Đang tải... (xem toàn văn)
THUẬT TOÁN ĐIỀN ĐẦY Ô TRỐNG VÀ ỨNG DỤNG TRONG MẠNG OBSR Cấu trúc của luận văn gồm 3 chương: Chương I: Giới thiệu sơ lược về mạng chuyển mạch burst quang (OBS) Chương II Giới thiệu các thuật toán lập lịch burst trong miền thời gian Chương III Truyền tải qua mạng OBSR sử dụng thuật toán điền ô trống (Void Filling)
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG ĐÀO ĐỨC LONG THUẬT TOÁN ĐIỀN ĐẦY Ô TRỐNG VÀ ỨNG DỤNG TRONG MẠNG OBSR CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT VIỄN THÔNG MÃ SỐ: 60.52.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS BÙI TRUNG HIẾU HÀ NỘI - 2013 Luận văn được hoàn thành tại: HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Bùi Trung Hiếu Phản biện 1: ……………………………………………………… Phản biện 2: …………………………………………………… Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông Vào lúc: giờ ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông I LỜI MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triển của xã hội, nhu cầu thông tin ngày càng tăng lên cả về lưu lượng và chất lượng. Trước đây lưu lượng thoại chiếm phần lớn nhưng hiện nay lưu lượng phi thoại đang dần thay thế và chiếm phần lớn. Cùng với sự ra đời của nhiều loại hình dịch vụ mới yêu cầu về thời gian thực, QoS…Hiện nay lưu lượ ng viễn thông chủ yếu là lưu lượng IP. Do đó cần đưa ra các phương thức để hỗ trợ việc truyền tải lưu lượng IP trên WDM. Chuyển mạch quang đóng vai trò quan trọng trong việc truyển tải lưu lượng IP trên mạng quang. Nếu sử dụng chuyển mạch điện tử thì các ưu điểm của thông tin quang như tốc độ sẽ bị hạn chế. Trong điều kiện hiện nay thì chuyển mạch kênh quang đã được ứng dụng nhưng vẫn còn nhiều hạn chế vốn có, còn chuyển mạch gói quang thì đang trong giai đoạn nghiên cứu vì công nghệ hiện tại chưa thể đáp ứng được các yêu cầu của chuyển mạch quang. Hiện tại chuyển mạch Burst quang được coi là một giải pháp hiệu quả trong việc truyền tải lưu lượng IP trên mạng quang. Chuyển m ạch Burst quang là sự kết hợp các ưu điểm của chuyển mạch kênh quang và chuyển mạch gói quang. Tuy vậy, một vấn đề quan trọng trong mạng OBS vẫn chưa được giải quyết triệt để, mà có lẽ là cản trở chính trong triển khai mạng OBS vào thực tế, đó là xung đột (collision) dẫn đến mất burst truyền qua mạng. Nhiều giải pháp giảm thiểu tranh chấp cũng đã được đề xu ất như sử dụng các đường dây trễ quang (FDL), chuyển đổi bước sóng (WC), định tuyến lệch hướng (DR) nhưng cũng chỉ cho khả năng giảm hoặc tránh một phần tranh chấp bước sóng truyền tải chứ không loại bỏ triệt để tranh chấp và mất burst. Một giải pháp đã được đề xuất và nghiên cứu có khả năng loại bỏ tranh chấp bước sóng truyền và mất burst trong m ạng quang được gọi là giao thức báo hiệu quay vòng (CSP). CSP truyền gói tin điều khiển burst (BCP) theo vòng và đăng ký trước bước sóng truyền tải. Hiệu năng truyền tải của mạng phụ thuộc vào thuật toán sử dụng để tìm và đăng ký truyền cho burst dữ liệu. Trong luận văn này, tôi đề xuất một thuật toán sử dụng cho mạng chuyển mạch burst quang cấu hình vòng (OBS-R) và thực hiện khảo sát khả năng truyề n tải của mạng bằng mô phỏng. II Cấu trúc của luận văn gồm 3 chương: Chương I: Giới thiệu sơ lược về mạng chuyển mạch burst quang (OBS) Chương II Giới thiệu các thuật toán lập lịch burst trong miền thời gian Chương III Truyền tải qua mạng OBS-R sử dụng thuật toán điền ô trống (Void Filling) Do điều kiện thời gian và trình độ có hạn, luận văn sẽ không tránh khỏi những sai sót. Kính mong thầy cô và bạn bè đồ ng nghiệp tham gia đóng góp để tôi được hoàn thiện hơn. Cuối cùng, tôi xin được bày tỏ lòng cảm ơn chân thành tới thầy giáo, PGS. TS Bùi Trung Hiếu đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Tôi cũng xin được gửi lời cảm ơn tới các thầy giáo trong Học viện Công nghệ Bưu chính viễn thông cùng các bạn học đã giúp đã cho tôi hoàn thành cuốn luận văn này 1 CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu sơ lược về mạng chuyển mạch burst quang OBS Hình 1. 1 Mô hình mạng chuyển mạch burst quang 1.2 Giới thiệu mạng OBS-R Trong luận văn này, các giải pháp dành riêng cho mạng OBS cấu hình vòng đã được đưa ra và đề xuất một vài cải tiến cho các giải pháp đó sẽ được trình bày. Các giải pháp này cho phép loại bỏ tranh chấp bước sóng truyền tải và mất burst. 2 Hình 1. 2 Mô hình mạng và nút mạng OBS-R Hình 1. 3 Nút mạng OBS-R 1.2.1 Báo hiệu cho mạng OBS-R Trình bày về giao thức báo hiệu xoay vòng CSP. 1.2.2 Truyền tải qua mạng 3 1.3 Thuật toán đã được đề xuất cho mạng OBS-R Giới thiệu một thuật toán đã được đưa ra cho mạng OBSR có tên gọi là thuật toán “thợ may”. Việc lựa chọn bước sóng cho yêu cầu truyền áp dụng thuật toán “thợ may” sẽ được thực hiện lần lượt theo các bước sau: Hình 1. 4 Các bước thực hiện thuật toán “thợ may”. 1.4 Kết luận chương I Chương I đã giới thiệu một cách tổng quát và các vấn đề về mạng chuyển mạch burst quang OBS, cụ thể là vấn đề tranh chấp do xung đột, dẫn đến mất burst trên mạng. Với mục tiêu đề xuất một giải pháp để giải quyết vấn đề này, tôi giới BƯỚC 2: Cập nhật bước sóng rỗi: λ i (L j+h )=0 BƯỚC 3: Tuyến rỗi trùm tuyến yêu cầu: λ i (L j+h )=0 & (L n+k ∩L j+h =L n+k ) BƯỚC 4: Tuyến rỗi có nút đầu trùng nút nguồn hoặc nút cuối trùng nút đích: λ i (L j+h )=0 & (L n+k ∩L j+h =L n+k ; j=n HOẶC j+h=n+k) BƯỚC 5: Tuyến rỗi có số đoạn nhỏ nhất: λ i (L j+h )=0 & L n+k ∩L j+h =L n+k ; j=n HOẶC j+h=n+k; h=min) BƯỚC 6: Bước sóng chứa tuyến rỗi có số đoạn sử dụng nhiều nhất: λi(Lj+h)=0 & Ln+k∩Lj+h=Ln+k; j=n HOẶC j+h=n+k; h=min; ∑ λ i (s x ) max, x=1,2,…,N BƯỚC 7: Chọn bước sóng có chỉ số nhỏ hơn; Đăng ký bước sóng; Lặp lại bước 1 hoặc kết thúc. BƯỚC 1: Tìm burst có tuyến yêu cầu dài nhất: L n+k ; 4 thiệu một mô hình mạng đơn giản để áp dụng cho đề xuất của mình, mô hình mạng được xem xét đến mà mạng OBS-R. Mô hình mạng này đã được sử dụng để áp dụng cho một giải pháp đã được đưa ra trước đây, đó là áp dụng thuật toán “thợ may” cho để định tuyến và lập cho burst dữ liệu. Tuy nhiên giải pháp đưa ra vẫn còn hạn chế là chưa tận dụng được tối đa tài nguyên bước sóng. Trong chương tiếp theo tôi sẽ giới thiệu một vài giải pháp cũng đã được đưa ra dành cho mạng OBS-R cho phép giải quyết được vấn đề tranh chấp và tận dụng tài nguyên bước sóng hiệu quả hơn. 5 CHƯƠNG II GIỚI THIỆU CÁC THUẬT TOÁN LẬP LỊCH BURST – MIỀN THỜI GIAN Trong chương này, tôi giới thiệu một vài thuật toán đã được đề xuất cho mạng OBS. 2.1 Giới thiệu các thuật toán lập lịch Burst 2.1.1 Một số thuật toán lập lịch Burst Theo chính sách lập lịch được sử dụng có thể phân chia các thuật toán lập lịch Burst như sau: - Horizon hoặc Không điền đầy ô trống. - Điền đầy ô trống. Đại diện cho các thuật toán Horizon là: Kênh chưa được đăng ký thỏa mãn đầu tiên - First Fit Unscheduled Channel (FFUC), Kênh chưa được đăng ký khả dụng cuối cùng - Latest Available Unscheduled Channel (LAUC). Đại diện cho các thuật toán điền đầy ô trống là: Kênh chưa được đăng ký có khoảng trống th ỏa mãn đầu tiên - First Fit Unscheduled Channel with Void Filling (FFUC-VF), Kênh chưa được đăng ký có khoảng trống khả dụng cuối cùng - Latest Available Unscheduled Channel with Void Filling (LAUC-VF) và Khoảng trống nhỏ nhất - Minimum End Void (Min-EV). 6 Hình 2. 1 Minh họa cho các thuật toán lập lịch burst Chúng ta định nghĩa kênh chưa được lập lịch và kênh trống như sau: Kênh chưa được lập lịch: một kênh bước sóng được gọi là chưa được lập lịch tại thời điểm t khi không có burst dữ liệu nào sử dụng kênh tại và sau thời điểm t. Kênh trống: là kênh chưa được sử dụng suốt khoảng thời gian giữa hai burst dữ liệu liên tiếp. 2.1.2 Thuật toán BFVF – Best Fit Void Filling Trong phần này tôi đề xuất một thuật toán lập lịch mới, cố gắng tận dụng các khoảng trống tồn tại trên kênh một cách có hiệu quả. 2.1.2.1 Giới hạn của các thuật toán lập lịch hiện tại [...]... các thuật toán horizon và điền ô trống (void filling) Qua tìm hiểu thuật toán điền ô trống (void filling) thể hiện ưu điểm tốt, giúp mạng đạt hiệu quả sử dụng bước sóng cao hơn Tôi đã hoàn thành việc xây dựng chương trình mô phỏng sự truyền tải của qua mạng chuyển mạch burst quang cấu hình vòng OBS-R sử dụng thuật toán điền ô trống (void filling), chương trình mô phỏng này có thể được sử dụng vào việc... sử dụng phần mềm Matlab, tôi đã thực hiện mô phỏng việc xử lý bản tin BCP tại mỗi nút mạng, áp dụng thuật toán điền ô trống để tìm kiếm khoảng thời gian rỗi trên mỗi kênh bước sóng và đăng ký cho burst cần truyền tại nút Kết quả được đưa ra dưới dạng đồ thị trực quan phản ánh năng lực truyền tải của mạng OBSR Cũng cần nói rõ thêm, thuật toán điền ô trống tôi sử dụng trong mô phỏng chưa phải thuật toán. .. tận dụng kênh lớn nhất được tìm ở bước 2 Kênh đầu ra j là kênh cho dữ liệu Kết thúc Bước 4: Đăng ký cho burst dữ liệu theo thuật toán LAUC Kết thúc 2.2 Cải tiến thuật toán điền đầy ô trống Tôi đề xuất một sự kết hợp giữa hai thuật toán FFUC-VF và BFVF, tức là, thuật toán sẽ lựa chọn khoảng trống phù hợp sớm nhất Nếu có nhiều hơn một khoảng trống sớm nhất như nhau, thuật toán sẽ xem xét đến khoảng trống. .. Chương tiếp theo tôi thực hiện mô phỏng mạng chuyển mạch burst quang cấu hình vòng OBS-R, kết quả thống kê thu được bước đầu giúp chúng ta đưa ra được những đánh giá về khả năng truyền tải của mạng OBS-R sử dụng giao thức báo hiệu CSP, và sử dụng thuật toán điền ô trống để định tuyến và lập lịch cho burst dữ liệu 10 CHƯƠNG III KHẢO SÁT TRUYỀN TẢI QUA MẠNG OBS-R SỬ DỤNG THUẬT TOÁN ĐIỀN Ô TRỐNG (VOID... Void Filling Trong phần này tôi trình bày một thuật toán lập lịch mới được gọi là BFVF, nó cố gắng tối đa tính tận dụng kênh và tối thiểu tỉ lệ mất burst Tôi mô tả thuật toán BFVF như ở dưới Các ký hiệu được sử dụng trong thuật toán: lengthb độ dài của burst dữ liệu đến lengthv(i) độ dài khoảng trống ở kênh i startb : thời điểm bắt đầu burst dữ liệu startv(i) : thời điểm bắt đầu khoảng trống trên kênh... độ 10Gbps gấp đôi mạng 8 bước sóng tốc độ 2.5Gbps Một điều thú vị rút ra từ trường hợp này là, kết quả truyền tải của mạng OBSR sử dụng CSP phụ thuộc tổng dung lượng chứ không phụ thuộc nhiều vào số bước sóng 17 3.6 Kết luận chương III Chương III tập trung vào việc thực hiện mô phỏng cho mạng chuyển mạch burst quang cấu hình vòng định tuyến bước sóng động sử dụng thuật toán điền ô trống đã đề xuất...7 Các thuật toán Void Filling là hiệu quả hơn các thuật toán horizon, nhưng vẫn chưa phải là các thuật toán tối ưu nhất Giới hạn của các thuật toán Void Filling như LAUC-VF và Min-EV là ở chỗ chúng chỉ quan tâm đến một mặt của khoảng trống Các burst có kích thước nhỏ có thể được đăng ký vào các khoảng trống lớn, trong khi các burst dữ liệu lớn hơn có thể bị nghẽn lại 2.1.2.2 Thuật toán BFVF –... TRỐNG (VOID FILLING) 3.1 Mô hình mạng mô phỏng Tôi đã sử dụng mô phỏng để khảo sát truyền tải qua mạng OBS sử dụng CSP với cấu hình vòng (CSP -OBSR) , có N nút, truyền dẫn quang đơn hướng với W bước sóng, trong đó bước sóng λ0 dành riêng cho báo hiệu, các bước sóng λ1,…, λW để truyền tải A2 A1 A3 Truyền tải., λ 1,…, λW A4 Báo hiệu λ0 AN IP, Hình 3 1 Mô hình mạng mô phỏng Khi mạng bắt đầu khởi tạo, bản... mạch khác cho mạng OBS và do vậy, cần phải có các thuật toán định tuyến mới Tìm kiếm thuật toán tối ưu cho chọn tuyến và khoảng rỗi của bước sóng còn cần được nghiên cứu tiếp và là vấn đề còn để ngỏ Khi có một thuật toán hợp lý hơn, chắc chắn kết quả truyền tải qua mạng CSP-OBS sẽ còn tốt hơn 18 KẾT LUẬN Luận văn đã đưa ra một cái nhìn tổng thể về mạng chuyển mạch burst quang, tìm hiểu và trình bày... đi lần đầu tiên, tất cả các bước sóng đều rỗi Trong một BCP có đầy đủ thông tin về các burst, tuyến và thời gian sử dụng bước sóng truyền burst trong toàn mạng Bảng 1 chỉ ra một cách hiển thị thông tin đăng ký truyền burst trong BCP tại một nút mạng, trước khi BCP này được phát đến nút tiếp theo trên vòng báo hiệu Bảng 1 Thông tin trong BCP tại một nút mạng THỜI ĐIỂM BIT ĐẦU CỦA BURSTS BƯỚC BURST ĐẾN . HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG ĐÀO ĐỨC LONG THUẬT TOÁN ĐIỀN ĐẦY Ô TRỐNG VÀ ỨNG DỤNG TRONG MẠNG OBSR CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT. KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS BÙI TRUNG HIẾU HÀ NỘI - 2013 Luận văn được hoàn thành tại: HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Người hướng. BCP tại một nút mạng BƯỚC SÓNG BURSTS THỜI ĐIỂM BIT ĐẦU CỦA BURST ĐẾN Mã L B (B) Tuyến P TT khác Nút A 1 … Nút A n … Nút A N 11 λ 1 B 1λ1 L B1λ1 A m -…-A 1 -…-A n P B1λ1 …