Kĩ thuật lưu lượng IP/WDM, chương 9

Chương 9:
Thiết kế mô hình
Khi thiết kế mô hình thì các mục tiêu hiệu năng được lựa chọn
là khác nhau. Các mục tiêu này là nhân tố quyết định và có hai
ki
ểu mục tiêu cơ bản. Một kiểu là hướng ứng dụng, nghĩa là nó
thường liên quan tới tỉ lệ QoS ở mức ứng dụng ví dụ như trễ từ đầu
cuối tới đầu cuối. Kiểu còn lại là hướng mạng, nghĩa là nó thường
có liên quan tới các mức tận dụng tài nguyên mạng, ví dụ như
thông lượng tổng.
Thông tin đầu v
ào của thiết kế mô hình là ma trận nhu cầu lưu
lượn
g. Với một mạng IP gồm N bộ định tuyến, ma trận lưu lượng
là một ma trận T có kích thước N x N, trong đó phần tử T(i,j) là
dòng l
ưu lượng tổng (đo dưới dạng b/s) từ bộ định tuyến i tới bộ
định tuyến j. Các giá trị của các phần tử có thể được xác định nhờ
các kĩ thuật dự đoán nhất định dựa trên các kết quả đo hiện tại.
Phần dự đoán xu hướng lưu lượng sẽ được xem xét riêng, còn phần
này sẽ tập trung đề cập tới các vấn đề thiết kế mô hình. Do vậy, có
thể định nghĩa ma trận nhu cầu lưu lượng, T(i,j), bằng với các phép
đo độ lớn lưu lượng giữa bộ định tuyến i và bộ định tuyến j trong
một cửa sổ thời gian điều khiển được. Thuật toán thiết kế mô hình
có th
ể rút ra từ các công cụ phần mềm dự đoán cho nhu cầu băng
thông dòng lưu lượng IP.
Các điều kiện khởi tạo có mối quan hệ mật thiết với thuật toán
và mục tiêu tối ưu hoá. Thuật toán thiết kế mô hình chấp nhận hai
kiểu khởi tạo. Kiểu đầu tiên là các thông số cảm ứng từ mạng, ví
dụ như tình trạng tải tuyến nối là điều kiện cho thích ứng tự động.

Kiểu thứ hai là các quyết định quản trị từ bên ngoài mạng, ví dụ
như sử dụng thuật toán thiết kế mô h
ình nhờ giám sát dự đoán.
3.1.3 Một số thuật toán dựa trên kinh nghiệm
Thiết kế mô hình có thể sử dụng các thuật toán dựa trên kinh
nghi
ệm. Một thuận lợi của việc sử dụng các kinh nghiệm trong một
thuật toán tối ưu có đòi hỏi khắt khe trong việc thiết kế mô hình ảo
chính là sự mềm dẻo. Trong khi thiết kế một thuật toán dựa trên
kinh nghi
ệm, ta có thể tập trung vào một số mặt khác nhau mà vẫn
giảm được chi phí tính toán.
Thuật toán thiết kế mô hình đường đi ngắn nhất dựa trên
k
ết quả điều tra
Tồn tại ba thuật toán kiểu này: thuật toán thiết kế mô hình dựa
trên kinh nghiệm (HTDA), thuật toán thiết kế mô hình logic trễ tối
thiểu (MLDA) và thuật toán thiết kế mô hình logic không phụ
thuộc lưu lượng (TILDA). HTDA cố gắng tạo ra các đường đi
ngắn nhất giữa các cặp node theo trật tự nhu cầu lưu lượng giảm
dần. Khi đã có cấp của node mạng, một đường đi ngắn nhất sẽ
được tạo ra để đáp ứng nhu cầu lưu lượng tối đa chưa được mang.
Quá trình này sẽ tiếp tục cho tới khi không còn tài nguyên mạng
nữa. Nếu tất cả nhu cầu lưu lượng đã được ấn định, phần còn lại
của tài nguyên mạng sẽ được lựa chọn ngẫu nhiên để hình thành
các đường đi ngắn nhất cho tới khi các tài nguyên đã cạn kiệt. Ý
tưởng cho
thuật toán này xuất phát từ việc nên định tuyến lưu
lượng lớn tr
ên một kết nối đơn hop. MLDA thiết lập các đường đi

ngắn nhất giữa cặp node liền kề và sau đó HTDA được dùng để ấn
định các tài nguyên còn lại tuỳ theo các điều kiện ràng buộc. Ở đây
MLDA là một mở rộng của HTDA trong trường hợp cấp mạng
logic là cao hơn cấp mạng vật lí. TILDA không quan tâm tới nhu
cầu lưu lượng mà tập trung vào việc tối thiểu hoá số lượng bước
sóng cần sử dụng. TILDA trước tiên sẽ xây dựng các đường đi
ngắn nhất đơn hop và sau đó là các đường đi hai hop. Thuật toán
này sẽ tiếp tục thiết lập các đường đi ngắn nhất cho tới khi các điều
kiện ràng buộc được đáp ứng.
Một thuật toán khác cũng đã được đề xuất gồm hai thuật toán
nhỏ hơn: lược đồ tối đa hoá lưu lượng đơn hop dựa trên LP
(OHTMS) và lược đồ ghép thông qua loại bỏ tuyến nối (LEMS).
OHTMS tương tự như HTDA ở điểm nó cố gắng tối đa hoá tổng
lưu lượng đơn hop trong khi vẫn duy tr
ì khả năng kết nối của mô
hình ảo. LEMS trước tiên sẽ cố gắng tạo một mô hình ảo hoàn toàn
k
ết nối (lược đồ chia đôi). Trong đó mỗi phần sẽ chứa tất cả các
node trong mô hình vật lí. Khối lượng của các biên được đặt theo
nhu cầu lưu lượng. Khối lượng nhỏ nhất phù hợp cho việc ghép sẽ
được xác định cho các biên này. Các biên đ
ã được ghép sẽ bị xoá
khỏi lược đồ và lưu lượng được đẩy sang mô hình mới cập nhật để
thực hiện tính toán lại. Khối lượng các biên được cập nhật và đối
với các biên đã bị xoá sẽ được tìm kiếm và loại bỏ theo cùng
phương thức. Quá trình này sẽ tiếp tục cho tới khi đạt được điều
kiện giới hạn ràng buộc.
Một số thuật toán (dựa trên kinh nghiệm) thiết kế mô hình
cây m
ở rộng

Về mặt lí thuyết, thuật toán hướng ‘tối ưu hoá lưu lượng đơn
hop’ đ
ã được chứng minh là cho hiệu năng tốt hơn. Tồn tại một số
thuật toán theo xu hướng này. Các phương pháp này khác nhau ở
sự ấn định tài nguyên dư thừa sau khi kết nối mô hình ảo ban đầu
đ
ã được cung cấp.
Các thuật toán này có một số định nghĩa sau:
 Mô hình đường đi ngắn nhất tại mức IP được biểu thị
bởi <N,L> trong đó N là tập các bộ định tuyến và L là
t
ập các kết nối IP,
Nn 
và
Ll 
. Trong N thì n
i
biểu
diễn nhận dạng của bộ định tuyến. Một tuyến nối IP luôn
luôn là song hướng do đó hai đường đi ngắn nhất đơn
hướng trong tầng WDM h
ình thành một tuyến nối ảo tại
tầng IP. Trong L thì l
ij
là nhận dạng tuyến và l
ij-c
biểu
diễn băng thông của tuyến. Trong các thảo luận dưới đây
thì không có sự khác nhau giữa l
ij

và l
ji
, do đó l
ij-c
= l
ji-c
=
max(l
ij-c
, l
ji-c
).
 Véc tơ cấp độ node, D, có n phần tử. Mỗi phần tử,

Nid
i
,
, là cấp của node i. Rõ ràng là


i
i
dl
2
1
cho bất
cứ mô hình IP nào.
 Ma trận nhu cầu lưu lượng được biểu thị bởi T. T là một
ma trận n x n mà các phần tử của nó,
  

NjijiT  ,,0,
,
là độ lớn dòng lưu lượng trong một đơn vị thời gian từ
bộ định tuyến i tới bộ định tuyến j.
 Thông lượng X là một ma trận n x n mà các phần tử
X(i,j) của nó là độ lớn lưu lượng (được đo bằng bit) được
truyền dẫn từ bộ định tuyến i tới bộ định tuyến j trong
một khoảng thời gian nhất định.
Các thuật toán này sử dụng các kí hiệu sau:
 Ma trận nhu cầu lưu lượng dư thừa, biểu diễn bởi T
r
và
là m
ột ma trận
nxn
được xác định bởi
.XTT
r

 Một vec tơ dòng F được xây dựng từ ma trận nhu cầu lưu
lượng T theo hai bước:
 Lấy đối xứng T để có T
s
trong đó phần tử của nó:
   
.,,),(),,(max),(, NjiijTjiTijTjiT
ss

 Sắp xếp các T
s

ở trên theo trật tự giảm dần thành một
vec tơ để đạt được F.
 Vec tơ hop dòng, F
h
, được xác định bởi:
 
NjijixHjiF  ,,),(),(
được sắp xếp theo trật tự giảm
dần và H(i,j) là khoảng cách hop từ node i tới node j.
 Ma trận kết nối, G, là một ma trận n x n. Giá trị của các
phần tử G(i,j) là 1 nếu tồn tại một kết nối giữa bộ định
tuyến i và bộ định tuyến j và là 0 nếu ngược lại. Do tính
chất đối xứng của mô hình ảo IP nên G là một ma trận
đối xứng.
Dựa trên các kí hiệu trên, các thuật toán trên đặc biệt quan tâm
tới các thông số sau:
 Thông lượng bình thường hoá,



),(
),(
jiT
jiX

 Khoảng cách hop đã tính trọng số trung bình,
),(
)),(),((
jiT
jixXjiH

h


