Giải pháp điều khiển nghẽn trong mạng chuyển mạch burst quang bằng phương pháp lệch hướng đi

Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 211 GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN NGHẼN TRONG MẠNG CHUYỂN MẠCH BURST QUANG BẰNG PHƯƠNG PHÁP LỆCH HƯỚNG ĐI CONTENTION BASED LIMITED DEFLECTION ROUTING PROTOCOL IN OPTICAL BURST SWITCHED NETWORK SVTH: Mai Thị Kim Liên, Nguyễn Đặng Phước Lâm Lớp 05DT1, Khoa Điện tử Viễn thông, Trường Đại học Bách khoa GVHD: TS Tăng Tấn Chiến Khoa Điện tử Viễn thông, Trường Đại học Bách Khoa TÓM TẮT Định tuyến lệch hướng là một phương pháp được dùng để giải quyết nghẽn trong mạng chuyển mạch burst quang. Mục đích của bài báo này là đưa ra một giải pháp hạn chế nghẽn bằng phương pháp định tuyến làm lệch hướng đi. Tại node trung gian nếu nghẽn xảy ra thì gói tin điều khiển sẽ được định tuyến để truyền đi trên một đường khác, như vậy tránh được hiện tượng mất dữ liệu và xác suất suy hao của chùm được giảm đi đáng kể. Kết quả mô phỏng dưới đây sẽ cho ta một giải pháp giảm sự mất burst đến mức thấp và cải thiện chất lượng đường truyền. ABSTRACT Deflection routing is one of main solutions which are used for resolving the burst contentions. The purpose of this paper proposed a contention limited solution based on deflection routing protocol. At the intermediate node if contention occurs, the packet can get routed to transmit to the another destination. Therefore it can avoid the loss of the data burst and reduce the consume probability of burst. The simulation results showed that the propsed method can decrease the burst loss probability in the low and medium traffic loads and also improve the link utilization. 1. Đặt vấn đề Các gói IP khi đến nút biên của mạng OBS sẽ được kết hợp lại thành chùm dữ liệu (DP). Sau một khoảng thời gian hoặc khi đạt đến độ dài nhất định, chùm sẽ được tạo ra tại nút biên cùng với gói điều khiển chùm (BCP). BCP sẽ được gởi đi trước DB và được xử lý điện tử tại các nút trung gian để đặt trước tài nguyên cho DB. Sau khi BCP đã đặt trước bước sóng trên toàn tuyến từ nguồn đến đích thì DB sẽ được phát đi. Mạng chuyển mạch burst quang cung cấp sự truyền dẫn phi kết nối nên có khả năng burst sẽ tranh chấp với một burst khác tại các node trung gian. Có 4 phương pháp cơ bản giải quyết nghẽn đó là: đệm bằng đường dây trễ quang, chuyển đổi bước sóng, phân đoạn chùm và định tuyến lệch hướng. Đối với phương pháp định tuyến lệch hướng, các chùm bị xung đột sẽ được gởi tới liên kết ra khác của nút và sau đó được định tuyến qua một tuyến khác để đến đích. 2. Thuật toán định tuyến lệch hướng 2.1. Cơ sở lý thuyết Làm lệch hướng đi là một phương pháp giải quyết nghẽn bằng việc định tuyến một chùm tranh chấp đến một ngõ ra khác so với ngõ ra theo dự kiến. Tuy nhiên chùm lệch hướng có thể đến đích theo một tuyến dài hơn. Vì vậy có thể xảy ra trễ đầu cuối – đầu cuối Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 212 của một chùm. Làm lệch hướng đi không được khả thi trong mạng chuyển mạch điện vì khả năng lặp và phân tán chùm. Hình 1. Cấu trúc của mạng OBS với kỹ thuật làm lệch hướng đi Trong khi xử lí gói điều khiển để truyền đi chùm trên tuyến chính, nếu chùm cảm thấy nghẽn thì một gói điều khiển khác được bắt đầu từ nút nghẽn trung gian và chùm được truyền qua một tuyến lựa chọn từ nút trung gian đó.Có nhiều yếu tố để quyết định định tuyến, trước hết nó xác định có lựa chọn tuyến cho một chùm được hay không hay loại bỏ và thực hiện gửi lại từ nút nguồn. 2.2. Phương pháp định lệch hướng đi Phương pháp định tuyến lệch hướng đi trong OBS bao gồm các bước được miêu tả như trong hình 2 Bước 1: Nút nguồn truyền đi một gói điều khiển. Bước 2: Nút trung gian xử lí gói điều khiển và cố gắng dành trước một kênh hoạt động cho chùm. Bước 3: Nút nguồn truyền đi chùm sau một khoảng offset. Bước 4: Nếu tại một nút không có kênh ngõ ra nào hiệu lực cho chùm, trước hết nó kiểm tra có phải nút hiện tại là nguồn hay không. Nếu nút hiện tại là nút nguồn thì định lệch hướng không thực hiện. Thay vì đó, sau khi đợi một khoảng thời gian, nguồn truyền lại gói điều khiển rồi sau đó chùm được truyền đi. Nếu nút hiện tại là nút trung gian thì chuyển sang bước 5. Bước 5: Nút hiện tại được xem như là một nút trung gian. Vì vậy nút hiện tại tính toán thông số thể hiện và thực hiện kiểm tra dựa trên những thông số đó. Do vậy nó quyết định có làm lệch hướng hay là loại bỏ và thông báo cho nguồn thực hiện truyền lại. Nếu quyết định là làm lệch hướng đi, thì tuyến chọn lựa Đặt trước Tranh chấp Nguồn kiểm tra Thực hiện kiểm tra định lệch hướng ? Gửi gói điều khiển trên tuyến chọn lựa của chùm đặt trước Nút Nguồn Nút trung gian Gói điều khiển OAM Gói điều khiển chùm Có Không Không Có Quản lí DB của router rìa Quản lí DB của router rìa Gói điều khiển OAM Retry Sender truyền lại Hình 2. Phương pháp định lệch hướng Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 213 được chọn trong DRT. Tuy nhiên, nếu không có tuyến nào có hiệu lực trong DRT thì nút hiện tại loại bỏ chùm và gửi bản tin NACK đến nguồn để truyền lại từ nguồn. 2.3. Cấu trúc kiểm tra Đưa ra cấu trúc kiểm tra để quyết định có nên loại bỏ hay thực hiện làm lệch hướng hay không. Ch (count hop)= dc Njj jj Nii ii xx 1, 1, 1, 1, (1) 1,iix là một giá trị nhị phân phù hợp liên kết (i, i+1) giữa nút i và nút kế tiếp i+1. Đưa ra quyết định:  Nếu Ch 0 , làm lệch hướng đi chùm.  Nếu khác thì loại bỏ chùm. Nếu số lượng nút trên tuyến chính từ nguồn s đến nút nghẽn c lớn hơn từ nút nghẽn c đến nút đích d, điều đó thì Ch 0 , thực hiện làm lệch hướng để giải quyết tranh chấp. Ngược lại chùm sẽ bị loại bỏ. Công thức (1) được sử dụng để nhằm đạt được mục đích:  Tài nguyên mạng được tiết kiệm và cải tiến chùm bằng việc định lệch hướng đi nếu nút nghẽn gần nút đích và truyền lại nếu nút nghẽn gần nút nguồn.  Giảm bớt việc xử lí tải và mào đầu (thời gian và tài nguyên đặt trước bởi những gói điều khiển). Cấu trúc kiểm tra để thõa b : 1 1 1,11lglg d i iib bbC , dNii 1, (2) Với b là tốc độ chặn có thể chịu được từ đầu cuối – đầu cuối trên một tuyến. Đưa ra quyết định:  Nếu Cb 0 , làm lệch hướng đi chùm.  Nếu khác thì loại bỏ. Ở đây 1,iib thể hiện khả năng (xác suất) tranh chấp giữa nút i và i+1. Mong muốn lựa chọn tuyến với xác suất tranh chấp nhỏ để giảm mức độ suy hao chùm và mức độ bị chặn trong mạng. Đưa ra hai quyết định: khác ,0 0C trigiánêu ,1 h hQ (3) * 2b * 1b * 2 * 1 Cnêu , Cnêu , bnêu ,1 bM bM bC Q b b (4) Hay Qt=whQh+Qb (5) Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 214 Ở đây wh<<M là trọng lượng số nút liên quan đến tốc độ suy hao chùm. Kết hợp cấu trúc kiểm tra ta có được: khác ,0 1Qnêu ,1 t h t w C (6) Định lệch hướng được thực hiện nếu Ct=1 Công thức tính lưu lượng nguồn và xác suất của chùm suy hao L C n 3 0 10 (7) L C N s 310 (8) Ta có thể điều chỉnh 10ni ở mẫu số công thức 3.20 để khoảng i mà hệ thống cần thiết ở trạng thái i cho chùm làm trễ vượt quá B ms. 100 nini L BC i , 10ni (9) ini i i n p (10) Xác suất chùm suy hao: n ni i iL iepP 10 (11) 2.4. Kết quả mô phỏng và đánh giá Theo hình 3, xác suất chùm suy hao trong phương pháp làm lệch hướng đi được giảm nếu tăng giá trị FDL. Với FDL=50ms thì xác suất chùm suy hao nhỏ hơn FDL=10ms và không FDL. Việc khắc phục nghẽn trong mạng đạt hiệu quả cao nếu sử dụng phương pháp làm lệch hướng đi kết hợp với FDL lớn. Nguyên nhân là do khi sử dụng FDL, lưu lượng burst của nhiều nguồn khác nhau sẽ tác động qua lại, làm cho sự tương quan về thời gian biểu hiện rõ ràng hơn. Hình 3. Kết quả thu được Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 215 3. Kết luận Trong mạng OBS, việc giải quyết sự cố trong mạng khi lưu lượng đưa vào mạng quá lớn rất cần thiết khi mạng hoạt động, nội dung bài báo này đã nêu lên một cách giải quyết khả thi bằng thuật toán làm lệch hướng đi của chùm khi nghẽn xảy ra tại một nút trung gian trong mạng. Thuật toán đưa ra giải pháp điều khiển nghẽn khắc phục những sự cố xảy ra đối với mạng, đạt hiệu quả cao và chi phí mạng tương đối thấp. Chúng ta cũng đưa ra được một số kết quả quan trọng biểu thị bản chất của node biên cũng như node trung gian. Các kết quả này rất có ích trong việc nghiên cứu sự biến thiên của xác suất chùm suy hao khi các thông số hệ thống và lưu lượng thay đổi. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] C.Qiao and M.Yoo (1999), “Optical burst switching (OBS) – a new paradigm for an optical internet”, Journal of High Speed Networks, vol.8, pp.69–84, March. [2] S.Lee, K.Sriram, H.Kim, J.Song (2003), “Contention-based Limited Deflection Routing in OBS Networks”, Proceedings of IEEE Globecom, vol.5, pp.2633-2637, San Francisco, USA, December. [3] Jason P.Jue, Vinod M.Vokkarane, “Optical burst switched network”, optical networks series, Springer; 2005. [4] Klaus Dolzer, Christoph Gauger, Jan Spath and Stefan Bodamer; “Evaluation of Reservation Mechanisms in Optical Burst Switching”, AEU International Journal of Electronics and Communications; 2001. [5] [Trần Quang Vinh, Vũ Mỹ Hằng, “Kiến trúc mạng chuyển mạch burst quang”. [6] ThS Nguyễn La Giang,“Chuyển mạch chùm quang OBS: một giải pháp cho mạng đường trục internet thế hệ sau” tạp chí Bưu chính Viễn thông và Công nghệ Thông tin.