Mô hình hàng đợi phân tích ảnh hưởng của sự kết hợp định tuyến lệch hướng và bộ đệm FDL trong giải quyết tắc nghẽn trên mạng chuyển mạch chùm quang

Mục tiêu của bài báo là nghiên cứu vấn đề ứng dụng mô hình hàng đợi Markov để phân tích và đánh giá các hướng giải quyết tắc nghẽn trong mạng OBS dựa trên phương pháp chính là định tuyến lệch hướng, kết hợp với việc sử dụng đường trễ quang FDL. Nội dung tiếp theo của bài báo bao gồm: phần 2 giới thiệu mô hình hàng đợi để phân tích định tuyến lệch hướng kết hợp với sử dụng bộ đệm FDL; phần 3 phân tích kết quả với một số mô hình khác; và cuối cùng là phần kết luận.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Mô hình hàng đợi phân tích ảnh hưởng của sự kết hợp định tuyến lệch hướng và bộ đệm FDL trong giải quyết tắc nghẽn trên mạng chuyển mạch chùm quang TẠP CHÍ KHOA HỌC, ðại học Huế, Số 65, 2011 MÔ HÌNH HÀNG ðỢI PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ KẾT HỢP ðỊNH TUYẾN LỆCH HƯỚNG VÀ BỘ ðỆM FDL TRONG GIẢI QUYẾT TẮC NGHẼN TRÊN MẠNG CHUYỂN MẠCH CHÙM QUANG ðặng Thanh Chương Trường ðại học Khoa học, ðại học Huế TÓM TẮT Bài toán tắc nghẽn trong mạng chuyển mạch chùm quang (OBS) ñược xem là bài toán lớn cần giải quyết. Sự tắc nghẽn chùm trong mạng OBS có thể xuất hiện khi hai chùm quang dữ liệu từ hai cổng vào khác nhau cố gắng ñi ra trên cùng một cổng ra tại cùng một thời ñiểm. Các giải pháp cho việc xử lý tắc nghẽn là: sử dụng ñường trễ quang (FDL); chuyển ñổi bước sóng và ñịnh tuyến lệch hướng. Tuy nhiên, nếu ñịnh tuyến lệch hướng ñược sử dụng, các FDL cần thiết ñược sử dụng ñể bù vào sự thiếu hụt thời gian offset do sự tăng thêm ñộ dài ñường ñi lệch hướng. Việc phân tích ưu, nhược ñiểm của mỗi phương pháp, cũng như kết hợp chúng thường ñược thực hiện qua mô hình hàng ñợi. Bài báo nhằm ñề xuất một mô hình hàng ñợi ñể phân tích việc sử dụng kỹ thuật ñịnh tuyến lệch hướng kết hợp với việc sử dụng FDL trong giải quyết bài toán tắc nghẽn ñối với mạng OBS. Kết quả phân tích cho thấy có sự cải thiện xác suất tắc nghẽn so với các mô hình ñã ñề xuất trước ñó. 1. Giới thiệu Chuyển mạch chùm quang (OBS) trong mạng quang WDM ñược ñề xuất gần ñây ñã ñược xem là công nghệ ñầy triển vọng ñối với mạng Internet thế hệ sau, bởi vì nó có nhiều lợi thế hấp dẫn như tốc ñộ nhanh và hiệu suất băng thông cao hơn nhiều so với chuyển mạch kênh quang [1]. Tại nút biên của mạng OBS, những dữ liệu vào (chẳng hạn các luồng IP) có cùng ñích ñến (và cùng lớp dịch vụ QoS) ñược tập hợp trong một chùm quang dữ liệu (data burst), ñược lập lịch (scheduling) và ñược gởi vào bên trong mạng OBS theo sau gói ñiều khiển chùm quang (BCP) một khoảng thời gian offset. Khoảng thời gian offset này ñược tính toán sao cho gói ñiều khiển có thể kịp ñặt trước và cấu hình các tài nguyên tại các nút mà chùm quang dữ liệu sẽ ñi qua. Bằng cách ñó, mạng OBS ñã loại bỏ ñược yêu cầu cần sử dụng các vùng ñệm quang, một trong những hạn chế mà công nghệ quang hiện nay chưa thể vượt qua ñược. Tại các nút lõi bên trong mạng OBS, chùm quang ñơn giản ñược chuyển mạch (forward) theo hướng ñến nút ñích như ñã cấu hình. Khi ñến nút biên ra, các luồng IP sẽ ñược khôi phục lại từ chùm quang dữ liệu này. 19 Do sự bùng nổ tự nhiên của mạng dữ liệu, tắc nghẽn chùm có thể xuất hiện khi hai hoặc nhiều gói ñiều khiển cố gắng dành trước một kênh bước sóng tại cùng một thời ñiểm, từ ñó có thể gây ra mất chùm. Vì vậy, vấn ñề giải quyết tắc nghẽn chùm là rất quan trọng trong việc giảm bớt xác xuất mất chùm toàn mạng OBS [2]. Tắc nghẽn chùm có thể ñược giải quyết bằng một vài phương pháp, như chuyển ñổi bước sóng, sử dụng vùng ñệm dữ liệu dựa trên ñường trễ quang (FDL) hoặc ñịnh tuyến lệch hướng. Một phương pháp khác là phân ñoạn chùm, giải quyết tắc nghẽn bằng cách chia các chùm bị tắc nghẽn thành các phần nhỏ hơn, gọi là các ñoạn, sao cho chỉ một vài ñoạn bị rơi thay vì toàn bộ chùm. Trong phương pháp ñầu tiên, chùm bị tắc nghẽn ñược gởi ñi trên bước sóng khác thông qua bộ chuyển ñổi bước sóng. Với phương pháp thứ hai, chùm ñược chuyển ñến một ñường trễ FDL, từ ñó có thể làm trễ chùm trong một vài ñơn vị thời gian cố ñịnh ñể tránh khỏi tắc nghẽn [4]. ðối với phương pháp ñịnh tuyến lệch hướng, các chùm bị tắc nghẽn sẽ ñược gởi tới cổng ra khác của nút và sau ñó ñược ñịnh tuyến trên một tuyến khác ñể ñến ñích. ðịnh tuyến lệch hướng là một hướng giải quyết tắc nghẽn ñang thu hút nhiều sự quan tâm trong mạng OBS, bởi vì nó không cần thêm chi phí về các thành phần vật lý và sử dụng miền phổ quang sẵn có. Tuy nhiên, khi lưu lượng mạng tăng lên, ñịnh tuyến lệch hướng có thể làm giảm hiệu suất và tính ổn ñịnh của mạng. Nhiều phương pháp ñịnh tuyến lệch hướng ñã ñược ñề xuất, như ñịnh tuyến lệch hướng sử dụng offset bổ sung và ñịnh tuyến ñường ñi ngắn nhất [4]. Trong phương pháp ñịnh tuyến lệch hướng thông thường, chỉ một chùm ñược chuyển ñi theo tuyến ngắn nhất (tuyến chính), còn chùm tắc nghẽn sẽ ñược ñịnh tuyến lệch hướng sang tuyến mới (tuyến lệch hướng). Tuy nhiên, khi cả tuyến lệch hướng mới cũng không sẵn có thì chùm ñó sẽ bị hủy. Mặc dù các kết quả nghiên cứu ñã chứng minh rằng ñịnh tuyến lệch hướng có thể làm giảm ñáng kể việc mất chùm, tuy nhiên, nó cũng làm tăng ñộ trễ ñầu-cuối bởi vì lộ trình lệch hướng thường dài hơn lộ trình ban ñầu. Vì vậy, trong mạng OBS, thường kết hợp ñịnh tuyến với các phương pháp khác (như truyền lại, sử dụng FDL, chuyển ñổi bước sóng,…). ðể phân tích và ñánh giá các lược ñồ ñịnh tuyến lệch hướng có kết hợp với các phương pháp khác, mô hình lý thuyết hàng ñợi thường ñược sử dụng ñể lựa chọn phương án tối ưu. Mục tiêu của bài báo là nghiên cứu vấn ñề ứng dụng mô hình hàng ñợi Markov ñể phân tích và ñánh giá các hướng giải quyết tắc nghẽn trong mạng OBS dựa trên phương pháp chính là ñịnh tuyến lệch hướng, kết hợp với việc sử dụng ñường trễ quang FDL. Nội dung tiếp theo của bài báo bao gồm: phần 2 giới thiệu mô hình hàng ñợi ñể phân tích ñịnh tuyến lệch hướng kết hợp với sử dụng bộ ñệm FDL; phần 3 phân tích kết quả với một số mô hình khác; và cuối cùng là phần kết luận. 20 2. Mô hình hàng ñợi phân tích kỹ thuật lệch hướng với việc sử dụng ñường trễ quang FDL Mô hình mạng OBS ñược nghiên cứu ở ñây (hình 1) sử dụng giao thức báo hiệu một chiều JET và giao thức lập lịch tài nguyên LAUC_VF [5]. Gói ñiều khiển sẽ ñược gởi trên kênh bước sóng ñiều khiển tách biệt và ñược xử lý (hoàn toàn trong miền ñiện tử) tại các nút trung gian ñể dành trước tài nguyên bước sóng cho chùm. Sau khi gói ñiều khiển ñã ñặt trước bước sóng trên toàn tuyến từ nguồn ñến ñích thì chùm sẽ ñược phát ñi. Việc phân tích mô hình mạng hàng ñợi áp dụng cho ñịnh tuyến lệch hướng xét từ nút lõi D. Hình 1. Mô hình mạng OBS Xét với trường hợp truyền chù ...