Phương pháp định tuyến, mô phỏng bài toán định tuyến và gãn bước sóng dựa trên kỹ thuật gmpls

tới quảng bá thông tin cập nhật tới tất cả các nút trong mạng. Nhu cầu quảng bá bản tin cập nhật có thể dẫn đến tổng chi phí điều khiển đáng kể. Hơn nữa, một nút có thể có thông tin bị lỗi thời làm cho nút thực hiện quyết định định tuyến dựa trên thông tin này không đúng. Một số khắc phục đã được thực hiện để nâng cao các giải thuật tuyến chung ngắn nhất bằng việc sử dụng đinh tuyến trạng thái liên kết. Từ đó đã chỉ ra rằng thước đo dựa trên sử dụng chặng trung gian thấp nhất và tổng hợp của tổng số bước sóng và bước sóng có thể sử dụng cho kết quả xác xuất tắc nghẽn ít nhất. Sau đây giới thiệu các thước đo hàm trọng được sử dụng trong mạng WDM có thể được sử dụng bằng giải thuật Dijkstra. Gọi là số bước sóng có thể sử dụng trên tuyến liên kết và là tổng số các bước sóng có thể trên tuyến liên kết đó. Khi đó hàm trọng dựa trên tổng số bước sóng có thể sử dụng (Total Wavelength and Avaiable – TWA) được mô tả như sau: Gọi W là hàm trọng của tuyến . Trong TWA, W được định nghĩa như sau: W= - log E (2.1) Gọi P là xác xuất mà một bước sóng được sử dụng trên một tuyến liên kết. Nếu và đã biết, p có thể được tính: P=1- (2.2) Khi xác suất mà tất cả các bước sóng sẽ được sử dụng tại một thời điểm trong tương lai có thể được viết là p. Khi đó xác xuất mà ít nhất một bước sóng có thể sử dụng được trên một liên kết trong tương lai được đưa ra bằng (1 - P) . Với một tuyến bao gồm nhiều liên kết, mục tiêu là tối đa khả năng mà một bước sóng có thể sử dụng trong tương lai, tức là cực đại giá trị (1 - P) của tất cả các liên kết có thể tạo thành tuyến. Đồ án sử dụng – log (1 - P) như một hàm trọng tương ứng và thực hiện tối thiểu giá trị này. Đây là một hàm trọng động cho bước sóng luôn thay đổi. + Định tuyến vectơ khoảng cách Phương pháp véc tơ khoảng cách có thể định tuyến với thông tin tổng thể. Phương pháp này không đòi hỏi mỗi nút duy trì đầy đủ thông tin trạng thái liên kết ở mỗi nút, nhưng thay vì mỗi nút lưu giữ một bảng chuyển tiếp dành riêng cho mỗi đích và mỗi bước sóng, chặng tiếp theo tới đích và khoảng cách tới đích. Phương pháp này dựa vào giải thuật Bellman- Ford phân tán để duy trì các bảng định tuyến. Giống với định tuyến trạng thái liên kết, bài toán cũng yêu cầu các nút cập nhật thông tin bảng định tuyến của chúng bất cứ khi nào một kết nối được thiết lập hoặc giải phóng. Việc cập nhật này được thực hiện bằng việc mỗi nút gửi một bản tin cập nhật định tuyến tới các nút lân cận chúng theo chu kỳ hoặc bất cứ khi nào trạng thái các tuyến liên kết lối ra của nút thay đổi. Mặc dù mỗi nút duy trì thông tin ít hơn định tuyến trạng thái liên kết và cập nhật không quảng bá tới tất cả các nút nhưng bài toán này có thể vẫn chịu mức độ chi phí điều khiển cao. Giải thuật vectơ cũng rất hay ở chỗ, bằng một số cách nó có thể thực hiện định tuyến ràng buộc dựa trên số chặng và các loại thước đo khác nhau. Thực vậy, các giải thuật định tuyến tiêu chuẩn thường tối ưu một mục tiêu, tức là chúng có thể tối thiểu số chặng trung gian, hoặc tối thiểu loại thước đo khác nào đó nhưng không thể là cả hai. Tối ưu mục tiêu kép là nhiệm vụ phức tạp hơn và nói chung nó là một bài toán khó giải. Giải thuật đường đi ngắn nhất Bellman-Ford được dùng cho việc tính đường đi của một thước đo tối thiểu cho tất cả các chặng trung gian. Đây là một tính chất của giải thuật Bellman – Ford mà ở h lần lặp lại của nó, nó xác định đường tối ưu giữa nguồn và đích, giữa các đường đi ở hầu hết h chặng. Tuy nhiên, bởi vì giải thuật Bellman-Ford tiến hành bằng việc tăng chặng số chặng trung gian nên nó cần cung cáp cho chặng trung gian rỗi một đường đi như một tiêu chuẩn tối ưu thứ hai. Đây có thể là một tính năng đặc biệt thú vị nếu mục tiêu là tìm đường ngắn nhất (với một thước đo cụ thể) trong khi vẫn tìm một đường “ tương đối ” ngắn, đó là đường cũng tối thiểu chặng trung gian. + So sánh giữa định tuyến vectơ khoảng cách và định tuyến Trạng thái liên kết trong bài toán RWA Định tuyến trạng thái liên kết và véctơ khoảng cách là hai khả năng có thể xử lý toàn bộ tin tức về mạng. Tuy nhiên, việc lựa chọn cả hai giải thuật gây ra các chế độ rất khác nhau khi xem xét vấn đề RWA. Hiệu suất của hai phương pháp cho việc thiết lập luồng quang động thì trạng thái liên kết làm tốt hơn với tải trọng thấp. Định tuyến phân tán cho xác xuất tắc nghẽn thấp hơn với tải trọng cao. Tuy nhiên, khuyết điểm cơ bản của giải thuật vectơ khoảng cách là ở chỗ chúng không phù hợp nhiều bằng giải thuật liên kết khi xem xét vấn đề xử lý lưu lượng. Đặc biệt, ưu điểm chính của giải thuật trạng thái liên kết là mỗi nút có một tin tức tổng thể về mạng. Điều này làm cho nó dễ dàng tìm các tuyến rõ ràng từ một nút nguồn tới một nút đích, do vậy tăng xác xuất mắc lỗi hơn cho mạng. Ví dụ có thể tăng khả năng khôi phục khi các nút đầy tin về mạng. Mặc dù bài toán định tuyến dựa trên tin tức tổng thể phải giải quyết nhiệm vụ duy trì một số lượng lớn thông tin trạng thái đang thay đổi liên tiếp, nhưng bài toán này thường thực hiện các quyết định tuyến tối ưu nhất nếu thông tin trạng thái là mới nhất. Do vậy, bài toán dựa trên thông tin tổng thể có thể rất phù hợp cho các mạng mà trong đó luồng quang là khá tĩnh và không thay đổi nhiều theo thời gian. D. Định tuyến thích nghi dựa trên thông tin cục bộ Ưu điểm của thông tin cục bộ là các nút không phải duy trì một số lượng lớn thông tin trạng thái; tuy nhiên, các quyết đinh định tuyến có khuynh hướng kém tối ưu hơn so với trường hợp thông tin tổng thể. Hai ví dụ về bài toán định tuyến thích nghi dựa trên thông tin cục bộ là định tuyến thay thế với thông tin cục bộ và định tuyến lệch. D.1. Định tuyến thay thế dựa trên thông tin cục bộ Trong khi các bài toán định tuyến thay thế thường dựa trên thông tin tổng thể thì khác với hiện nay chỉ dùng thông tin cục bộ. Trong bài toán định tuyến thay thế tắc nghẽn ít nhất, việc lựa chọn một tuyến được xác định bởi bước sóng có thể sử dụng dọc theo tuyến thay thế. Hai bài toán khác nhau được xem xét: Trường hợp trong đó thông tin bước sóng có thể sử dụng được biết đến dọc theo toàn bộ tuyến, và trường hợp đó chỉ có thông tin bước sóng là có thể sử dụng được biết đến dọc theo toàn bộ tuyến, và trường hợp trong đó chỉ có thông tin cục bộ là có thể sử dụng. + Nhận biết bước sóng đầu cuối - đầu cuối Trong phương pháp đầu tiên, thực thể thực hiện định tuyến nhận thấy thông tin bước sóng có thể sử dụng cho tất cả các tuyến liên kết trong các đường thay thế. Trong trường hợp này, tuyến được chọn là tuyến có bước sóng lớn nhất có thể sử dụng dọc theo toàn bộ các tuyến liên kết trong đường đi của nó. Ví dụ như, trong hình 2.4, nếu hai tuyến thay thế từ nút nguồn A tới nút đích D được xem xét với các bước sóng có thể sử dụng như được chỉ trên mỗi tuyến liên kết, thì hai bước sóng ( và ) là có thể sử dụng dọc theo toàn bộ độ dài của tuyến 1, trong khi chỉ một bước sóng ( ) là có thể sử dụng dọc toàn bộ chiều dài tuyến 2; do vậy tuyến 1 sẽ được lựa chọn. Hình 2.4: Định tuyến thay thế + Nhận biết bước sóng từng phần Phưong án dựa trên thông tin cục bộ là kết hợp thông tin bước sóng có thể sử dụng chỉ dọc k chặng ngắn nhất của mỗi đường. Tuyến sau đó được lựa chọn dựa trên loại đường bị tắc nghẽn ít nhất dọc theo k chặng ngắn nhất của nó. Trong hình 2.4, nếu k =2 thì tuyến 2 sẽ được lựa chọn, do nó có ba bước sóng có thể sử dụng trên hai tuyến liên kết ngắn nhất ( , , và ), trong khi tuyến 1 chỉ có hai bước sóng có thể sử dụng trên hai tuyến liên kết ngắn nhất ( và ). Mặc dù thông tin cục bộ có thể cung cấp một sự đánh giá tốt về tắc nghẽn dọc theo đường đi nhưng nó không đảm bảo bước sóng đặc trưng là có thể sử dụng dọc toàn bộ đường đi; do vậy, có thể sau khi chọn lựa một tuyến, một kết nối vẫn sẽ bị tắc nghẽn do thiếu các bước sóng có thể sử dụng. D.2. Định tuyến lệch Một phương pháp khác cho định tuyến thích nghi với thông tin hạn chế là định tuyến lệch, hoặc định tuyến liên kết thay thế. Bài toán định tuyến này chọn lựa từ các tuyến thay thế trên cơ sở theo chặng hơn là chọn lựa từ các tuyến trên cơ sở đầu cuối - đầu cuối. Định tuyến được thực hiện bởi mỗi nút duy trì một bảng định tuyến thể hiện đại diện cho mỗi đích, một hay nhiều tuyến liên kết lối ra thay thế tiến tới đích đó. Các tuyến liên kết lối ra thay thế này có thể ra được điều khiển để yêu cầu kết nối sẽ ưu tiên lựa chọn các tuyến liên kết nào đó miễn là tài nguyên bước sóng có thể sử dụng trên các tuyến liên kết này. Khác với bảng định tuyến tĩnh, mỗi nút sẽ duy trì thông tin về trạng thái của bước sóng sử dụng trên các tuyến liên kết lối ra của chính nó. Khi lựa chọn một tuyến liên kết lối ra cho định tuyến, thì quyết định có thể xác định trên cơ sở đường ngắn nhất hoặc tắc nghẽn ít nhất. + Bài toán định tuyến lệch với đường đi ngắn nhất Dưới tiêu chuẩn đường đi ngắn nhất, bài toán định tuyến sẽ cố gắng ngắn nhất để lựa chọn tuyến liên kết lối ra mà cho kết quả đường ngắn nhất tới đích. Nếu không có bước sóng có thể sử dụng trên tuyến liên kết thì bài toán định tuyến sẽ cố gắng lựa chọn một tuyến liên kết lối ra thay thế mà dẫn tới đường ngắn nhất tiếp theo tới đích. Bài toán định tuyến tiếp tục bằng phương pháp này cho đến khi đích đến được tiến tới hoặc kết nối bị tắc nghẽn Hình 2.5 minh hoạ bài toán định tuyến lệch cho yêu cầu kết nối từ nút A tới nút D. Đường đi ngắn nhất ngầm định trong ví dụ này là dọc đường A→B→C→D. Khi yêu cầu tiến tới nút C, nó không thể tiếp tục qua tuyến liên kết CD, do không có bước sóng chung có thể sử dụng trên tuyến liên kết AB, BC, và CD. Do đó yêu cầu bị lệch tới nút F, ở đó nó có thể tiếp tục tới đích dọc theo tuyến liên kết FD. Bước sóng được lựa chọn cho luồng quang sẽ là Hình 2.5: Bài toán định lệch đường đi ngắn nhất + Bài toán định tuyến lệch với tắc nghẽn ít nhất Trong phương pháp định tuyến lệch tắc nghẽn ít nhất thì bài toán định tuyến lựa chọn trong số các tuyến liên kết lối ra thay thế tuyến liên kết có số bước sóng khả thi lớn nhất bao gồm tập các bước sóng có thể sử dụng trên tất cả các chặng trước đó cũng như tuyến liên kết lối ra tiếp theo. Hình 2.6: Bài toán định tuyến lệch với tắc nghẽn ít nhất Định tuyến lệch tắc nghẽn ít nhất được minh hoạ trên hình 2.6 cho một kết nối từ nút A tới nút D. Trên chặng gần nhất tuyến liên kết AB được lựa chọn, do nó có ba bước sóng có thể sử dụng, trong khi tuyến liên kết AE chỉ có hai bước sóng có thể sử dụng. Khi yêu cầu kết nối đến từ nút B, nó sẽ định tuyến tới nút E, do có ba bước sóng khả thi ( , , và ) có thể sử dụng trên tuyến liên kết BE, và chỉ có một bước sóng khả thi ( ) có thể sử dụng trên tuyến liên kết BC. Phương pháp định tuyến tắc nghẽn ít nhất thường cho kết quả các đường dài hơn phương pháp định tuyến lệch đường đi ngắn nhất: tuy nhiên, định tuyến lệch tắc nghẽn ít nhất sẽ cho phép một luồng quang được định tuyến lại xung quang khu vực bị tắc nghẽn trong mạng, tải cân bằng hơn khi quang qua mang. + Các vấn đề định tuyến lệch Một số vấn đề nảy sinh khi thực hiện bài toán định tuyến lệch. Đó là vấn đề vòng lặp, trong đó một bản tin yêu cầu kết nối quay trở lại nút mà nó đã đến. Việc phát hiện vòng lặp có thể được giải quyết bằng việc có bản tin yêu cầu kết nối duy trì một véc tơ đường đi chứa danh sách các nút đã đến. Nếu nút nhận bản tin yêu cầu kết nối chỉ ra rằng bản tin đã đến nút này, thì nỗ lực kết nối sẽ bị chặn lại. Thay đổi với việc duy trì vec tơ đường đi là sử dụng trường thời gian sống, điều này sẽ ngăn cản bản tin yêu cầu kết nối có vòng lặp vô hạn trong mạng. Một vấn đề khác nữa có thể xảy ra là yêu cầu kết nối có thể bị lệch một lượng lớn thời gian dẫn đến một tuyến dài vô lý cho luồng quang. Giải pháp có thể cho vấn đề này bao gồm hạn chế chiều dài tối đa của các chặng trong một luồng quang, hoặc giới hạn độ lệch mà một tuyến có thể mắc. Khi một thông điệp yêu cầu kết nối tiến tới giới hạn của nó với số chặng tối đa hoặc độ lệnh tối đa thì nỗ lực kết nối sẽ bị chặn. 2.6.2. Bài toán gán bước sóng Nói chung, nếu có nhiều bước sóng khả thi giữa nút nguồn và nút đích thì giải thuật gán bước sóng được yêu cầu để lựa chọn bước sóng cho luồng quang nhất định. Việc lựa chọn bước sóng có thể thực hiện hoặc sau khi tuyến đã được xác định hoặc sóng sóng với việc tìm kiếm tuyến. Các bước sóng được lựa chọn bằng cách tối thiểu tắc nghẽn cho chuỗi các kết nối. Thuật toán gán bước sóng theo thứ tự bước sóng Một ví dụ về thuật toán gán bước sóng đơn giản nhưng hiệu quả là gán bước sóng theo thứ tự bước sóng. Trong thuật toán này, các bước sóng được đánh chỉ số và luồng quang sẽ cố gắng lựa chọn bước sóng với chỉ số thấp nhất trước khi lựa chọn bước sóng với một chỉ số cao hơn. Bằng việc lựa chọn bước sóng theo phương pháp này, các kết nối hiện tại sẽ được gói thành tổng các bước sóng nhỏ hơn, loại bỏ các bước sóng lớn hơn có thể sử dụng cho các luồng quang. Thuật toán gán bước sóng ngẫu nhiên Phưong pháp khác để lựa chọn các bước sóng khác nhau là lựa chọn đơn giản một trong các bước sóng ngẫu nhiên. Nói chung, thuật toán gán bước sóng theo thứ tự bước sóng sẽ làm tốt hơn gán bước sóng ngẫu nhiên khi thông tin đầy đủ về trạng thái mạng có thể sử dụng. Tuy nhiên, nếu việc lựa chọn bước sóng được thực hiện bằng phương pháp phân tán chỉ với thông tin hạn chế và lỗi thời thì gán bước sóng ngẫu nhiên có thể làm tốt hơn gán theo thứ tự bước sóng. Lý do cho đặc tính này là ở chỗ, trong phương pháp gán theo thứ tự bước sóng nếu nhiều kết nối đang đồng thời cố gắng thiết lập một luồng quang thì rất có thể chúng sẽ lựa chọn bước sóng giống nhau dẫn đến một hoặc nhiều kết nối bị chặn. Thuật toán gán bước sóng dựa trên bước sóng sử dụng nhiều nhất và ít nhất Thuật toán gán bước sóng đơn giản khác bao gồm thuật toán gán bước sóng dựa trên bước sóng sử dụng nhiều nhất và ít nhất. Trong gán bước sóng được sử dụng nhiều nhất thì bước sóng được sử dụng nhiều trong phần còn lại của mạng được lựa chọn. Phương pháp này nỗ lực cung cấp tối đa bước sóng sử dụng lại trong mạng. Phương pháp gán bước sóng được sử dụng ít nhất nỗ lực trải rộng tải trọng bằng nhau qua tất cả các bước sóng bằng việc lựa chọn bước sóng được sử dụng ít nhất xuyên xuốt mạng. Cả hai phương pháp gán bước sóng dựa trên bước sóng sử dụng ít nhất và sử dụng nhiều nhất đòi hỏi tin tức tổng thể. 2.6.3 Báo hiệu và đặt trước tài nguyên Để thiết lập luồng quang thì giao thức báo hiệu được yêu cầu để trao đổi thông tin điều khiển giữa các nút và để đặt trước tài nguyên dọc đường đi. Trong nhiều trường hợp, giao thức báo hiệu được kết hợp chặt chẽ với các giải thuật RWA. Các giao thức báo hiệu và đặt trước có thể được phân loại dựa trên hoặc tài nguyên được đặt trước sóng sóng trên mỗi tuyến liên kết, được đặt trước theo chặng dọc đường đi theo hướng tiến hoặc được đặt trước theo chặng dọc đường ngược lại. Các giải thuật cũng sẽ khác nhau phụ thuộc vào thông tin tổng thể có thể sử dụng hoặc không thể sử dụng. Đặt trước song song Bài toán dựa trên định tuyến trạng thái liên kết cho rằng mỗi nút duy trì thông tin tổng thể về cấu hình mạng và trạng thaí hiện tại của mạng bao gồm thông tin về các bước sóng đang được sử dụng trên mỗi tuyến liên kết. Dựa trên thông tin tổng thể này nút có thể tính toán tuyến tối ưu tới đích với bước sóng nhất định. Nút nguồn sau đó cố gắng đặt trước bước sóng mong muốn trên mỗi tuyến liên kết trong tuyến bằng việc gửi bản tin điều khiển riêng tới mỗi nút trong tuyến. Mỗi nút mà nhận bản tin yêu cầu đặt trước sẽ cố gắng đặt trước bước sóng đã xác định, và sẽ gửi hoặc tín hiệu chấp nhận hoặc không chấp nhận quay trở lại ngồn Nếu nút nguồn nhận tín hiệu chấp nhận từ tất cả các nút thì nó có thể thiết lập luồng quang và bắt đầu truyền thông với đích. Ưu điểm của bài toán đặt trước song song là nó rút ngắn thời gian thiết lập luồng quang bằng việc các nút xử lý các yêu cầu đặt trước song song. Nó cũng đơn giản hơn để thực hiện các bài toán đặt trước khác như đặt trước theo chặng được nêu chi tiết trong phần sau. Tuy nhiên, không thuận lợi ở chỗ nó đòi hỏi tin tức tổng thể do cả hai đường đi và bước sóng phải biết sớm hơn chờ đời. Đặt trước theo chặng Khác với đặt trước song song là đặt trước theo chặng trong đó bản tin điều khiển được gửi dọc theo tuyến đã lựa chọn từng chặng kế tiếp nhau. Ở mỗi nút trung gian, bản tin điều khiển được xử lý trước khi chuyển tiếp tới nút tiếp theo. Khi bản tin điều khiển tiến tới đích, nó được xử lý và gửi lại nút nguồn. Việc đặt trước tài nguyên tuyến liên kết thực tế có thể thực hiện hoặc trong khi bản tin đang đi theo hướng tiến tới đích, hoặc trong khi bản tin điều khiển đang đi theo hướng ngược lại trở về nguồn 2.7. TÓM TẮT CHƯƠNG 2 Chương này đã chỉ ra rằng bài toán RWA là một bài toán rất phức tạp. Trong thời điểm bùng nổ lưu lượng ngày nay việc định tuyến và gán bước sóng lại càng trở nên đặc biệt quang trọng, vì nó thể hiện được sự tối ưu của hệ thồng mạng. Một mạng truyền dẫn muốn pháp triển ngày càng tốt thì chất lượng dịch vụ đáp ứng yêu cầu của khách hàng phải ngày càng cao. Vì vậy việc định tuyến và gán bước sóng là một công việc không thể thiếu của hệ thống mạng đó. Và ngày mạng truyền dẫn có tốc độ cao nhất đó là mạng quang WDM, công nghệ nổi bật hiện nay đó chính là công nghệ “Ghép kênh và phân chia theo bước sóng quang WDM”. Song song đó, việc phát triển IP over WDM là hết sức quan trọng. Vì IP đã trở nên quá thông dụng. Sự kết hợp những yếu tố thuận lợi của truyền dẫn quang (WDM) và sự linh động, mềm dẻo của IP và MPLS đã cho ra đời kỹ thuật chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS, và việc định tuyến và gán bước sóng trong mạng quang WDM dựa trên kỹ thuật GMPLS được tìm hiểu ở chương 3 CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH TUYẾN VÀ GÁN BƯỚC SÓNG TRONG MẠNG QUANG WDM DỰA TRÊN KỸ THUẬT GMPLS 3.1. MPLS VÀ MẠNG QUANG THÔNG MINH 3.1.1. Tầm bao quát rộng lớn của MPLS Công nghệ MPLS là kết quả phát triển của công nghệ chuyển mạch IP sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn của ATM để tăng tốc độ truyền gói tin mà không cần giao thức định tuyến của IP. MPLS tách chức năng của IP làm hai phần riêng biệt: Chức năng chuyển gói tin và chức năng điều khiển. MPLS được dựa trên những ý tưởng sau: + Thông tin chuyển tiếp nhãn tách ra từ nội dung của mào đầu IP + Mô hình chuyển tiếp đơn (hoán đổi nhãn), các mô hình định tuyến bội + Thực hiện riêng biệt liên kết bội mô hình chuyển tiếp hoán đổi nhãn tên nhận dạng đường / kênh nối ảo, khe tần số, khe thời gian. + Tính linh hoạt cho việc tạo các lớp chuyển tiếp tương đương + Phân cấp chuyển tiếp qua ngăn xếp nhãn Việc tách thông tin chuyển tiếp từ nội dung mào đầu IP cho phép MPLS được sử dụng với các thiết bị như OXCs (bộ đấu nối chéo quang) mà mặt phẳng dữ liệu không thể nhận ra mào đầu IP. Các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn chuyển tiếp dữ liệu bằng việc sử dụng nhãn được mang bởi dữ liệu. Nhãn này kết hợp với cổng mà dữ liệu được thu, được sử dụng để xác định cổng lối ra và nhãn lối ra cho dữ liệu. Mặt phẳng điều khiển MPLS hoạt động dưới dạng hoán đổi nhãn và rút ra kiểu chuyển tiếp. Đồng thời, mặt phẳng dữ liệu MPLS cho phép thực hiện riêng biệt liên kết bội nút ra này. Ví dụ như, một bước sóng có thể xem như một nhãn rõ ràng. Cuối cùng, khái niệm phân cấp chuyển tiếp qua ngăn xếp nhãn cho phép tương tác với các thiết bị mà chỉ có thể hỗ trợ một không gian nhãn nhỏ. Tính chất này của MPLS là cần thiết trong khái niệm về OXCs và DWDMs do số bước sóng là không lớn lắm. 3.1.2. Các giao thức định tuyến và phân phối nhãn trong nền MPLS. Nền tảng MPLS bao gồm các ứng dụng quan trọng như định tuyến dựa trên ràng buộc. Định tuyến dựa trên ràng buộc là tổng hợp của những mở rộng cho các giao thức định tuyến trạng thái IP hiện có chẳng hạn như OSPF và IS-IS với RSVP hoặc CR- LDP như mặt phẳng điều khiển MPLS và thuật toán đường đi ngắn nhất có ràng buộc. Những mở rộng với OSPF và IS-IS cho phép các nút trao đổi thông tin về cấu hình mạng, tài nguyên có thể sử dụng và thậm chí cả thông tin chính sách. Thông tin này được sử dụng bởi phương pháp CSPF – giao thức tìm đường ngắn nhất có ràng buộc để tính các đường dẫn tuỳ thuộc vào tài nguyên dành riêng hoặc chính sách ràng buộc. Ví dụ như, hoặc RSVP-TE hoặc CR-LDP được sử dụng để thiết lập trạng thái chuyển tiếp nhãn theo các tuyến được tính bởi giải thuật dựa trên CSPF, điều này tạo ra LSP. Mặt phẳng dữ liệu MPLS được sử dụng để chuyển tiếp dữ liệu dọc theo LSP đã thiết lập. Định tuyến dựa trên ràng buộc ngày nay được sử dụng cho hai mục đích chính: Xử lý lưu lượng và tái định tuyến nhanh. 3.1.3. Hướng tới ngăn xếp giao thức đơn giản hơn: IP/MPLS qua DWDM. Với mạng thiết kế phù hợp, định tuyến dựa trên ràng buộc của IP/MPLS có thể thay thế ATM như cơ cấu cho xử lý lưu lượng. Cũng như vậy, cơ cấu tái định tuyến nhanh đưa ra một sự thay đổi với SONET tạo ra cơ cấu cho việc bảo vệ / khôi phục. Cả xử lý lưu lượng và định tuyến nhanh là ví dụ về nâng cao được cung cấp bởi MPLS cho định tuyến IP làm cho nó có thể vượt qua ATM và SONET/ SDH bằng các chức năng di trú được cung cấp bởi các công nghệ này cho mặt phẳng điều khiển IP/MPLS. 3.1.4. Tương quan giữa MPLS và mạng quang Cuộc cách mạng của công nghệ MPLS đang nổi lên một số hiệp trợ giữa bộ định tuyến chuyển mạch nhãn sử dụng trong MPLS và các chuyển mạch quang giữa LSP và đường quang hoặc luồng quang. Một luồng quang là một kết nối đầu cuối - đầu cuối trong suốt giữa các nút chỉ gồm các linh kiện quang, không có sự chuyển đổi quang - điện nào. Tương tự như các nhãn chuyển mạch trong LSR, chuyển mạch quang chốt các bứơc sóng từ cổng lối vào tới cổng lối ra. Việc thiết lập LSP liên quan tới việc định cấu hình mỗi LSR trung gian để ánh xạ nhãn và cổng lối vào đặc trưng tới nhãn và cổng lối ra. Tương tự, quá trình thiết lập một luồng quang liên quan tới việc định cấu hình mỗi chuyển mạch quang trung gian để ánh xạ buớc sóng và cổng lối vào tới bước sóng và cổng lối ra. LSR và các chuyển mạch quang cần giao thức định tuyến như OSPF va IS-IS để trao đổi cấu hình trạng thái liên kết và thông tin tài nguyên quang có thể sử dụng cho việc tính toán đường đi. Chúng cũng cần những giao thức báo hiệu như RSVP và LDP để tự động xử lý thiết lập đường dẫn. Đặc biệt MPLS cho phép tách mạng thành mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng chuyển tiếp một cách logic. Mặt phẳng chuyển tiếp đáp ứng thông tin chuyển mạch bằng việc sử dụng bảng chuyển tiếp rất đơn giản. Mặt khác nhiệm vụ mặt phẳng điều khiển là quản lý nguồn tài nguyên của mạng. Chúc năng đặc biệt của mặt phẳng điều khiển là để đặt trước tài nguyên trên có sở đầu cuối - đầu cuối giữa các nút lối vào và lối ra; bao gồm thiết lập và loại bỏ đường quang. Tổng kết các chức năng khác nhau được sử dụng trong các lớp khác nhau được cho trong bảng 3.1 sau: 3.1.5. Liên kết và quản lý ba mặt phẳng điều khiển Kết hợp khả năng cung cấp dải thông của chuyển mạch quang với khả năng kỹ thuật của MPLS sẽ cho phép các bộ định tuyến, chuyển mạch ATM và bộ ghép kênh xen kẽ ADM SONET / SDH yêu cầu nơi và khi cần dải thông. Điều đó dẫn tới xuất hiện ý tưởng kết hợp ba măt phẳng điều khiển bằng việc bổ sung thêm lớp nữa như là mặt phẳng quản lý. Tuy nhiên, chưa có sự đồng ý chung về việc các mặt phẳng khác nhau sẽ tương tác với nhau như thế nào, tức là chưa đạt được sự nhất trí về việc hoạt động của OSPF mở rộng, IS-IS, BGP mở rộng, RSVP – TE, CR – LDP, LMP, GMPLS, OIF, UNI và NNI sẽ được thực hiện như thế nào. Tuy nhiên, cộng đồng IP và cộng đồng mạng quang đã đồng ý rằng mặt phẳng điều khiển đáp ứng việc quản lý lớp mạng quang sẽ được dựa trên nền tảng GMPLS. 3.2. BÀI TOÁN ĐỊNH TUYẾN VÀ GÁN BƯỚC SÓNG TRONG MẠNG QUANG TỔ CHỨC TRÊN KỸ THUẬT GMPLS. Bài toán RWA hiện nay là một phần công việc của một số nhóm làm việc IETF như mặt phẳng đo lường và điều khiển chung, chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS, giao thức định tuyến OSPF và internet IP. Sau đây trình bày tổng quan về xu hướng trong công nghiệp làm cho mạng quang thực sự như mạng toàn quang. Động cơ thúc đẩy sự hình thành và các đề xuất nền tảng GMPLS được giải thích và được liên kết với bài toán RWA. 3.2.1. Tổng quan về kỹ thuật GMPLS Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS cũng được gọi là chuyển mạch nhãn lambđa đa giao thức nó hỗ trợ không chỉ các thiết bị thực hiện chuyển mạch gói mà cả những loại chuyển mạch thời gian, bước sóng, không gian. Hiện nay có một sự quan tâm lớn vào việc thiết lập và giải phóng luồng quang tự động trong mạng truyền tải quang. Một xu hướng đang nổi lên trong công nghiệp là sử dụng mặt phẳng điều khiển lớp quang nhiều hơn so với mặt phẳng quản lý như đang thực hiện theo truyền thống để cung cấp các luồng quang. Mặt phẳng điều khiển lớp quang thông minh được mong chờ mang lại một số lợi ích bao gồm. Cung cấp chuyển mạch nhanh, dịch vụ linh hoạt như các dịch vụ dải thông theo yêu cầu, thao tác giữa các thành phần của mạng được nâng cao từ các nhà cung cấp khác nhau và tính năng phục vụ được nâng cao bằng việc cung cấp khả năng định tuyến động khi xảy ra lỗi. Phương pháp chung là định tuyến và báo hiệu cho lớp quang sẽ dựa vào việc sử dụng lại và nâng cao các giao thức mặt phẳng điều khiển mặt phẳng hiện có để giảm chu trình phát triển sản phẩm và khuyến khích phát triển nhanh các thành phần lớp mạng quang mới. Gần đây nền công nghiệp hút theo GMPLS một cách rõ ràng (trước đó được gọi là MPS thay cho chuyển mạch nhãn lambđa đa giao thức) do giải pháp mặt phẳng điều khiển cho mạng quang thế hệ sau. GMPLS là một sự mở rộng cho MPLS mà cho phép các đường chuyển mạch nhãn tổng quát như là các luồng quang được thiết lập hoặc loại bỏ một cách tự động nhờ giao thức báo hiệu. Điều này đòi hỏi định nghĩa nhãn MPLS được tổng quát hoá để một nhãn có thể được mã hoá như một khe thời gian, một bước sóng hoặc một bộ nhận dạng không gian. Bằng việc lợi dụng ưu điểm của định nghĩa mới về nhãn tổng quát, rõ ràng MPLS cũng có thể được mở rộng để điều khiển và định cấu hình TDM DXC, lambda hoặc sợi OXC Sau đây giới thiệu đặc trưng về các bài toán định tuyến trong mạng truyền tải quang OTN 3.2.2. Thiết lập và khôi phục luồng quang Một trong các mục đích chính của mạng quang là cung cấp và thiết lập việc khôi phục luồng quang đầu cuối - đầu cuối nhanh. Điêù này được thực hiện bởi 3 thành phần khác nhau: + Khám phá tài nguyên: Bằng khám phá tài nguyên nhận được thông tin trạng thái như tính năng kết nối mạng, khả năng liên kết và các ràng buộc đặc biệt. Nói chung, điều này được thực hiện bằng việc mở rộng giao thức định tuyến trong miền IGP như OSPF hoặc IS-IS để mang thông tin bổ sung trong LSA. + Lựa chọn tuyến: Lựa chọn tuyến được sử dụng để lựa chọn một tuyến thích hợp qua mạng ION cho luồng quang đã yêu cầu. Điều này thường được thực hiện bằng việc đưa vào giải thuật định tuyến dựa trên ràng buộc, mà tính toán tuyến mong muốn dưới các ràng buộc lớp vật lý và các ràng buộc hoạt động. + Quản lý tuyến: Bao gồm thiết lập và loại bỏ tuyến, bảo trì tuyến và phân bổ nhãn. Điều này được thực hiện chủ yếu bằng việc sử dụng các mở rộng của RSVP – TE hoặc CR- LDP. Bài toán RWA liên quan hầu hết đến khám phá tài nguyên và lựa chọn tuyến. Tuy nhiên, như đã nói ở trên bài toán RWA có thể bị liên quan rắc rối với quá trình quản lý tuyến để nó không thể xác định được kết quả của giải thuật RWA đã thực hiện theo cách thông thường mà không bổ sung thêm loại giao thức quản lý nào. 3.3. CÁC ĐIỀU KIỆN RÀNG BUỘC TRONG ĐỊNH TUYẾN QUANG. Mặc dù có sự giống nhau theo khía cạnh định tuyến giữa mạng IP và mạng ION, mạng ION phức tạp hơn bởi vì nó chứa các ràng buộc được bổ sung trong quyết định định tuyến. Sự khác nhau như vậy được ví dụ như sau: + Mạng gói dữ liệu trái với mạng chuyển mạch kênh. Trong mạng IP việc chuyển tiếp các gói được thực hiện dựa trên cơ sở theo chặng. Trái lại trong mạng ION một kết nối, hoặc luồng quang phải được thiết lập theo các ràng buộc dựa trên tài nguyên mạng và cấu hình mạng. + Ngăn cách cấu hình mặt phẳng điều khiển và cấu hình mặt phẳng dữ liệu. Trái với các mạng IP, mạng ION có thể cung cấp tính bảo mật cao hơn bằng việc quản lý một mặt phẳng điều khiển ngoài dải băng; khác biệt hoàn toàn với cấu hình mặt phẳng dữ liệu. Giữa các ràng buộc chính được bổ xung ở lớp mạng ION là các ràng buộc lớp vật lý mà thông thường giải quyết các tín hiệu quang. 3.3.1. Điều kiện ràng buộc vât lý. Một số ràng buộc vật lý ảnh hưởng tới kết quả tính toán luồng quang phải được đưa vào tính toán. Quỹ công suất ở nút nguồn, PMD (Tán sắc môt phân cực), tán sắc màu, ASE xuyên âm giữa các kênh và các yếu tố phi tuyến khác là tất cả ràng buộc tới hạn để tính toán luồng quang. Có thể các ràng buộc khác, đặc biệt việc các tín hiệu tái tạo 3R được xem xét đến bởi nút lối vào thực hiện giải thuật RWA khi tính toán tuyến tối ưu cho nút lối ra. Ví dụ như, bộ định tuyến GMPLS HIKARI được dựa trên nền toàn quang với việc bổ sung các chức năng 3R và chuyển đổi bước sóng nếu tín hiệu bị suy giảm bởi suy hao sợi quang cũng như các hiệu ứng phi tuyến như là PMD hoặc ASE thì chức năng 3R được kích hoạt. Ngoài ra, việc chuyển đổi bước sóng cũng được sử dụng khi báo hiệu bị nghẽn bởi chiếm trước quá nhiều bước sóng. 3.2.2. Các ràng buộc bước sóng Trong mạng toàn quang, nếu không sử dụng chuyển đổi bước sóng được thì bước sóng liên tục phải được bảo toàn dọc luồng quang. Điều này làm phức tạp quyết định định tuyến và được gọi là ràng buộc bước sóng liên tục. Có nghĩa là bản tin quảng bá tuyến phải chứa thông tin về bước sóng có thể sử dụng ở mỗi tuyến liên kết sợi quang trong mạng ION. Giải pháp như vậy có thể đặt ra các vấn đề quan trọng liên quan đến khả năng mở rộng cấp độ bởi vì một số bước sóng trong mạng ION có chiều hướng quan trọng. Một số giải pháp đưa ra bước sóng có thể sử dụng trong tuyến liên kết sợi quang đã được thảo luận. Tuy nhiên, các giải pháp này đều có những thay đổi quan trọng với các giao thức định tuyến. 3.3. KIẾN TRÚC GMPLS Các mở rộng với IGPs như OSPF, IS-IS cho phép các nút trao đổi thông tin về cấu hình mạng quang, tài nguyên có thể sử dụng và các ràng buộc quản trị. Đặc tính định tuyến GMPLS lõi có thể sử dụng bằng ba phần: + Miêu tả chức năng định tuyến + Các IGP mở rộng như là OSPF-TE mở rộng. + IS-IS mở rộng Báo hiệu GMPLS mở rộng các chức năng cơ bản vốn có của báo hiệu RSVP-TE và CR-LDP và trong một số trường hợp bổ sung thêm tính năng. Những thay đổi và bổ sung này tác động mạnh đến các tính chất cơ bản của LSP, các lỗi được truyền như thế nào, và thông tin được cung cấp cho việc đồng bộ các nút lối vào và lối ra như thế nào. Đặc tính báo hiệu GMPLS lõi có thể được sử dụng bằng ba phần: + Miêu tả chức năng báo hiệu + RSVP-TE mở rộng + CR-LDP mở rộng. Định tuyến luồng quang động trong mạng IP qua WDM được dựa trên mô hình định tuyến dựa trên ràng buộc GMPLS. Ví dụ như, OSPF là giao thức trạng thái liên kết trong đó trạng thái của mỗi liên kết trong mạng được quảng bá một cách định kỳ tới tất cả các nút tạo nên LSAs. Thông tin này được sử dụng như đầu vào cho giải thuật thông thường hoặc giải thuật tính toán đường đi dựa trên ràng buộc Việc tính toán đường đi tuỳ thuộc vào các ràng buộc cấu hình, tài nguyên, các ràng buộc quản trị. Tiêu chuẩn GMPLS không xác định mà cũng không bắt buộc bất kỳ kiểu bài toán định tuyến nào. Điều này được thực thi khác nhau giữa các nhà cung cấp. Ngay khi một luồng quang thích hợp được lựa chọn. Một giao thức báo hiệu như CR-LDP hoặc RSVP – TE được gọi ra để thiết lập kết nối. Trong khi hiện nay tổ chức IETF tập trung vào một vài giao thức cụ thể thì bản thân GMPLS không hạn chế với bất kỳ giao thức định tuyến hay báo hiệu riêng nào. Hơn nữa, các giao thức như OSPF, CR-LDP và RSVP-TE mềm dẻo và thích hợp với việc hiện thực các bài toán định tuyến và báo hiệu khác nhau để thiết lập luồng quang. 3.4. BỘ ĐỊNH TUYẾN GMPLS THỰC TẾ: BỘ ĐỊNH TUYẾN HIKARI Một phương pháp rất hay để giải quyết bài toán RWA được thực hiện bằng bộ định tuyến HIKARI. Trong thiết bị này, các bộ chuyển đổi bước sóng chỉ được sử dụng khi có tắc nghẽn do thiếu các bước sóng có thể sử dụng thoả mãn ràng buộc bước sóng liên tục. Bộ định tuyến HIKARI bao gồm một bộ định tuyến IP, một bộ định tuyến bước sóng và một bộ quản lý bộ định tuyến GMPLS như minh hoạ trong hình 3.1 Hình 3.1: Cấu trúc bộ định tuyến Hikari với TE đa lớp trên giám sát lưu lượng IP[13] Để giải quyết bài toán RWA, bộ định tuyến HIKARI thực hiện giao thức định tuyến OSPF mở rộng và RSVP-TE mở rộng để đạt được đinh tuyến lựa chọn hiệu quả cũng như tối thiểu số lần yêu cầu chuyển đổi bước sóng. OSPF mở rộng cho phép xây dựng hai cơ sở dữ liệu trạng thái liên kết khác nhau phản ánh khả năng liên kết của mạng. Cơ sở dữ liệu liên kết trạng thái thông thường chứa thông tin trạng thái liên kết IP trong khi cơ sở dữ liệu có kỹ thuật lưu lượng TED (Traffic Engineering Database) chứa thông tin trạng thái liên kết quang. Đầu tiên, để quảng bá tuyến thì OSPF mở rộng được sử dụng. Mỗi bộ định tuyến HIKARI quảng bá tổng số bước sóng được sử dụng và không được sử dụng của nó. Nút biên sử dụng thông tin này để phân biết trạng thái liên kết GMPLS và có thể lựa chọn đường đi ít tốn kém nhất. Những thay đổi bao gồm thông tin tài nguyên 3R và tài nguyên chuyển đổi bước sóng. Thông tin này thường sử dụng cho định tuyến nguồn dựa trên tổng hợp đường đầu tiên ngắn nhất và thông tin tải. Để nâng cao chức năng báo hiệu, RSVP-TE mở rộng được đề xuất. Đầu tiên bộ định tuyến HIKARI đặt thông tin bước sóng không sử dụng bằng việc sử dụng khuôn dạng bitmap trong báo hiệu RSVP. Mỗi bộ định tuyến HIKARI quá giang ghi thông tin này bằng việc “ And “ giữa bitmap bước sóng không được sử dụng báo hiệu đến và các bước sóng không được sử dụng của nó. Nếu không có bước sóng không thể được sử dụng thì việc chuyển đổi bước sóng được sử dụng. Bộ định tuyến mà cung cấp chuyển đổi bước sóng tạo bitmap bước sóng không thể được sử dụng mới và gửi nó tới bộ định tuyến tiếp theo. Kỹ thuật báo hiệu và định tuyến giảm thiểu tần số chuyển đổi bước sóng trong mạng và do vậy có thể cung cấp các mạng quang rất hiệu quả kinh tế. Phương pháp được sử dụng để thiết lập luồng quang động được miêu tả trong bộ định tuyến HIKARI được đặc biệt quan tâm. Nó là trường hợp tốt nhất để thực hiện thiết lập luồng quang động DLE đạt tiêu chuẩn. Tuy nhiên, nó không cung cấp thêm chút thông tin nào về việc thông tin được hợp lại như thế nào bởi các bản tin quảng bá liên kết được xử lý thực tế bằng thuật toán RWA. Đặc biệt, định nghĩa thước đo liên kết không được đưa ra. Do vậy việc sử dụng thụ động chuyển đổi bước sóng sẽ làm cho tắc nghẽn yêu cầu kết nối nhiều hơn. Với đánh giá đó, việc chuyển đổi bước sóng vẫn rất tốn kém và không hoàn toàn có giá trị về mặt thương mại. Do vậy, rất có thể nhu cầu thực tế cho thuật toán RWA sẽ thực hiện chủ yếu dưới điều kiện ràng buộc bước sóng liên tục. 3.5. TÓM TẮT CHƯƠNG 3 Chương này chỉ ra rằng định tuyến và gán bước sóng trong mạng quang WDM dựa trên kỹ thuật GMPLS là giải pháp rất tốt cho mạng thế hệ sau. Trong GMPLS, nhãn MPLS được tổng quát hoá để có thể mã hoá được thời gian, bước sóng, hoặc nhận dạng không gian. GMPLS bao quát rất rộng và bài toán RWA chỉ là một nền tảng tương đối của GMPLS. Điều quan trọng là bài toán RWA phải được đưa ra với các kiến nghị của IETF cho GMPLS. Tuy nhiên, nền tảng GMPLS là khá mới với mạng hiện nay. Cần có những nghiên cứu trong việc mô hình hoá các bài toán thiết lập luồng quang (giải thuật RWA) trong một mạng dựa trên kỹ thuật GMPLS để đánh giá hiệu năng của các giải pháp được tán thành bởi các dự thảo và tiêu chuẩn của IETF. Và việc mô phỏng định tuyến và gán bước sóng trong mạng quang WDM dựa trên kỹ thuật GMPLS được tìm hiểu ở chương 4. CHƯƠNG 4 MÔ PHỎNG ĐỊNH TUYẾN VÀ GÁN BƯỚC SÓNG TRONG MANG QUANG WDM DỰA TRÊN KỸ THUẬT GMPLS 4.1 TỔNG QUAN VỀ NS2 4.1.1 Giới thiệu NS-2 (Network Simulator) là phần mềm mô phỏng mạng điều khiển sự kiện riêng rẽ hướng đối tượng, được phát triển tại UC Berkely, viết bằng ngôn ngữ C++ và OTcl. NS-2 là phần mềm mô phỏng mã nguồn mở hữu ích trong việc nghiên cứu mạng. Nó gồm nhiều module và một thư viện phục vụ mô phỏng các sự kiện riêng biệt, ví dụ như bộ phát số ngẫu nhiên, bộ lập lịch sự kiện, hàng đợi và bộ phận hỗ trợ toán học… Phần mềm NS-2 có những khả năng sau: Khả năng kiểm tra tính ổn định của các giao thức mạng đang tồn tại Khả năng đánh giá các giao thức mạng mới trước khi đưa vào sử dụng Khả năng thực thi những mô hình mạng lớn mà gần như không thể thực thi được trong thực tế Khả năng mô phỏng nhiều loại mạng khác nhau NS-2 là phần mềm mã nguồn mở có sẵn cho cả nền Windows 32 và Linux. Trong đồ án NS-2 được cài đặt và thực thi trên môi trường Linux. Cụ thể là cài đặt phiên bản ns-allinone-2.28 trên hệ điều hành ubuntu 8.04 4.1.2 Kiến trúc của NS-2 Để sử dụng NS-2, người sử dụng lập trình bằng ngôn ngữ kịch bản OTcl. Người sử dụng có thể chọn các mã nguồn Otcl vào NS-2 bằng cách viết các lớp đối tượng mới trong Otcl. Kịch bản Otcl có thể khởi tạo Bộ lập lịch sự kiện, thiết lập mô hình mạng và báo cho nguồn traffic khi nào bắt đầu truyền và nhưng truyền gói trong bộ lập lịch sự kiện. Phụ thuộc vào mục đích của người sử dụng đối với kịch bản mô phỏng Otcl mà kết quả mô phỏng có thể được lưu trữ như file trace. Định dạng file trace sẽ được tải vào trong các ứng dụng khác để thực hiện phân tích: File nam trace (file.nam) được dùng cho công cụ minh họa mạng NAM File Trace (file.tr) được chọn cho công cụ lần vết và giám sát mô phỏng XGRAPH hay TRACEGRAPH. Hình 4.1 Luồng các sự kiện cho file Tcl chạy trong NS [14] NS sử dụng hai ngôn ngữ lập trình: Ngôn ngữ kịch bản (Tcl-Tool Command Language, đọc là tickle) và Ngôn ngữ lập trình hệ thống (C/C++). NS là tầng biên dịch Tcl để chạy các kịch bản Tcl. Bằng cách sử dụng C++/OTcl, bộ mô phỏng mạng phảihoàn toàn là hướng đối tượng. NS sử dụng hai ngôn ngữ vì bộ mô phỏng cần thực hiện hai việc khác nhau. Một mặt là vì các mô phỏng cho các giao thức yêu cầu một ngôn ngữ lập trình hệ thống có thể tính toán một các hiệu quả các byte, các header gói và các thuật toán thực thi đang chạy trên một tập dữ liệu lớn. Với tác vụ này, run-time speed (tốc độ thực thi) là quan trọng trong khi turn-around time (thời gian thay đổi) thì ít quan trọng hơn. Turn-around time bao gồm thời gian chạy mô phỏng, thời gian tìm lỗi, thời gian sửa lỗi, thời gian biên dịch lại và thời gian chạy lại. Mặt khác, khi nghiên cứu mạng thì rất cần quan tâm đến các tham số và các cấu hình có thay đổi nhưng không đáng kể, hay quan tâm đến các scenario (tình huống) cần khám phá thật nhanh chóng. Trong tác vụ này thì iteration time (thời gian lập lại, tức là thời giant hay đổi mô hình và chạy lại) là quan trọng hơn. Vì cấu hình chỉ chạy một lần lúc bắt đầu mô phỏng nên run-time trong tác vụ này rõ ràng kém quan trọng hơn. Tóm lại, dùng C++ để: Mô phỏng giao thức chi tiết yêu cầu ngôn ngữ lập trình hệ thống Thao tác trên byte, xử lý gói, thực thi thuật toán Tốc độ thời gian thực là quan trọng nhất Thực hiện bất kỳ việc gì cần phải xử lý từng packet của một luồng Thay đổi hành vi của lớp C++, đang tồn tại theo những hướng đã không được lường trước Và dùng OTcl để: Mô phỏng những thông số hay cấu hình thay đổi Thăm dò nhanh một số tình huống Thời gian tương tác (thay đổi mô hình hay chạy lại) là quan trọng Cấu hình, thiết lập hay những gì chỉ làm một lần Thực hiện những cái muốn bằng cách thao tác trên các đối tượng C++ đang tồn tại 4.1.3 Sử dụng chương trình NS-2 Phần mêm NS-2 sử dụng thực hiện mô phỏng bằng cách sử dụng các câu lệnh tạo đối tượng mô phỏng từ đó xây dựng các kịch bản mô phỏng Tcl. Sau khi tạo một kịch bản mô phỏng Tcl, việc chạy chương trình mô phỏng chỉ đơn giản bằng câu lệnh sau tại dấu nhắc của Terminal trong Linux. [root~] ns file.tcl Trong đó, file.tcl là kịch bản mô phỏng mà người sử dụng mong muốn. Hình 4.2. Cửa sổ chương trình khi chạy Nam Sau khi chạy kịch bản mô phỏng, kết quả mô phỏng có thể được lưu trữ dưới dạng file nam và file trace. File nam cung cấp cái nhìn trực quan về mạng được mô phỏng. File trace theo dõi và lưu dấu các hoạt động mạng. Còn một file trace chuẩn trong ns-2 có định dạng như sau: Event: Có 4 ký tự thường xuất hiện là r, +, -, d để chỉ các sự kiện nhận, vào hang đợi, ra khỏi hàng đợi và rớt. Time: thời điểm xảy ra sự kiện From node: node đi của gói tin To node: node đến của gói tin Pkt type: loại packet Pkt size: kích cỡ gói tin (byte) Flags: cờ Fid: số nhận diện cho mỗi luồng dữ liệu Src addr: địa chỉ n;ode nguồn Dst addr: địa chỉ node đích Seq num: số trình tự Pkt id: chỉ số nhận diện mỗi gói tin. Chỉ số này là duy nhất Với việc nắm rõ định dạng của một file trace người dùng có thể dùng các ngôn ngữ như Perl hay Awk để duyệt file theo hàng và theo cột với một giải thuật để tính toán cụ thể. Ví dụ như tỷ lệ gói mất, độ delay trung bình của các gói tin. Còn đây là một đoạn trích trong file trace: 4.2 MÔ PHỎNG 4.2.1. Cấu trúc Mạng Trong bài mô phỏng này, đồ án sẽ xây dưng mô hình mô phỏng định tuyến và gán bước sóng trong mạng WDM sử dụng kỹ thuật GMPLS với 12 node như hình dưới đây : Hình 4.3: Cấu trúc mạng mô phỏng Mạng này gồm có năm node nguồn, cụ thể là S0, S1, S2, S3 và S4 và năm node đích đến tương ứng là D0, D1, D2, D3, D4. Dữ liệu sẽ được chuyển từ các nguồn cho đến các đích thông qua G-LSR1 và G-LSR2. Ở giữa G-LSR1 và G-LSR2 sẽ có 3 bước sóng λ1, λ2 và λ3 được dùng để truyền tải dữ liệu. Băng thông cho các chuyển mạch bước sóng, là băng thông giữa G-LSR1 và G-LSR2 khoảng 9,95 Gbps khi nó được sử dụng là OC-192. Tuy nhiên, để mô phỏng đơn giản, giá trị này được giảm đến 15Mbps (cho cả 3 bước sóng). Điều này giúp cho việc mô phỏng và tính toán được nhanh và dễ dàng hơn. Các nguồn loại CBR [12] thì kích thước gói là 200 byte và loại Pareto [12] thì kích thước gói dữ liệu là 1300 byte, burst time là 0.5s và idle time là 0.2s. Các băng thông theo yêu cầu từng nguồn, trừ S3, được thiết lập là 2Mbps. Trong khi băng thông của nguồn S3 là 3Mbps. Các băng thông liên kết giữa nguồn và G-LSR1, giữa G-LSR2 và đích đến là 3Mbps trong khi băng thông chính giữa hai G-LSR là 15Mbps. Nguồn băng thông được chia đều cho ba bước sóng. Vì vậy, mỗi bước sóng λ1, λ2 và λ3 sẽ có thể thực hiện 5 Mbps của tín hiệu tại cùng một thời gian. 4.2.2. Mô phỏng với NS2 Để xây dựng mạng lưới đề xuất với 3 tuyến đường lựa chọn, được thông qua λ1, λ2 và λ3 trong NS-2, các cấu trúc mạng liên kết đề xuất đã được sửa đổi. Các cấu trúc liên kết mạng thay đổi được thể hiện trong hình sau dưới đây: Hình 4.4: Hiện thực hoá mô hình trong NS-2 Trong phần này, mục đích là để điều tra chất lượng QoS được định nghĩa trong mạng để xuất. Các thống kê hiệu suất sẽ được đo tại các node đích. 4.2.3. Định nghĩa QoS Chất lượng dịch vụ (QoS) thực sự là một phép đo của một dịch vụ tốt như thế nào thoả mãn người sử dụng. Do đó, có nhiều định nghĩa xác định QoS. QoS được đánh giá qua các tham số chính sau: Độ sẵn sàng phục vụ Băng thông Độ trễ Độ biến động trễ Tỷ lệ mất gói Độ sẵn sàng phục vụ là khả năng đáp ứng các yêu cầu khách hàng của mạng đó như thế nào. Băng thông là đề cập tới khả năng của tuyến truyền dẫn, hoặc công suất của mạng lưới liên kết. Mạng lưới của các nhà cung cấp sẽ phải cung cấp đủ băng thông để phục vụ khách hàng của họ và cũng phải đủ khả năng mở rộng. Tuy nhiên, các nhà cung cấp dịch vụ (ISP) cũng bị giới hạn trong việc cung cấp băng thông. Các băng thông cung cấp phải sử dụng một cách tối ưu để tránh lãng phí băng thông. Độ trễ là tổng thời gian thực hiện để chuyển từng gói dữ liệu từ nguồn đến đích. Số liệu này là rất quan trọng đối với các ứng dụng thời gian thực. Độ trễ làm giảm hiệu quả của các ứng dụng trong mạng. Trong QoS tham số này được chọn để phân tích hiệu suất của mạng. Tỷ lệ mất gói là số gói bị mất, bị huỷ, và bị lỗi trên tổng số gói đã truyền khi đi trong mạng. Tỷ lệ mất gói nói lên chất lượng của mạng truyền dẫn. 4.3. MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ Trong NS-2 phần network Animator [NAM] được sử dụng để hình dung quá trình mô phỏng. Những số liệu dưới đây cho thấy mạng GMPLS có khả năng thực hiện các định tuyến dựa trên những ràng buộc nhất định. Theo mặc định, tất cả lưu lượng được chuyển đi từ nguồn tới đích trên con đường ngắn nhất là 5-6-9. Với 5 nguồn 2Mbps, liên kết này sẽ không thể phục vụ tất cả lưu lượng có tổng yêu cầu lên tới 10Mbps. Tuy nhiên, với mạng GMPLS thì các lưu lượng có thể được chuyển tới tuyến truyền dẫn khác như vậy có thể tối ưu hoá băng thông có sẵn và tránh tắc nghẽn, do đó làm giảm xác suất của các gói tin bị mất. Trong cửa sổ NAM của hình 4.5 cho thấy việc thiết lập đường truyền của mạng GMPLS. Đầu tiên các nút sẽ gửi đi các bản tin thiết lập đường truyền và ở đây thấy được khi tiếp nhận yêu cầu từ nút S0, G-LSR1 và G-LSR2 cài đặt λLSP để truyền tới D0 thông qua các nút 5-6-9. Hình 4.5: Quá trình gửi các bản tin dò đường Khi con đường này được thành lập thì dữ liệu sẽ được truyền đi. Hình 4.6: S0 gửi thông tin tới D0 thông qua nút 5-6-9 Những số liệu sau đây cho thấy mạng GMPLS có khả năng tạo ra nhiều đường truyền khác nhau nhằm sử dụng nguồn băng thông hiệu quả và tối ưu nhất. Điều này có thể được thực hiện là dựa trên khả năng định tuyến của bộ ứng dụng GMPLS. Khi G-LSR1 tiếp nhận yêu cầu thiết lập đường truyền, nó sẽ biết được khả năng có thể đáp ứng hoặc hạn chế của các λLSP. Nếu không bị giới hạn nào thì các λLSP sẽ được tạo ra, nhờ đó lưu lượng có thể được phép đi qua các con đường đã thiếp lập. Hạn chế của mô hình mạng này là mỗi tuyến đường chỉ có một λ phục vụ cho việc truyền thông tin từ nguồn tới đích. Vậy để không gây ra hiện tượng mất dữ liệu và tối ưu hoá băng thông, thì khi các nguồn khác yêu cầu gửi dữ liệu thì G-LSR1 và G-LSR2 phải tính toán các đường truyền thật hợp lý. Và ở đây thấy từ S0-D0 và S1-D1 sẽ được định tuyến qua các node 5-6-9, dữ liệu từ S2-D2 sẽ được định tuyến qua các node 5-7-9 và từ S3-D3,S4-D4 sẽ được định tuyến qua 5-8-9. Hình 4.7: Kết quả bảng định tuyến Và các dữ liệu truyền được minh hoạ ở của sổ NAM là : Hình 4.8: Dữ liệu truyền khi thực hiện mô phỏng Sau đây là kết quả của định tuyến ràng buộc GMPLS được xuất ra file Xgraph: Hình 4.9: Kết quả mô phỏng định tuyến ràng buộc GMPLS Tỷ lệ mất gói bằng 0 chứng tỏ rằng định tuyến trong mạng GMPLS mô phỏng hoạt động đúng và vì lưu lượng tải còn ít và băng thông kết nối là lớn nên không xảy ra mất gói. Hình 4.10: Xuất bảng cho thấy tỷ lệ mất gói bằng 0 Hiệu quả sử dụng của (λ1 , λ3) = 4 Mbps / 5 Mbps * 100% = 80% Hiệu quả sử dụng của (λ2) = 3 Mbps / 5 Mbps *100% = 60% Hình 4.11: Hiệu quả sử dụng bước sóng trong mỗi đường truyền 4.4. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG MỞ CỦA ĐỀ TÀI 4.4.1. Kết Luận Vấn đề RWA hiện nay rất được quan tâm nghiên cứu với một số lượng công trình đáng kể đã được công bố. Với cùng một cấu trúc vật lý, bằng các phương pháp định tuyến và gán bước sóng hợp lý trong cấu trúc mạng quang cho phép truyền được lưu lượng cao và mang lại hiệu quả sử dụng băng tần cũng như chất lượng dịch vụ. Đồ án đã trình bày tổng quát về chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS và chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS. Đó không chỉ là một công nghệ băng rộng hiện đại và nâng cao mà còn là cốt lõi hoặc là mũi nhọn của mạng. GMPLS cho phép các nhà khai thác viễn thông giảm bớt chi phí vận hành, đơn giản hoá việc quản lý lưu lượng và hỗ trợ các dịch vụ IP liên kết với nhau. Trong Đồ án cũng đã khảo sát, nghiên cứu một số phương án giải quyết điển hình cho việc định tuyến và gán bước sóng trong mạng ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM toàn quang. Đặc biệt là đồ án đã trình bày phương pháp sử dụng nền chuyển mạch nhãn đa giao thức GMPLS cho việc thiết lập luồng quang trong mạng toàn quang. Trên cơ sở một số giải pháp điển hình cho bài toán RWA đã đề xuất, đồ án đã xây dựng được mô hình mô phỏng các bài toán đã được đề xuất bằng phần mềm NS-2. 4.4.2. Hạn Chế Của Đề Tài Trong thời gian làm đề tài em đã rất cố gắng tìm hiểu về công nghệ chuyển mạch MPLS và GMPLS cũng như ứng dụng nó vào mô hình mô phỏng. Nhưng do thời gian làm đề tài có hạn nên đồ án của em không thể tránh khỏi nhưng thiếu sót. Em rất mong được nhận nhiều sự góp ý của các thầy cô Trong đồ án này khi đưa vào mô hình mô phỏng thì chỉ có thể mô phỏng được mô hình mạng điểm điểm đơn giản với số lượng node mạng, gói tin truyền nhận và lưu lượng rất giới hạn so với mạng thực tế. Vì vậy các kết quả chỉ mang tính tham khảo chứ chưa có tính thực tế cao. 4.4.3. Hướng Mở Của Đề Tài Đề tài này có thể mở rộng bằng cách mô phỏng trên mô hình mạng phức tạp hơn, trên cùng một đường truyền có thể cùng kết hợp một lúc nhiều bước sóng (lên đến 160) để có thể truyền tải thông tin với tốc độ và lưu lượng lớn hơn. Bên cạnh đó có thể tìm hiểu và bổ sung mô phỏng thêm các chức năng khác của mạng GMPLS như: Time Switch Capable, Fiber Switch Capable, v.v… TÀI LIỆU THAM KHẢO Ashowood-Smith, P.., et al.., Generalized Multi-protocol Label Switching (GMPLS) Architecture – draft-ietf-ccamp-GMPLS-architeture-02.txt.2002. Beger, L., et al.., Generalized MPLS Signaling Functional DescrIPtion – draft-ietf-MPLS-generalized-signaling-08.txt.2002. International Engineering Consortium.MultIProtocol Label Switching (MPLS). IEC . tutorials/MPLS/ J. Comellas et al. Integrated IP/WDM Routing in GMPLS-Based Optical Networks. IEEE Network. March/April 2003. 22-27. Mannie, "Generalized Multi-Protocol Label Switching (GMPLS) Architecture", RFC3945, October 2004. GMPLS-architecture-and-applications-the-morgan-kaufmann-series-in-networking.9780120884223.33405 Generalized MultIProtocol Label Switching (GMPLS) Rosen E., Viswanathan A., and Callon R., "MultIProtocol Label Switching Architecture" , RFC3031, January 2001. Available: Rosen E., Tappan D. and Fedorkow G. "MPLS Label Stack Encoding", RFC3032 January 2001. Available: ietf.org/rfc/rfc3032.txt Performance Evaluation Of MPLS/GMPLS Control Plane Signaling Protocols. Ngugi Lawrence Chege, Bwalya Freelance 8-2009 “Generalized MultIProtocol Label Switching (GMPLS),” [html]. Available: Accessed on April 28, 2009 Kamaludin Mohamad Yusof. Provisioning QoS in Differentiated Service Domain for Mobile IP. Master Thesis. UTM. 2003. Routing and Wavelength Assignment in GMPLS-based Optical Networks, by L.N. Binh and charles CIEUTAT. 2003 The Network Simulator – NS-2. Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS, Võ Minh Đức