ĐỊNH TUYẾN VÀ GÁN BƯỚC SÓNG TRONG WDM

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG
CƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA VIỄN THƠNG II

-----🙞🙞🙞🙞🙞-----

BÁO CÁO MƠN HỌC
MÔN HỌC: CÔNG NGHỆ TRUYỀN TẢI QUANG
ĐỀ TÀI: ĐỊNH TUYẾN VÀ GÁN BƯỚC SÓNG TRONG WDM
Giảng viên hướng dẫn

: TS. Trần Quang

Nhóm sinh viên thực hiện : Đồn Minh- N18DCVT075
Mai Lý– N18DCVT069 Trương Văn
Trường Nam– N18DCVT074
Nguyễn Hiếu Hoài – N18DCVT024
Lớp

: D18CQVTAC

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12năm 2021


Trang|
PAGE 1

MỤC LỤC
I. Giới thiệu chung:

3

II. Giới thiệu định tuyến và gán bước sóng:

3

III. Sự thiết lập đường ảo (Virtual path)

5

IV. Định tuyến (Routing)

6

4.1. Phân loại định tuyến

7

4.1.1.

Định tuyến tĩnh

7

4.1.2.

Định tuyến động:

7

4.1.3.

Lý thuyết đồ thị

8

V. Các thuật toán thường gặp trong định tuyến.
5.1 Thuật toán định tuyến trạng thái liên kết LSA

11
12

5.1.1 Thuật toán Dijkstra

12

5.1.2 Bài toán đặt ra.

13

5.1.3 Ý tưởng của thuật tốn

13

5.1.4 Cách thức hoạt động

13

5.1.5 Ví dụ về thuật toán Dijkstra

14

5.2 Thuật toán định tuyến vectơ khoảng cách DV

14

5.2.1 Thuật toán Bellman-Ford

15

5.2.2 Bài toán đặt ra.

15

5.2.3 Ý tưởng thuật tốn

15

5.2.4 Cách thức hoạt động.

16

5.2.5 Ví dụ về thuật tốn Bellman-Ford

16

5.2.6 Nhược điểm của thuật tốn Bellman-Ford

18

5.3 Mơ Phỏng

19

5.4 Kết luận

21

VI. Gán bước sóng động trong IP/WDM (D-RWA)[3]

22

6.1
22

: Giải thuật Random

6.2
22

: Giải thuật First-Fit(FF)

6.3
23

: Giải thuật Least-Used(LU)

6.4
24

: Giải thuật Most-Used(MU)

6.5
25

: Giải thuật Min-Product(MP)

6.6
25

: Giải thuật Least-Loaded(LL)

6.7
26

:Giải thuật Max-Sum(M∑)


Trang|
PAGE
1
: Giải thuật Relative Capacity Loss(RCL)

6.8
27

VII. Gán bước sóng tĩnh trong IP/WDM (S-RWA)

28

7.1

28

: Thuật toán Longest-First

7.2
29

: Thuật toán Largest-First

VIII.
29
8.1

Phân loại mạng quang trong WDM[7]
: Mạng Single-hop(Đơn hướng)

29
8.2
30

: Mạng Multi-hop(Song hướng)

IX. Topo trong mạng
1.

2.

Khái niệm: Topology

32

32

a)

Topo vật lý (Physical Topology)

32

b)

Topo logic (Logical Topology)

32

So sánh topo vật lý và topo logic

32

X. Kết luận

33

CHÚ THÍCH CÁC HÌNH

33

CHÚ THÍCH CÁC CỤM TỪ

34

TÀI LIỆU THAM KHẢO

35

ss


Trang|
PAGE 2

I. Giới thiệu chung:

Các công nghệ truyền tải như hệ thống phân cấp kỹ thuật số đồng bộ (SDH /
SONET) và Chế độ truyền không đồng bộ (ATM) ngày càng bị giới hạn về tốc độ
và khơng cịn có thể đáp ứng nhu cầu về các dịch vụ băng thơng cao (HDTV, hội
nghị truyền hình, ngân hàng điện tử, ứng dụng đa phương tiện, v.v.) . Thông qua
việc sử dụng cáp quang, không nhận ra tiềm năng đầy đủ của phương tiện quang
học. Tốc độ của các công nghệ này được giới hạn ở vài chục Gbps so với tốc độ
điện tử cao nhất của các thành phần mạng, khi một sợi quang đơn mode có thể
truyền dữ liệu ở tốc độ rất cao. Để tăng băng thông của cáp quang, cơng nghệ ghép
kênh phân chia theo bước sóng (WDM) được phát triển.[4]
Đây là một công nghệ đầy hứa hẹn để sử dụng hiệu quả băng thông khổng lồ
của cáp quang. Trong công nghệ ghép kênh phân chia theo bước sóng, phổ truyền
dẫn của một liên kết sợi quang có thể được chia thành nhiều kênh trong suốt giao
thức. Nhiều kênh có thể hoạt động đồng thời trong một sợi quang ở các bước sóng
khác nhau, cung cấp cho mỗi kênh băng thơng tương thích với tốc độ xử lý điện tử
hiện tại. Các kênh này có thể được điều chế độc lập để phù hợp với các định dạng
dữ liệu khác nhau ở các tốc độ bit khác nhau nếu cần. Bằng cách sử dụng WDM
trong mạng quang, chúng ta có thể đạt được dung lượng liên kết theo thứ tự Tbps.
[4]

II. Giới thiệu định tuyến và gán bước sóng:

Mạng WDM được phát triển nhanh chóng như một lớp mạng mạnh mẽ để sử
dụng trong các mạng diện rộng. Các mạng này bao gồm các thiết bị chuyển mạch
quang định tuyến tín hiệu dựa trên nhận dạng của cổng đầu vào (tức là dịch vụ cơ
bản có liên quan) và bước sóng của tín hiệu đến. Mạng WDM cịn được gọi là
mạng định tuyến theo bước sóng vì nó sử dụng kỹ thuật định tuyến theo bước sóng.
Cơng tắc truy nhập và công tắc đầu cuối cung cấp chuyển đổi điện tử sang quang
và ngược lại để giao tiếp mạng quang với các trạm điện tử. Định tuyến theo bước

SV thực hiện: Đoàn Quang Vinh
Mai Phương Trâm

Trương Văn Trường
Nguyễn Hiếu Hoài


sóng cung cấp cho mạng khả năng xác định và khoanh vùng luồng lưu lượng, do đó
cho phép sử dụng lại cùng một bước sóng trong các phân đoạn rời rạc về mặt
không gian của mạng. Để truyền dữ liệu từ nút truy cập này sang nút truy cập khác,
kết nối cần được thiết lập ở lớp quang tương tự như trường hợp trong chuyển mạch
kênh mạng lưới. Hoạt động này được thực hiện bằng cách xác định một đường dẫn
trong mạng kết nối nút nguồn với nút đích và bằng cách phân bổ một bước sóng tự
do duy nhất trên tất cả các liên kết sợi trong đường dẫn. Một đường dẫn toàn quang
như vậy được gọi là đường dẫn ánh sáng, mỗi đường dẫn ánh sáng có thể mang dữ
liệu ở tốc độ điện tử cao nhất. Tuy nhiên, những hạn chế thực tế đối với công nghệ
truyền dẫn và các thiết bị quang học hạn chế số bước sóng khả dụng trên mỗi liên
kết sợi, khơng chắc rằng một đường dẫn ánh sáng có thể được thiết lập giữa mọi
cặp nút truy cập. Các nút trung gian trong đường dẫn định tuyến đường dẫn ánh
sáng trong miền quang học bằng cách sử dụng công tắc nhạy cảm với bước sóng.

Một hạn chế cơ bản trong mạng quang định tuyến theo bước sóng là hai hoặc nhiều
đường ánh sáng truyền qua cùng một liên kết sợi quang phải nằm trên các bước
sóng khác nhau để chúng khơng giao thoa với nhau. Mạng định tuyến theo bước
sóng, mang dữ liệu từ trạm truy cập này sang trạm truy cập khác mà khơng có bất
kỳ chuyển đổi quang - điện trung gian nào được gọi là mạng định tuyến theo bước
sóng tồn quang. Các mạng định tuyến theo bước sóng tồn quang sẽ là chủ đề của
cơng việc của chúng tơi. Các mạng này có một số lợi ích như khả năng đáp ứng
băng thông đang tăng nhanh, độ tin cậy của mạng được cải thiện, quản lý mạng đơn
giản hơn và không phụ thuộc vào định dạng điều chế và tốc độ bit. Trong mạng
quang định tuyến bước sóng, người sử dụng liên lạc với nhau qua các kênh thông
tin quang được gọi là các lightpath. Lightpath là một đường đi của tín hiệu ánh
sáng từ nguồn đến đích dưới dạng quang thông qua các kết nối trung gian. Khi một
lightpath được chọn và xác định, mỗi lightpath cần được định tuyến và gán bước
sóng cho nó. Từ đó đặt ra bài tốn định tuyến và gán bước sóng. Định tuyến là vấn


đề tìm đường giữa hai node bất kì trong mạng để thoả mãn một mục đích nào đó,
thuật ngữ gọi là để tối ưu hàm mục tiêu (cost function). Vấn đề này rất quen thuộc
và rất quan trọng trong mạng. Thơng thường định tuyến trong IP sử dụng thuật tốn
tìm đường Dijkstra, với hàm mục tiêu là các metric quen thuộc như băng thơng, độ
trễ, chi phí tuyến, … Trong mạng quang, tìm đường được hiểu theo hai khía cạnh,
đó là tìm đường vật lí mang được mẫu lưu lượng yêu cầu (Routing) và đưa ra bước
sóng phù hợp để mang lưu lượng trên mỗi link dọc path (Wavelength Assignment)
trong số các bước sóng cho phép (bởi mỗi path gồm một số fiber, mà trên mỗi fiber
này, bạn có thể có W sub-chanels, cũng là W bưóc sóng và W lựa chọn cho yêu cầu
kết nối hiện tại). Vấn đề này được viết tắt là RWA. Khi tìm được một path vật lí và
đánh dấu bước sóng trên các link dọc theo path đó, thì chúng ta có một đường
quang, còn gọi là lightpath (LP). Rắc rối đặt ra đối với bài tốn RWA là nó đưa ra
hai điều kiện sau: ϖ Điều kiện tính liên tục bước sóng: một lightpath phải sử dụng
chung một bước sóng trên tất cả các link dọc theo đường đi của nó từ nguồn đến

đích. [4]
Vì các đường dẫn ánh sáng là các thực thể chuyển mạch cơ bản của mạng
WDM định tuyến theo bước sóng nên việc thiết lập và sử dụng hiệu quả chúng là
rất quan trọng. Do đó, điều quan trọng là phải đề xuất các thuật toán hiệu quả để
chọn các tuyến cho các kết nối được yêu cầu và ấn định các bước sóng trên mỗi
liên kết dọc theo các tuyến này.
III. Sự thiết lập đường ảo (Virtual path)

Một đường ảo được xem như một đường đi của ánh sáng từ nguồn đến đích.
Khi có u cầu cuộc gọi được tạo ra ở nút, nút sử dụng giải thuật định tuyến và gán
bước sóng để tìm ra một đường đi và một bước sóng cho cuộc gọi đó. Nút sẽ gán
bước sóng đã được chọn cho cuộc gọi đó và định tuyến nó đến nút kế tiếp. Ở mỗi
nút trung gian của đường đi, bước sóng của lightpath đi tới được kiểm tra xem có
sẵn để được gán và từ đó để có thể đi tiếp hay khơng. Nếu bước sóng đó khơng có


sẵn, và nếu nút có bộ chuyển đổi bước sóng, nó có thể chuyển sang bước sóng khác
để định tuyến lightpath. Đường đi vừa thiết lập được gọi là đường ảo, được thiết
lập sẵn trước khi bất kì dữ liệu nào được truyền qua. Một đường vật lí bao gồm tất
cả các tuyến truyền dẫn (link) hình thành trên lộ trình từ nguồn đến đích, nhưng
đường ảo có thể chứa các bước sóng giống hoặc khác nhau từ nguồn đến đích. Hai
u cầu cho cuộc gọi có cùng chung điểm đầu cuối đích và nguồn có thể có cùng
đường vật lí nhưng có các đường ảo khác nhau. Hình sau chỉ ra sự hành thành của
một lightpath. Ở đây hai cuộc gọi được tạo ra từ nút 1 và đường ảo cho mỗi cuộc
gọi tạo thành được vẽ ra. Đối với cuộc gọi thứ nhất, nút 1 gán bước sóng λ1 và gởi
nó đến nút 2. Giả sử nút 2 có một bộ chuyển đổi bước sóng nhưng khơng có sẵn
bước sóng λ1, vì thế nó chuyển sang bước sóng λ2 và gửi đến nút 3. Nút 3 gán tiếp
λ2 vì nó có sẵn và định tuyến lightpath đến nơi. Bằng cách này đường ảo thứ nhất
được thiết lập. Nếu cuộc gọi thứ hai được tạo ra ở nút 1 ngay sau đó, thì một đường
ảo thứ hai được tạo ra tương tự. Ta thấy rằng đường vật lí thì giống nhau nhưng các

đường ảo thì khác nhau. Tổng số các đường ảo được thiết lập từ nguồn đến đích
phụ thuộc vào số bước sóng sẵn có trên sợi. Số đường ảo được thiết lập thật sự phụ
thuộc vào tốc độ cuộc gọi đi đến. Các bộ chuyển đổi bước sóng giúp thiết lập được
nhiều đường ảo hơn.

IV. Định tuyến (Routing):

Định tuyến (Routing hay Routeing) là quá trình lựa chọn và xác định đường đi
trên mạng máy tính để gửi các gói tin thơng qua các thiết bị định tuyến. Để việc
định tuyến trở nên hiệu quả thì việc xây dựng tiến trình định tuyến dựa vào bảng
định tuyến (Routing Table) -nơi mà chứa những lộ trình tốt nhất đến các đích đến
khác nhau được tổ chức trong bộ nhớ của router trở nên vô cùng quan trọng.[12]


Định tuyến là thành phần không thể thiếu trong mạng viễn thông. Nhu cầu
nâng cao hiệu năng, các dịch vụ mới và thay đổi công nghệ mạng là những yếu tố
thúc đẩy sự phát triển của định tuyến mạng. [12]
4.1. Phân loại định tuyến:
4.1.1. Định tuyến tĩnh:
Mạng viễn thông truyền thống hầu hết được xây dựng dựa theo mơ hình
phân cấp, mơ hình này cho phép sử dụng định tuyến tĩnh trên qui mô lớn.
Định tuyến tĩnh dựa theo phương thức thủ công do người quản trị khai
báo thông tin định tuyến cho thiết bị định tuyến.[12]
Ưu điểm
+Sử dụng ít băng thơng
+Khơng tiêu tốn tài ngun để
tính
tốn và phân tích gói tin

Nhược điểm

+Khơng có khả năng tự động cập
nhật

+Cấu hình thủ cơng khi mạng
thay
+Dễ triển khai, cấu hình
đổi
+Bảo mật tốt
+Khả năng mở rộng kém, phù
hợp
với mơ hình nhỏ
Ưu và nhược điểm của Định tuyến tĩnh [13]
Sử dụng định tuyến tĩnh khi:
+ Đường truyền có băng thơng thấp
+ Người quản trị cần kiểm sốt kết nối hệ thống
+ Hệ thống có ít tuyến kết nối
+ Dùng làm đường dự phòng khi đường kết nối dùng giao thức
định tuyến động.
Phương thức triển khai: có 2 phương thức:
+Next hop: thơng tin sẽ chuyển đén Router kế tiếp nào trước khi
đến đích.
+Exit interface: thơng tin sẽ được đưa ra cổng nào trước khi đến
đích.

4.1.2. Định tuyến động:


Ở các hệ thống mạng nhỏ, bảng định tuyến có thể cấu hình thủ cơng,
nhưng ở những hệ thống mạng lớn hơn, phức tạp hơn và thay đổi liên tục nên
việc xây dựng theo phương thức thủ công là cực kỳ khó khăn. Để ngăn mạng

bị lỗi và nghẽn, dựa vào thông tin được giao thức định tuyến cung cấp và xây
dựng bảng định tuyến một cách tự động gọi là định tuyến động.[12]
Ưu điểm
Nhược điểm
+Tự động cập nhật thông tin bảng +Tiêu tốn băng thơng
định tuyến nếu có sự thay đổi
+Yêu cầu xử lý hệ thống cao hơn so
+Tự tính tốn và đưa ra tuyến
với định tuyến tĩnh
đường tốt nhất
+Đơn giản trong việc cấu hình
Ưu và nhược điểm của Định tuyến tĩnh [13]
Định tuyến động chia thành 2 loại:
+Các giao thức định tuyến ngoài: EGP (Exterior Gateway Protocol)
● Với giao thức tiêu biểu là BGP (Border Gateway Protocol):
được dùng để chạy giữa các router thuộc AS khác nhau, phục
vụ trao đổi thông tin định tuyến giữa các AS (Autonomous
System-tập hợp các router chung một chính sách định tuyến)
[12]
+Các giao thức định tuyến trong: IGP (Interior Gateway Protocol): là
loại định tuyến chạy giữa các router nằm bên trong một AS.
● Gồm các giao thức tieu biểu như: RIP, OSPF là giao thức
chuẩn quốc tế và EIGRP là giao thức chỉ chạy trên Cisco.
*RIP (Routing Information Protocol): giao thức định tuyến vector
khoảng cách
*OSPF (Open Shortest Path First): giao thức định tuyến link-state
*EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol) [12]

4.1.3. Lý thuyết đồ thị:

Trang|
PAGE 10

Đồ thị là một cấu trúc toán học được tạo thành từ tập hợp các đỉnh và
các cạnh. Đồ thị biểu diễn một tập hợp các đối tượng (đỉnh) được kết nối với
nhau bằng một số liên kết (cạnh).[15]
Kí hiệu là G = (V,E)
Với V là tập hợp các đỉnh
E là tập hợp các cạnh
Để phân biệt các loại đồ thị khác nhau ta dựa vào kiểu đồ thị và số
lượng cạnh nối hai đỉnh bất kỳ trong đồ thị.
1. Đồ thị vơ hướng: là đồ thị khơng có hướng trong các cạnh liên kết các
đỉnh trong đồ thị.[14]
a. Đơn đồ thị vơ hướng: là đồ thị trong đó một cạnh tương ứng với
một cặp đỉnh. G=(V,E)[14]
Với V là tập các đỉnh, E là tập các cạnh của các cặp khơng có thứ
tự
V
1

V
3
V
2

(Hình
1a)

Trong Hình 1a, ta có: V = {V1, V2, V3}

Và E = {(V1,V2), (V2,V3), (V3, V1)}
Vì là vơ hướng nên E cũng có thể viết là:
E= {(V2,V1), (V3,V2), (V1,V3)}

b. Đa đồ thị vô hướng: là đồ thị trong đó có thể có hai (hoặc nhiều)
cạnh nối với một cặp đỉnh nào đó G=(V,E)[14]
Với V là tập các đỉnh và E là tập các cạnh của các cặp khơng có thứ
tự
V1

e2

SV thực hiện: Đồn Quang Vinh
Mai Phương Trâm

V2

e1

Trương Văn Trường
Nguyễn Hiếu Hoài
V3


Trang|
PAGE 10

Trong Hình 1b, hai cạnh e1 và e2 được gọi là cạnh lặp (bội hay
song song)
c. Giả đồ thị vơ hướng: Là đồ thị có thể chứa các khun và các

cạnh lặp. Khi một cạnh nối một đỉnh với chính nó thì gọi là đồ thị
có chứa khun.[15]
G =(V,E)
Với V là tập hợp các đỉnh, E là tập hợp các cạnh của các cặp đỉnh
khơng có thứ tự và khơng nhất thiết phải khác nhau.
Trong Hình 1c, ta có: V = {V1, V2, V3}
e3
V1

và E =
{(V1,V2), (V2,V3), (V3,
V1), (V1,V1)}

e1

e2
V3

V2

(Hình 1c)

hoặc E = {(V2,V1), (V3,V2), (V1,V3), (V1,V1)}
V1 ϵ V và (V1,V1) ϵ E
thì ta nói có một khun tại đỉnh V1.

1. Đồ thị có hướng: Là đồ thị trong đó các cạnh liên kết các đỉnh có hướng.
[15]
a) Đơn đồ thị có hướng: là đồ thị trong đó một cạnh có hướng tương ứng
với một cặp đỉnh:

G=(V,E)

Với V là tập các đỉnh, E là tập các cạnh của các cặp đỉnh theo thứ tự.
V1

e2

e1

SV thực hiện: Đoàn Quang Vinh
Mai Phương Trâm

Trương Văn Trường
e 3

N guyễn Hiếu Hồi

V2

V3

(Hình 2a)


Trang|
PAGE 11

Trong Hình 2a, ta có V= {V1, V2, V3}
Và E= {(V2,V1), (V1,V3), (V2, V3)}
b) Đa đồ thị có hướng: là đồ thị trong đó có hai hoặc nhiều cạnh có hướng

nối với một cặp đỉnh: G= (V,E) [15]
Với V là tập các đỉnh, E là tập các cạnh của các cặp đỉnh theo thứ tự.
V1

Trong Hình 2b, hai

e1

cung e1 và e2 tương

e2

ứng với cùng một cặp đỉnh được
gọi là cung lặp.

V2

V3

(Hình 2b)

Bài tốn định tuyến gán bước sóng có liên hệ chặt chẽ với bài tốn tơ
màu các nút trong đồ thị. Cụ thể là tô màu cho các nút G sao cho hai
node kề nhau phải mang màu khác nhau để thể hiện trạng thái node.
V. Các thuật toán thường gặp trong định tuyến.

Trong định tuyến các mạng chuyển gói và internet thường dựa trên sự quyết
định đinh tuyến của nó nhờ vào các tiêu chí chi phí tối thiểu. Chúng ta có thể hiểu
một cách đơn giản khi ta xét đến chi phí của mạng định tuyến dựa vào các tham số
ngõ vào của thuật toán định tuyến để có chi phí tối thiểu nhất mà có thể phát biểu

như sau:
Một mạng gồm có nhiều node khác nhau được liên kết với nhau bởi các
tuyến dẫn, trong đó các tuyến từ các node được gán cho mỗi hướng, cứ hai node
được liên kết với nhau ta sẽ có một khoản chi phí [4]. Vậy chi phí tối thiểu của
mạng định tuyến là chi của hai node có tổng chi phí của các tuyến đường đi hợp
thành. Với mỗi cặp node trong mạng, bài tốn tìm đường dẫn với chi phí tối thiểu
được sinh ra [4].
Hiện nay, hầu hiết các thuật tốn đang được sử dụng để tính đường đi tối
thiểu trong các gói chuyển mạch và internet là Dijkstra hoặc Bellman-Ford. Ta sẽ đi
xét từng thuật toán này dưới đây [5].
5.1 Thuật toán định tuyến trạng thái liên kết LSA
Tóm tắt định tuyến trạng thái liên kết: Các giao thức định tuyến thuộc
loại này như OSPF, IS-IS .Link State khơng gửi bảng định tuyến của mình ,

SV thực hiện: Đoàn Quang Vinh
Mai Phương Trâm

Trương Văn Trường
Nguyễn Hiếu Hoài


mà chỉ gửi tình trạng của các đường link trong linkstate-database của mình đi
cho các router khác, các router sẽ áp dụng giải thuật SPF (shortest path first )
, để tự xây dựng routing-table riêng cho mình . Khi mạng đã hội tụ , Link
State protocol sẽ không gửi update định kỳ mà chỉ gởi khi nào có một sự
thay đổi trong mạng (1 line bị down , cần sử dụng đường back-up) [8]
+ Ưu điểm :
● Có thể thích nghi được với đa số hệ thống , cho phép người
thiết kế có thể thiết kế mạng linh hoạt , phản ứng nhanh với
tình huống xảy ra. Do khơng gởi interval-update , nên link

state bảo đảm được bandwidth cho các đường mạng [8].
+ Nhược điểm :
● Do router phải sử lý nhiều , nên chiếm nhiều bộ nhớ , tốc độ
CPU chậm hơn nên tăng delay[8].
● Link State khá khó cấu hình để chạy tốt [8] .
5.1.1 Thuật tốn Dijkstra.
Thuật toán Dijkstra là một thuật toán mang tên của nhà khoa học máy
tính người Hà Lan Edsger Dijkstra được ơng sáng tạo ra vào năm 1956
và ấn bản năm 1959. Thuật toán Dijkstra là một giải thuật cho phép
chúng ta tìm đường đi ngắn nhất giữa hai đỉnh bất kỳ của đồ thị.
Trong thuật tốn Dijksta, các node mạng thơng tin giá trị liên kết của
nó với các node xung quanh tới các node khác trong mạng. Sau khi có
thơng tin giá trị, tất cả các node đều biết rõ cấu trúc mạng và thuật
tốn được sử dụng để tính tốn con đường ngắn nhất tới node đích là
thuật tốn Dijkstra.
5.1.2 Bài tốn đặt ra.
Cho một đồ thị có hướng với N đỉnh (được đánh số từ 0 đến N−1), M
cạnh có hướng, có trọng số, và một đỉnh nguồn S. Trọng số của tất cả
các cạnh đều không âm. Yêu cầu tìm ra đường đi ngắn nhất từ đỉnh S
tới tất cả các đỉnh còn lại (hoặc cho biết nếu khơng có đường đi) [5].


Hình 5.1 Giải thuật Dijkstra.
5.1.3 Ý tưởng của thuật tốn.
Thuật tốn Dijkstra cũng tối ưu hóa đường đi bằng cách xét các cạnh
(u,v), so sánh hai đường đi S→v sẵn có với đường đi S→u→v.
Thuật tốn hoạt động bằng cách duy trì một tập hợp các đỉnh trong đó
ta đã biết chắc chắn đường đi ngắn nhất. Mỗi bước, thuật toán sẽ chọn
ra một đỉnh u mà chắc chắn sẽ khơng thể tối ưu hơn nữa, sau đó tiến
hành tối ưu các đỉnh v khác dựa trên các cạnh (u,v) đi ra từ đỉnh u. Sau

N bước, tất cả các đỉnh đều sẽ được chọn, và mọi đường đi tìm được
sẽ là ngắn nhất [5].
Cụ thể hơn, thuật toán sẽ duy trì đường đi ngắn nhất đến tất cả các
đỉnh. Ở mỗi bước, chọn đường đi S→u có tổng trọng số nhỏ nhất
trong tất cả các đường đi đang được duy trì. Sau đó tiến hành tối ưu
các đường đi S→v bằng cách thử kéo dài thành S→u→v như đã mô tả
trên [5].

5.1.4 Cách thức hoạt động.
Cách thức hoạt động của thuật toán như sau:
● Thuật toán Dijkstra hoạt động dựa trên cơ sở bất kỳ đường đi
con nào từ B tới D của đường đi ngắn nhất từ A đến D giữa các
đỉnh A và D cũng là đường đi ngắn nhất giữa các đỉnh B và D
[5].
● Djikstra đã sử dụng thuộc tính này theo hướng ngược lại, tức là
chúng ta ước tính vượt qua khoảng cách của mỗi đỉnh từ đỉnh
đầu tiên. Sau đó, chúng ta sẽ truy cập từng nút và các nút lân


cận của nó để tìm đường đi con ngắn nhất đến các nút lân cận
đó [5].
● Thuật tốn sử dụng cách tiếp cận tham lam, tức là chúng ta sẽ
tìm ra giải pháp tốt nhất tiếp theo với hy vọng rằng kết quả cuối
cùng là giải pháp tốt nhất cho tồn bộ vấn đề [5].
5.1.5 Ví dụ về thuật tốn Dijkstra.
Bài toán: Cho một đồ thị trọng số gồm các nodes A,B,C,D,E,F và
khoảng cách giữa các nodes tương ứng với các cạnh như hình bên
dưới . Tìm đường đi ngắn nhất từ node A đến các node còn lại trong đồ
thị ?

Hình 5.2 Ví dụ về thuật tốn Dijkstra.
Sau khi giải bài toán, ta được kết quả như sau. Đường đi ngắn nhất từ
A đến 5 node còn lại:
Từ A -> B : A - B, tổng độ dài đường đi = 2
Từ A -> C : A-D- C, tổng độ dài đường đi = 4
Từ A -> D : A - D, tổng độ dài đường đi = 1
Từ A -> E : A - D - E, tổng độ dài đường đi = 2 Từ
A -> F : A - D - E - F, tổng độ dài đường đi = 4
5.2 Thuật toán định tuyến vectơ khoảng cách DV
Tóm tắt định tuyến vector khoảng cách: Các giao thức định tuyến thuộc loại
này như : RIP , IGRP , ……Hoạt động theo nguyên tắc Neighbor , nghĩa là mỗi
router sẻ gửi routing-table của mình cho tất cả các router được nối trực tiếp với
nó . Các router đó sau đó so sánh với bảng routing-table mà mình hiện có và
kiểm tra lại các tuyến đường của mình với các tuyến đường mới nhận được,
tuyến đường nào tối ưu hơn sẻ được đưa vào routing-table [8]


+Ưu điểm :
● Dễ cấu hình , router khơng phải xử lý nhiều nên không tốn nhiều
dung lượng bộ nhớ và CPU có tốc độ xử lý nhanh hơn [8].
+Nhược điểm :
● Hệ thống metric quá đơn giản (như rip chỉ là hop-count ) dẫn đến
việc các tuyến đường được chọn vào routing-table chưa phải tuyến
đường tốt nhất [8]
● Vì các gói tin update được gửi theo định kỳ nên một lượng
bandwidth đáng kể sẻ bị chiếm (mặc dù mạng khơng gì thay đổi
nhiều) .
● Do Router hội tụ chậm , dẫn đến việc sai lệch trong bảng địn tuyến
gây nên hiện tượng loop [8].
5.2.1 Thuật toán Bellman-Ford.

Thuật toán Bellman-Ford là một thuật tốn tính các đường đi
ngắn nhất nguồn đơn trong một đồ thị có hướng có trọng số (trong đó
một số cung có thể có trọng số âm). Thuật toán Dijkstra giải cùng bài
toán này với thời gian chạy thấp hơn, nhưng lại đòi hỏi trọng số của
các cung phải có giá trị khơng âm. Do đó, thuật tốn Bellman-Ford
thường chỉ được dùng khi có các cung với trọng số âm.
5.2.2 Bài toán đặt ra.
Tương tự như bài toán của Dijkstra, bài toán mà thuật toán
Bellman-Ford phải giải quyết là tương tự.
5.2.3 Ý tưởng thuật toán.
Xét trường hợp đơn giản hơn, khi đồ thị khơng có trọng số âm
(tức đường đi ngắn nhất ln tồn tại). Thuật tốn Bellman-Ford sẽ lặp
nhiều lần. Ở mỗi vòng lặp, ta sẽ đi qua tất cả các cạnh (u,v) trên đồ thị,
so sánh đường đi S→v đã tìm được với đường đi S→u→v
Ví dụ đồ thị sau:


Hình 5.3 Ví dụ đồ thị cho giải thuật Bellman-For.

Giả sử ta tìm được đường đi từ 1→3 có độ dài là 4, và đường đi từ
1→2 có độ dài là 2. Như vậy ta có thể sử dụng cạnh (2,3) để nối dài
đường đi 1→2 thành 1→2→3 có độ dài bằng 3, tốt hơn đường đi trực
tiếp 1→3 ta đã tìm được [9].
Có thể chứng minh được rằng, vịng lặp trên cần thực hiện N−1 lần,
mỗi lần đi qua tồn bộ M cạnh, là sẽ đủ để tìm đường đi ngắn nhất.
Chứng minh: Nhận xét rằng một đường đi ngắn nhất bất kì sẽ khơng
có đỉnh nào được đi lại quá một lần. Như vậy một đường đi ngắn nhất
sẽ khơng có q N−1 cạnh. Việc thực hiện phép tính Dv=Du+Wu,v
cũng đồng nghĩa với thêm một cạnh u→v vào hành trình đi từ s đến v.
Vậy một Du chỉ có thể được tối ưu tối đa N−1 lần, và từ lần thứ N trở

đi sẽ không thể tối ưu hơn được nữa.
5.2.4 Cách thức hoạt động.
Thuật toán gồm các bước sau:
● Mỗi nút tính khoảng cách giữa nó và tất cả các nút khác
trong hệ thống tự chủ và lưu trữ thông tin này trong một
bảng. [9]
● Mỗi nút gửi bảng thơng tin của mình cho tất cả các nút
lân cận. [9]
● Khi một nút nhận được các bảng thơng tin từ các nút lân
cận, nó tính các tuyến đường ngắn nhất tới tất cả các nút
khác và cập nhật bảng thơng tin của chính mình. [9]
5.2.5 Ví dụ về thuật tốn Bellman-Ford.
Ta có đồ thị như sau:


Hình 5.4 Đồ thị ví dụ cho thuật tốn Bellman-Ford.

Bước 1: Thực hiện chọn đỉnh bắt đầu và gán các giá trị vô cực cho đường đi của tất
cả các đỉnh khác.

Hình 5.5: Gián giá trị ∞vào các đỉnh đồ thị trong
thuật toán Bellman-Ford.

Bước 2:Thực hiện duyệt qua từng cạnh và nới lỏng khoảng cách đường đi
nếu khơng chính xác.

Hình 5.6 Duyệt qua từng cạnh đồ thị trong
thuật toán Bellman-Ford.

Bước 3: Ta cần thực hiện V lần bởi trong trường hợp xấu nhất, độ dài đường

đi của một đỉnh có thể bị thay đổi V lần.


Hình 5.7 Duyệt lại tim trường hợp xấu nhất
trong thuật tốn Bellman-Ford.

Bước 4: Lưu ý rằng đỉnh nằm ở góc trên bên phải đã thay đổi độ dài đường
đi của nó.

Hình 5.8 Kết quả của lần duyệt cuối cùng

Bước 5: Sau khi tất cả các đỉnh đã có độ dài đường đi của nó, ta sẽ kiểm tra
xem có tồn tại một vịng lặp có trọng số âm hay khơng.[9]

Bảng 4.1: Kết quả chạy của thuật toán Bellman-Ford.
5.2.6 Nhược điểm của thuật tốn Bellman-Ford.
Nhược điểm chính của thuật tốn Bellman-Ford trong cấu hình này là:
● Khơng nhân rộng tốt
● Các thay đổi của tô-pô mạng không được ghi nhận nhanh do các
cập nhật được lan truyền theo từng nút một.
● Đếm dần đến vô cùng (nếu liên kết hỏng hoặc nút mạng hỏng
làm cho một nút bị tách khỏi một tập các nút khác, các nút này
vẫn sẽ tiếp tục ước tính khoảng cách tới nút đó và tăng dần giá


trị tính được, trong khi đó cịn có thể
xảy ra việc định tuyến thành vịng
trịn) [9]

5.3 Mơ Phỏng

Định tuyến là công việc hết sức quan trọng trong mạng quang WDM, nó thực hiện
tìm đường cho lightpath mang lưu lượng thơng tin từ nguồn đến đích với mục đích tối ưu
mạng. Trong chương này, dựa trên phần mềm Java, em mô phỏng phần định tuyến cho
các lightpath với hàm mục tiêu chúng ta có thể tuỳ chọn như chi phí, độ trễ, lượng lưu
lượng… qua các tuyến từ nguồn đến đích. Thuật toán sử dụng để thực hiện định tuyến là
thuật tốn Dijkstra. Các trọng số trên các tuyến khơng chỉ là độ dài đường đi của tuyến
mà tuỳ theo một tiêu chí nào đó của mạng như chi phí tuyến, độ trễ, băng thông, lưu
lượng thông tin... Nếu lấy theo tiêu chí là chi phí thấp nhất thì trọng số trên các tuyến
(cạnh) là chí phí của tuyến đó.
Thuật tốn sẽ thực hiện tìm đỉnh u trong tập hợp Q mà có giá trị d[u] nhỏ nhất.
Đỉnh này được loại ra khỏi Q và được đưa vào tập S. Tập S chứa một bảng các đỉnh tạo
thành một trong những đường đi ngắn nhất từ s đến node nguồn t nào đó.
1 function Dijkstra(G, w, s)
2
for each vertex v in V[G]
3
d[v] := infinity // Gán các giá trị ban đầu
4
previous[v] := undefined
5
d[s] := 0 // Khoảng cách từ s đến s bằng 0
6
S := empty set // Thiết lập S là tập hợp rỗng
7
Q := V[G] // Tập Q chứa tất cả các node của đồ thị
8
while Q is not an empty set
9
u := Extract_Min(Q)

10
S := S union {u}
11
for each edge (u,v) outgoing from u
12
if d[u] + w(u,v) < d[v]
13
d[v] := d[u] + w(u,v)
14

previous[v] := u
Bài toán đặt ra cho mơ phỏng: tìm đường đi ngắn nhất đến các đỉnh cịn lại.

5.3.1 Cài đặt mơ phỏng
Ta cài đặt phần mềm phù hợp với bài tốn của mình.
Các chức năng của phần mền:
+ Map type : loại đồ thị mô phỏng có hướng hoặc vơ hướng với
Undirected là vơ hướng cịn Directed là có hướng.


+ Input Method : Phương pháp nhâp đồ thị chúng ta có hai sự lựa
chọn là tự thiết kế Draw và chọn có sẵn Demo.
+ Pont : Điểm muốn mơ phỏng ta chọn tùy ý từ 1 điêm bất kỳ là
Begin đến các điểm còn lại trong mạng hoặc tất cả các điểm trong mạng End.
+ Run: Chạy thuật toán ta cũng có sự lựa chon là chạy tồn bộ Run
all hay chạy từng bước một Run step
Các nút chức năng khác sẽ được mơ tả trong hình 5.9

Hình 5.9: Chức năng của phần mền mô phỏng
5.3.2 Tiến hành mô phỏng

Ta tiến hành thiết lâp mơ phỏng bài tốn như trong phần trình bày cụ thể hình 5.10

Hình 5.10: Bài tốn mơ phỏng trên Java


Kết quả mô phỏng: Đường đi ngắn nhất từ đỉnh A đến các đỉnh còn lại
The cost from A to A is 0

Path : A

The cost from A to B is 2

Path : A --> B

The cost from A to C is 1

Path : A --> C

The cost from A to D is 3 Path : A --> C --> F --> B
The cost from A to E is 2

Path : A --> C --> E

The cost from A to F is 4

Path : A --> C --> E --> F

Hình sau đây sẽ cho ta thấy kết quả mơ phỏng và các đường đi tht tốn qua có node.

Hình 5.11: Kết quả mơ phỏng thuật tốn Dijkstra

5.4 Kết luận
Tóm lại cả hai thuật toán Dijkstra và Bellman-Ford đều hoạt động dưới điều
kiện tĩnh của topo mạng và chi phí định tuyến thì cả hai đều chung một kết quả như
nhau. Khi có sự thay đổi về các node trong mạng thì thuật tốn sẽ cố gắng bám theo
sự thay đổi để tính tốn lại đường đi tuy nhiên, nếu chi phí định tuyến phụ thuộc
vào lưu lượng, tức là nó lại phụ thuộc vào đường dẫn được chọn thì với đáp ứng
làm cho mạng không ổn định.

Định tuyến trạng thái liên kết

Định tuyến vector khoảng cách


Phức tạp
Hiểu cấu hình của mạng hiện tại
bằng các tích lũy tất cả các LSA
Mỗi router làm việc một các độc
lập để tính con đường ngắn nhất
của nó tới mạng đích

Đơn giản dễ cài đặt
Lấy dữ liệu cấu hình mạng từ
thông tin trong bảng định tuyến
của các láng giềng
Mỗi router xách định con đường
tốt nhất bằng các cộng những giá
trị đo, thường là số hop mà nó
nhận được thơng tin chỉ định
tuyến được chuyển từ router tới
router

Cập nhật thông tin định tuyến một
cách định kỳ
Thông điệp cập nhật thông tin
đinh tuyến lớn, do sao chép tồn
bộ bảng định tuyến
Thơng tin định tuyến trao đổi với
láng giềng bằng cách broastcast.

Chỉ cập nhật khi có sự thay đổi
về cấu hình mạng
Chỉ gửi những thông tin cập
nhập cần thiết, túc chỉ gửi những
thay đổi mà thôi
Thông tin định tuyến được gửi
cho tất cả các router bằng cách
flooding
Bảng 4.2 Bảng tóm tắt LS và DV [2]

VI. Gán bước sóng động trong IP/WDM (D-RWA)[3]
6.1: Giải thuật Random
- Là giải thuật gán bước sóng đơn giản nhất, theo đó thì nút nguồn sẽ tìm kiếm
tất cả

các bước sóng để xác định tập bước sóng rỗi trên đường đi đã xác định

trước. Sau đó, sẽ chọn một bước sóng ngẫu nhiên để gán bước sóng cho lightpath
đó.
- Khi có yêu cầu đến 1 nút, nút đó sẽ xác định những bước sóng cịn rỗi( tức là
cịn hiệu lực) và chọn ngẫu nhiên 1 bước sóng λi trong những bước sóng đó để gán
cho yêu cầu đó. Các bước sóng cịn rỗi ở mỗi nút được xác định bằng cách loại bỏ

các bước sóng đã sử dụng ra khỏi danh sách bước sóng cịn rỗi; khi cuộc gọi kết
thúc thì thì bước sóng λi được loại ra khỏi danh sách bước sóng bận và trở lại danh
sách bước sóng rỗi ban đầu.
- Phép gán này phân phối lưu lượng 1 cách tùy ý


- Phương pháp này khơng địi hỏi những thơng tin về toàn bộ trạng thai của
mạng khi thực hiện gán bước sóng. Trong trường hợp thiếu thơng tin về tinh trạng
bước sóng trong mạng thì phương pháp này sẽ dẫn đến kết quả cân bằng được số
lượng các bước sóng được sử dụng do đó xác suất nghẽn cũng thấp hơn.
6.2 : Giải thuật First-Fit(FF)

- Trong giải thuật này, tất cả các bước sóng sẽ được đanh số thự tự. Trong tất cả
các bước sóng rỗi, các bước sóng được đánh số từ thấp đến cao theo thứ tự ưu tiên
được chọn, tức là bước sóng đầu tiên được chọn sẽ là bước sóng có giá trị thấp
nhất.
- Cũng tương tự như Giải thuật Random, giải thuật này không yêu cầu thông tin
nào về trạng thái của mạng. Giải thuật này có chi phí tính tốn ít hơn do khơng cần
phải duyệt qua tất cả các bước sóng trong tuyến mạng. Nhìn chung giải thuật FF sẽ
tốt hơn Random khi có đầy đủ trong tin về trạng thai mạng, tuy nhiên, trong trường
hợp hạn chế hoặc được cập nhật không kịp thời thì việc cấp phát bước sóng
Random lại tốt hơn.
-Hạn chế của giải thuật này là các bước sóng có chỉ số nhỏ được sử dụng nhiều,
trong khi đó các bước sóng cao ít khi được dùng đến hoặc hầu như khơng.

Hình 6.2: Ví dụ về Giải thuật First-Fit
Ta có hình vẽ như trên là thứ tự các liên kết được đặt vào ở từng bước sóng


6.3 : Giải thuật Least-Used(LU)

- Giải thuật này chọn những bước sóng mà những bước sóng này ít được
sử dụng nhất trong mạng. Mục đích là cân bằng tải trên tất cả những bước
sóng. Giải thuật này địi hỏi thơng tin trạng thái về mạng để tìm ra bước sóng
ít được sử dụng nhất. Tuy nhiên phương pháp này phải tốn kém cho chi phí
lưu trữ và tính tốn.

Hình 6.3: Ví dụ về Giải thuật Least-Uesd
Cho bài tốn trên, giả sử cần thiết lập kết nối {4,5}. Ta thấy rằng W1 sử dụng ở 2
liên kết, W2 sử dụng 1 liên kết và W3 sử dụng 3 liên kết. Vậy nên chọn W2 để phù
hợp với giải thuật LU.
6.4 : Giải thuật Most-Used(MU)

- Là giải thuật ngược với Least-used, nó tìm chọn những bước sóng được sử
dụng nhiều nhất trong mạng. Giải thuật này phải địi hỏi những thơng tin về trạng
thái mạng để tìm ra bước sóng được sử dụng nhiều nhất. Nó cũng tốn những chi
phí tương tự như trong phép gán Least- used, tuy nhiên nó thực hiện tốt hơn so với
giải thuật Least- used.