Đánh giá giải thuật định tuyến và gán bước sóng trong mạng cáp quang

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------NGUYỄN ĐÌNH MINH

ĐÁNH GIÁ GIẢI THUẬT ĐỊNH TUYẾN VÀ GÁN BƢỚC SÓNG
TRONG MẠNG CÁP QUANG

Chuyên ngành : Công nghệ thông tin

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC :
TS. TRƢƠNG DIỆU LINH

Hà Nội – 2014


Lời cam đoan
Tôi – Nguyễn Đình Minh - cam kết luận văn này là công trình nghiên cứu của bản thân tôi
dƣới sự hƣớng dẫn của TS.Trương Diệu Linh.
Các kết quả nêu trong luận văn là trung thực, không phải là sao chép toàn văn của bất kỳ
công trình nào khác.


LỜI CẢM ƠN

Với lòng kính trọng và sự biết ơn sâu sắc, tôi xin được bày tỏ lời cảm ơn tới cô Tiến sĩ Trương Diệu Linh - người đã tận tâm dìu dắt, hướng dẫn, chỉ dạy những
kiến thức quý báu đồng thời tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn
này.
Xin được chân thành cảm ơn các thầy, cô trường Đại học Bách Khoa Hà Nội,

đặc biệt là các thầy cô Viện Công nghệ thông tin và Truyền thông. Đồng thời, xin
được gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các thầy cô và các bạn trong bộ môn Truyền thông
và Mạng máy tính đã cùng giúp đỡ, hỗ trợ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và
thực hiện luận văn này.
Con xin dành lời cảm ơn sâu nặng nhất tới bố mẹ, gia đình - những người đã
luôn khích lệ, động viên, dìu dắt con suốt con đường dài.

Hà Nội, tháng 3 năm 2014

Nguyễn Đình Minh

3


Mục Lục
Danh mục các ký hiệu các chữ viết tắt ........................................................................... 5
Danh mục các bảng ........................................................................................................ 6
Danh mục hình vẽ và đồ thị............................................................................................ 7
PHẦN MỞ ĐẦU ............................................................................................................. 8
PHẦN I. ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ ĐỊNH HƯỚNG GIẢI PHÁP ........................................... 9
Chƣơng 1.
1.
2.
3.

Giới thiệu về mạng cáp quang, bài toán định tuyến và gán bƣớc sóng ........9

Giới thiệu về mạng cáp quang .............................................................................................. 9
Bài toán định tuyến và gán bƣớc sóng ................................................................................ 10
Định tuyến và gán bƣớc sóng đảm bảo tính chịu lỗi ............................................................ 12

Chƣơng 2.

Bài toán đặt ra với luận văn......................................................................... 14

Chƣơng 3.

Một số phƣơng pháp giải quyết bài toàn định tuyến và gán bƣớc sóng. .... 15

1.
2.
3.

Các bài toán kinh điển ........................................................................................................ 15
Các giải thuật heuristic ....................................................................................................... 19
Giải quyết bài toán bằng phƣơng pháp quy hoạch tuyến tính. ............................................. 22

PHẦN II. CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC ....................................................................... 25
Chƣơng 1.
1.
2.

Chƣơng 2.
1.
2.
3.

Giải bài toán với giải thuật Suurballe + First Fit ........................................ 25

Giải thuật ........................................................................................................................... 25

Môi trƣờng thử nghiệm. ..................................................................................................... 28

Thử nghiệm và so sánh kết quả đạt đƣợc giữa 2 phƣơng pháp .................. 29

Tạo bộ dữ liệu mẫu. ........................................................................................................... 29
Thử nghiệm chƣơng trình với bộ dữ liệu mẫu. .................................................................... 31
Ƣu và nhƣợc điểm của các phƣơng pháp. ........................................................................... 35

KẾT LUẬN ................................................................................................................... 36
Tài liệu tham khảo ........................................................................................................ 37

4


1. Danh mục các ký hiệu các chữ viết tắt
Từ viết tắt
WDM

Từ đầy đủ

Wavelength Division Muliplexing

RWA

Routing Wavelength Assignment

OLT

Optical Line Terminal

OADM

Optical Add – Drop Multiplexer

OXC

Optical Crossconnect

SLE

Static Lightpath Establishment

DLE

Dynamic Lightpath Establishment

ILP

Integer Lightpath Programming

OPL

Optimization Programming Language

5


2. Danh mục các bảng
Bảng 1: File dữ liệu đầu ra của bộ tạo dữ liệu ngẫu nhiên ...................................29
Bảng 2: Mẫu dữ liệu 1 ..........................................................................................30

Bảng 3: Mẫu dữ liệu 2 ..........................................................................................30
Bảng 4: Mẫu dữ liệu 3 ..........................................................................................31
Bảng 5: File dữ liệu đầu vào của chương trình OPL.............................................31
Bảng 6: Kết quả thử nghiệm mẫu 1 .......................................................................32
Bảng 7: Kết quả thử nghiệm Tập 1 của mẫu 1 ......................................................33
Bảng 8: Kết quả thử nghiệm với mẫu 2 .................................................................34
Bảng 9: Kết quả thử nghiệm với mẫu 3 .................................................................35

6


3. Danh mục hình vẽ và đồ thị
Hình 1: Giải thuật suurballe .................................................................................18
Hình 2: Sơ đồ giải thuật Suurballe và First Fit .....................................................27

7


4. PHẦN MỞ ĐẦU
Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ và rộng khắp của internet, nhiều dịch vụ
đa phƣơng tiện ra đời đòi hỏi hạ tầng mạng phải cung cấp băng thông và chất lƣợng dịch
vụ cao hơn. Với những hạn chế nhất định, mạng cáp đồng chỉ đáp ứng đƣợc phần nào yêu
cầu của các dịch vụ. Mạng cáp quang (Fiber-Optic Network) ra đời có thể giải quyết
đƣợc vấn đề này và ngày càng đƣợc sử dụng rộng rãi đặc biệt trong lĩnh vực trục đô thị.
Việc xây dựng hạ tầng truyền dẫn dựa trên nền tảng hạ tầng cáp quang là lựa chọn bắt
buộc trong khai thác dịch vụ băng thông rộng.
Việc quy hoạch nhằm khai thác tối đa hiệu quả đầu tƣ trên một nền cáp trục đã có
là mục tiêu của bài toán định tuyến logic và gán bƣớc sóng. Trong đồ án tôi đã tìm hiểu
về các giải pháp giải quyết bài toán định tuyến và gán bƣớc sóng tối đa trên topo vậy lý
cho trƣớc với ít tài nguyên nhất sao cho mạng có khả năng chịu lỗi. Mục tiêu đặt ra của

luận văn không những chỉ là định tuyến và gán bƣớc sóng đạt tối đa số yêu cầu đồng thời
mạng có khả năng sống sót sau lỗi, mà còn đặt ra mục tiêu tối thiếu hóa tài nguyên sử
dụng trên mạng. Việc tối thiếu hóa tài nguyên trong luận văn là tối thiếu hóa tổng số
bƣớc sóng sử dụng trên cách liên kết. Trong quá trình thực hiện bài toán tôi đã:
 Tìm hiểu về mạng quang học thế hệ mới và bài toán định tuyến, gán bƣớc sóng có
tính toán đến khả năng chịu lỗi với yêu cầu đầu vào là một mạng Topo vậy lý cho
trƣớc.
 Tìm hiều một số giải pháp trƣớc đây để giải quyết bài toán, trong đó có giải thuật
kinh điển và heuristic.
 Thử nghiệm bài toán với giải pháp quy hoạch tuyến tính để tìm lời giải chính xác
 Cài đặt và thử nghiệm giải pháp sử dụng giải thuật Suurballe + First Fit để giải
quyết bài toán trên.
 So sánh và đánh giá kết quả thu đƣợc từ hai giải thuật trên.
Trong quá trình thực hiện luận văn, tôi một lần nữa xin cảm ơn TS. Trƣơng Diệu Linh,
các thầy cô trong Viện Công nghệ thông tin và truyền thông đã tận tình chỉ bảo và hƣớng
dẫn để tác giả hoàn thành luận văn. Do thời gian thực hiện luận văn không nhiều, nên
mặc dù có nhiều cố gắng nhƣng vẫn không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong hội
đồng và các bạn quan tâm đến luận văn đóng góp để tác giả rút kinh nghiệm và hoàn
thiện luận văn hơn. Xin chân thành cảm ơn!

8


PHẦN I. ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ ĐỊNH HƢỚNG GIẢI PHÁP
Chƣơng 1. Giới thiệu về mạng cáp quang, bài toán định tuyến và gán
bƣớc sóng
1. Giới thiệu về mạng cáp quang
a. Cáp quang và mạng cáp quang
Nhở kết quả hoạt động nghiên cứu và phát triển cƣờng độ cao trong những năm
1970, hiện nay công nghệ truyền dẫn quang đang đƣợc sử dụng rộng rãi trên toàn thế

giới. Sợi quang có nhiều ƣu điểm vƣợt trội so với cáp đồng:
-

-

Băng thông truyền dẫn lớn.
Sợi quang nhỏ, nhẹ, không suyên âm, dễ dàng lắp đặt
Sợi quang chế tạo từ các chất điện môi phi dẫn, tín hiệu truyền là tín hiệu
quang học nên chúng không bị chịu ảnh hƣởng từ các loại nhiễu điện từ.
Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất sợi quang là cát và chất dẻo nên kinh tế hơn
cáp đồng. Giá thành sợi quang sẽ giảm nhanh một khi công nghệ mới đƣợc
áp dụng
Độ an toàn và bảo mật cao, tuổi thọ dài và khả năng đề kháng với môi trƣờng
cũng là những ƣu điểm vƣợt trội của tuyền dẫn trên sợi quang so với truyền
dẫn trên cáp đồng.

Mạng quang sử dụng cáp quang là môi trƣờng truyền dẫn bởi vậy nó đáp ứng nhu
cầu về truyền dẫn tải dữ liệu, truy cập tốc độ cao với băng thông rộng. So với dịch vụ
cáp đồng thì cáp quang vƣợt trôi hơn rất nhiều, hiệu quả sử dụng trên giá thành có thể
nói là rẻ.
Mạng cáp quang đƣợc phát triển qua thế hệ thứ nhất SONET/SDH hoạt động theo
cơ chế chuyển mạch kênh, dùng công nghệ TDM cho phép cung cấp các kênh truyền
dễ có băng thông cố định và độ tin cậy cao.
Mạng quang ngày nay đang chuyển sang thế hệ thứ hai trong đó tín hiệu là tín hiệu
quang cả trên liên kết và trên nút mạng. Vì vậy, mạng thế hệ thứ hai đƣợc gọi là mạng
toàn quang (hay mạng WDM). Mạng toàn quang loại bỏ quá trình xử lý tín hiệu điện
với các thiết bị chuyển đổi quang điện khỏi mạng nhờ vậy chi phí thiết bị giảm đi rất
nhiều. Tuy nhiên, chi phí để triển khai một mạng toàn quang lớn hơn nhiều so với
triển khai một mạng cáp đồng.

9


b. Công nghệ WDM
Ghép kênh theo bƣớc sóng WDM (Wavelenghth Devison Multiplexing) là công
nghệ trong một sợi quang truyền dẫn đồng thời nhiều tín hiệu quang với nhiều bƣớc
sóng khác nhau. Ở đầu phát nhiều tín hiệu quang có bƣớc sóng khác nhau đƣợc tổng
hợp lại (ghép kênh) để truyền trên sợi quang. Ở đầu thu tín hiệu tổ hợp đó đƣợc phân
giải ra (tách kênh), khôi phục lại các tín hiệu gốc.
Sử dụng công nghệ WDM nhằm mục đích tận dụng băng tần truyền dẫn rất lớn
của sợi quang bằng cách truyền đồng thời nhiều kênh bƣớc sóng trên cùng một sợi
quang. Công nghệ này cho phép tận dụng hữu hiệu nguồn tài nguyên băng thông
rộng, nâng cao băng thông truyền dẫn toàn hệ thống, đồng thời hạ giá thành của kênh
dịch vụ.
Thực tế nghiên cứu và triển khai WDM đã rút ra đƣợc những ƣu nhƣợc điểm của
công nghệ WDM nhƣ sau:
- Ƣu điểm của công nghệ WDM :
o Tăng băng thông truyền trên sợi quang tƣơng ứng với số bƣớc sóng đƣợc
ghép vào để truyền trên sợi quang.
o Tính trong suốt - do công nghệ WDM thuộc kiến trúc lớp mạng vật lý nên
nó có thể hỗ trợ các định dạng số liệu và thoại nhƣ: chuyển mạch kênh,
ATM, Gigabit Ethernet, ESCON, IP ...
o Khả năng mở rộng - những tiến bộ trong công nghệ WDM hứa hẹn tăng
băng thông truyền dẫn trên sợi quang lên đến hàng Tbps, đáp ứng nhu cầu
mở rộng mạng ở nhiều cấp độ khác nhau.
- Nhƣợc điểm của công nghệ WDM :
o Vẫn chƣa khai thác hết băng tần hoạt động rất rộng của sợi quang.
o Quá trình khai thác, bảo dƣỡng phức tạp hơn gấp nhiều lần.

2. Bài toán định tuyến và gán bƣớc sóng

Bài toán định tuyến và gán bƣớc sóng đƣợc biết đến với tên Routing and
Wavelength Assignment (RWA). Vấn đề định tuyến và gán bƣớc sóng đáp ứng tối đa
các yêu cầu đồng thời tiết kiệm chi phí và có khả năng thích ứng với sự thay đổi trong
tƣơng lai là vấn đề đƣợc nghiên cứu rất nhiều trong thời gian gần đây.

10


Bài toán RWA bao gồm 2 thành phần định tuyến và gán bƣớc sóng:
 Định tuyến - nhiệm vụ của định tuyến là xác định đƣờng đi giữa nguồn
và đích của một hay nhiều cặp yêu cầu.
 Gán bƣớc sóng - nhiệm vụ của gán bƣớc sóng là xác định bƣớc sóng
phù hợp cho đƣờng đi đã đƣợc xác định ở bƣớc định tuyến. Một đƣờng
đi sau khi đã đƣợc gán bƣớc sóng thì trở thành một lightpath

Để giảm độ phức tạp cho bài toán RWA việc định tuyến và gán bƣớc sóng
thƣờng đƣợc thực hiện riêng biệt. Việc giải hai bài toán này đồng thời sẽ đem lại kết
quả tối ƣu hơn nhƣng đây là bài toán NP-đầy đủ nên khó có thể có lời giải chính xác.
Việc giải quyết bài toán không phải chỉ thực hiện thiết lập đƣợc toàn bộ số yêu
cầu, mà còn dựa trên một số các tiêu chí khác ảnh hƣởng đến hoạt động của mạng
nhƣ: băng thông tối đa của cáp, băng thông yêu cầu định tuyến, khả năng sống sót
chịu lỗi của mạng... việc đƣa các thành phần này vào mục tiêu bài toán sẽ đƣợc trình
bày trong các phần sau của luận văn.
Bài toán định tuyến và gán bƣớc sóng trên mạng quang cần phải đáp ứng một số
điều kiện. Mỗi liên kết có thể cho phép truyền tối đa W kênh hoặc W bƣớc sóng khác
nhau. Đối với các mạng không có bộ converter ( bộ chuyển đổi bƣớc sóng) thì việc
gán bƣớc sóng cần thỏa mãn các điều kiện sau:
- Điều kiện liên tục của bước sóng- một kết nối lightpath chỉ sử dụng một bƣớc
sóng trên tất cả các liên kết của nó.
- Điều kiện về tính riêng biệt của tất cả cá bước sóng - tất cả các lightpath đi

qua cùng một liên kết cần phải đƣợc gán những bƣớc sóng khác nhau, tức là
không có bƣớc sóng nào trên một link đƣợc dùng chung cho 2 lightpath.
Bài toán RWA có thể đƣợc phân thành 2 dạng:
- Bài toán tĩnh - Static Lightpath Establishment (SLE). Trong mô hình này,
toàn bộ các yêu cầu kết nối đƣợc biết trƣớc. Nhiệm vụ là xây dựng bảng định

11


tuyến đáp ứng tối đa các yêu cầu kết nối và băng thông, đồng thời tối thiểu số
lƣợng bƣớc sóng cần sử dụng.
- Bài toán động - Dynamic Lightpath Establishment (DLE). Với mô hình này
các lightpath chỉ đƣợc thiết lập tại thời điểm có yêu cầu kết nối và sẽ đƣợc
giải phóng sau 1 thời gian nào đó. Định tuyến động cố gắng giải quyết vấn đề
bằng việc xây dựng bảng định tuyến một cách tự động, dựa vào những thông
tin đƣợc giao thức định tuyến cung cấp, và cho phép mạng hành động gần nhƣ
tự trị trong việc ngăn chặn mạng bị lỗi và nghẽn.

Định tuyến động chiếm ƣu thế trên lớp IP. Tuy nhiên đối với mạng WDM, do giới
hạn khả năng xử lý của các chuyển mạch và bộ định tuyến quang học, định tuyến tĩnh
đƣợc sử dụng chủ yếu.
3. Định tuyến và gán bƣớc sóng đảm bảo tính chịu lỗi
Một mạng quang học đƣợc coi là có khả năng sống sót nếu mỗi khi xảy ra một
lỗi bất kỳ nhƣ đứt cáp, các luồng dữ liệu trong mạng vẫn đƣợc đảm bảo vận chuyển
đến đích. Để đảm bảo đƣợc tính sống sót này, khi thiết kế cũng nhƣ khi định tuyến
chúng ta cần tính đến đƣờng đi dự phòng cho các luồng dữ liệu. Khi có sự cố xảy ra
các luồng dữ liệu đƣợc di chuyển sang đƣờng dự phòng.
Mạng cáp quang có những đặc tính nổi bật nhƣ băng thông lớn có thể lên tới
hàng Tbytes. Đi kèm với nó là nguy cơ mất mát thông tin cực lớn khi có sự cố xảy ra
trên đƣờng dây hoặc thiết bị gặp vấn đề.

Trong hầu hết các trƣờng hợp, lỗi trên mạng quang thƣờng phát sinh do con
ngƣời, chẳng hạn cắt nhầm cáp, thực hiện lắp đặt sai. Ngoài ra có các lỗi xảy ra trên
các thiết bị trong mạng, nhƣ trục trặc trên các bộ converter, các OLT hoặc bộ điều
khiển. Tuy nhiên, lỗi phổ biến nhất xảy ra trên mạng cáp quang là đứt cáp.
Chính vì vậy, khi tính toán thiết kế một hệ thống mạng quang, việc đảm bảo tính
chịu lỗi cho hệ thống đặc biệt là đứt cáp luôn cần tính đến. Có 2 phƣơng pháp cơ bản
là dự phòng và khôi phục lỗi. Phƣơng pháp chống lỗi xây dựng các đƣờng hoặc các
link dự phòng cho các lightpath yêu cầu, đồng thời cũng có gán các bƣớc sóng dự trữ

12


cho các link này, trong khi phƣơng pháp phục hồi sẽ thực hiện tìm định tuyến và gán
bƣớc sóng động cho lightpath dự phòng khi có lỗi đã xảy ra trên mạng.
Nhìn chung, phƣơng pháp dự phòng cho phép khả năng bảo vệ hệ thống mạng.
Thời gian phục hồi sự cố là nhanh do chỉ cần chuyển mạch để khởi động đƣờng đi dự
phòng. Còn ƣu điểm của phƣơng pháp khôi phục là tận dụng tối đa nguồn tài nguyên
của hệ thống, nhƣng thời gian phục hồi hệ thống có thể lâu hơn tùy thuộc vào trạng
thái của mạng, quyết định lựa chọn đƣờng đi và bƣớc sóng.
Khi thực hiện bảo vệ cho các lightpath trên mạng sử dụng phƣơng pháp dự
phòng, ta có thể thực hiện bảo vệ trên các liên kết riêng biệt hoặc bảo vệ trên các
đƣờng. Đối với mỗi đƣờng hoặc liên kết dự phòng đƣợc thiết lập, các đƣờng hoặc liên
kết này có thể đƣợc thành lập dành riêng – phƣơng pháp bảo vệ dành riêng, hoặc các
đƣờng này đƣợc thiết lập nhƣng có thể chia sẻ - bảo vệ chia sẻ. Mặc dù phƣơng pháp
chia sẻ cho phép tận dụng nguồn tài nguyên của mạng hơn, nhƣng hệ thống cần tính
toán nhiều hơn, từ việc chia sẻ các đƣờng dự phòng sao cho hiệu quả, đến việc khi lỗi
xảy ra trên hệ thống, một đƣờng dự phòng không bị kích hoạt trùng thay thế cho các
đƣờng làm việc khác nhau.

13

Chƣơng 2.

Bài toán đặt ra với luận văn

Bài toán.
- Cho trƣớc một topo vật lý là đồ thị có hƣớng G gồm.





-

N :Tập hợp các nút trong mạng
L : Tập các cạnh trong mạng
W: Tập tất cả các bƣớc sóng tôi đa trên cạnh liên kết.
M: Ma trận thông lƣợng M là các danh sách yêu cầu dƣới dạng
𝑠, 𝑑, 𝑏𝑤 𝑠𝑑 với mỗi đỉnh s và d trong mạng, trong đó s là đỉnh nguồn của
yêu cầu, d là đỉnh đích của yêu cầu, 𝑏𝑤 𝑠𝑑 là băng thông đƣợc yêu cầu,
một đơn vị băng thông yêu cầu là một bƣớc sóng. Nói cách khác M =
{ 𝑠, 𝑑, 𝑏𝑤 𝑠𝑑 , ∀ 𝑠, 𝑑 ∈ 𝑁}

Yêu cầu đặt ra.
 Gán bƣớc sóng tối ƣu chỗ mỗi yêu cầu 𝑠, 𝑑, 𝑏𝑤 𝑠𝑑 , mỗi yêu cầu phải có
một đƣờng làm việc và một đƣờng dự phòng không có cạnh chung.
 Tối thiểu hóa tổng bƣớc sóng sử dụng trên các liên kết.

14

Chƣơng 3. Một số phƣơng pháp giải quyết bài toàn định tuyến và gán
bƣớc sóng.
Bài toán định tuyến và gán bƣớc sóng cho mạng quang là một bài toán khó đã đƣợc
đặt vấn đề và nghiên cứu từ lâu. Ý tƣởng ban đầu của các giải pháp là phân tách bài toán
thành hai bài toán con: định tuyến và gán bƣớc sóng riêng biệt nhằm giảm độ phức tạp
tính toán. Với phần định tuyến có thể kể đến một số thuật toán nhƣ:
1. Các bài toán kinh điển
a. Định tuyến
-

Định tuyến cố định - Fixed Shortest Path Routing.

Phƣơng pháp đơn giản nhất để định tuyến một kết nối là luôn chọn cùng một
tuyến cố định cho một cặp nút nguồn – đích cho trƣớc. Một trong những ví dụ
nhƣ thế là định tuyến tìm đƣờng đi ngắn nhất cố định (Fixed Shortest Path
Routing). Đƣờng đi ngắn nhất cho một cặp nút đƣợc tính off-line, sử dụng các
thuật toán tìm đƣờng ngắn nhất thông dụng nhƣ Dijkstra hay Bellman-Ford. Bất
kỳ kết nối nào giữa một cặp nút cụ thể đều đƣợc thiết lập bằng cách sử dụng
đƣờng đi đƣợc xác định trƣớc.
Mặc dù phƣơng pháp đơn giản nhƣng nhƣợc điểm của phƣơng pháp là khi
yêu cầu mạng hoặc các nguồn tài nguyên hạn chế có thể dẫn đến khả năng tắc
nghẽn cao trong trƣờng hợp định tuyến động và số bƣớc sóng cần sử dụng là lớn.
Bên cạnh đó, định tuyến cố định cũng không có khả năng chống lỗi. Trong mạng
,nếu đƣờng định tuyến bị lỗi, hệ thống cần phải thiết lập các đƣờng đi thay thế để
xác định truyền route động.
-

Định tuyến cố định thay thế - Fixed Alternative Routing.

Đây là cách định tuyến có xem xét nhiều hơn một đƣờng định tuyến với một
yêu cầu. Trong định tuyến cố định có thay thế, mỗi nút trên mạng yêu cầu duy trì
bảng định tuyến chứa danh sách các tuyến đƣờng đã đƣợc định tuyến. Ví dụ các
tuyến đƣờng này đƣợc định tuyến theo cách đƣờng đi ngắn nhất, đƣờng đi ngắn
nhất thứ 2, đƣờng đi ngắn nhất thứ 3.

15


Khi có một kết nối yêu cầu, node nguồn cố gắng tạo kết nối cho mỗi tuyến
đƣợc định tuyến trong bảng định tuyến ban đầu cho đến khi một tuyến định
tuyến với bƣớc sóng phù hợp đƣợc xác định. Nếu không có tuyến nào thỏa mãn
với yêu cầu định tuyến đã xét, thì kết nối sẽ bị đóng và mất kết nối. Trong hầu
hết các trƣờng hợp, bảng định tuyến tại mỗi nút thƣờng đƣợc sắp xếp theo thứ
tự. Định tuyến cố định thay thế là cách đơn giản cho mạng cho phép tạo và thay
đổi các lightpath trên mạng. Và đƣợc sử dụng trong một số trƣờng hợp cung cấp
khả năng chống lỗi.
-

Định tuyến thích nghi – Adaptive Routing

Giải thuật cho định tuyến thích nghi là định tuyến đụng độ nhỏ nhất, tƣơng tự
nhƣ định tuyến thay thế, với mỗi kết nối cặp nguồn đích, một tập các đƣờng đi sẽ
đƣợc lựa chọn trƣớc. Dựa trên các yêu cầu đến của mạng, đƣờng đi với khả năng
đụng độ thấp nhất sẽ đƣợc lựa chọn. Mức độ đụng độ của link đƣợc xác định
thông qua số bƣớc sóng đã đƣợc sử dụng trên đƣờng đi đó. Link mà càng ít bƣớc
sóng sẵn có, link đó càng dễ xảy ra đụng độ. Sự đụng độ trên đƣờng đi có thể
đƣợc xác định bằng link có khả năng xảy ra đụng độ cao nhất. Nói chung, định
tuyến theo đƣờng đi ngắn nhất luôn đƣợc gắn đầu tiên, khi sử dụng định tuyến

thay thế, đƣờng đi ngắn nhất luôn có mức ƣu tiên cao nhất, sau đó dùng tuyến
tính hóa để đánh giá và lựa chọn đƣờng đi cuối cùng.
-

Suurballe [3] – Thuật toán định tuyến đa đƣờng

Thuật toán Suurballe là thuật toán đƣợc sử dụng rất nhiều trong thiết kế và
định tuyến trên mạng quang, do thuật toán cho phép xác định cặp đƣờng đi
không giao nhau có tổng chi phí nhỏ nhất. Chi phí ở đây có thể là khoảng cách
các link thuộc đƣờng đi, là số node mà các link đi qua, hoặc số yêu cầu đã đi qua
các link này. Với mô hình thiết kế mạng có tính chống lỗi, một trong hai đƣờng
sẽ đƣợc lựa chọn làm đƣờng làm việc trong khi đƣờng còn lại là đƣờng dự
phòng. Do trong luận văn có sử dụng giải thuật Suurballe nên xin phép đƣợc
trình bày kĩ giải thuật này nhƣ sau:

16


 Cho đồ thị T và tìm cặp đƣờng đi không giao nhau từ s đến t
Bƣớc 1: Tìm đƣờng đi ngắn nhất trong trong đồ thị T tại nút s bằng
việc thực hiện thuật toán Dijkstra, ta tìm đƣợc đƣờng đi ngắn nhất từ s
đến t gọi là P1 (hình B bên dƣới). Và các cạnh còn lại trong đồ thị T của
giải thuật gọi là tree edges (hình C bên dƣới)
Bƣớc 2: Tính toán lại trọng số của đồ thì trên các cạnh của tree edges:
w'(u,v) = w(u,v) − d(s,v) + d(s,u)
Bƣớc 3: Tạo ma trận Gt từ ma trận G bằng việc gán trọng số của của
các cạnh trong P1 bằng 0 và đảo ngƣợc đƣờng đi của P1(Hình D bên
dƣới)
Bƣớc 4: Dùng giải thuật Dijkstra tìm đƣờng đi P2 (hình E)
Bƣớc 5: Tìm các cạnh trùng nhau giữa P1 và P2 (hình F) sau đó thực

hiện loại bỏ các đƣờng trùng nhau này.
Bƣớc 6: Kết quả thu đƣợc 2 đƣờng đi từ nguồn đến đích là các cạnh
còn lại P1 và P2 (hình G)

17


Hình 1: Giải thuật suurballe

b. Gán bƣớc sóng – Wavelength Assignment
Gán ngẫu nhiên – Random
Đây là thuật toán gán bƣớc sóng đơn giản nhất, theo đó với một yêu cầu đã
đƣợc định tuyến, toàn bộ các bƣớc sóng sẽ đƣợc kiểm tra để xác định tập bƣớc
sóng rỗi. Từ tập bƣớc sóng này, một bƣớc sóng sẽ đƣợc chọn ngẫu nhiên (với
xác suất nhƣ nhau) để gán cho đƣờng đi đó. Trong trƣờng hợp thiếu thông tin về
tình trạng bƣớc sóng thì phƣơng pháp này có thể cho kết quả cân bằng về số
lƣợng bƣớc sóng đƣợc sử dụng.
-

Gán bƣớc sóng đầu tiên – First Fit
Trong giải thuật này, tất cả các bƣớc sóng đều đƣợc đánh số thứ tự. Trong tất
cả các bƣớc sóng rỗi, bƣớc sóng có chỉ số thấp hơn sẽ đƣợc xem xét trƣớc các
-

18


bƣớc sóng có chỉ số cao hơn. Bƣớc sóng rỗi đầu tiên sẽ đƣợc chọn. Thuật toán
không yêu cầu thông tin tổng thể hiện trạng của mạng.
So sánh với giải thuật Random thì First – Fit có chi phí tính toán thấp hơn do

không cần phải duyệt qua tất cả các bƣớc sóng cho mỗi tuyến. Ý tƣởng của giải
thuật này là ép tất cả các bƣớc sóng đang sử dụng về cuối danh sách để các
đƣờng dài hơn có xu hƣớng sử dụng các bƣớc sóng phía đầu danh sách, do đó
xác suất thiết lập thành công cao hơn. Giải thuật này cho kết quả khá tốt về mặt
chống tắc nghẽn và thƣờng đƣợc sử dụng trong thực tế nhờ đơn giản.
Ngoài hai giải thuật trên, gán bƣớc sóng còn có thể sử dụng một số giải thuật
nhƣ : Least Used, Most Used, Least Loaded hoặc Last Fit... nhƣng nhìn chung
trong thực tế, thƣờng giải thuật First Fit đƣợc sử dụng nhờ tính đơn giản và hiệu
quả.
2.

Các giải thuật heuristic

Mặc dù phƣơng pháp sử dụng giải thuật quy hoạch động có thể cho kết quả tối ƣu,
tuy nhiên độ phức tạp và thời gian tính toán của giải thuật chỉ có thể áp dụng thực
hiện trên các mô hình mạng có kích thƣớc nhỏ, kích thƣớc mạng chỉ có thể khoảng từ
30 nodes trở lại. Mà đa phần mô hình và kích thƣớc của mạng quang WDM đặc biệt
mạng WDM trục lõi hay mạng backbone là rất lớn, việc áp dụng giải thuật trên thời
gian thực hiện sẽ không khả thi. Chính vì vậy, một loạt các giải pháp heuristic đã
đƣợc đề xuất và áp dụng nhƣ Router First Algorithm trong [5], Wavelength
ScanAlgorithm, First Fit Increasing, Random Fit Decreasing trong [6], hoặc Heuristic
Algorithm sử dụng tabu search nhƣ trong [7]. Trong phần này luận văn xin giới thiệu
ý tƣởng của một số thuật toán heuristic đã thực hiện định tuyến và gán bƣớc sóng đảm
bảo tính chịu lỗi. Nhìn chung, các thuật toán trình bày ở dƣới áp dụng trong mô hình
mạng khi các yêu cầu đầu vào là thay đổi, nhƣng cũng áp dụng rất hiệu quả trong mô
hình mạng tĩnh – các yêu cầu không đổi theo thời gian, bên cạnh đó, phƣơng pháp
chống lỗi của các thuật toán trên là sử dụng các đƣờng đi dự phòng dành riêng –
dedicated path protection.
a. Thuật toán 2 bƣớc – Two Steps Algorithm
Mục đích của các thuật toán đảm bảo tính survival là có khả năng thành lập đƣợc

đƣờng đi dự phòng thay thế khi có lỗi xảy ra trên hệ thống, do đó vấn đề chính với

19


bài toán định tuyến chống lỗi sử dụng các đƣờng đi dự phòng dành riêng là xác
định các cặp đƣờng đi không giao nhau từ node nguồn đến node đích. Các bƣớc
sóng đƣợc sử dụng trên đƣờng đi và đƣờng làm việc có thể trùng hoặc khác nhau,
tuy nhiên không cần thay đổi trên toàn bộ các link thuộc đƣờng do điều kiện liên
tục của bƣớc sóng. Một giải pháp đơn giản lựa chọn đƣờng đi không giao nhau là
sử dụng thuật toán Two Steps [3]. Ý tƣởng chính của thuật toán là:
Thực hiện tìm đƣờng đi ngắn nhất từ node nguồn đến node đích và gán đƣờng
này là đƣờng làm việc. Loại bỏ tất cả các link thuộc đƣờng làm việc, và tìm một
đƣờng đi ngắn nhất thứ 2 trên đồ thị vừa mới loại bỏ cạnh đó. Đƣờng tìm thấy sẽ
đƣợc lựa chọn là đƣờng đi dự phòng.
Ƣu điểm của thuật toán: thời gian thực hiện tìm kiếm ngắn, việc xác định đƣờng
đi ngắn nhất có thể sử dụng thuật toán Dijkstra và nếu đƣờng đi thứ hai đƣợc tìm
thấy, đảm bảo cặp đƣờng đi làm việc và dự phòng là không giao nhau. Tuy nhiên,
hạn chế của thuật toán là khả năng không tìm đƣợc đƣờng đi thứ 2 mặc dù trên
topology vẫn có thể tìm thấy. Một giải pháp thay thế rất hiệu quả cho bài toán này
là thuật toán Suurballe.
b. Thuật toán định tuyến trƣớc – Route First Algorithm
Ý tƣởng của thuật toán là xác định cặp đƣờng không giao nhau trong mạng
WDM dƣới điều kiện liên tục bƣớc sóng. Để xác định cặp đƣờng đi không giao
nhau, thuật toán sử dụng thuật toán Suurballe -chi tiết trình bày trong phụ lục III,
với tổng chi phí nhỏ nhất, sau đó gán bƣớc sóng còn sẵn với các đƣờng trên. Chi
tiết của thuật toán Router-First Algorithms sẽ đƣợc trình bày theo 3 bƣớc nhƣ sau:
Bƣớc 1: Duyệt tất cả các link và tăng chi phí trên các link dựa trên số lƣợng các
bƣớc sóng đã sử dụng trên link đó. Bƣớc này sử dụng thuật toán Suurballe chọn
các đƣờng sử dụng ít bƣớc sóng nhằm tăng khả năng lựa chọn thành công bƣớc

sóng ở bƣớc 3. Đồng thời, đánh trọng số nhƣ vậy giúp cân bằng tải trên mạng và
giảm xác suất đóng kết nối.
Bƣớc 2: Chạy thuật toán Suurballe tìm cặp đƣờng đi không giao nhau có tổng
chi phí là nhỏ nhất.

20


Bƣớc 3: Duyệt toàn bộ bƣớc sóng, gán 1 bƣớc sóng trong tổng số các bƣớc sóng
free trên toàn bộ đƣờng. Thuật toán First-Fit đƣợc sử dụng để gán bƣớc sóng.
Ngoài ra có thể sử dụng Best-Fit hoặc Minimum-Load.
c. Thuật toán duyệt bƣớc sóng – Wavelength Scan Algorithm
Thuật toán duyệt bƣớc sóng trƣớc tiên duyệt toàn bộ bƣớc sóng trên mỗi cặp
đƣờng đi không giao nhau đã đƣợc đƣợc xác định bởi thuật toán Suurballe. Nếu
không tìm thấy, thuật toán sẽ sử dụng thuật toán Two Steps đã trình bày ở phần
3.1 và tìm kiếm cặp bƣớc sóng khác nhau thỏa mãn trên các đƣờng không giao
nhau vừa tìm thấy. Chi tiết của thuật toán gồm các bƣớc nhƣ sau:
Bƣớc 1: Chạy thuật toán Suurballe, xác định cặp đƣờng đi không giao nhau.
Bƣớc 2: Tìm kiếm và gán bƣớc sóng bất kì thỏa mãn và khác nhau trên cặp
đƣờng đi làm việc và cả dự phòng. Thuật toán gán bƣớc sóng có thể là First-Fit
hoặc Last-Fit.
Bƣớc 3: Nếu không tìm thấy, thuật toán duyệt bƣớc sóng sẽ gọi thuật toán Two
Steps và tìm kiếm cặp đƣờng đi không giao nhau trƣớc khi quay lại bƣớc 2 để
gán bƣớc sóng. Đánh giá chung hai thuật toán thì thuật toán Route-First tìm
kiếm cặp đƣờng đi không giao nhau trƣớc khi gán bƣớc sóng cho chúng, còn
thuật toán Wavelength-Scan sẽ duyệt toàn bộ các bƣớc sóng có sẵn trên cặp
đƣờng đi và chọn cặp bƣớc sóng gán cho hai đƣờng là khác nhau do vậy thời
gian thực hiện của thuật toán này sẽ cao hơn.

21

3. Giải quyết bài toán bằng phƣơng pháp quy hoạch tuyến tính.
a. Tìm hiểu về phƣơng pháp mô hình quy hoạch tuyến tính.
Quy hoạch tuyến tính là một bộ phận cơ bản và có nhiều ứng dụng trong thực
tiễn tối tƣu hóa. Sự ra đời của quy hoạch tuyến tính nói riêng và quy hoạch toán học
nói chung có thể coi vào năm 1939. Có thể tạm định nghĩa quy hoạch tuyến tính là
lĩnh vực toán học nghiên cứu các bài toán tối ƣu mà hàm mục tiêu (vấn đề đƣợc quan
tâm) và các ràng buộc (điều kiện của bài toán) đều là hàm và các phƣơng trình hoặc
bất phƣơng trình tuyến tính.
Tổng quát một bài toán quy hoạch tuyến tính là một mô hình toán tìm cực tiểu
(min) hoặc cực đại (max) của hàm mục tiêu tuyến tính với các ràng buộc là bất đẳng
thức và đẳng thức tuyến tính.
Phƣơng pháp quy hoạch tuyến tính thực sự có hiệu quả để giải những bài toán
nhƣ để vận chuyển hàng hóa đầy đủ nhƣng có tổng chi phí là nhỏ nhất – đây chính là
bài toán vận tải. Hoặc trong kinh doanh phải lập kế hoạch sản xuất đối với các nguyên
liệu và sản phẩm để thu đƣợc tổng lợi nhuận là lớn nhất.
Trong luận văn này phƣơng pháp quy hoạch tuyến tính đƣợc áp dụng với bài
toán định tuyến và gán bƣớc sóng nhằm tìm ra lời giải tối ƣu của bài toán.
- Mốt số khái niệm:
 Một nhóm ràng buộc có hệ véc tơ tƣơng ứng độc lập tuyến tính đƣợc gọi
là các ràng buộc độc lập truyến tính.
 Một véc tơ x=(𝑥1 , 𝑥2 , 𝑥3 … 𝑥𝑛 ) thỏa mãn hệ ràng buộc của bài toán gọi là
một phƣơng án của bài toán.
 Phƣơng án tối ƣu (phƣơng án tốt nhất): một phƣơng án mà tại đó giá trị
hàm mục tiêu đạt cực tiểu ( hoặc cực đại, tùy trƣờng hợp cụ thể của f(x) )
gọi là phƣơng án tối ƣu. Ngoài ra còn có phƣơng án tốt hơn và phƣơng
án cực biên.

b. Bài toán bằng phƣơng pháp quy hoạch tuyến tính.

Bài toán đƣợc đặt ra trong luận văn đƣợc xây dựng trên mô hình quy hoạch tuyến
tính nhƣ sau:

22


-

Các biến
 Gọi đồ thị là G, có tập cung là E, tập đỉnh là V.
 Tập các cung đi ra từ mỗi nút 𝛤 +(i)
 Tập các cung đi vào một nút 𝛤 −(i)
 Mỗi cung (có hƣớng) có tối đa W bƣớc sóng.
Chúng ta có các biến cần xác định sau đây, trong đó s,d,i,j ∈ N
1 𝑁ế𝑢 𝑦ê𝑢 𝑐ầ𝑢 𝑠, 𝑑, 𝑏𝑤 𝑠𝑑 𝑑ù𝑛𝑔 𝑏ướ𝑐 𝑠ó𝑛𝑔 𝑤
 𝛼𝑖𝑗𝑠𝑑𝑤 =
𝑡𝑟ê𝑛 𝑙𝑖𝑛𝑘 𝑖, 𝑗 𝑐ℎ𝑜 đườ𝑛𝑔 𝑙à𝑚 𝑣𝑖ệ𝑐
0 𝑁ế𝑢 𝑛𝑔ượ𝑐 𝑙ạ𝑖
 𝛽𝑖𝑗𝑠𝑑𝑤

=

1 𝑁ế𝑢 𝑦ê𝑢 𝑐ầ𝑢 𝑠, 𝑑, 𝑏𝑤 𝑠𝑑 𝑑ù𝑛𝑔 𝑏ướ𝑐 𝑠ó𝑛𝑔 𝑤 𝑡𝑟ê𝑛 𝑙𝑖𝑛𝑘 𝑖, 𝑗 𝑐ℎ𝑜
đườ𝑛𝑔 𝑑ự 𝑝ℎò𝑛𝑔
0 𝑁ế𝑢 𝑛𝑔ượ𝑐 𝑙ạ𝑖
 𝛼𝑖𝑗𝑠𝑑

1 𝑁ế𝑢 𝑦ê𝑢 𝑐ầ𝑢 𝑠, 𝑑, 𝑏𝑤 𝑠𝑑 𝑠ử 𝑑ụ𝑛𝑔 𝑙𝑖𝑛𝑘 𝑖, 𝑗 𝑐ℎ𝑜
đườ𝑛𝑔 𝑙à𝑚 𝑣𝑖ệ𝑐
=

0 𝑁ế𝑢 𝑛𝑔ượ𝑐 𝑙ạ𝑖

 𝛽𝑖𝑗𝑠𝑑

1 𝑁ế𝑢 𝑦ê𝑢 𝑐ầ𝑢 𝑠, 𝑑, 𝑏𝑤 𝑠𝑑 𝑠ử 𝑑ụ𝑛𝑔 𝑙𝑖𝑛𝑘 𝑖, 𝑗 𝑐ℎ𝑜
đườ𝑛𝑔 𝑑ự 𝑝ℎò𝑛𝑔
=
0 𝑁ế𝑢 𝑛𝑔ượ𝑐 𝑙ạ𝑖

 𝑑𝑖,𝑗 = độ dài cáp cần đi giữa 2 nút i và j (cho trƣớc nhƣ tham số đầu vào)
1 𝑁ế𝑢 𝑦ê𝑢 𝑐ầ𝑢 𝑠, 𝑑, 𝑏𝑤 𝑠𝑑 𝑑ù𝑛𝑔 𝑏ướ𝑐 𝑠ó𝑛𝑔 𝑤 𝑐ℎ𝑜
𝑤
đườ𝑛𝑔 𝑙à𝑚 𝑣𝑖ệ𝑐
 𝑙𝑠𝑑
=
0 𝑁ế𝑢 𝑛𝑔ượ𝑐 𝑙ạ𝑖
1 𝑁ế𝑢 𝑦ê𝑢 𝑐ầ𝑢 𝑠, 𝑑, 𝑏𝑤 𝑠𝑑 𝑑ù𝑛𝑔 𝑏ướ𝑐 𝑠ó𝑛𝑔 𝑤 𝑐ℎ𝑜
đườ𝑛𝑔 𝑑ự 𝑝ℎò𝑛𝑔
 𝑙′𝑤
𝑠𝑑 =
0 𝑁ế𝑢 𝑛𝑔ượ𝑐 𝑙ạ𝑖
-

Hàm mục tiêu.
min

-

𝑖,𝑗 ∈𝐸

𝑠𝑑𝑤
𝑠,𝑑,𝑤 (𝛼𝑖𝑗

+ 𝛽𝑖𝑗𝑠𝑑𝑤 )

Các rằng buộc.
 Rằng buộc thiết lập đƣờng làm việc cho mỗi yêu cầu ∀ 𝑠, 𝑑, 𝑏𝑤 𝑠𝑑 ∈ 𝑀

23


𝑖∈𝛤 − 𝑙

𝛼𝑖𝑙𝑠𝑑𝑤 -

𝑗 ∈𝛤 + 𝑙

𝑠𝑑𝑤
𝑠𝑑
𝑤 ∈𝑊 𝛼𝑖𝑗 = 𝑏𝑤
𝑤
𝑤 ∈𝑊 𝑙𝑠𝑑 = 𝑙𝑠𝑑 *

𝑤
𝑙𝑠𝑑
𝑛ế𝑢 𝑙 = 𝑑
𝑠𝑑𝑤
𝑤
𝛼𝑙𝑗 = −𝑙𝑠𝑑 𝑛ế𝑢 𝑙 = 𝑠 ∀ 𝑙 ∈ 𝑁, ∀𝑤 ∈ 𝑊
0 𝑛𝑔ượ𝑐 𝑙ạ𝑖

(1)

* 𝛼𝑖𝑗𝑠𝑑 ∀(𝑖, 𝑗) ∈ 𝐸

(2)

𝑏𝑤 𝑠𝑑

(3)

Rằng buộc (2) và (3) đảm bảo rằng toàn bộ băng thông yêu cầu 𝑏𝑤 𝑠𝑑
của mỗi yêu cầu phải đƣợc định tuyến hết trên đƣờng làm việc và định tuyến
trên cùng một tuyến đƣờng
 Rằng buộc thiết lập đƣờng dự phòng cho mỗi yêu cầu ∀ 𝑠, 𝑑, 𝑏𝑤 𝑠𝑑 ∈ 𝑀

𝑖∈𝛤 − 𝑙

𝛽𝑖𝑙𝑠𝑑𝑤 -

𝑗 ∈𝛤 + 𝑙

𝑤
𝑙𝑠𝑑
𝑛ế𝑢 𝑙 = 𝑑
𝑠𝑑𝑤
𝑤
𝛽𝑙𝑗 = −𝑙𝑠𝑑 𝑛ế𝑢 𝑙 = 𝑠 ∀ 𝑙 ∈ 𝑁, ∀𝑤 ∈ 𝑊
0 𝑛𝑔ượ𝑐 𝑙ạ𝑖

𝑠𝑑𝑤
𝑠𝑑
* 𝛽𝑖𝑗𝑠𝑑
𝑤 ∈𝑊 𝛽𝑖𝑗 = 𝑏𝑤
𝑤
𝑠𝑑
𝑤 ∈𝑊 𝑙𝑠𝑑 = 𝑙𝑠𝑑 * 𝑏𝑤

∀(𝑖, 𝑗) ∈ 𝐸

(4)
(5)
(6)

Rằng buộc (5) và (6) đảm bảo rằng toàn bộ băng thông yêu cầu 𝑏𝑤 𝑠𝑑 của
mỗi yêu cầu phải đƣợc định tuyến hết trên đƣờng dự phòng và định tuyến
trên cùng một tuyến đƣờng.
 Đƣờng dự phòng và làm việc không dùng chung bất khi liên kết (i,j) nào
𝛼𝑖𝑗𝑠𝑑𝑤 + 𝛽𝑖𝑗𝑠𝑑𝑤 ≤ 1
∀(i,j) ∈ E, s,d ∈ 𝑁
(7)
 Mỗi bƣớc sóng trên 1 link (i,j) có hƣớng từ i đến j chỉ đƣợc dùng lần. Link
(i,j) và (j,i) có các bƣớc sóng độc lập.
𝑠𝑑𝑤
+ 𝑠,𝑑 𝛽𝑖𝑗𝑠𝑑𝑤 ≤ 1
∀𝑖, 𝑗 ∈ 𝐸, ∀𝑤 ∈ 𝑊
(8)
𝑠,𝑑 𝛼𝑖𝑗

24

PHẦN II. CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC
Chƣơng 1. Giải bài toán với giải thuật Suurballe + First Fit
1. Giải thuật
Ý tƣởng của giải thuật là sự kết hợp giữa Suurballe và First Fit nhƣ sau, ứng với
mỗi yêu cầu đầu vào (nguồn, đich, số yêu cầu bƣớc sóng), giải thuật sẽ tiến hành sử
dụng thuật toán Suurballe với trọng số tỉ lệ nghịch với số bƣớc sóng còn dƣ trên mỗi
liên kết. Kết quả sẽ thu đƣợc một cặp đƣờng đi không giao nhau, và cặp đƣờng đi
này có khả năng gán đƣợc thành công bƣớc sóng là cao nhất.
Sau khi tìm đƣợc cặp đƣờng đi thì giải thuật sẽ tiến hành sử dụng First Fit để gán
bƣớc sóng cho cặp liên kết đó. Sau khi gán bƣớc sóng thành công thì giải thuật tiếp
túc áp dụng với yêu cầu tiếp theo.
a. Đầu vào và kết quả bài toán
- Đầu vào:
 Đồ thị G(uv) đƣợc sinh ra từ ma trận sinh Topo ngẫu nhiên.
 MaxW là băng thông tối đa trên một link của đồ thị
 Tập các yêu cầu (s,d,bw) trong đó s là đỉnh nguồn, d là đỉnh đích, bw là
số yêu cầu bƣớc sóng trên liên kết (s,d)
- Đầu ra:
 Số yêu cầu về định tuyến và gán bƣớc sóng thực hiện đƣợc
 Tổng số bƣớc sóng đƣợc gán trên toàn bộ mạng
b. Chi tiết thuật toán và lƣợc đồ
Trong phần này của luận văn sẽ mô tả chi tiết hơn về thuật toán. Giải thuật đƣợc
chia thành 3 bƣớc nhƣ sau:
 Định tuyến: sử dụng giải thuật Suurballe có trọng số để tìm ra cặp
đƣờng đi có chi phí nhỏ nhất không giao nhau giữa 2 điển nguồn và đích.
 Gán bƣớc sóng: cặp đƣờng đi tìm đƣợc trong bƣớc định tuyến sẽ đƣợc
gán bƣớc sóng bằng giải thuật First Fit.
 Lặp: Quá trình đƣợc lặp cho đến khi duyệt hết các yêu cầu trong ma trận

thông lƣợng.

25