giải pháp điều khiển nghẽn trong mạng chuyển mạch burst quang bằng phương pháp lệch hướng đi

Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010
211
GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN NGHẼN TRONG MẠNG CHUYỂN MẠCH
BURST QUANG BẰNG PHƯƠNG PHÁP LỆCH HƯỚNG ĐI
CONTENTION BASED LIMITED DEFLECTION ROUTING PROTOCOL IN
OPTICAL BURST SWITCHED NETWORK

SVTH: Mai Thị Kim Liên, Nguyễn Đặng Phước Lâm
Lớp 05DT1, Khoa Điện tử Viễn thông, Trường Đại học Bách khoa
GVHD: TS Tăng Tấn Chiến
Khoa Điện tử Viễn thông, Trường Đại học Bách Khoa

TÓM TẮT
Định tuyến lệch hướng là một phương pháp được dùng để giải quyết nghẽn trong mạng
chuyển mạch burst quang. Mục đích của bài báo này là đưa ra một giải pháp hạn chế nghẽn bằng
phương pháp định tuyến làm lệch hướng đi. Tại node trung gian nếu nghẽn xảy ra thì gói tin điều
khiển sẽ được định tuyến để truyền đi trên một đường khác, như vậy tránh được hiện tượng mất
dữ liệu và xác suất suy hao của chùm được giảm đi đáng kể. Kết quả mô phỏng dưới đây sẽ cho
ta một giải pháp giảm sự mất burst đến mức thấp và cải thiện chất lượng đường truyền.
ABSTRACT
Deflection routing is one of main solutions which are used for resolving the burst
contentions. The purpose of this paper proposed a contention limited solution based on deflection
routing protocol. At the intermediate node if contention occurs, the packet can get routed to
transmit to the another destination. Therefore it can avoid the loss of the data burst and reduce the
consume probability of burst. The simulation results showed that the propsed method can decrease
the burst loss probability in the low and medium traffic loads and also improve the link utilization.
1. Đặt vấn đề
Các gói IP khi đến nút biên của mạng OBS sẽ được kết hợp lại thành chùm dữ liệu
(DP). Sau một khoảng thời gian hoặc khi đạt đến độ dài nhất định, chùm sẽ được tạo ra tại
nút biên cùng với gói điều khiển chùm (BCP). BCP sẽ được gởi đi trước DB và được xử lý
điện tử tại các nút trung gian để đặt trước tài nguyên cho DB. Sau khi BCP đã đặt trước

bước sóng trên toàn tuyến từ nguồn đến đích thì DB sẽ được phát đi. Mạng chuyển mạch
burst quang cung cấp sự truyền dẫn phi kết nối nên có khả năng burst sẽ tranh chấp với
một burst khác tại các node trung gian. Có 4 phương pháp cơ bản giải quyết nghẽn đó là:
đệm bằng đường dây trễ quang, chuyển đổi bước sóng, phân đoạn chùm và định tuyến lệch
hướng. Đối với phương pháp định tuyến lệch hướng, các chùm bị xung đột sẽ được gởi tới
liên kết ra khác của nút và sau đó được định tuyến qua một tuyến khác để đến đích.
2. Thuật toán định tuyến lệch hướng
2.1. Cơ sở lý thuyết
Làm lệch hướng đi là một phương pháp giải quyết nghẽn bằng việc định tuyến một
chùm tranh chấp đến một ngõ ra khác so với ngõ ra theo dự kiến. Tuy nhiên chùm lệch
hướng có thể đến đích theo một tuyến dài hơn. Vì vậy có thể xảy ra trễ đầu cuối – đầu cuối
Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010
212
của một chùm. Làm lệch hướng đi không được khả thi trong mạng chuyển mạch điện vì
khả năng lặp và phân tán chùm.

Hình 1. Cấu trúc của mạng OBS với kỹ thuật làm lệch hướng đi
Trong khi xử lí gói điều khiển để truyền đi chùm trên tuyến chính, nếu chùm cảm
thấy nghẽn thì một gói điều khiển khác được bắt đầu từ nút nghẽn trung gian và chùm
được truyền qua một tuyến lựa chọn từ nút trung gian đó.Có nhiều yếu tố để quyết định
định tuyến, trước hết nó xác định có lựa chọn tuyến cho một chùm được hay không hay
loại bỏ và thực hiện gửi lại từ nút nguồn.
2.2. Phương pháp định lệch hướng đi
Phương pháp định tuyến lệch hướng đi
trong OBS bao gồm các bước được miêu tả
như trong hình 2
Bước 1: Nút nguồn truyền đi một gói điều
khiển.
Bước 2: Nút trung gian xử lí gói điều khiển và
cố gắng dành trước một kênh hoạt động cho

chùm.
Bước 3: Nút nguồn truyền đi chùm sau một
khoảng offset.
Bước 4: Nếu tại một nút không có kênh ngõ ra
nào hiệu lực cho chùm, trước hết nó kiểm tra có
phải nút hiện tại là nguồn hay không. Nếu nút
hiện tại là nút nguồn thì định lệch hướng không
thực hiện. Thay vì đó, sau khi đợi một khoảng
thời gian, nguồn truyền lại gói điều khiển rồi
sau đó chùm được truyền đi. Nếu nút hiện tại là
nút trung gian thì chuyển sang bước 5.
Bước 5: Nút hiện tại được xem như là một nút
trung gian. Vì vậy nút hiện tại tính toán thông
số thể hiện và thực hiện kiểm tra dựa trên
những thông số đó. Do vậy nó quyết định có làm lệch hướng hay là loại bỏ và thông báo
cho nguồn thực hiện truyền lại. Nếu quyết định là làm lệch hướng đi, thì tuyến chọn lựa
Đặt trước
Tranh chấp
Nguồn
kiểm tra
Thực hiện kiểm
tra định lệch
hướng ?
Gửi gói điều khiển
trên tuyến chọn lựa
của chùm đặt trước
Nút Nguồn Nút trung gian
Gói điều khiển OAM
Gói điều
khiển

chùm
Có

Không
Không
Có
Quản lí DB của
router rìa
Quản lí DB của
router rìa
Gói điều khiển OAM
Retry
Sender
truyền
lại
Hình 2. Phương pháp định lệch hướng
Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010
213
được chọn trong DRT. Tuy nhiên, nếu không có tuyến nào có hiệu lực trong DRT thì nút
hiện tại loại bỏ chùm và gửi bản tin NACK đến nguồn để truyền lại từ nguồn.
2.3. Cấu trúc kiểm tra
Đưa ra cấu trúc kiểm tra để quyết định có nên loại bỏ hay thực hiện làm lệch hướng
hay không.
C
h
(count hop)=
dc
Njj
jj
Nii

ii
xx
1,
1,
1,
1,
(1)

1,ii
x
là một giá trị nhị phân phù hợp liên kết (i, i+1) giữa nút i và nút kế tiếp i+1.
Đưa ra quyết định:
 Nếu C
h

0
, làm lệch hướng đi chùm.
 Nếu khác thì loại bỏ chùm.
Nếu số lượng nút trên tuyến chính từ nguồn s đến nút nghẽn c lớn hơn từ nút nghẽn
c đến nút đích d, điều đó thì C
h

0
, thực hiện làm lệch hướng để giải quyết tranh chấp.
Ngược lại chùm sẽ bị loại bỏ.
Công thức (1) được sử dụng để nhằm đạt được mục đích:
 Tài nguyên mạng được tiết kiệm và cải tiến chùm bằng việc định lệch hướng
đi nếu nút nghẽn gần nút đích và truyền lại nếu nút nghẽn gần nút nguồn.
 Giảm bớt việc xử lí tải và mào đầu (thời gian và tài nguyên đặt trước bởi
những gói điều khiển).

Cấu trúc kiểm tra để thõa
b
:

1
1
1,
11lglg
d
i
iib
bbC
,
d
Nii 1,
(2)
Với
b
là tốc độ chặn có thể chịu được từ đầu cuối – đầu cuối trên một tuyến.
Đưa ra quyết định:
 Nếu C
b

0
, làm lệch hướng đi chùm.
 Nếu khác thì loại bỏ.
Ở đây
1,ii
b
thể hiện khả năng (xác suất) tranh chấp giữa nút i và i+1. Mong muốn

lựa chọn tuyến với xác suất tranh chấp nhỏ để giảm mức độ suy hao chùm và mức độ bị
chặn trong mạng.
Đưa ra hai quyết định:

khác ,0
0C trigiánêu ,1
h
h
Q
(3)

*
2b
*
1b
*
2
*
1
Cnêu ,
Cnêu ,
bnêu ,1
bM
bM
bC
Q
b
b
(4)
Hay Q

t
=w
h
Q
h
+Q
b
(5)
Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010
214
Ở đây w
h
<<M là trọng lượng số nút liên quan đến tốc độ suy hao chùm. Kết hợp cấu
trúc kiểm tra ta có được:

khác ,0
1Qnêu ,1
t h
t
w
C
(6)
Định lệch hướng được thực hiện nếu C
t
=1
Công thức tính lưu lượng nguồn và xác suất của chùm suy hao

L
C
n

3
0
10
(7)

L
C
N
s
3
10
(8)
Ta có thể điều chỉnh
1
0
ni
ở mẫu số công thức 3.20 để khoảng
i
mà hệ thống
cần thiết ở trạng thái i cho chùm làm trễ vượt quá B ms.

1
00
nini
L
BC
i
,
1
0

ni
(9)

ini
i
i
n
p
(10)
Xác suất chùm suy hao:

n
ni
i
iL
i
epP
1
0
(11)
2.4. Kết quả mô phỏng và đánh giá
Theo hình 3, xác suất chùm suy hao trong phương pháp làm lệch hướng đi được
giảm nếu tăng giá trị FDL. Với FDL=50ms thì xác suất chùm suy hao nhỏ hơn FDL=10ms
và không FDL. Việc khắc phục nghẽn trong mạng đạt hiệu quả cao nếu sử dụng phương
pháp làm lệch hướng đi kết hợp với FDL lớn. Nguyên nhân là do khi sử dụng FDL, lưu
lượng burst của nhiều nguồn khác nhau sẽ tác động qua lại, làm cho sự tương quan về thời
gian biểu hiện rõ ràng hơn.

Hình 3. Kết quả thu được
Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010

215
3. Kết luận
Trong mạng OBS, việc giải quyết sự cố trong mạng khi lưu lượng đưa vào mạng
quá lớn rất cần thiết khi mạng hoạt động, nội dung bài báo này đã nêu lên một cách giải
quyết khả thi bằng thuật toán làm lệch hướng đi của chùm khi nghẽn xảy ra tại một nút
trung gian trong mạng. Thuật toán đưa ra giải pháp điều khiển nghẽn khắc phục những sự
cố xảy ra đối với mạng, đạt hiệu quả cao và chi phí mạng tương đối thấp. Chúng ta cũng
đưa ra được một số kết quả quan trọng biểu thị bản chất của node biên cũng như node
trung gian. Các kết quả này rất có ích trong việc nghiên cứu sự biến thiên của xác suất
chùm suy hao khi các thông số hệ thống và lưu lượng thay đổi.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] C.Qiao and M.Yoo (1999), “Optical burst switching (OBS) – a new paradigm for an
optical internet”, Journal of High Speed Networks, vol.8, pp.69–84, March.
[2] S.Lee, K.Sriram, H.Kim, J.Song (2003), “Contention-based Limited Deflection
Routing in OBS Networks”, Proceedings of IEEE Globecom, vol.5, pp.2633-2637,
San Francisco, USA, December.
[3] Jason P.Jue, Vinod M.Vokkarane, “Optical burst switched network”, optical networks
series, Springer; 2005.
[4] Klaus Dolzer, Christoph Gauger, Jan Spath and Stefan Bodamer; “Evaluation of
Reservation Mechanisms in Optical Burst Switching”, AEU International Journal of
Electronics and Communications; 2001.
[5] [Trần Quang Vinh, Vũ Mỹ Hằng, “Kiến trúc mạng chuyển mạch burst quang”.
[6] ThS Nguyễn La Giang,“Chuyển mạch chùm quang OBS: một giải pháp cho mạng
đường trục internet thế hệ sau” tạp chí Bưu chính Viễn thông và Công nghệ Thông tin.