Nghiên cứu một số thuật toán lập lịch kênh trên mạng chuyển mạch chùm quang
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 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”.
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
- 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 (OBS-0.9a)
- Phân tích đánh giá hiệu năng mạng qua việc mô phỏng.
Đề tài thuộc loại hình 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.
- 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.
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.
CHÙM QUANG OBS
. 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).
. 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.
Mạng chuyển mạch chùm quang được đề xuất vào cuối năm 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.
Kiến trúc của mạng OBS bao gồm các nút chuyển mạch 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.
Hình 1.1. Kiến trúc của mạng chuyển mạch chùm quang
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.
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 thười 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).
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.
MỘT SỐ THUẬT TOÁN LẬP LỊCH KÊNH TRÊN MẠNG OBS
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).
F:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\KHOA HOC MAY TINH\NGUYEN QUOC VINH
