịch các gói quang tới bước sóng
rỗi trên các outbound links đích được đề xuất . Chuyển đổi bước sóng có thể
làm giảm xác suất rớt gói phụ thuộc vào các tranh chấp bước sóng . Tuy
nhiên , không phải tất cả các gói cần chuyển đổi và công việc cực tiểu số gói
cần chuyển đổi được đề xuất . Nó xuất phát từ cực đại số chuyển đổi cần
trong khoá gói đối với kích cỡ khoá cho trước và số bước sóng cho trước ,
và phát triển thuật toán định khoá để tối thiểu só chuyển đổi bước sóng ,
trong khi vẫn duy trì được số gói mất mát tối thiểu . Các kết phỏng cho thấy
xác suất rớt gói giảm đáng kể với chuyển đổi bước sóng và xác suất thực thi
tốt có thể đạt được với số bộ chuyển đổi vừa phải .


II-CHUYỂN ĐỔI BƯỚC SÓNG:
Trang 13
Hình 1 : Mạng định tuyến bước sóng toàn quang
Giả sử cho mạng nh hình trên . Nó cho thấy cách nhìn khác của mạng định
tuyến bước sóng bao gồm 2 nối chéo WDM (S1 và S2) và 5 trạm truy nhập (A
tới E) . Nối chéo WDM về bản chất cũng nh WRS . Tuy nhiên , mỗi WRS chỉ
có một bộ phận điện gắn kèm (electronic attachment) được nhắc đến nh là node
. Hình trên cho thấy có hơn 1 trạm truy nhập có thể được gắn với nối chéo
WDM . Do vậy mô hình này có thể phân chia chia rõ ràng ranh giới giữa phần
toàn quang và phần điện của mạng .
Trong hình , có 3 llightpath được cung cấp (C tới A trên 

, C tới B

trên

, D tới E trên 

) .
Bây giê , ta xem xét hình 2 với số bước sóng W=2 . Hai lightpath được thiết
lập trong mạng : (1) là giữa node 1 và node 2 trên bước sóng 

và (2) giữa
node 2 và node 3 trên bước sóng 

. Bây giờ , giả sử lightpath gữa node 1 và
node 3 cần dược cài đặt , những ligthpath nh vậy là không thể thiết lập mặc dù
vẫn còn những bước sóng rỗi trên mỗi link từ node1 tới node 3 . Đó là bởi bước
Trang 14
E
DA
B
C
S1
S2
All-optical
portion
λ
1
λ
2
sóng khả dụng trên 2 links là khác nhau . Do vậy mạng định tuyến bước sóng
với sự ràng buộc tính liên tục bước sóng có thể chịu phong toả cao hơn so với
mạng chuyển mạch kênh .

Nhưng có thể dễ dàng khử tính liên tục của bước sóng nếu ta có thể chuyển
dữ kiệu tới trên bước sóng theo link sang bước sóng khác tại node trung gian và
cho qua link kế tiếp với bước sóng mới đó . Kĩ thuật nh vậy là thực thi và gọi là
chuyển đổi bước sóng . Nh trong hình 2(b) cho thấy , chuyển đổi bước sóng có
tại node 2 được sử dụng để chuyển đổi bước sóng từ 

sang 

. Lightpath
mới từ node 1 tới node 3 có thể được thiết lập với bước sóng 

trên link từ
node 1 tới node 2 và bước sóng 

từ node 2 tới node 3 . Vậy , khả năng
chuyển đổi bước sóng có thể cải thiện hiệu suất mạng thông qua việc giải quyết
các đụng độ bước sóng của các lightpath .

Node1 Node2 Node3








(a) Khi không có chuyển đổi bước sóng
Node1 Node2 Node3









Trang 15
λ
(b) Khi có chuyển đổi bước sóng
Hình 2 : Ràng buộc tính liên tục bước sóng
trong mạng định tuyến bước sóng
Có mét chú ý về thuật ngữ : các bộ chuyển đổi bước sóng có thể được đề cập
tới trong các tài liệu với tên gội là bộ dịch chuyển bước sóng , bộ dịch bước
sóng , bộ thay đổi bước sóng hay thậm chí là bộ chuyển đổi tần số .
1 – CƠ BẢN VỀ SỰ CHUYỂN ĐỔI BƯỚC SÓNG
1.1 – CÁC BỘ CHUYỂN ĐỔI BƯỚC SÓNG
Chức năng của các bộ chuyển đổi bước sóng là biến đổi dữ liệu trên đầu vào
từ bước sóng này sang bước sóng khác trong N bước sóng của hệ thống . Bộ
biến đổi bước sóng lí tưởng có các dặc tính kĩ thuật sau :
 Trong suốt với tốc độ bit và các khuôn dạng dữ liệu
 Thời gian chuyển đổi nhanh
 Chuyển đổi được cả sang bước sóng ngắn lẫn bước sóng dài
 Có thể không chuyển đổi
 Không nhạy cam với sự phân cực tại đầu vào
 Thực hiện đơn giản
 SNR cao
1.2 – CHUYỂN MẠCH
Khi các bộ chuyển đổi bước sóng đã sẵn sàng được đưa vào sử dụng , có một
câu hỏi quan trọng được đặt ra : chúng nên được đặt ở đâu trong mạng ? Vị trí

trước là đặt trong khoá chuyển mạch (nghĩa là các nối chéo) trong mạng . Cấu
trúc node khoá có khả năng chuyển đổi bước sóng được chỉ ra trong hình 3 .
Trang 16
Hình 3 : Khoá có các bộ chuyển đổi
tại mỗi cổng đầu ra đối với mỗi bước sóng
Trong kiến trúc này , mỗi bước sóng theo mỗi link ra trong khoá có một bộ
chuyển đổi bước sóng tương ứng nghĩa là khoá MxM tại hệ thống có N bước
sóng sẽ cần có MN bộ chuyển đổi . Tín hiệu quang vào từ link sợi quang tại
khoá đầu tiên được phân kênh thành các bước sóng riêng rẽ . Mỗi bước sóng
được chuyển mạch tới cổng đầu ra mong muốn bởi khoá quang không phong
toả . Tín hiệu đầu ra có thể thay đổi bước sóng nhờ bộ chuyển đổi tương ứng .
Cuối cùng các bước sóng riêng biệt được kết hợp lại và được đưa ra link sợi
quang .
Tuy nhiên , khoá có khả năng chuyển đổi bước sóng nh vậy lại không kinh
tế bởi không phải tất cả các bộ chuyển đổi là cần thiết tại một thời điểm .
Phương pháp hiệu quả để cắt giảm chi phí là chia sẻ các bộ chuyển đổi . Có 2
cấu trúc được đề xuất cho khoá chia sẻ các bộ chuyển đổi nh hình 4 . Trong cấu
trúc share-per-node , tất cả các bộ chuyển đổi tại node khoá được gom vào băng
chuyển đổi . (Băng chuyển đổi là tập hợp của một số Ýt các bộ chuyển đổi
Trang 17
O
P
T
I
C
A
L

S
W

I
T
C
H
D
E
M
U
X
WC
C
WC
WC
M
U
X
D
E
M
U
X
WC
C
WC
WC
M
U
X
bước sóng mà mỗi trong số đó được coi nh có các đặc tính đồng nhất và có thể
chuyển đổi bước sóng đầu vào bất kì tới bước sóng đầu ra bất kì ) . Băng này có

thể được truy nhập bởi bất kì lightpath tới bằng cấu hình thích hợp . Trong kiến
trúc này , chỉ có một số các bước sóng cần chuyển đổi là được qua trực tiếp
băng chuyển đổi . Các bước sóng được chuyển đổi sau đó được chuyển mạch
tới link đầu ra thích hợp bởi khoá quang thứ hai . Trong cấu trúc share-per-link
( hình 4(b) ) , mỗi link đầu ra được cung cấp một băng chuyển đổi có thể được
truy nhập chỉ bởi các lightpath đó qua link đầu ra có liên quan . Khoá quang
được cấu hình thích hợp để cho qua trực tiếp các bước sóng tới các link cụ thể ,
có qua chuyển đổi hoặc không .
(a) Cấu trúc khoá có khả năng chuyển đổi bước sóng shared-per-node
Trang 18
O
P
T
I
C
A
L

S
W
I
T
C
H
D
E
M
U
X
M

U
X
D
E
M
U
X
M
U
X
WC
O
S
W
(b)Cấu trúc khoá có khả năng chuyển đổi bước sóng shared-per-link

Hình 4 : Khoá cho phép chia sẻ các bộ chuyển đổi

Khi chuyển đổi bước sóng quang điện được sử dụng , chức năng chuyển đổi
bước sóng có thể được thực hiện tại các trạm truy nhập thay cho tại các khoá .
2 – CÁC VẤN ĐỀ THIẾT KẾ , ĐIỀU KHIỂN VÀ QUẢN LÍ MẠNG
2.1- THIẾT KẾ MẠNG
Thiết kế mạng phải tạo ra được sự kết hợp chuyển đổi bước sóng có hiệu
quả. Những nhà thiết kế mạng không chỉ chọn trong số các kĩ thuật chuyển đổi
thích hợp mà còn trong số các kiến trúc đã trình bày ở phần trước . Vấn đề
quan trọng trong thiết kế là phải vượt qua những hạn chế trong việc dùng kĩ
thuật chuyển đổi . Các hạn chế được đưa ra sau :
 Số bộ chuyển đổi bước sóng khả dụng hạn chế tại các nodes : Do các bộ
chuyển đỏi là đắt tiền nên việc trang bị chúng cho tất cả các nodes là
không kinh tế .Tác động của việc chỉ trang bị một số nodes mạng có

Trang 19
O
P
T
I
C
A
L

S
W
I
T
C
H
D
E
M
U
X
M
U
X
D
E
M
U
X
M
U

X
WC
WC
chuyển đổi bước sóng được xem xét nghiên cứu . Câu hỏi được đặt ra ở
đây là nên đặt chúng ở đâu là tói ưu ?
 Chia sẻ các bộ chuyển đổi : Nhận thấy là không đem lai hiệu quả kinh tế
trong việc trang bị tất cả các cổng đầu ra khả năng chuyển đổi bước sóng .
Việc thiết kế các kiến trúc khoá được đề xuất ở phần trước cho phép chia
sẻ các bộ chuyển đổi giữa các tín hiệu khác nhau tại khoá . Hiệu suất thực
hiện của các mạng kiểu này bão hoà khi số các bộ chuyển đổi tại khoá tăng
tuỳ thuộc vao ngưỡng nhất định . Vấn đề quan trọng ở đây là xác định sự
phụ thuộc của ngưỡng này trong thuật toán định tuyến được sử dụng và
xác suất nghẽn mong muốn .
 Chuyển đổi bước sóng dải hạn chế : Chuyển đổi bước sóng toàn quang dựa
trên trộn bốn sóng chỉ cung cấp khả năng chuyển đổi trong một dải hạn
chế NÕu dải bị hạn chế là k , thì bước sóng đầu vào là 
i
chỉ có thể được
chuyển đổi từ bước từ 
max(i-k,1)
tới 
min(i+k,N)
, trong đó N là số bước sóng
của hệ thống (chỉ số từ 1 tới N) . Các phân tích chỉ ra rằng các mạng có
các thiết bị kiểu này có thể so sánh được với các bước sóng được sử dụng
có khẩ năng chuyển đổi toàn dải dưới điều kiện nhất định .
Các kĩ thuật chuyển đổi bước sóng khác cũng có các hạn chế nhất định .
Một phần từ các kiến trúc khoá chuyển mạch có khả năng chuyển đổi bước
sóng và việc đặt chỗ tối ưu của chúng , có một vài kĩ thuật thiết kế khác được
đưa ra có khả năng thực thi . Các mạng được trang bị nhiều sợi quang trên mỗi

link được coi nh có nhiều tiềm năng trong mạng có khả năng chuyển đổi bước
sóng và được thừa nhận là chuyển đổi có khả năng thay thế được . Một vấn đề
quan trọng khác là thiết kế mạng có khả năng chuyển đổi bước sóng chống lỗi
được (fault-tolerant) . Mạng kiểu đó có thể dự trữ dung lượng trên các links để
kiểm soát được sự cố khi có lỗi link gây ra bởi sợi quang bị đứt . Các sự so
Trang 20
sánh định lượng cần được phát triển đối với mạng có thể chuyển đổi bước sóng
trong trường hợp kiểu đó
2.2-ĐIỀU KHIỂN MẠNG
Các thuật toán điều khiển là cần thiết trong mạng để quản lí được các nguồn
tài nguyên một cách có hiệu quả . Nhiệm vụ quan trọng của kĩ thuật điều khiển
là cung cấp các tuyến cho các yêu cầu lightpath trong khi tối đa tham sè mong
muốn của hệ thống nh là thông lượng . Các phác đồ định tuyến nh vậy có thể
được phân loại thành loại tĩnh hay động tuỳ thuộc vào liệu các yêu cầu
lightpath biết trước hay không :
1. Định tuyến động : Trong mạng quang định tuyến bước sóng , các yêu cầu
lightpath tới ngẫu nhiên giữa các cặp nguồn-đích . Các lightpaths này cần
được thiết lập động giữa các cặp nguồn đích bằng cách xác định tuyến
qua kết nối mạng từ nguồn tới đích và phân bổ bước sóng tự do theo path
này . Hai lightpath có chung nhau Ýt nhất một link không thể có chung
một bước sóng . Ngoài ra cùng một bước sóng phải được phân phối tới
path trên tất cả các links của nó . Đây chính là sự ràng buộc tính liên tục
của bước sóng. Tuy nhiên nếu tất cả các khoá trong mạng có chuyển đổi
bước sóng đầy đủ , mạng tương đương với mạng thoại chuyển mạch
kênh. Các thuật toán định tuyến được sử dụng trong các mạng có khả
năng chuyển đổi bước sóng . Thuật toán định tuyến gần giống chức năng
chi phí của tuyến nh là tổng các chi phí riêng lẻ phụ thuộc vào việc sử
dụng kênh và các bộ chuyển đổi bước sóng . Đối với mục đích này ,
graph phụ được tạo ra và thuật toán chọn đường ngắn nhất được áp dụng
vào graph để xác địng tuyến . Thuật toán với thời gian thực hiện tối ưu

có thể chứng minh được được cung cấp cho kĩ thuật kiểu này . Các thuật
toán được nghiên cứu sử dụng path cố định hay tuyến biết trước
(deterministic routing) . Trong phác đồ kiểu đó , có path cố định giữa
Trang 21
mỗi cặp nguồn đích trong mạng . Một vài heuristics RWA được thiết kế
dựa trên phân phối bước sóng cho lightpath theo path cho trước và các
lightpaths lựa chọn phong toả . Tuy nhiên , các thuật toán thiết kế tuyến
tối ưu mà có những giới hạn nh trên phần 2.1 đã đề cập tới vẫn còn là
vấn đề mở .
2. Định tuyến tĩnh : đối lập với bài toán định tuyến tĩnh được mô tả ở trên ,
bài toán định tuyến tĩnh RWA giả định rằng tất cả các lightpaths được
cài đặt trong mạng là biết trước ban đầu . Mục đích là tối đa tổng thông
lượng trong mạng nghĩa tổng số lightpaths được thiết lập đồng thời trong
mạng . Biên trên trong lưu lượng mang theo trên mỗi bước sóng đạt được
(đối với mạng có hay không có chuyển đổi bước sóng ) bằng cách giảm
bớt qui hoạch tuyến tính nguyên tương ứng . Một vài phương pháp dựa
trên heuristics được đề xuất cho việc giải bài toán RWA tĩnh trong mạng
không có chuyển đổi bước sóng .
2.3-QUẢN LÍ MẠNG
Các vấn đề nảy sinh trong quản lí mạng liên quan tới việc sử dụng sự chuyển
đổi bước sóng để thúc đẩy các hoạt động của các mạng con được quản lí bởi
những người điều khiển độc lập . Chuyển đổi bước sóng hỗ trợ sự phân bố các
chức năng điều khiển và quản lí mạng trong các mạng con bằng việc cho phép
các phân phối bước sóng linh hoạt bên trong mỗi mạng con . Nh trong hình 5
cho thấy , các quản trị mạng 1 , 2 và 3 quản lí các mạng con của họ và có thể sử
dụng chuyển đổi bước sóng cho việc liên lạc giữa các mạng con .
Trang 22
Hình 5 : Chuyển đổi bước sóng cho quản lí mạng phân tán
Trang 23
Subnetwork 2

λ
2
Subnetwork 3
λ
3
Subnetwork 1
λ
1
III - PHÂN LOẠI VÀ ỨNG DỤNG BÀI TOÁN RWA
TRONG PHÂN BỔ VÀ QUẢN LÝ LIGHTPATH
Có nhiều cách phân loại bài toán định tuyến và phân bổ bước sóng
(RWA). Căn cứ vào lưu lượng đến theo thời gian, có thể chia thành 2 trường
hợp khác nhau :
 Trường hợp tĩnh, là tất cả lưu lượng đã được biết trước và không có
lưu lượng nào được xem xét trong tương lai. Định tuyến tối ưu nói
chung sẽ tối ưu về chi phí. Trong thực tế có thể không cần thiết triển
khai, nâng cấp thêm hệ thống nhờ định tuyến tối thiểu số bước sóng chỉ
nằm trong dung lượng của hệ thống cũ. Trường hợp tĩnh phổ biến khi
định cỡ và thiết kế mạng WDM trong mét giai đoạn nhất định. Trong
trường hợp này bài toán RWA được gọi là thiết lập lightpath tĩnh (SLE-
Static Lightpath Establishment), hay trong quá trình định cỡ mạng bài
toán còn gọi là phân bổ lightpath.
 Trường hợp động, là các lightpath chưa biết trước. Trong trường hợp
lưu lượng động, việc thiết lập và giải phóng lightpath biến đổi theo thời
gian. Mục tiêu trong trường hợp lưu lượng động là thiết lập lightpath và
gán bước sóng theo cách tối thiểu tổng số kết nối tắc nghẽn hoặc tối đa
số các kết nối được thiết lập trong mạng tại bất cứ thời điểm nào.
Nhiệm vụ của định tuyến là phải tối đa thời gian khai thác trước khi
triển khai thêm hệ thống mới hay tránh sắp xếp lại mạng với quy mô
lớn (tránh việc phân mảnh lưu lượng trên mạng). Trường hợp này phổ

Trang 24
biến khi không có dự báo lưu lượng cụ thể hay độ biến động lưu lượng
theo thời gian lớn. Bài toán này còn gọi là bài toán thiết lập lightpath
động (DLE- Dynamic Lightpath Establishment). Trong quá trình khai
thác mạng, khi có nhu cầu thiết lập lightpath mới với điều kiện không
ảnh hưởng đến lightpath đã thiết lập, bài toán RWA động cũng đựơc áp
dụng trong quá trình quản lý lightpath.
 Lập quy hoạch và khai thác mạng quang thực tế sẽ bao gồm cả hai
trường hợp tĩnh và động như trên. Trong tương lai, các thuật toán RWA
thực sự động (thời gian thiết lập <sec) được sử dụng trong thiết lập,
điều khiển lightpath cần có khả năng thực hiện trực tuyến và theo cơ
chế phân tán tại từng nút mạng, đặc biệt cần thiết khi tích hợp nền điều
khiển dựa trên chuyển mạch đa giao thức tổng quát GMPLS.
 Bài toán SLE có thể được giải như là qui hoạch tuyến tính nguyên, nó
là bài toán NP-đầy đủ. Để giải bài toán dễ dàng hơn, bài toán SLE có
thể chia thành 2 bài toán nhỏ – (1) định tuyến, (2) gán bước sóng – mỗi
bài toán này giải theo những cách khác nhau. Một số thuật toán trong
đưa ra các thuật toán gần đúng để giải bài toán SLE và các thuật toán tô
màu đồ thị được dùng để gán các bước sóng các lightpath khi đã được
định tuyến. Việc giải các bài toán thiết lập lightpath động là khó hơn,
các phương pháp heuristic thường được dùng. Phương pháp heuristic
thực hiện cho cả hai bài toán định tuyến và gán bước sóng.
1 - BÀI TOÁN THIẾT LẬP LIGHTPATH TĨNH (STATIC LIGHTPATH
ESTABLISHMENT)
Trong phần này ta mô tả bài toán định tuyến và gán bước sóng RWA tĩnh,
cũng được gọi là bài toán thiết lập lightpath tĩnh SLE (Static Lightpath
Establishment). Trong bài toán SLE, các yêu cầu lightpath được biết trước
Trang 25