Nghiên cứu một số thuật toán lập lịch kênh trên mạng chuyển

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN QUỐC VINH

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THUẬT TOÁN
LẬP LỊCH KÊNH TRÊN MẠNG
CHUYỂN MẠCH CHÙM QUANG

Chuyên ngành : Khoa học máy tính
Mã số

:

60.48.01.01

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
KHOA HỌC MÁY TÍNH

Đà Nẵng – Năm 2017


Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. LÊ VĂN SƠN

Phản biện 1 : PGS.TS. Nguyễn Thanh Bình

Phản biện 2 : TS. Nguyễn Quang Thanh

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp
thạc sĩ ngành Khoa học máy tính họp tại Trường Đại học Bách khoa
Đà Nẵng vào ngày 13 tháng 08 năm 2017

Có thể tìm hiểu luận văn tại :
- Trung tâm học liệu, Đại học Đà Nẵng tại trường Đại học Bách
Khoa
- Thư viện khoa Công nghệ thông tin, trường Đại học Bách Khoa
– ĐHĐN


1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Trong vài thập niên gần đây, lượng thông tin trao đổi trong các
hệ thống thông tin ngày nay tăng lên rất nhanh. Bên cạnh gia tăng về
số lượng truyền thông trên mạng cũng thay đổi. Dạng dữ liệu chủ yếu
là lưu lượng Internet. Phần lớn nhu cầu hiện nay liên quan đến việc
truyền số liệu hơn là tiếng nói. Số lượng sử dụng Internet này càng
tăng đông và thời gian mỗi lần truy cập thường dài hơn nhiều lần một
cuộc gọi điện thoại. Bên cạnh đó, các doanh nghiệp cũng thường dựa
vào các mạng tốc độ cao để điều hành công việc, những điều này đã
tạo ra một nhu cầu sử dụng băng thông lớn, những đường truyền tốc
độ cao, tin cậy và chi phí thấp.
Mạng thông tin quang ra đời đã đáp ứng được những yêu cầu
trên. Thông tin quang cung cấp băng thông lớn và tỉ lệ lỗi rất thấp.
Bên cạnh dung lượng cao, môi trường quang còn cung cấp khả năng
trong suốt. Tính trong suốt cho phép các dạng dữ liệu khác nhau chia
sẻ cùng một môi trường truyền và điều này rất phù hợp với việc
mang các tín hiệu có những đặc điểm khác nhau. Kỹ thuật ghép kênh

được quan tâm nhất hiện nay là ghép kênh phân chia bước sóng
WDM và ghép kênh phân chia thời gian TDM. Kỹ thuật ghép kênh
phân chia bước sóng được ưu chuộng hơn vì chi phí kỹ thuật và thiết
bị lắp đặt các hệ thống TDM tương đối cao.
Trong kỹ thuật ghép kênh phân chia bước sóng thì mạng
chuyển mạch chùm quang (OBS) đã được đề xuất như là một công
nghệ hứa hẹn cho Internet toàn quang của thế hệ mới bởi vì: OBS kế
thừa được những ưu điểm của các mạng chuyển mạch đã được đề
xuất trước đó và khắc phục được những hạn chế nhờ sử dụng kỹ
thuật ghép kênh phân chia bước sóng (WDM) cho phép truyền tải lưu


2
lượng trực tiếp qua mạng mà không cần bộ đệm quang tại các node
mạng.
Một trong các vấn đề của mạng OBS là: “làm thế nào tận dụng
được băng thông mạng và giảm suy hao luồng một cách tối đa?”.
Việc nghiên cứu các giải thuật lập lịch kênh tại các node mạng được
coi là vấn đề quan trọng và ý nghĩa. Đó là lý do tôi chọn đề tài:
“Nghiên cứu một số thuật toán lập lịch kênh trên mạng chuyển
mạch chùm quang”.
2. Mục đích nghiên cứu
Mục đích của đề tài là nghiên cứu các thuật toán lập lịch kênh,
các thuật toán tối ưu và công nghệ giảm thiểu tranh chấp, từ đó thấy
được phương pháp nào cho hiệu suất cao nhất cho toàn mạng
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Tìm hiểu lý thuyết về mạng thông tin quang
- Thảo luận về các giải thuật lập lịch kênh
- Phân tích và so sánh ưu nhược điểm của các giải thuật lập
lịch kênh và các thuật toán tối ưu khác.

- Môi trường kiểm thử (phần mềm NS2), gói hỗ trợ (OBS0.9a)
- Phân tích đánh giá hiệu năng mạng qua việc mô phỏng.
Đề tài thuộc loại hình nghiên cứu.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Thu thập và phân tích các tài liệu liên quan đến đề tài
- Thảo luận, lựa chọn phương pháp giải quyết vấn đề
- Lựa chọn công nghệ cài đặt chương trình (phần mềm NS2)
và gói hỗ trợ (OBS-0.9a).
- Phân tích và kiểm định kết quả đạt được.


3
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Cung cấp một cách nhìn tổng quan về mạng thông tin quang
và các yêu cầu đặt ra trong thực tế.
- Đưa ra cái nhìn khai quát về quá trình lập lịch kênh và các
vấn đề của mạng chùm quang.
- Qua mô phỏng có thể đánh giá được thuật toán nào tốt trong
việc sử dụng kênh và giảm suy hao luồng tại các node. Qua đó, làm
tiền đề để xây dựng một giải pháp mới tối ưu hơn trong việc truyền
tải dữ liệu tại các node mạng.
6. Bố cục luận văn
Chương 1: Tổng quan về mạng chuyển mạch chùm quang OBS
Trong chương này, cho ta cái nhìn tổng quan về mạng thông
tin quang, làm tiền đề nghiên cứu các chương tiếp theo.
Chương 2: Một số thuật toán lập lịch kênh trên mạng OBS
Trong chương này, đi sâu tìm hiểu về các giải thuật lập lịch
kênh, so sánh ưu nhược điểm của các giải thuật lập lịch và tìm hiểu
thêm một số giải thuật tối ưu.
Chương 3: Cài đặt mô phỏng và phân tích kết quả

Trong chương này, thực hiện cài đặt, so sánh và đánh giá các
kết quả.
Phần kết luận, trình bày tóm tắt các vấn đề đã được nghiên cứu
trong luận văn. Đồng thời đưa ra hướng nghiên cứu phát triển của đề
tài.


4
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ MẠNG CHUYỂN MẠCH
CHÙM QUANG OBS
1.1 . TỔNG QUAN VỀ MẠNG THÔNG TIN QUANG
Các thế hệ mạng quang đã được đề xuất gồm:
Thế hệ đầu tiên là kiến trúc mạng point to point WDM
(WDM điểm- điểm). Một mạng như vậy gồm nhiều liên kết điểm
điểm, ở đó tất cả các lưu lượng đi vào một node từ một sợi quang
được chuyển đổi từ quang sang điện và tất cả các lưu lượng đi ra một
node được chuyển đổi từ điện sang quang trước khi đưa vào sợi
quang.
Kiến trúc mạng quang thứ hai dựa trên các bộ xen rớt ghép
kênh theo bước sóng Wavelength Add-Drop Multiplexer (WADM),
trong đó việc tách ghép lưu lượng được thực hiện tại nơi có WADM .
WADM có thể tách ra một bước sóng được chọn và cho phép các
bước sóng đi qua.
Kiến trúc mạng quang thế hệ thứ ba dựa trên việc kết nối các
thiết bị toàn quang. Những thiết bị này thường được phân loại thành
passive star, passive router và active switch. Tín hiệu được đưa vào
một bước sóng tại ngõ vào sao đó công suất tín hiệu này sẽ được chia
đều cho tất cả các ngõ ra (sử dụng cùng bước sóng).
1.2 . CÁC CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH QUANG

Các công nghệ chuyển mạch quang gồm từ thế hệ mạng
chuyển mạch kênh quang, đến mạng chuyển mạch gói quang và hiện
nay là mạng chuyển mạch chùm quang.
1.3 . MẠNG CHUYỂN MẠCH CHÙM QUANG
Mạng chuyển mạch chùm quang được đề xuất vào cuối năm


5
1990 và nó trở thành một công nghệ hứa hẹn có thể tận dụng được
những ưu điểm của mạng chuyển mạch kênh quang và mạng chuyển
mạch gói quang để tránh được những bất lợi về kỹ thuật trong thời
gian này. Mạng chuyển mạch chùm quang là một giải pháp cho phép
truyền tải lưu lượng trực tiếp qua mạng WDM mà không cần bộ đệm
quang. Mạng chuyển mạch chùm quang sử dụng các sơ đồ định trước
một hướng với quá trình truyền tức thời, chùm dữ liệu truyền đi sau
gói điều khiển tương ứng mà không đợi phản hồi (báo nhận) từ nút
đích.
Thực chất, mạng chuyển mạch chùm quang xem xét lớp
quang đơn thuần như một phương tiện truyền thông trong suốt cho
các ứng dụng. Tuy nhiên cho đến hiện nay chưa có định nghĩa chung
nào cho chuyển mạch chùm quang.
Một số đặc trưng chung của mạng chuyển mạch chùm quang
như sau:
- Tách biệt giữa kênh truyền gói điều khiển BCP (Burst
Control Packet) và kênh truyền chùm dữ liệu DB (Data Burst): gói
điều khiển được truyền trên một kênh riêng biệt.
- Sự dành riêng một chiều: tài nguyên được cấp phát theo
kiêu dành riêng một chiều, nghĩa là nút nguồn không cần đợi thông
tin phản hồi từ nút đích trước khi nó bắt đầu truyền chùm.
- Độ dài chùm thay đổi được: kích thước của chùm có thể

thay đổi được theo yêu cầu.
- Không cần bộ đệm quang: nút trung gian trong mạng
quang không yêu cầu phải có bộ đệm quang. Các chùm đi qua các
nút trung gian mà không chịu bất kì sự trễ nào.
1.3.1. Kiến trúc
Kiến trúc của mạng OBS bao gồm các nút chuyển mạch


6
chùm quang (nút OBS) kết nối với nhau thông qua các sợi cáp quang.
Mỗi sợi cáp quang có khả năng hỗ trợ nhiều bước sóng khác nhau,
các nút OBS có thể là các nút biên hoặc các nút lõi. Kiến trúc này
được thể hiện như trong Hình 1.1.
1 nút OBS
Quản lý việc
đặt trước tài
nguyên

Thời gian chuyển
mạch tính bằng
đơn vị mS -ms

Tập hợp
Burst

Burst size:Kb-Mb

Kênh điều
khiển
Kênh dữ

liệu

Liên kết WDM

out-of-band-signal

Hình 1.1. Kiến trúc của mạng chuyển mạch chùm quang
1.3.2. Các hoạt động
1.3.2.1. Tập hợp chùm
Tập hợp chùm là quá trình tập hợp các gói tin điện tử và
đóng gói thành chùm tại nút biên vào của mạng OBS [4]. Tất cả gói
đến sẽ được kiểm tra đích đến và được chuyển đến hàng đợi tương
ứng. Việc tập hợp chùm được dựa vào một giá trị ngưỡng (có thể là
thời gian hoặc độ dài) để quyết định khi nào một chùm được gửi vào
trong mạng.
Có nhiều kỹ thuật tập hợp chùm, nhưng kỹ thuật tập hợp
chùm dựa vào ngưỡng thời gian (timer-based) và dựa trên ngưỡng độ
dài chùm (threshold-based) hiện được quan tâm nhất.


7
1.3.2.2. Báo hiệu
Báo hiệu là một tiến trình đặt trước tài nguyên và cấu hình bộ
chuyển mạch tại mỗi nút sao cho phù hợp với yêu cầu của một chùm
đến [11]. Tiến trình báo hiệu trong mạng OBS được thực hiện bởi các
gói điều khiển và các gói này đươc truyền độc lập với các chùm dữ
liệu.
Có nhiều phương thức báo hiệu trong mạng OBS:
- Theo hướng: Đặt trước tài nguyên một chiều, hai chiều hoặc
kết hợp cả một chiều và hai chiều.

- Theo vị trí: Đặt trước tài nguyên bắt đầu từ nguồn, từ đích
hoặc từ nút trung gian.
- Khi tài nguyên không sẵn sàng: Đặt trước bền vững hoặc đặt
trước không bền vững.
- Theo thời gian: Đặt trước tài nguyên tức thời hoặc sau một
khoảng thời gian trễ nhất định.
- Theo cách tính toán: Tập trung hoặc phân tán.
1.3.2.3. Giải quyết tranh chấp
Trong mạng OBS cũng như các mạng chuyển mạch gói khác,
tồn tại khả năng một chùm có thể tranh chấp với một chùm khác tại
một nút. Sự tranh chấp có thể xảy ra nếu nhiều chùm đến từ nhiều
cổng vào khác nhau được định trước cho cùng một cổng ra tại cùng
thời điểm. Để giải quyết tình trạng tranh chấp và việc mất chùm một
số phương pháp cơ bản sau có thể sử dụng: Thay đổi thời gian đến
của chùm dữ liệu bằng cách sử dụng các đường dây trễ (Fiber Delay
Line - FDL), thay đổi bước sóng ra của chùm bằng cách sử dụng bộ
chuyển đổi bước sóng hay thay đổi cổng ra của chùm bằng cách định
tuyến lệch hướng (DR: Deflection Routing).


8
1.3.2.4. Lập lịch
Các thuật toán lập lịch cho kênh dữ liệu có thể được phân
thành 2 loại: lấp đầy khoảng trống và không lấp đầy khoảng trống.
Có hai thuật toán lập lịch không xét đến lấp đầy khoảng
trống: FFUC (First Fit Unscheduled Channel) [7] và LAUC (Lastest
Available Unused Channel) [7].
Trên cở sở 2 thuật toán không xét đến lấp đầy khoảng trống,
2 thuật toán tương tự có xét đến lấp đầy khoảng trống (Void-Filling)
đã được đề nghị: FFUC-VF và LAUC-VF.

1.4 . KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Trong chương này, luận văn đã giới thệu được tổng quan về
mạng truyền dẫn quang và làm rõ được các ưu điểm của mạng OBS
cũng như là các hoạt động bên trong nó. Một trong những vấn đề
quan trọng của mạng OBS là vấn đề lập lịch chùm tại các nút, việc
lập lịch sao cho hiệu suất sử dụng mạng đạt cao nhất vẫn đang là vấn
đề cần được quan tâm. Lập lịch kênh là một trong số các giải pháp
đáng được quan tâm hiện nay bởi những hiệu quả mà nó mang lại.
Trong chương 2 của luận văn sẽ làm rõ hơn các thuật toán lập lịch
kênh trên mạng OBS.


9
CHƯƠNG 2
MỘT SỐ THUẬT TOÁN LẬP LỊCH KÊNH TRÊN MẠNG OBS
2.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG
Trong chương này sẽ trình bày các thuật toán sắp xếp kênh
bước sóng cho các kênh dữ liệu, các thuật toán được chia làm hai
phần chính như sau: có hoặc không có sử dụng void filling (lấp đầy
khoảng trống).
2.2. PHÂN LOẠI CÁC THUẬT TOÁN LẬP LỊCH KÊNH
2.2.1. Thuật toán Horizon (without Void filling)
2.2.1.1. Thuật toán FFUC
Thuật toán FFUC có thể được trình bày cơ bản như sau: Khi
một chùm dữ liệu đến một nút. Nút đó sẽ so sánh thông số tub và
LAUTi , nếu thông số này lớn hơn 0 thì kênh đó sẽ thích hợp để cấp
cho chùm đó. Trong trường hợp có nhiều hơn 1 kênh thích hợp, thuật
toán sẽ chọn kênh có hệ số i thấp nhất.
Thuật toán:
Bước 1: Khởi tạo i = 0;

Bước 2: Nếu i ≥ W, thông báo không thể lập lịch được và
kết thúc;
Bước 3: Nếu Gapi = tub - LAUTi > 0 thì :
Lập lịch cho chùm trên kênh thứ i và kết thúc;
Nếu không, quay lại bước 2 với kênh i = i+1;
2.2.1.2. Thuật toán LAUC
Thuật toán LAUC có thể được trình bày cơ bản như sau: Khi
một chùm dữ liệu đến một nút. Nút đó sẽ so sánh thông số Gapi = tub
- LAUTi , nếu thông số này lớn hơn 0 thì kênh đó sẽ thích hợp để cấp
cho chùm đó. Trong trường hợp có nhiều hơn 1 kênh thích hợp, thuật


10
toán sẽ chọn kênh có hệ số gap nhỏ nhất.
Thuật toán:
Bước 1: Khởi tạo i = 0; sc = -1; gap min = <giá trị lớn>;
Bước 2: Nếu i ≥ W: Chuyển sang bước 4;
Bước 3: Nếu LAUT i ≤ tub thì:
gapi = tub -LAUTi
Nếu gap i < gap min thì:
gap min = gap i ; sc = i;
i = i+1; quay lại bước 2
Bước 4: Nếu sc ≠ -1 thì:
Lập lịch cho chùm đến trên kênh sc;
Bước 5: Kết thúc;
2.2.2. Thuật toán Void filling (with Void filling)
2.2.2.1. Thuật toán FFUC-VF
Các thuật toán sử dụng void filling thì bộ channel scheduling
sẽ phải ghi nhận thông số bắt đầu và kết thúc của từng chùm dữ liệu
trên kênh truyền. Khi một chùm dữ liệu đến, nếu thời điểm bắt đầu

chùm dữ liệu lớn hơn thời điểm kết thúc của chùm trước đó và thời
điểm kết thúc của chùm dữ liệu nhỏ hơn thời điểm bắt đầu của chùm
liền sau nó (nếu sau nó không còn chùm nào khác thì thời gian bắt
đầu đó xem như là ∞) thì kênh truyền đó được chọn làm ngõ ra cho
chùm dữ liệu. Tương tự như trên, FFUC-VF sẽ chọn kênh có hệ số i
nhỏ nhất làm kênh ngõ ra.
Giải thuật:
Bước 1: Khởi tạo i = 0;
Bước 2: Nếu i ≥ W: Chuyển sang bước 5;
Bước 3: Tìm khoảng trống khả dụng trên kênh i sao cho tub ≥
𝑖
𝑒𝑗𝑖 và 𝑠𝑗+1
≥ tub+Lb;


11
- Nếu tìm thấy: Lập lịch cho chùm đó trên kênh i và chuyển
sang bước 5
Bước 4: Gán i = i+1 và quay lại bước 2;
Bước 5: Kết thúc;
2.2.2.2 .Thuật toán LAUC-VF
Cũng tương tự như thuật toán FFUC-VF, thuật toán LAUC có
sử dụng void filling [6,9] cũng thực hiện việc xác định kênh ngõ ra
cho chùm dữ liệu dựa vào các thông số là thời điểm bắt đầu và kết
thúc của từng chùm dữ liệu được truyền trên kênh truyền. Nhưng chỉ
khác ở chỗ nếu có nhiều hơn 1 kênh đủ điều kiện, thì LAUC-VF sẽ
chọn kênh rỗi gần nhất thay vì là kênh rỗi đầu tiên.
Giải thuật:
Bước 1: Khởi tạo i = 0; sc = -1; s_gapmin = <giá trị lớn>;
Bước 2: Nếu i ≥ W chuyển sang bước 5;

Bước 3: Tìm khoảng trống trên kênh i sao cho: tub ≥ 𝑒𝑗𝑖 và
𝑖
𝑠𝑗+1
≥ tub +Lb ;

Nếu tìm thấy:
- Nếu: tub - 𝑒𝑗𝑖 < s_gapmin thì s_gapmin = tub - 𝑒𝑗𝑖 và sc =
i;
Bước 4: Gán i = i+1 và quay lại bước 2;
Bước 5: Nếu sc ≠ -1 thì lập lịch cho chùm trên kênh sc;
Bước 6: Kết thúc.
2.2.2.3. Thuật toán tối ưu BFUC-VF
Theo Nandi M., và nhóm nghiên cứu (2009) [6] đã định
nghĩa một tham số “hiệu quả (tỉ lệ) sử dụng băng thông khoảng
trống” (utilization) khi một chùm được lập lịch vào một khoảng
trống trên một kênh:


12
𝑖
utilization = Lb *100/ (𝑠𝑗+1
− 𝑒𝑗𝑖 ), ∀i, i = 0...W-1.

.
Giải thuật:
Bước 1: Chọn tất cả các khoảng trống khả dụng trên các kênh
dữ liệu ra;
(Một khoảng trống trên một kênh được gọi là khả dụng để lập lịch
𝑖
cho chùm đến nếu tub ≥ 𝑒𝑗𝑖 và tub + Lb ≤ 𝑠𝑗+1

). Nếu không có khoảng

trống khả dụng trên một kênh nào đó thì chuyển sang bước 4;
Bước 2: Tính toán tham số utilization cho tất cả các khoảng
trống khả dụng trên các kênh dữ liệu được tìm thấy ở bước 1;
Bước 3: Tìm kênh i có giá trị của tham số utilization lớn nhất
và lập lịch cho chùm đó trên kênh i và kết thúc;
Bước 4: Lập lịch cho chùm theo thuật toán LAUC và kết
thúc;
2.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
Trong chương này đã trình bày các thuật toán lập lịch trong
mạng OBS. Các thuật toán cơ bản là FFUC và LAUC với các trường
hợp có hay không sử dụng void filling và giải tuật BFUC-VF. Yêu
cầu đặt ra là ta phải chọn được thuật toán tốt nhất đáp ứng yêu cầu
tối ưu số lượng chùm tại đầu vào được sắp xếp trên các kênh dữ liệu
để đảm bảo các chùm được di chuyển nhanh nhất, đầy đủ nhất đến
đầu ra. Trong phần mô phỏng của đồ án sẽ trình bày cụ thể về vấn đề
mô phỏng các thuật toán xếp lịch trong mạng OBS, qua đó ta sẽ thấy
được tính chất, ưu nhược điểm của từng thuật toán để chon được
thuật toán tốt nhất đáp ứng nhu cầu vận chuyển một lượng dữ liệu lớn
qua mạng với tốc độ cao.


13
CHƯƠNG 3
CÀI ĐẶT MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ
3.1. GIỚI THIỆU
3.2. GIỚI THIỆU CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG
Network Simulator Version 2, còn được biết đến với tên viết
tắt là NS2, là một công cụ mô phỏng sự kiện rất hữu ích trong lĩnh

vực nghiên cứu và học tập mạng truyền thông. NS2 có thể mô phỏng
cả mạng có dây, mạng không dây và các giao thức (TCP, UDP) cũng
như các thuật toán định tuyến... Nhìn chung NS2 cung cấp cho người
dùng một cách để xác định các giao thức mạng và hành vi tương ứng
của chúng. Do tính linh hoạt và tính mô dun của nó, NS2 đã trở nên
phổ biến không ngừng trong cộng đồng nghiên cứu mạng kể từ khi
nó ra đời vào năm 1989.
Hình 3.1 dưới đây mô tả kiến trúc cơ bản của NS2, NS2 cung
cấp cho người dùng một câu lệnh thực thi 'ns' với đầu vào là một file
Tcl. File Tcl này do người dùng tạo ra để mô phỏng các kịch bản
mạng truyền thông. Sau đó NS2 sẽ tạo ra kết quả mô phỏng.

Hình 3.1. Kiến trúc cơ bản của NS2


14
NS2 bao gồm hai ngôn ngữ chính: C ++ và Object-oriented
Tool Command Language (OTcl). Trong khi C ++ xác định cơ chế
bên trong của các đối tượng mô phỏng, OTcl sẽ lập mô phỏng bằng
cách lắp ráp và định cấu hình các đối tượng cũng như lên lịch các sự
kiện rời rạc. Sau khi mô phỏng, NS2 xuất ra các kết quả mô phỏng
dựa trên văn bản hoặc dựa trên hoạt hình. Để giải thích các kết quả
này theo đồ họa và tương tác, các công cụ như NAM (Network
AniMator) và XGraph được sử dụng.

Hình 3.2. NAM (Network AniMator)
3.3. KỊCH BẢN MÔ PHỎNG
Các cài đặt mô phỏng trong luận văn này được thực hiện trên
máy tính với CPU Intel (R) Core(TM) i5-2410M, 2.30GHz, 4GB
RAM.

Trong phần mô phỏng các giải thuật, mô hình mạng được mô
phỏng như hình 3.3 với các thông số như sau:
-

Sử dụng 7 node miền quang kết nối theo hình chữ T và
80 node miền điện dùng cho việc gởi và nhận dữ liệu.

-

Giao thức được sử dụng là JET với thời gian offset là
0.00001s.


15
-

Mỗi liên kết có 4 kênh bước dùng làm kênh truyền dữ
liệu.

-

Băng thông mỗi kênh là 1Gb/s.

-

Kích thước header của chùm là 40 byte,

-

Kích thước tối đa của chùm là 20480 byte.

Hình 3.3. Mô phỏng mạng OBS
3.4. MÔ PHỎNG CÁC THUẬT TOÁN XẾP LỊCH TRONG
MẠNG OBS
Trong mô hình mô phỏng, dữ liệu sẽ được gởi liên tục từ các
nút con của nút 0 và 5 đến nút con của 4, trong đó nút mạng 0, 1, 2,
3, 4, 5 ,6 là nút mạng miền quang, các nút mạng còn lại mà thuộc
miền điện. Kết quả thu được ở mỗi thuật toán là throughput truyền
qua được mạng quang, đơn vị x106 Kbps.


16

Hình 3.4. Thông lượng truyền qua được mạng khi sử dụng thuật toán
FFUC

Hình 3.5. Thông lượng truyền qua được mạng khi sử dụng thuật toán
LAUC


17

Hình 3.6. Thông lượng truyền qua được mạng khi sử dụng thuật toán
FFUC-VF

Hình 3.7.Thông lượng truyền qua được mạng khi sử dụng thuật toán
LAUC-VF


18

Hình 3.8. Thông lượng truyền qua mạng khi sử dụng thuật toán
BFUC-VF
3.5. PHÂN TÍCH KẾT QUẢ
Kết quả mô phỏng chỉ ra rằng các giải thuật lập lịch LAUC
hiệu quả hơn FFUC, thể hiện ở tỷ lệ mất byte dữ liệu ít hơn, dữ liệu
truyền qua được nhiều hơn, vì LAUC tối thiểu được khoảng cách
giữa các chùm được lập lịch trên một kênh, nên nó tối đa được số
chùm có thể lập lịch trên mỗi kênh và do đó tạo được nhiều cơ hội
cho các chùm đến sau tìm thấy được kênh khả dụng để lập lịch.


19

Hình 3.11. So sánh 2 giải thuật FFUC và LAUC (Đỏ - FFUC, Xanh
– LAUC)

Hình 3.12. So sánh với 2 giải thuật FFUC và FFUCVF
(Đỏ - FFUC, Xanh – FFUCVF)


20

Hình 3.13. So sánh 2 giải thuật LAUC và LAUCVF (Đỏ - LAUC,
Xanh – LAUCVF)

Hình 3.14. So sánh 2 giải thuật FFUC-VF và LAUC-VF
(Đỏ - FFUC-VF, Xanh – LAUC-VF)
Các giải thuật chú trọng lấp đầy khoảng trống sẽ mang lại kết
quả tốt hơn, số khoảng trống càng giảm thì cơ hội các chùm để sau

chọn được vị trí trên kênh truyền sẽ cao hơn, do đó lưu lượng dữ liệu


21
truyền qua mạng sẽ cao hơn. Trong tất cả năm giải thuật, BFUC-VF
là giải thuật tối ưu nhất, giảm được khoảng trống nhiều nhất, vì vậy
nhìn chung BFUC-VF mang lại kết quả tốt hơn.
Đồ thị dưới đây sẽ diễn tả cùng lúc kết quả của năm giải thuật:

Hình 3.15. So sánh kết quả mô phỏng của các giải thuật
Dựa vào đồ thị ta có thể dễ dàng nhận thấy thông lượng truyển
qua được của năm thuật toán hoàn có sự khác biệt rõ rệt. Trong
khoảng 1.2 giây đầu tiên, kết quả của thuật toán FFUC gần giống
LAUC, FFUC-VF và BFUC-VF tương tự với BFUC-VF. Điều này là
hoàn toàn tự nhiên bởi vì trong khoảng thời gian này, số chùm trên
các kênh không nhiều, khoảng trống đầu tiên trên các kênh đủ để vận
chuyển chùm, vì vậy các thuật toán cùng loại (Non Void Filling và
Void Filling) sẽ chọn được các khoảng trống tương tự nhau. Sự khác
biệt sẽ càng rõ rệt hơn trong những khoảng thời gian còn lại, đặc biệt
hơn, các thuật toán có sử dụng Void Filling (LAUC-VF, FFUC-VF,
BFUC-VF) thì thông lượng truyền qua mạng cao hơn so với thuật
toán không sử dụng Void Filling (LAUC, FFUC) do tận dụng tốt các


22
khoảng trống giữa các chùm, qua đó tạo ra nhiều cơ hội được lập lịch
hơn cho các chùm đến sau.
Trên đây là sự phân tích kết quả của các thuật toán thông qua
mô phỏng, tại một số thời điểm như 2.5s đến 3s, kết quả mô phỏng có
sự xáo trộn, bởi vì thực tế, hiệu quả của các thuật toán lập lịch phụ

thuộc nhiều yếu tố như tốc độ đến và độ dài chùm của đến, vào mật
độ luồng mà ở đó các khoảng trống sinh ra có độ dài ngắn thay đổi,
và quan trọng nhất là sự đồng nhịp giữa thời điểm đến của chùm ngay
sau thời điểm bắt đầu của khoảng trống. Do đó, Mỗi thuật toán chỉ
phù hợp với một số tình trạng mật độ luồng và tình trạng chùm đến
cần lập lịch.
3.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
Lập lịch là một trong những hoạt động có ảnh hưởng rất lớp
đến hiệu năng cũng như tốc độ chuyển mạch trong mạng chùm
quang. Vì vậy đã có rất nhiều thuật toán lập lịch được đưa ra, tuy
nhiên đều dựa vào nguyên tắc có hay không có lấp đầy khoảng trống
giữa các chùm. Trong phạm vi luận văn này chỉ xem xét và mô
phỏng năm thuật toán cơ bản với bộ công cụ NS2 và nOBS. Kết quả
mô phỏng cho thấy sự vượt trội của thuật toán có lấp đầy khoảng
trống, trong đó thuật toán BFUC-VF xét về nguyên lý lập lịch là tối
ưu nhất do giảm tối đa khoảng trống trong kênh truyền dữ liệu, tăng
hiệu suất sử dụng tài nguyên.


23
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Trong hoàn cảnh các dịch vụ mạng đang phát triển mạnh mẽ
với nhiều loại hình phong phú, đa dạng không chỉ dừng lại ở các dịch
vụ tốc độ cố định như thoại hay truyền hình mà còn phục vụ nhiều
cho truyền dữ liệu với tốc độ thay đổi. Vì vậy đặt ra yêu cầu phải có
một công nghệ đáp ứng được tính chất đột biến của lưu lượng trong
mạng. Và chuyển mạch chùm quang OBS là sự lựa chọn ưu việt nhất
khi các công nghệ hiện đại đáp ứng cho chuyển mạch gói quang OPS
như bộ đệm quang hay logic quang vẫn chưa thực hiện được. Dù
không có nhiều ưu điểm nổi bật như OPS nhưng OBS cũng có thể

truyền được một lượng dữ liệu với tốc độ cao và là một công nghệ
hứa hẹn của mạng đường trục thế hệ sau. Nó có nhiều chức năng
riêng và nhiều ưu điểm hơn so với các ký thuật chuyển mạch khác.
Việc nghiên cứu về mạng OBS và những thuật toán lập lịch đã thu
được những kết quả quan trọng.
Mục đích của đồ án là giới thiệu tổng quát về chuyển mạch
chùm quang với những đặc tính riêng biệt như gói tin điều khiển và
dữ liệu trên nhứng kênh khác nhau, không cần bộ đệm quang. Biết
được cách OBS truyền gói tin như thế nào, dành trước tài nguyên cho
chùm dữ liệu theo dọc đường đi với kỹ thuật báo hiệu, giải quyết
tranh chấp khi có xung đột xảy ra. Qua đó tìm hiểu sâu hơn và tiến
hành mô phỏng các thuật toán xếp lịch trong mạng OBS.
Luận văn đã mô phỏng được các thuật toán dưới sự hỗ trợ của
phần mêm mô phỏng NS2. Qua kết quả mô phỏng vấn đề trên có thể
đưa ra được những nhận xét đánh giá các thuật toán và thuật toán tối
ưu cho việc sắp xếp kênh dữ liệu là BFUC-VF vì cho lượng dữ liệu
truyền qua mạng cao nhất so với các thuật toán còn lại.