TP CHÍ KHOA HC VÀ CÔNG NGH, ĐẠI HC ĐÀ NNG - S 4(39).2010
201
ĐỀ XUT PHƯƠNG PHÁP THIT K TOPOLOGIC TRONG MNG IP
TRÊN NN WDM CÓ XEM XÉT YÊU CU LƯU LƯỢNG
VÀ S CHNG VT LÝ
PROPOSAL OF DESIGN METHODS FOR LOGICAL TOPOLOGIES IN
NETWORKS OF IP OVER WDM IN CONSIDERATION OF BOTH THE TRAFFIC
DEMAND AND HOP COUNT OF PHYSICAL ROUTES
Nguyn Quang Như Qunh, Nguyn Văn Tun
Trường Đại hc Bách khoa, Đại hc Đà Nng
TÓM TT
Nhng năm gn đây, nhiu phương pháp thiết kế tô pô lô gic trong mng IP trên nn
WDM (IP/WDM) được nghiên cu rng rãi, trong đó thut toán thiết kế topologic tìm kiếm
(HLDA) và thut toán ti thiu độ tr (MLDA) được xem như là các thut toán cơ bn s dng
mô hình xếp chng trong mng IP/WDM [1]. HLDA và MLDA thiết lp các đường quang gia
các cp node ch da trên yêu cu lưu lượng gia chúng. Trong bài báo này, chúng tôi đề xut
hai thut toán mi, thut toán thiết kế topologic đơn chng t do (SHFLDA) và thut toán thiết
kế topologic đơn chng ràng buc (SHCLDA) trong đó chúng thiết lp các đường quang gia
các cp node da trên c yêu cu lưu lượng và s lượng s chng ca đường đi nh nht
gia chúng. SHFLDA cho lưu lượng cc đại thp trên các đường quang sau khi được thiết lp
và SHCLDA cho độ tr trung bình thp. Chúng tôi tiến hành so sánh 4 thông s gia hai thut
toán: tng lưu lượng trên topologic, lưu lượng cc đại trên các đường quang sau khi được thiết
lp, tng lưu lượng yêu cu và phn trăm các bước sóng được s dng. Kết qu mô phng ch
ra rng SHFLDA hiu qu hơn SHCLDA nếu quy mô mng đủ ln và ngược li nếu quy
mng nh thì s dng SHCLDA hp lý hơn.
ABSTRACT
In recent years, many logical topology designing methods in IP- over - WDM
networks (IP/WDM) have been widely investigated, in which Heuristic Logical Topology Design
Algorithm (HLDA) and Minimum-Delay Logical Topology Design Algorithm (MLDA) are
considered as basic algorithms using the overlay model in IP/WDM [1]. HLDA and MLDA set
up lightpaths between the pairs of nodes based on only their traffic demand. In this paper, we
propose two new algorithms: Single Hop-Free Logical Topology Design Algorithm (SHFLDA)
and Single Hop-Constraint Logical Topology Design Algorithm (SHCLDA). They set up the
lightpaths between the pairs of nodes based on the traffic demand and the hop count of the
minimum hop route for these pairs of nodes. There is a comparison of four parameters: the
total traffic volume on the logical topology, the maximum traffic volume on the established
lightpaths, the total demand traffic volume and the percentage of used wavelengths in the
network in SHFLDA and SHCLDA. Our simulation results indicate that SHFLDA is more
effective than SHCLDA in the event that the scale of network is large.
TP CHÍ KHOA HC VÀ CÔNG NGH, ĐẠI HC ĐÀ NNG - S 4(39).2010
202
1. Đặt vn đề
Có nhiu kiến trúc trong mng IP/WDM, chng hn như kiến trúc mng
IP/WDM đim ni đim, cu hình li, và kiến trúc mng IP/WDM chuyn mch [1].
Trong đó, kiến trúc mng IP/WDM cu hình li cũng được biết như kiến trúc mng
chuyn mch kênh quang OCS (Optical Circuit Switching), là kiến trúc ha hn nht
trong mng truyn dn Internet đường trc [2]. Trong kiến trúc này, các kênh bước
sóng, được gi là các lightpath (đường quang), được cu hình trong mng ghép kênh
phân chia theo bước sóng WDM (Wavelength Division Multiplexing) và lưu lượng IP
được chuyn ti trên các lightpath [1]. Trong mng IP/WDM, có ba mô hình liên mng
khác nhau: đồng đẳng, tăng cường và xếp chng. Chúng tôi xây dng hai thut toán,
mi thut toán to mt topologic bng các đường quang (lightpath) như mt mng xếp
chng lên mng vt lý WDM, mi mt đường quang mang lưu lượng IP gia các node
trong kiến trúc mng OCS. Như đã đề cp trong phn tóm tt, hai thut toán đề xut
khác vi hai thut toán HLDA và MLDA v tiêu chí để quyết định cp node nào được
chn để x lý trước. HLDA và MLDA không xem xét đến s chng vt lý gia các cp
node, và ch xem xét đến lưu lượng gia các cp node [3]. Trái li, hai thut toán đề
xut chn cp node để x lý trước da trên c s chng vt lý gia các cp node và lưu
lượng gia các cp node đó. Hai thut toán đề xut đạt được độ tr trung bình thp, gii
quyết được vn đề cân bng ti nh vào cp nht tích ca yêu cu lưu lượng và s chng
vt lý nh nht gia các cp node sau khi đường quang gia chúng được thiết lp. Gi
thiết rng s bước sóng trên mi kết ni vt lý đều ging nhau.
2. Mô hình mng
Thiết kếđịnh tuyến trên topologic này da trên các gi thiết cho thông s ngõ
vào như sau:
-Tô pô vt lý cho trước gm các node có các b phát và thu bước sóng, chúng
kết ni vi nhau bi si quang. Gi s s bước sóng là bng nhau trên mi kết ni trc
tiếp và không có s chuyn đổi bước sóng ti các node.
-Mt node gm có b định tuyến đin t và b chuyn mch quang như hình
1[4].
-Yêu cu lưu lượng gia các cp node (i, j) đến theo tiến trình Poison và được
tính theo Gbps và gi thiết luôn có yêu cu lưu lượng gia các cp node.
-Dung lượng truyn dn ca mi bước sóng được thiết lp là 10Gbps.
-Dung lượng x lý ca các b định tuyến đin t luôn ln hơn lượng lưu lượng
đến ti b định tuyến đó.
B tách bước sóng (Wavelength Demux) tách các bước sóng t tín hiu quang
sau đó chúng được chuyn mch đến đầu ra tương ng bi b non-blocking switch mà
không có s chuyn đổi bước sóng. Các bước sóng này li được ghép tr li trên si
quang và đi đến node cn đến. Ti các node đầu cui ca mt đường quang, tín hiu
quang chuyn sang tín hiu đin và đưa đến b định tuyến đin t [5].
TP CHÍ KHOA HC VÀ CÔNG NGH, ĐẠI HC ĐÀ NNG - S 4(39).2010
203
3. Đề xut thut toán SHFLDA và SHCLDA
Thut toán SHFLDA và SHCLDA ch thiết lp đường quang dùng cùng mt
bước sóng (gi là đơn chng) gia mi cp node ngun đích, thay vì thiết lp đường
quang s dng các bước sóng khác nhau gia mi cp node ngun đích ti cùng mt
thi đim.
3.1. Thut toán SHFLDA
Hình 1. Mô hình kiến trúc ca node[5]
N
Y
Y
Kết thúc
N
Tìm cp node có giá tr ln nht trong ma trn F
Tìm đường đi vt lý ngn nht gia cp node đó .
S bước sóng trên các liên kết vt lý đã s dng gim đi
1 khi lightpath gia cp node này được thiết lp.
Tìm cp node có giá tr ln kế tiếp trong ma trn F và cp nht ma trn F
Tính s
chng vt lý nh nh
t ca tng cp node(i, j): hij
To ma trn F: Fij=qij*hij
Các cp node
đ
ư
cxét h
ế
t?
Gán giá tr ca cp
node đó trong ma
trn F bng 0
T
n t
i b
ư
c són
?
Bt đầu
Tô pô vt lý
S bước sóng trên mi liên kết vt lý: w
Hình 2. Lưu đồ thut toán thiết kế tô pô lô gic SHFLDA
TP CHÍ KHOA HC VÀ CÔNG NGH, ĐẠI HC ĐÀ NNG - S 4(39).2010
204
SHFLDA gán bước sóng sn có trên liên kết vt lý s dng cho đường quang
đầu tiên được thiết lp. Thut toán tr v topologic được to nên bi các đường quang
được thiết lp. T tô pô vt lý ca mng, ta có s chng ca đường đi vt lý gia cp
node (i, j) chính là s kết ni trc tiếp t node i đến node j gi là hij. T ma trn yêu cu
lưu lượng ca các b định tuyến các cp node trong mng cho trước, ta có giá tr qij
yêu cu lưu lượng t node i đến node j. T đó, ta lp ma trn F có giá tr các phn t
Fij=qij * hij. Thut toán SHFLDA chn cp node (i, j) sao cho có giá tr Fij ln nht để
thiết lp đường quang và s dng độ tr để xác định đường đi ca nó. SHFLDA chn
đường đi t node i đến node j sao cho độ tr gia chúng là nh nht bng thut toán tìm
đường ngn nht Dijkstra.
Thut toán đề xut này được đặt tên là SHFLDA là thut toán thiết kế topologic
đơn chng vì nó thiết lp các đường quang đơn chng, nghĩa là mi đường quang ch s
dng mt bước sóng có sn trên liên kết vt lý mà nó đi qua, ch F (Free) trong
SHFLDA ng ý vic bước sóng có sn được s dng trên mi liên kết vt lý khi có yêu
cu thiết lp đường quang; điu này khác vi thut toán đề xut th hai: SHCLDA được
trình bày như dưới đây.
3.2. Thut toán SHCLDA
Kết thúc
Thiết lp các lightpath gia các cp node
ni trc tiếp nhau
Loi bước sóng đã s dng này ra khi các liên kết vt lý gia các cp node đó
Thiết lp các lightpath gia các cp node còn li như thut toán SHFLDA
Bt đầu
Chn tô pô vt lý.
Nhp s bước sóng trên mi liên kết vt lý.
Nhp lưu lượng ca tng cp node(i, j): qij
Tính s chng vt lý tng cp node(i, j): hij
To ma trn F trong đó : Fij=qij*hij
Hình 3. Lưu đồ thut toán thiết kế tô pô lô gic SHCLDA
TP CHÍ KHOA HC VÀ CÔNG NGH, ĐẠI HC ĐÀ NNG - S 4(39).2010
205
Thut toán đề xut th 2 được gi là SHCLDA, trong đó C là “Constraint” nghĩa
là thiết lp các lightpath gia các cp node ni trc tiếp trước, và sau đó thiết lp các
lightpath gia các cp node còn li tương t như thut toán SHFLDA.
4. Đánh giá kết qu
4.1. Mô hình mô phng và kết qu mô phng
Các thut toán HLDA và MLDA không được so sánh vi các thut toán đề xut
vì chúng không ging nhau v tiêu chí để quyết định cp node nào được chn để x
trước.
Thc hin thiết kế topologic vi cùng các thông s ngõ vào s dng hai thut
toán SHFLDA và SHCLDA, tiến hành so sánh bn thông s được đánh s 1, 2, 3, và 4
ca hai thut toán th hin qua đồ th hình ct như hình 5.
- Thông s 1: Tng lưu lượng trên tô pô lô gic là tng lưu lượng trên các đường
quang sau khi thiết lp.
- Thông s 2: Là tng lưu lượng yêu cu gia các cp node.
- Thông s 3: Lưu lượng cc đại ca trên các đường quang được thiết lp.
- Thông s 4: T l phn trăm các bước sóng được s dng là t s các bước
sóng được s dng trên tng s bước sóng trong toàn mng.
Trong đó, thông s 1, 2, và 3 được tính theo dơn v là Gbps, thông s 4 được
tính theo đơn v %.
(a) (b) (c)
Hình 4. Tô pô vt lý mng gm (a) 4 node; (b) 9 node; (c) 14 node