Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu tham khảo đồ án tốt nghiệp chuyên ngành viễn thông giải pháp điều khiển nghẽn mạng trong OBS bằng phương pháp làm lệch hướng
CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN NGHẼN TRONG MẠNG OBS BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÀM LỆCH HƯỚNG ĐI CHƯƠNG GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN NGHẼN TRONG MẠNG OBS BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÀM LỆCH HƯỚNG ĐI Giới thiệu chương Có nhiều phương pháp giải nghẽn mạng chuyển mạch chùm quang, giải pháp đưa phần thuật toán làm lệch hướng chùm liệu xảy cố làm nghẽn mạng Phần giới thiệu phương pháp làm lệch hướng chùm định chọn truyến làm lệch hướng 3.1 Thuật toán định tuyến làm lệch hướng Hình 3.1 Cấu trúc mạng OBS với kĩ thuật làm lệch hướng Hình 3.1 cấu trúc mạng OBS bản, thuật tốn làm lệch hướng Trong xử lí gói điều khiển để truyền chùm tuyến chính, chùm cảm thấy nghẽn gói điều khiển khác nút nghẽn trung gian chùm truyền qua tuyến lựa chọn từ nút trung gian Tuy nhiên thuật tốn có thêm nhiều yếu tố để định định tuyến trước hết xác định có lựa chọn tuyến cho cho chùm hay không hay loại bỏ thực gửi lại từ nút nguồn Xác định dựa tiêu chuẩn Trong hình 3.2 sơ đồ quan hệ với hình 3.1 Để thực thuật tốn làm lệch hướng hình 3.1 3.2 có database quản lí quan hệ mật thiết với thông tin định lệch hướng 42 CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN NGHẼN TRONG MẠNG OBS BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÀM LỆCH HƯỚNG ĐI (DRIB) nút OBS rìa DRIB lưu trữ thơng tin quản lí lớp quang với lớp DWDM IP mạng Nút rìa gửi gói điều khiển đặc biệt mang thông tin cần thiết cho mạng OBS, thể cấu trúc hoạt động, quản lí bảo dưỡng Cấu trúc cập nhật DRIB để giúp cho việc định lệch hướng, gói điều khiển khơng kết hợp riêng rẽ với chùm liệu Khi trạng thái mạng thay đổi việc quản lí chùm liệu nên cập nhật, gói điều khiển OAM tạo gửi kênh điều khiển riêng biệt, kênh điều khiển riêng biệt hiểu kênh giám sát (OSC), OSC sử dụng bước sóng riêng, bước sóng trì cho OSC tất liên kết Vì cách sử dụng gói OAM này, chuyển mạch thơng tin trạng thái mạng gồm tốc độ suy hao chùm tranh chấp, nút ngõ OBS số lượng hop cho kết nối truyền chùm qua Những gói điều khiển bình thường gói kết hợp riêng rẽ với chùm Những gói điều khiển mang thông tin liên quan tới số lượng hop mà chùm qua độ dài chùm Những gói điều khiển chùm xử lí nút Nếu gói điều khiển xác nhận chùm cảm thấy tranh chấp với chùm khác, thuật tốn làm lệch hướng cầu khẩn bắt đầu sử dụng thơng tin kết hợp gói điều khiển, thông tin khác từ DRIB nút nghẽn Lúc nút nghẽn sẵng sàng kết hợp thuộc tính ngõ gồm trạng thái tranh chấp số lượng hop từ gói OAM Thêm nữa, nút lõi yêu cầu gói điều khiển OAM từ nút rìa cần thiết Cập nhật thông số tranh chấp chùm cần thiết tất nút mạng để thuật toán định lệch hướng đạt tốt Lược đồ hình 3.2 minh họa giải pháp xảy tranh chấp cập nhật thông số tranh chấp chùm Một nút ngõ vào nút bắt đầu kết nối chùm nút ngõ nút kết thúc Mỗi nút ngõ vào cập nhật trạng thái nghẽn chùm tuyến tuyến lựa chọn Những thơng tin cập nhật hai loại tin NACK: NACK_C NACK_D thể cho tuyến tuyến lựa chọn Những tin giúp cho việc cập nhật DRIB 43 CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN NGHẼN TRONG MẠNG OBS BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÀM LỆCH HƯỚNG ĐI nút ngõ vào kết nối chùm Như minh họa hình 3.2 tin NACK_C gửi nút nghẽn trung gian đến nút ngõ vào tranh chấp xảy tuyến NACK_D gửi nút nghẽn trung gian có tuyến lựa chọn có hiệu lực bảng định lệch hướng (DRT) Gửi chùm 3.1.1 Tính tốn Hình 3.2 Tạo gói điều khiển tuyến lựa chọn Lược đồ thuật toán NÚT NGÕ VÀO Trong mạng OBS, cấu trúc làm lệch hướng chuyển mạch tự động lựa Khơng chọn tuyến gói điều khiển gặp nút nghẽn tuyến , minh Tranh họa hình 3.1 chấp Tuy ?nhiên chuyển mạch có thơng tin trạng thái tài nguyên mạng (khả Có bước sóng, trạng thái nghẽn liên kết…), tương tự với -Kiểm thông tin liên quan tớitra nút khác Vì định định tuyến cho tuyến lựa -Xác định tuyến chọn nút gây nên giảm thể tồn mạng mạng hoạt động lâu Gửi ACK-D dài Tuy nhiên điều Gửi ACK-C giảm bớt thuật toán làm lệch hướng hạn chế nguồn bỏ phiên chùm toàn tuyến lựa tranh chấp việc thực có tính chu kìLoại ln chọn dựa việc cập nhật trình nhận từ nút NÚT khácTRUNG giảm bớt trạng thái GIAN Không tranh chấp Một bảnChọn tin cần thiết để cập nhật xử lí minh họa hình 3.2 tuyến DRT Những ứng dụngtrong mạng chia: lưu lượng thời gian thực ưu tiên cao; ? Có lưu lượng khơng thời gian thực ưu tiên thấp Truyền chùm Một chùm thuộc thời gian thực định ưu tiên lớn chùm khơng thuộc thời gian thực Ví chùm dụ chùm lưu lượng ưuGửi tiênACK cao VoIP…Chùm ưu tiên Nhận NÚT NGÕ RA thấp loại sử dụng cho dịng lưu lượng mà có độ trễ có độ suy hao nghiêm ngặt Mức ưu tiên chùm thấy rõ trường “ưu tiên” gói điều khiển Mỗi trường gói điều khiển thông tin phần cứng phần mềm phụ thuộc vào cấu trúc mạng OBS Hình 3.3b ví dụ cho gói, tạo chùm hàng đợi ưu tiên chùm đầu nút ngõ vào Tại nút ngõ chùm được tách thành gói, gửi đến nút đích nút kế 44 CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN NGHẼN TRONG MẠNG OBS BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÀM LỆCH HƯỚNG ĐI Hình 3.3 a) trường ưu tiên gói điều khiển; b)lớp ưu tiên chùm ngõ vào Những chùm ưu tiên mức thấp quan tâm để làm lệch hướng, chùm ưu tiên mức cao thường có bước sóng thời gian lớn hơn, thường ứng dụng rộng để định lệch hướng Trong trường hợp yếu tố trọng lượng nên ứng dụng để giảm chùm độ trễ cho loại khác tính tốn tuyến lựa chọn Trong phần mơ tả tuyến chọn lựa tính tốn để cập nhật thông tin định tuyến DRT tuyến lựa chọn sử dụng thực làm lệch hướng Đưa vấn đề làm lệch hướng gồm thành phần: topo mạng, cấu hình nút, thơng số liên quan tới nút tài nguyên liên kết, số liệu liên quan tới giới hạn tài nguyên Yêu cầu định tuyến qua tuyến chọn lựa mạng thể thơng số tốt nhất, vấn đề tìm tuyến tối ưu cho lượng tranh chấp đảm bảo thấp chùm truyền qua nút 45 CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN NGHẼN TRONG MẠNG OBS BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÀM LỆCH HƯỚNG ĐI Có thể xem mạng mạng vật lí thể đồ thị G(N,L), N số nút L số liên kết nút Thấy liên kết nút i j có bước sóng Wij ứng với dung lượng C Gbps Tại nút n (n=1…N), số lượng truyền nhận kí hiệu P n(t) Pn(r) Nếu nút n có Pn port rõ ràng P n n cần thiết cho topo Đặt yêu sd cầu lưu lượng thuộc loại dịch vụ khơng suy hao nút rìa, ii thể tốc độ đến chùm từ nguồn đến đích qua liên kết i j Hơn nữa, đặt s k dk lưu lượng chùm trung bình thích hợp với lưu lượng u cầu thứ k Công thức đưa làm lệch hướng định nghĩa: x ij 1, 0, có liên kêt khác (i.j) (3.1) Ở i,j = 1,2 N i j Quyết định xij liên quan tới lưu lượng yêu cầu thứ k thể lưu lượng trung bình chùm s k dk Ở đây, mục đích định định tuyến coi tốc độ bit chùm định hướng u cầu tốc độ bít khơng đổi với băng thơng có hiệu lực sk d k Đáng ý, chùm đặc biệt yêu cầu bước sóng đảm bảo khoảng thời gian ngắn cần thiết cho chùm truyền liên kết Vì vậy, chùm theo sau từ yêu cầu khác yêu cầu phải qua bước sóng Cơng thức thể bên dưới, số lượng lighpath bắt đầu kết thúc nút khơng nhiều nút ngõ ngõ vào Vì lighpath port thiết lập nút ij Pi ( t ) ij Pj( t ) x (3.2) jN x iN Một số công thức liên quan đến dòng lưu lượng topo ảo cho tất liên kết i j Trước tiên thiết lập tuyến lựa chọn cho chùm lưu lượng, chùm yêu cầu s k dk không bị phân đoạn nút nghẽn Hơn nữa, 46 CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN NGHẼN TRONG MẠNG OBS BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÀM LỆCH HƯỚNG ĐI dòng lưu lượng mà có u cầu đặc biệt khơng bị phân thành đoạn liên kết khác Vì phát biểu lưu lượng yêu cầu s k dk định tuyến từ nút i đến nút j tuyến lệch hướng ijsk d k 0, sk d k , i, j N (3.3) Tồn dịng lưu lượng liên kết từ nút i đến nút j biễu diễn kết hợp với yêu cầu lưu lượng thứ k ij ijsd sk d k , i, j N s ,d (3.4) Dòng lưu lượng liên kết, định nghĩa đảm bảo lưu lượng qua liên kết không vượt tổng dung lượng liên kết ij Wij C , i , j N Ở (3.5) số lượng bước sóng C dung lượng bước sóng cho liên kết Wij ij Nếu liên kết nút i j tuyến lựa chọn, chùm không kết hợp với dòng lưu lượng thứ k tồn liên kết Thì cơng thức biễu diễn sau: ijsk d k xij sk d k , (3.6) i , j N Ở sd ( s, d N ) gồm s d Công thức 3.7 chùm từ dịng lưu lượng thứ k khơng chảy qua tuyến lựa chọn Cơng thức đáp ứng dịng chảy nút k j x ij i x ji k 1, i s k 1, i d 0, k (3.7) Công thức 3.8 thể yếu tố mà lưu lượng đưa vào nút nên tính tốn để dịng chảy nút từ nguồn đến đích cho dịng lưu lượng thứ k Những thơng số nêu dòng lưu lượng thứ k Bây đưa phương pháp để tìm tuyến lựa chọn từ nút nghẽn đến nút đích Đặt D Dij khoảng cách từ nút i đến nút j thể độ trễ truyền từ nút i đến nút j (i j) Đặt bij tốc độ chùm bị chặn Ta có: Min g d xij Dij g b lg i, j 1 i, j xij b (3.8) Ở g b g d thể trọng lượng bị chặn (block) trễ (delay) Để giảm nhẹ tính tốn ta xem cơng thức 3.8 tương tự như: xij Dij g b xij lg bij Min g d i, j i, j 47 (3.9) CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN NGHẼN TRONG MẠNG OBS BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÀM LỆCH HƯỚNG ĐI Giá trị tốc độ chùm tranh chấp, bij sử dụng thông số liệu tập hợp DRIB, trọng lượng g d , g b thường cung cấp người quản lí mạng Những tuyến chọn lựa xác định nạp DRT phù hợp giá trị xij xác định phần Công thức 3.2 đến 3.7 áp dụng cho thuật toán định lệch hướng, chùm đến đích thành cơng tuyến lựa chọn tính tốn thuật toán, lượng offset hay thực đệm cần thiết để phép sử dụng Khi làm lệch hướng thực tranh chấp nút trung gian, lượng offset tuyến lựa chọn khác tuyến (thường lớn hơn) Giải vấn đề cung cấp khả offset dầy đủ đến chùm, cách giải khác sử dụng FDL để làm trễ chùm nút trung gian Nó có hạn chế offset lớn làm tăng trễ chùm mức Vì vậy, t o ,c thể giới hạn lớn lượng offset cho dịch vụ loại c, gồm lượng offset lượng offset thêm vào thì: x ij Dij t o ,c , i, j (3.10) i, j Và áp dụng độ trễ đệm thì: x i, j ij Dij t b ,c , (3.11) i, j Trong t b ,c giới hạn độ trễ đệm cho dịch vụ loại c Nhiều tuyến lựa chọn xem xét tranh chấp xảy Vì nút mạng địi hỏi trì DRT chứa list số tuyến lựa chọn đến nút đích Khi việc cập nhật DRT phải liên tục 3.1.2 Phương pháp định tuyến làm lệch hướng Thuật toán gồm có: Phương pháp chọn lựa tuyến tối ưu để làm lệch hướng hạn chế tranh chấp Cơ chế định lệch hướng Tại nút chuyển mạch, khơng có liên kết ngõ có hiệu lực nguồn thực kiểm tra trước làm lệch hướng, nguồn truyền lại thay việc định lệch hướng kiểm tra nút nghẽn nút nguồn Chúng ta đưa cấu trúc kiểm tra để định có nên làm lệch hướng hay khơng nút nghẽn 48 CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN NGHẼN TRONG MẠNG OBS BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÀM LỆCH HƯỚNG ĐI Ý nghĩa định lệch hướng thể hình 3.4 Đưa định có định lệch hướng hay loại bỏ gửi lại từ nguồn thực nút nghẽn dựa thông số thể Hình 3.4 Ảnh hưởng định lệch hướng Hình 3.4 ví dụ truyền chùm mạng OBS, có ảnh hưởng việc định lệch hướng Ta thấy nguồn nút đích nút Thơng thường chùm truyền từ nguồn truyền tuyến ngắn 0-1-2-3-4-5-6 Trường hợp 1: tranh chấp xảy liên kết nút nút 6, chùm bị loại bỏ gửi lại từ nguồn Trong trường hợp này, tổng số hop 11 (11=5+6) 49 CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN NGHẼN TRONG MẠNG OBS BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÀM LỆCH HƯỚNG ĐI Trường hợp 2: tranh chấp xảy liên kết nút nút 2, chùm bị loại bỏ gửi lại từ nguồn Trong trường hợp này, tổng số hop (7=1+6) Trường hợp 3: Định lệch hướng sử dụng (thay loại bỏ truyền lại) trường hợp nút Chùm truyền qua tuyến lựa chọn Vì tổng số hop 5+ số hop tuyến lệch hướng Trường hợp 4: Định lệch hướng sử dụng (thay loại bỏ truyền lại) trường hợp nút Chùm truyền qua tuyến lựa chọn Vì tổng số hop 1+ số hop tuyến lệch hướng Đưa vào thuật toán làm lệch hướng cấu trúc kiểm tra thực trước định làm lệch hướng so với việc nguồn thực gửi lại cho trường hợp trường hợp Cấu trúc kiểm tra đưa thơng số thể xác định lựa chọn tuyến hay loại bỏ Nó thiết kế đảm bảo cho chiếm dụng tài nguyên mạng đạt nhỏ cung cấp tốt lưu lượng đưa vào mạng Trong cấu trúc kiểm tra quan tâm đến tổng số nút từ nút nghẽn đến nút đích Trường hợp quan tâm nghẽn xảy liên kết 1-2 liên kết 5-6 Vì tranh chấp xảy liên kết nghẽn đến nút nguồn, liên kết 1-2 cho phép loại bỏ truyền lại thay thực làm lệch hướng Phương pháp định lệch hướng: 50 CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN NGHẼN TRONG MẠNG OBS BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÀM LỆCH HƯỚNG ĐI Nút Nguồn Nút trung gian Gói điều khiển OAM Quản lí DB router rìa Gói điều khiển Đặt trước chùm Tranh chấp Retry Có Nguồn kiểm tra Khơng Gói điều khiển OAM Quản lí DB router rìa Sender truyền lại Không Thực kiểm tra định lệch hướng ? Có Gửi gói điều khiển tuyến chọn lựa chùm đặt trước Hình 3.5 Phương pháp định lệch hướng Bước 1: Nút nguồn truyền gói điều khiển Bước 2: Nút trung gian xử lí gói điều khiển cố gắng dành trước kênh hoạt động cho chùm Bước 3: Nút nguồn truyền chùm sau khoảng offset 51 CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN NGHẼN TRONG MẠNG OBS BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÀM LỆCH HƯỚNG ĐI Bước 4: Nếu nút khơng có kênh ngõ hiệu lực cho chùm, trước hết kiểm tra có phải nút nguồn hay không Nếu nút nút nguồn định lệch hướng khơng thực Thay đó, sau đợi khoảng thời gian, nguồn truyền lại gói điều khiển sau chùm truyền Nếu nút nút trung gian chuyển sang bước Bước 5: Nút xem nút trung gian Vì nút tính tốn thơng số thể thực kiểm tra dựa thông số Do định có làm lệch hướng loại bỏ thông báo cho nguồn thực truyền lại Nếu định làm lệch hướng đi, tuyến chọn lựa chọn DRT Tuy nhiên, khơng có tuyến có hiệu lực DRT nút loại bỏ chùm gửi tin NACK đến nguồn để truyền lại từ nguồn Cấu trúc kiểm tra: Đưa cấu trúc kiểm tra để định có nên loại bỏ hay thực làm lệch hướng hay không Đặt s, d, c nút nguồn, nút đích nút Đặt N số nút mạng Đặt Nc Nd số nút từ nút nguồn đến nút số nút từ nút đến nút đích Trong công thức (1.1) xi ,i 1 giá trị nhị phân phù hợp liên kết (i, i+1) nút i nút i+1 Trước hết định nghĩa cấu trúc kiêm tra sở số lượng hop x i ,i 1 Ch (count hop)= i , i 1N c Đưa định: Nếu Ch 0 , làm lệch hướng chùm Nếu khác loại bỏ chùm 52 x j , j 1N d j , j 1 (3.12) CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN NGHẼN TRONG MẠNG OBS BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÀM LỆCH HƯỚNG ĐI Nếu số lượng nút tuyến từ nguồn s đến nút nghẽn c lớn từ nút nghẽn c đến nút đích d, điều Ch 0 , thực làm lệch hướng để giải tranh chấp Ngược lại chùm bị loại bỏ Công thức (3.12) sử dụng để nhằm đạt mục đích: Tài nguyên mạng cải tiến thể chùm việc định lệch hướng nút nghẽn gần nút đích truyền lại nút nghẽn gần nút nguồn Giảm bớt việc xử lí tải mào đầu (thời gian tài nguyên đặt trước gói điều khiển) Đặt b tốc độ chặn chịu từ đầu cuối – đầu cuối tuyến Cấu trúc kiểm tra để thõa b : C b lg b lg 1 Đưa định: d1 1 b , i, i N i ,i 1 (3.13) d i 1 Nếu Cb 0 , làm lệch hướng chùm Nếu khác loại bỏ Ở thể khả (xác suất) tranh chấp nút i i+1 Mong bi ,i 1 muốn lựa chọn tuyến với xác suất tranh chấp nhỏ để giảm mức độ suy hao chùm mức độ bị chặn mạng Bây giờ, khái quát hóa cấu trúc kiểm tra gồm có số lượng nút tuyến xác suất chặn chùm Hai hệ số định chùm bị chặn b2 , b1 giá trị M Đưa hai định: Qh 1, 0, nêu giá tri C h khác 0 (3.14) Và , M , M , nêu * b1 C b * b2 (3.15) Sử dụng hai giá trị Qh Qb ta biễu diễn định khác: Qb nêu nêu Qt=whQh+Qb C C b b * b1 * b (3.16) Ở wh
