LUẬN VĂN: THUẬT TOÁN GEN TRONG BÀI TOÁN ĐỊNH TUYẾN VÀ PHÂN BƯỚC SÓNG MẠNG CÁP QUANG

Chia sẻ: Lan Lan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:58

Thêm vào BST

Báo xấu

146
lượt xem 28
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong thời đại công nghệ thông tin CNTT ngày nay sự bùng nổ của các dịch vụthông tin đặc biệt là sự phát triển nhanh chóng của Internet làm gia tăng không ngừng nhu cầu về dung lượng mạng Trong tình cảnh đó hệ thống mạng quang ra đời như một giải pháp tối ưu để giải quyết vấn đề trên. Nổi bật là sự ra đời của mạng ghép kênh phân bước sóng DM Wavelength Division Multipexing). Một trong những vấn đề quan trọng c a mạng quang WDM là vấn đề định tuyến và phân bước sóng RWA...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: LUẬN VĂN: THUẬT TOÁN GEN TRONG BÀI TOÁN ĐỊNH TUYẾN VÀ PHÂN BƯỚC SÓNG MẠNG CÁP QUANG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ N ỘI TRƯỜNG Đ ẠI HỌC CÔNG NGHỆ Vũ Công Đức THUẬT TOÁN GEN TRONG BÀI TOÁN ĐỊNH TUYẾN VÀ PHÂN BƯỚC SÓNG MẠNG CÁP QUANG KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ thông tin HÀ NỘI - 2010
Đ ẠI HỌC QUỐC GIA HÀ N ỘI TRƯỜNG Đ ẠI HỌC CÔNG NGHỆ Vũ Công Đức THUẬT TOÁN GEN TRONG BÀI TOÁN ĐỊNH TUYẾN VÀ PHÂN BƯỚC SÓNG MẠNG CÁP QUANG KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ thông tin Cán bộ hướng dẫn: TS. Nguyễ n Minh Hằng HÀ NỘI - 2010
Lời cảm ơn! Trước tiên tôi xin gửi lời c ảm ơn sâu s ắc nhất đ ến Tiến sĩ Nguyễn Minh Hằng, người đã tận tình chỉ bảo hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện khóa luận. Tôi xin chân thành c ảm ơn các thầy cô trong trường đ ại học Công Nghệ nói chung và các thầy cô trong bộ môn mạng máy tính và truyền thông nói riêng đã t ạo điều kiện thuận lợi đ ể tôi học tập, nghiên c ứu, tích lũy kiến thức làm hành trang bước vào cuộc sống. Cuố i cùng tôi muố n gửi lời cảm ơn đ ến gia đ ình, bạn bè, những người luôn ở bên cạnh đ ộng viên tôi trong quá trình thực hiện khóa luận. Vũ Công Đức
Tóm tắt Trong thời đại công nghệ thông tin CNTT ngày nay sự b ng n c a các d ch v thông tin đ c biệt là sự phát triển nhanh chóng c a Internet làm gia t ng không ng ng nhu cầu về dung lượng mạng Trong t nh cảnh đó hệ thống mạng quang ra đời như mộ t giải pháp tối ưu đ ể giải quyết vấn đ ề trên. N i bật là sự ra đ ời c a mạng gh p kênh phân bước sóng DM Wavelength Division Multipexing). Một trong những vấn đ ề quan trọng c a mạng quang WDM là vấn đ ề đ nh tuyến và phân bước sóng RWA ( Routing and Wavelength Asignment ) t ức là đ nh tuyến đường đi cho một bộ các đường quang (lightpath) và phân một bước sóng cho mỗi đường quang đó . Một trong những phương pháp đưa ra và s ẽ được nghiên c ứu ở trong khóa luận này là sử d ng thuật toán gen (Genetic Algorithm) hay còn gọi là thuật toán di truyền đ ể giải bài toán RWA cho mạng WDM. 1
Mục lục Tóm t ắt ............................................................................................................................................ 1 Lời mở đầ u ..................................................................................................................................... 4 Bả ng kí hiệu – ch ữ viết tắ t............................................................................................................ 6 Chương 1: Hệ t hống m ạ ng quang ........................................................................................... 7 Giới thiệ u chung .............................................................................................................. 7 1.1. Lịch s ử và s ự phát triể n .................................................................................................. 8 1.2. Đ ặc điể c hệ hống ạng quang ............................................................................. 8 1.3. Ưu điể m.......................................................................................................................9 1 .3.1. Nhược điể m .................................................................................................................9 1 .3.2. Sợi quang ....................................................................................................................... 10 1.4. Chương : ạng u ng D .............................................................................................. 12 Giới thiệ u chung ............................................................................................................ 12 2.1. Nguyên lý hoạ độ ng ..................................................................................................... 13 2.2. Tổ ng quan ................................................................................................................. 13 2 .2.1. Sơ đồ ho ạ độ ng ......................................................................................................... 14 2 .2.2. Ưu điể m, v ấn đề tồ n tại và hướng giải quyế ương l i c a hệ thố ng WDM ............... 15 2 .2.3. Đ ịnh tuyế n và gán bư ớc sóng ...................................................................................... 16 2.3. Giới thiệ u chung ........................................................................................................ 16 2 .3.1. Tổ ng quan về định tuyế n và gán bước sóng (RWA)................................................... 16 2 .3.2. Chương : Thuậ án g n ...................................................................................................... 19 Giới thiệ u ....................................................................................................................... 19 3.1. Thuậ t toán gen trê n máy tính ...................................................................................... 19 3.2. 2
Các uá rình cơ bả n c a t huật toán gen.................................................................... 22 3.3. 3 .3.1. Quá trình lai ghép (phép lai)...................................................................................... 22 Quá rình độ t biế n (phép độ t biế n) ............................................................................ 24 3 .3.2. Quá trình sinh s ản và chọ n lọ c (phép tái sinh và phép chọ n) ..................................... 24 3 .3.3. Chương : Thuậ án g n r ng bài án định u ến và ph n bước ng ạng quang ............................................................................................................................................ 25 Giới thiệ u chung ............................................................................................................ 25 4.1. Sơ lư ợc lý thuyế đồ t hị và thuậ á n BFS ch bài án ì đư ờ ng đi ngắ n nhấ t. 25 4.2. Lý thuyế đồ thị ......................................................................................................... 25 4 .2.1. Thuật toán BFS ......................................................................................................... 26 4 .2.2. Các nghiên cứ u ch bài án định tuyế n và ph n bư ớc sóng mạ ng WDM ............. 29 4.3. Thuậ t toán BFD -RWA ................................................................................................. 30 4.4. Mô tả thuật toán ........................................................................................................ 30 4 .4.1. Chứng minh thuật toán ............................................................................................. 36 4 .4.2. Thuậ á n g n r ng bài án đị nh tuyế n và ph n bư ớc sóng (GA – R WA) ......... 37 4.5. Đặt v ấn đề ................................................................................................................. 37 4 .5.1. Thuật toán gen trong bài toán RWA.......................................................................... 38 4 .5.2. Chứng minh thuật toán ............................................................................................. 41 4 .5.3. Chương : Thực hiện ô ph ng ............................................................................................ 42 Công cụ t hực hiệ n ......................................................................................................... 42 5.1. Kế t quả ........................................................................................................................... 45 5.3. Chương 6: Kết luận .................................................................................................................. 54 Tài li ệu tham kh ảo .................................................................................................................... 55 3
Lời mở đầu Ngày nay, nhu c ầu b ng thông rộng ngày t ng đ c biệt là sự bùng n c a các lo ại hình d ch v thông tin như Internet và orld ide eb Đi ều này đòi hỏi phải xây dựng và phát triển các mô hình mạng quang với b ng thông cao. Công nghệ ghép kênh phân bước sóng WDM ra đ ời như mộ t giải pháp hoàn hảo, cho phép tận d ng tốt b ng thông rộ ng lớn c a sợi quang. WDM cho phép s ử d ng hiệu quả hơn công suất c a các sợi quang, nó cho phép truyền đồ ng thời nhiều kênh khác nhau theo một sợi quang bằng cách mỗi kênh đó s ẽ sử d ng một bước sóng khác nhau. Đ nh tuyến và phân bước sóng RWA ( Routing and Wavelength Asignment ) là mộ t trong những vấn đ ề quan trong nhất c a mạng WDM. Trong mạng quang một lightpath được đ nh nghĩa là một kết nối giữa hai node trong mạng (có thể qua những node trung gian). Trong mạng WDM hai lightpath có thể sử d ng chung mộ t bước sóng miễn là chúng không s ử d ng cùng một sợi quang nào trên đường đi Số bước sóng khác nhau s ử d ng có liên quan r ất lớn đ ến chi phí xây dựng cũng như quản lí mạng Do đó vấn đ ề đ t ra là làm thế nào đ ể giảm thiểu số bước sóng khác nhau được sử d ng Phương pháp được đưa ra và nghiên c ứu trong khóa luận này là sử d ng thuật toán gen (Genetic Algorithm) để giảm thiểu số lượng bước sóng khác nhau được sử d ng. Khóa luận gồm 6 chương với nộ i dung được mô tả sơ bộ dưới đây: Chương 1 : Hệ thống mạng quang . Chương này sẽ giới thiệu t ng quan về một hệ thống mạng quang bao gồ m l ch sử đ c điểm c a mạng quang và c ấu trúc c a sợi quang. Chương 2: Mạng quang WDM Chương này s ẽ giới thiệu về mạng WDM về nguyên lý ho ạt đ ộng và các khái niệm chung về đ nh tuyến và gán bước sóng trong mạng WDM Chương : Thu ật toán gen Chương này sẽ giới giới thiệu t ng quan về sử d ng thuật toán di truyền trên máy tính và các phép toán trong thuật toán di truyền Chương : Thuật toán gen trong bài toán đ ịnh tuy ến và phân bước sóng mạng quang Chương này s ẽ mô tả chi tiết việc áp d ng thuật toán gen trong bài toán đ nh tuyến và phân bước sóng mạng WDM 4
Chương : Thực hiện mô ph ỏng. Mô phỏng lại thuật toán trong một số mô hình mạng ví d . Chương 6: Kết luận 5
Bảng kí hiệu – chữ viết tắt BFD Best Fit Decreasing BFS Breadth-First Search GA Genetic Algorithm RWA Routing and Wavelength Asignment SDM Space Devision Multiplexing TDM Time Devision Multiplexing WDM Wavelength Division Multipexing 6
Chương 1: Hệ thống mạng quang 1.1. Giới thiệu chung Hệ thống mạng quang là hệ thống truyền thông tin qua s ợi quang. Thông tin được biến đ i thành ánh sáng và được truyền trong s ợi quang. Tại thiết b nhận nó biến đ i thành thông tin ban đ ầu. Lượng thông tin trao đ i trên các hệ thống mạng ngày càng t ng lên r ất nhanh. Số lượng truy c ập t ng cao mà Internet là mộ t ví d điển hình: số lượng người sử d ng Internet ngày càng t ng nhu cầu về b ng thông cũng ngày càng l ớn. Chẳng hạn khi download những dữ liệu hàng GB chúng ta phải chờ đợi hàng ngày mới có được dữ liệu cần thiết ho c với nhu cầu giải tr cao như em video HD nghe nhạc lossless trực tuyến khó có thể thực hiện được với mạng cáp đồng tr c hiện nay. Hình 1.1 Hệ thống mạng sử d ng sóng điện t Hình 1.2 Hệ thống mạng quang Hệ thống mạng quang ra đời ch nh là để giải quyết vấn đề trên Với những ưu điểm như b ng thông lớn có thể tới 5 Tbps độ suy giảm t n hiệu thấp n ng lượng đòi hỏi thấp không b nhiễm sóng điện t khả n ng bảo mật cao V vậy mạng quang được coi 7
như kĩ thuật c a hệ thống mạng b ng thông rộng Do đó ây dựng và phát triển hệ thống mạng quang rất cần thiết cho nhu cầu phát triển thông tin trong tương lai 1.2. Lịch sử và sự phát triển Các phương tiện sơ khai c a thông tin quang là khả n ng nhận biết c a con người về chuyển độ ng, hình dáng và màu s ắc c a sự vật thông qua đôi mắt. Tiếp đó một hệ thống thông tin điều chế đơn giản xuất hiện là các ngọ n đèn hải đ ng Sau đó n m 1791 VC Chape phát minh ra máy đi ện báo quang. Thiết b này sử d ng khí quyển làm môi trường truyền dẫn, do đó ch u ảnh hưởng c a các điều kiện thời tiết Để giải quyết hạn chế này Marconi đã sáng chế ra máy điện báo vô tuyến có khả n ng thực hiện trao đ i thông tin giữa những người gửi và người nhận ở xa nhau. Đầu n m 198 A G Bell – người phát minh ra hệ thống điện tho ại – đã nghĩ ra mộ t thiết b quang tho ại có khả n ng biến đ i dao đ ộng c a máy hát thành ánh sáng. Tuy nhiên, sự phát triển tiếp theo c a hệ thống này đã b bỏ rơi do s ự ra đ ời c a hệ thố ng vô tuyến. Những nghiên c ứu hiện đ ại về thông tin quang được bắt đ ầu bằng sự phát minh thành công c a Laser n m 196 và bằng khuyến ngh c a Kao và Hockham n m 1966 về việc chế tạo sợi quang có đ ộ t n thất thấp N m 197 Kapron đã chế tạo ra các s ợi quang trong suố t có đ ộ suy hao truyền dẫn kho ảng 2 dB/km Được c vũ bởi thành công này, các nhà khoa học và kĩ sư trên toàn thế giới đã bắt đ ầu tiến hành các ho ạt đ ộ ng nghiên cứu, phát triển, và kết quả là các công nghệ mới về giảm suy hao truyền dẫn, t ng b ng thông … đã được phát triển thành công trong những n m 7 Hơn nữa, trong những n m 70, Laser bán dẫn có khả n ng thực hiện dao đ ộng liên t c ở nhiệt đ ộ cao đã được chế tạo. Tu i thọ c a nó ước lượng hơn 1 nm Dựa trên các công nghệ sợi quang và Laser bán dẫn giờ đây có thể gửi một khố i lượng lớn các tín hiệu âm thanh/dữ liệu đ ến các đ a điểm cách xa hàng 100 km bằng mộ t sợi quang có đ ộ dày như một sợi tóc 1.3. Đặc điểm c hệ hống ạng quang 8
1.3.1. Ưu điể m  B ng thông lớn đầy tiềm n ng: tần số sóng mạng quang trong khoảng 1 13 đến 1016 H cung cấp b ng thông lớn hơn nhiều s o với hệ thống cáp đồng tr c khoảng 5 Mh Do đó dung lượng mạng c a hệ thống mạng quang lớn hơn nhiều so với hệ thống mạng cáp đồng tr c  Sợi quang k ch thước nhỏ và nh : sợi quang có bán k nh rất nhỏ thường chỉ bằng sợi tóc V thế cho d được ph thêm những lớp bảo vệ th vẫn nhỏ và nh hơn nhiều so với cáp đồng Điều đó giúp s ợi quang có khả n ng linh ho ạt trong việc lưu trữ lắp đ t, vận chuyển  Cách li điện, nhiễu: sợi quang được chế tạo t th y tinh ho c chất d o Đó là những vật liệu cách điện, không b ảnh hưởng bới nhiễu điện t và các tần số vô tuyến. Vì thế hệ thố ng mạng quang có thể truyền tốt dữ liệu qua những môi trường nhiều sóng điện t  Nguyên liệu r : chất d o và th y tinh là những nguyên liệu rất r so với nguyên liệu c a cáp đ ồ ng Do đó khi bài toán về công nghệ chế tạo được giải thì hệ thố ng quang sẽ có tính kinh tế hơn hệ thống cáp đ ồ ng rất nhiều.  Tính bảo mật: một đ c điểm rất quan trọng c a sợi quang là có đ ộ an toàn, bảo mật cao, tu i thọ dài và có khả n ng đ ề kháng môi trường lớn, dễ bảo dưỡng. Nhờ những ưu điểm này, sợi quang được sử d ng cho các mạng lưới điện tho ại, máy tính, phát thanh truyền h nh b ng thông r ộng đ c biệt là những ứng d ng cần tính bảo mật cao như trong quân đ ội, ngân hàng và các ứng d ng truyền dữ liệu.  Suy hao thấp: đ c tính này giúp cho vi ệc lắp đ t hệ thống quang dễ bớt phức tạp hơn và chi ph t hơn cho các bộ khuyến đ ại đường truyền 1.3.2. Nhược điể m Tuy có nhiều ưu điểm vượi trội nhưng hệ thống mạng quang cũng có một vài nhược điểm: 9
 Khó đ ấu nố i  Giá thành cao: m c dù giá nguyên liệu r nhưng do công nghệ chế tạo vẫn còn hạn chế. 1.4. Sợi quang Sợi quang là những dây nhỏ và d o truyền các ánh sánh nhìn thấy được và c ác tia hồ ng ngo ại. Chúng có lõi (Core) ở giữa, phần bao bọ c xung quanh lõi gọ i là áo (Cladding) và vỏ bọc ngoài cùng ( Buffer Coating) Để ánh sáng có thể phản xạ mộ t cách hoàn toàn trong lõi thì chi ết suất c a lõi phải lớn hơn chiết suất c a áo. Hình 1.3 Sợi quang Vỏ bọc ở phía ngoài bảo vệ sợi quang khỏ i b ẩm và n mòn Lõi và áo được làm bằng th y tinh hay chất d o (silicast, chất d o, sợi quang kết tinh) có chiết suất khác nhau. Khi truyền trong s ợi quang, sóng ánh sáng b chi phối bởi một số hiện tượng sau:  Suy giảm (Attenuation) : suy giảm trong sợi quang do hai nguyên nhân chính là sự hấp th c a vật liệu và tán xạ ReyLeng. Hấp th vật liệu khá nhỏ lên có thể bỏ qua. Tán xạ ReyLeng là lo ại tán xạ làm lệch hướng mạnh các ánh sáng có bước sóng ngắn Do đó có thể làm giảm tán xạ ReyLeng bằng cách t ng đ ộ dài bước sóng.  Tán sắc (Dispersion): là hiện tượng các thành phần khác nhau c a tín hiệu cần truyền đi với tố c đ ộ khác nhau trong s ợi quang. Tán s ắc gây ra hiện tượng giãn 10
xung ánh sáng ở đầu ra, gây nhiễu chồ ng ph và là nguyên nhân chính dẫn đến hạn chế c a kho ảng cách truyền trong s ợi quang ngày nay.  Các hiệu ứng phi tuyến: Khi truyền nhiều mode trong s ợi quang, hiện tượng phi tuyến gây ra hiện tượng nhiễu tại đ ầu thu và giảm công suất tín hiệu truyền. 11
Chương : ạng u ng D 2.1. Giới thiệu chung Sự phát triển nhanh chóng c a các mô hình truyền số liệu đ c biệt là Internet đã làm bùng n nhu c ầu t ng b ng thông Nhu c ầu b ng thông t ng đ ột biến với nhiều ứng d ng mới phong phú như thương mại điện tử, video yêu c ầu, truyền hình qua Internet (IPTV),...T đó cho thấy nhu c ầu sử d ng b ng thông rộ ng đang rất bức thiết. Trong bố i cảnh Internet Protocol IP đang n i lên như là nền tảng chung c a mọi lo ại hình d ch v trong tương lai các nhà cung c ấp d ch v truyền dẫn bắt buộc phải xem xét lại phương thức truyền dẫn nhằm tối ưu hơn cho việc tận d ng b ng thông Để thích ứng với sự phát triển không ng ng đó và thỏ a mãn yêu c ầu tính linh ho ạt về thay đ i mạng, các công nghệ truyền dẫn khác nhau đã được nguyên c ứu, triển khai và thử nghiệm và đưa vào ứng d ng như:  Truyền dẫn ghép kênh phân không gian SDM (Space Devision Multiplexing): đây là một phương pháp rất đơn giản, chỉ đơn thuần là t ng s ố lượng sợi quang, tốc đ ộ đường truyền vẫn giữ nguyên. Ta có thể chọ n SDM nếu tuyến đường cần t ng b ng thông đã có s ẵn số lượng các sợi quang chưa d ng và kho ảng cách truyền đ ngắn đ ể không c ần dùng các bộ l p, bộ khuyếch đ ại.  Truyền dẫn ghép kênh phân thời gian TDM (Time Devision Multiplexing): ở phương pháp này thời gian sử d ng, tức là thời gian sử d ng đường truyền được chia thành nhiều khung. Mỗ i khung được chia thành nhiều khe thời gian và mỗ i người sẽ sử d ng một khe thời gian dành riêng cho m nh đ ể ph c v việc truyền tin Hình 2.1 Hệ thống TDM 12
 Truyền dẫn gh p kênh phân bước sóng WDM (Wavelength Devision Multiple ing : đây là phương pháp gh p nhi ều bước sóng đ ể có thể truyền trên một sợi quang, không c ần t ng tốc đ ộ truyền dẫn trên một bước sóng. Hình 2.2 Hệ thống WDM Trong những phương pháp trên công nghệ gh p kênh phân bước sóng DM được ưa chuộng hơn c ả Điều này là 2 công nghệ SDM và TDM điều bộc lộ những khuyết điểm đáng kể:  Với SDM khi kho ảng cách truyền xa cần phải lắp thêm các bộ l p và bộ khuyếch đ ại Điều này sẽ làm cho chi ph t ng lên r ất lớn do mỗ i sợi quang được lắp thêm điều cần một số lượng bộ l p, bộ khuyếch đ ại như nhau  Với TDM cũng có chi ph nắp đ t hệ thống tương đ ố i cao đ c biệt TDM gây lãng phí mộ t số kênh thông tin khi mỗ i khe thời gian được dự trữ ngay cả khi không có dữ liệu đ ể gửi và ph a thi khó kh n khi phân bi ệt các khe thời gian thuộ c kênh nào đ ể giải ghép kênh tín hiệu. WDM chính là tiến bộ lớn nhất trong công nghệ truyền thông quang, nó cho phép t ng dung lượng c a kênh mà không c ần t ng tốc đ ộ đường truyền hay dùng thêm các s ợi quang. 2.2. Nguyên lý hoạ động 2.2.1. Tổng quan 13
Nguyên lý cơ bản c a gh p kênh phân bước sóng là công nghệ truyền đ ồng thời nhiều bước sóng tín hiệu quang trong mộ t sợi quang. Ở đầu phát, nhiều tín hiệu quang có bước sóng khác nhau được t hợp lại gh p kênh đ ược truyền đi trên một sợi quang. Ở đầu thu, tín hiệu t hợp đó được phân giản ra (tách kênh), khôi ph c lại các tín hiệu gố c rồ i chia vào các thiết b đ ầu cuối khác nhau. 2.2.2. Sơ đồ hoạ động Như minh họ a trên hình 2 .3 đ ể đảm bảo việc truyền nhận nhiều bước sóng trên mộ t sợi quang, hệ thống WDM phải ho ạt đ ộng dựa các chức n ng sau: Hình 2 .3 Nguyên lý ho ạt đ ộng c a hệ thống  P hát tín hiệu: trong hệ thố ng WDM, nguồ n phát quang dùng là laser . Yêu c ầu đối với nguồn phát laser là phải có đ ộ rộng ph h p bước sóng phát n đ nh, mức công suất phát bước sóng trung tâm đ ộ rộng ph phải nằm trong giới hạn cho phép  Ghép/tách tín hiệu: ghép tín hiệu WDM là sự kết hợp mộ t số nguồn sáng khác nhau thành một luồ ng tín hiệu ánh sáng t ng hợp đ ể truyền dẫn qua sợi quang bằng bộ ghép tín hiệu có tên MUX. Tách tín hi ệu WDM là sự phân chia luồng 14
sáng t ng hợp đó thành các t n hi ệu ánh sáng riêng r ẽ tại mỗ i c ng đ ầu ra bộ tách tín hiệu có tên DE MUX.  Truyền dẫn tín hiệu: quá trình truyền dẫn tín hiệu trong s ợi quang ch u sự ảnh hưởng c a nhiều yếu tố như: suy hao s ợi quang, tán s ắc, các hiệu ứng phi tuyến, vấn đề liên quan đ ến khuyếch đ ại tín hiệu,.. Mỗi vấn đ ề trên đ ều ph thuộc rất nhiều vào các yếu tố c a sợi quang như: lo ại sợi quang, chất lượng sợi …  Độ khuyếch đ ại: hệ thố ng WDM hiện tại ch yếu sử d ng bộ khuyếch đ ại sợi quang EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier ). Khi dùng bộ khuyếch đ ại EDFA cho hệ thống mạng WDM cần đ ảm báo các yêu c ầu sau - Độ khuyếch đ ại đ ồ ng đ ều đ ối với tất c ả các kênh bước sóng (mức chiênh lệch không quá 1dB) - Sự thay đ i số lượng kênh bước sóng làm việc không được gây ảnh hưởng đến các mức công suất dầu ra c a các kênh - Có khả n ng phát hiện sự chênh lệch mức công suất đ ầu vào đ ể điều chỉnh lại vác hệ số khuyếch đ ại nhằm đ ảm bảo khuyếch đ ại đ ồng đ ều đ ối với tất cả các kênh  Thu tín hiệu: là quá trình s ử d ng bộ tách sóng quang đ ể lấy ra tín hiệu 2.2.3. Ưu điể m, vấn đề tồn tại và hướng giải quyế ương l i c a hệ thống WDM Thực tế nghiên c ứu và triển trai DM đã rút ra được những ưu nhược điểm c a công nghệ DM như sau:  Ưu điểm: - T ng b ng thông truyền trên s ợi quang số lần tương ứng với số bước sóng gh p vào đ ể truyền trên mộ i sợi quang - Có thể hỗ trợ các đ nh dạng số liệu và tho ại như: ATM Gigabit Enthernet ESCON, chuyển mạch kênh IP … - Thuận lợi khi cho phép truyền dẫn đ ồng thời tín hiệu không đ ồ ng nhất 15
 Vấn đ ề tồ n tại và hướng giải quyết: Với hệ thống WDM, sợi quang cung c ấp cho chúng ta t ốc đ ộ truyền mo ng muố n nhưng b ng thông lại b giới hạn bởi tốc đ ộ xử lý ở mỗi node, do tốc đ ộ xử lý ở mỗi node được thực hiện bằng điện tử, mà tốc đ ộ điện tử lại thấp hơn rất nhiền so với tố c đ ộ thông tin truyền trong s ợi quang. Như vậy tín hiệu quang trên s ợi khi truyền đ ến node sẽ được chuyển thành các tín hiệu điện đ ể xử lý điện tử(sự chuyển đ i quang – điện O/E sau đó được chuyển lại thành tín hiệu quang đ ể truyền đi Điều này đã làm giảm tố c đ ộ mạng, giải pháp đ t ra là xậy d ng mạng mà trong đó các t n hi ệu được xử lý hoàn toàn trong mi ền quang, gọi là mạng toàn quang (All -Optical Network). Trong mạng toàn quang, dữ liệu đi t nguồn đ ến đ ch mà không c ần bất cứ sự chuyển đ i quang – điện nào trên đường đi việc điều khiển, xử lý chuyển mạch cũng được thực hiện dưới dạng quang. Tuy nhiên mạng toàn quang hiện tại vẫn chưa được tiến hành thành công bởi vì những tồn tại c a nó. Các thiết b logic hoàn toàn trong mi ền quang khó thực hiện hơn nhiều so với các thiết b logic . Bên c ạnh đó các tr ạm l p bằng quang cũng rất khó thực hiện so với các trạm l p điện tử. 2.3. Định tuyến và gán bước sóng 2.3.1. Giới thiệ u chung Trong mạng quang, một kết nối điểm – điểm (point – to – point) giữa hai node được gọ i là mộ t lightpath. Lightpath là mộ t đường đi c a tín hiệu ánh sáng t nguồn đ ến đ ch dưới dạng quang thông qua các kết nố i trung gian. Khi các lightpath thực hiên việc mang thông tin t mộ t node nguồn đ ến một node đ ch nào đó th nó c ần được đ nh tuyến và gán bước sóng Đ nh tuyến và gán bước sóng cho lightpath là vấn đ hết sức quan trong và xảy ra thường xuyên trong mạng. P hần này sẽ nói rõ về việc đ nh tuyến và gán bước sóng trong mạng WDM. 2.3.2. Tổng quan về định tuyế n và gán bước sóng (RWA) 16
Khi một lightpath được chọ n và ác đ nh, mỗi lightpath c ần được đ nh tuyến và gán bước sóng cho nó. T đó đ t ra bài toán đ nh tuyến và gán bước sóng. Đ nh tuyến là vấn đ ề t m đường giữa hai node bất kì trong mạng đ ể thỏa mãn mộ t m c đ ch nào đó gọ i là hàm m c tiêu (cost function). Vấn đ ề này rất quan trọng trong mạng. Bài toán RWA c ần thỏa mãn hai điều kiện sau:  Điều kiện về tính liên t c c a bước sóng: mỗi lightpath phải sử d ng chung mộ t bước sóng trên t ất c ả các link dọ c theo đường đi c a nó t nguồ n tới đ ch  Điều kiện về tính riêng biệt về bước sóng: nghĩa là tất c ả các lightpath s ử d ng một sợi quang trên đường đi phải được gán những bước sóng riêng bi ệt. Bài toán RWA có thể đưa ra như sau: cho mộ t số hữu hạn các lightpath được thiết lập trên mạng và một số hữu hạn các các bước sóng. Ta phải ác đ nh đường đi cho mỗ i lightpath và sác đ nh bước sóng gán cho các lighpath sao cho s ố bước sóng s ử d ng là nhỏ nhất. M c dù những đường đi ngắn hơn có v tố i ưu hơn nhưng đôi khi ta đành phải lo ại bỏ lựa chọn này đ ể số bước sóng c ần sử d ng là t hơn Các đường đi ánh sáng không thể thiết lập vì những rằng buộc về đường đi hay bước sóng gọi là nghẽn, do vậy vấn đề tối ưu mạng tương ứng với việc hạn chế thấp nhất mức xác suất tắc nghẽn này. Khi hai lightpath mà có tuyến truyền dẫn tr ng nhau th chúng không được gán cùng một bước sóng Thông thường một lightpath ho ạt đ ộng với cùng một bước sóng trên những sợi quang mà nó đi qua Khi đó ta nói r ằng lightpath thỏ a mãn rằng buộ c về tính liên t c c a bước sóng. Tuy nhiên nếu mạng được trang b các bộ chuyển bước sóng thì điều kiện rằng buộc về tính liên t c c a bước sóng không còn nữa, lighpath này có thể chuyển sang sử d ng nhiều bước sóng trên đường đi t nguồn đ ến đ ch c a nó. M c dù vậy chi phí cho mỗi bộ chuyển bước sóng là r ất cao, cho nên các nghiên c ứu hiện nay tập chung giải quyết bài toán với số bộ chuyển bước sóng ít nhất có thể ho c không sử d ng. Và trong khuôn kh khóa luận này bài toán giải quyết là không s ử d ng bộ chuyển bước sóng. 17