- Trang Chủ
- Kĩ thuật Viễn thông
- Giải pháp điều khiển động dựa vào chất lượng truyền dẫn sử dụng cơ chế đặt trước tài nguyên linh hoạt cho mạng EON định nghĩa bằng phần mềm
Xem mẫu
- Giải pháp điều khiển động dựa vào chất lượng truyền
dẫn sử dụng cơ chế đặt trước tài nguyên linh hoạt cho
mạng EON định nghĩa bằng phần mềm
Lê Hải Châu, Trần Thủy Bình và Nguyễn Đức Nhân
Khoa Viễn thông I,
Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Email: chaulh@ptit.edu.vn, tran_thuy_binh@yahoo.com, nhannd@ptit.edu.vn
Abstract—Giải pháp kết hợp giữa công nghệ mạng điều khiển bằng lưới tần số cố định hay các hạn chế về khả năng cung cấp linh
phần mềm và công nghệ mạng quang lưới bước sóng linh hoạt hoạt dịch vụ với băng thông thay đổi [2]. Vì vậy, để giải quyết
(EON) hứa hẹn cho phép hiện thực hóa việc cung cấp động các những hạn chế của công nghệ mạng lõi hiện tại, công nghệ
dịch vụ kết nối băng thông linh hoạt trên cơ sở hạ tầng linh hoạt mạng quang lưới bước sóng linh hoạt (Elastic Optical Network
có khả năng tùy biến cao, tạo điều kiện cho các nhà cung cấp dịch
- EON) đã được đề xuất và nghiên cứu triển khai với tư cách là
vụ điều chỉnh và hoạch định chiến lược nâng cấp hạ tầng một cách
cơ động, hiệu quả để đáp ứng tốt các yêu cầu phức tạp của nhiều công nghệ mạng đường trục hứa hẹn cho mạng Internet tương
loại hình dịch vụ truyền thông và Internet hiện tại và trong tương lai gần [3]. Mạng quang lưới bước sóng linh hoạt sử dụng lưới
lai gần. Bài báo này đề xuất giải pháp điều khiển động đa miền cho tần số linh hoạt có khả năng tận dụng hiệu quả băng tần sợi
mạng quang lưới bước sóng linh hoạt định nghĩa bằng phần mềm quang và cung cấp dịch vụ với băng thông linh hoạt (từ các dịch
(SD-EON) sử dụng kỹ thuật định tuyến dựa trên các tham số phản vụ tốc độ thấp đến các dịch vụ tốc độ cao và siêu cao). Bên cạnh
ánh chất lượng truyền dẫn (QoT) và cơ chế đặt trước tài nguyên đó, nhằm giải quyết triệt để các khó khăn tồn tại trong kỹ thuật
linh hoạt. Trong giải pháp được đề xuất này, các bộ điều khiển điều khiển mạng hiện tại, cũng như để tạo sự linh hoạt trong
SDN của các mạng quang lưới bước sóng linh hoạt phối hợp hoạt vấn đề quản lý, điều khiển và triển khai dịch vụ mới, kỹ thuật
động với nhau theo cơ chế điều khiển phân tán trong đó, các bộ
mạng định nghĩa bằng phần mềm (Software-Defined
điều khiển SDN của các vùng chỉ trao đổi thông tin định tuyến với
các bộ điều khiển lân cận (có liên kết điều khiển trực tiếp) khi có Networking - SDN) đã được nghiên cứu và đề xuất cho mặt
yêu cầu thiết lập/giải phóng kết nối quang. Việc định tuyến được phẳng điều khiển, quản lý và ứng dụng của các hệ thống mạng
thực hiện thông qua cơ chế phát quảng bá yêu cầu và lựa chọn tương lai [4-5]. Giải pháp kết hợp giữa công nghệ mạng điều
tuyến đường khả dụng ngắn nhất theo chất lượng truyền dẫn và khiển bằng phần mềm và công nghệ mạng quang lưới bước sóng
cơ chế đặt trước tài nguyên linh hoạt được áp dụng để làm tăng độ linh hoạt hứa hẹn cho phép hiện thực hóa việc cung cấp động
khả dụng của tuyến quang và tránh xung đột phổ tần trong mạng. các dịch vụ kết nối băng thông linh hoạt trên cơ sở hạ tầng linh
Hiệu năng của giải pháp đề xuất được đánh giá bằng phương pháp hoạt có khả năng tùy biến cao, tạo điều kiện cho các nhà cung
mô phỏng số và được đối sánh với giải pháp truyền thống dựa trên cấp dịch vụ điều chỉnh và hoạch định chiến lược nâng cấp hạ
thuật toán đường đi ngắn nhất. Kết quả mô phỏng đạt được cho
tầng một cách cơ động, hiệu quả để đáp ứng tốt các yêu cầu
thấy giải pháp được đề xuất có hiệu năng vượt trội so với giải pháp
truyền thống. phức tạp của nhiều loại hình dịch vụ khác nhau [6-8].
Hầu hết các nghiên cứu cho đến nay đều chủ yếu tập trung
Keywords- Mạng định nghĩa bằng phần mềm, truyền thông vào các mạng quang lưới bước sóng linh hoạt định nghĩa bằng
quang, mạng quang lưới bước sóng linh hoạt, định tuyến và gán phổ phần mềm đơn miền [6]. Tuy nhiên, kiến trúc mạng đa miền là
tần. rất cần thiết và có tính thực tế cao xuất phát từ yêu cầu về phối
hợp hoạt động liên mạng/liên vùng [8-10]. Mạng đa miền có thể
I. GIỚI THIỆU được áp dụng trong một số trường hợp thực tế như hoạt động
Lưu lượng Internet đang phát triển bùng phát trong suốt thập phối hợp liên mạng khi triển khai các thiết bị của nhiều nhà
kỷ vừa qua do sự phát triển đa dạng của các loại hình dịch vụ cung cấp khác nhau, khi phân chia mạng thành các phân vùng,
hướng video như video theo yêu cầu, mạng xã hội, dịch vụ chia khu vực để tăng cường khả năng nâng cấp và quản lý hiệu quả
sẻ video, … cũng như do sự xuất hiện của nhiều loại hình dịch mạng cũng như nhằm hạn chế tầm với dịch vụ và quản lý các
vụ băng thông siêu cao mới (3D/4k TV, điện toán đám mây, …) kịch bản mạng với các nút mạng phân tán do đặc điểm địa lý
[1]. Nhu cầu lưu lượng vẫn đang ngày càng gia tăng này không hay do nhu cầu quản lý theo vùng [11-13]. Để hiện thực hóa
chỉ đặt ra yêu cầu ngày càng cao không chỉ về số lượng, chất được các mạng quang lưới bước sóng linh hoạt đa miền định
lượng mà còn cả về sự linh hoạt trong băng thông và trong việc nghĩa bằng phần mềm, nhiều cơ chế điều khiển và quản lý mạng
triển khai và cung cấp dịch vụ của mạng lưới. Trong quá trình được thực hiện, nổi bật lên nhà cơ chế điều phối chung (tương
thích ứng với các nhu cầu lưu lượng mới, mạng đường trục tự như kiến trúc PCE phân tầng) đã được nghiên cứu và đề xuất
quang với công nghệ cơ bản hiện tại là WDM đang gặp phải rất [11]. Các phương pháp điều khiển và quản lý phân tầng này đòi
nhiều thách thức do những hạn chế về kỹ thuật như việc sử dụng hỏi phải có một thiết bị điều phối SDN ở trung tâm cho mỗi một
218
- vùng mạng hoặc một hệ thống tự vận hành (AS). Mặt khác, kịch Trong các mạng quang lưới bước sóng linh hoạt định nghĩa
bản điều khiển mạng SD-EON đa miền phân tán cũng được mô bằng phần mềm đa miền được xem xét trong khuôn khổ bài báo
tả trong [11, 13], nhưng kịch bản này tập trung vào việc quản này, mỗi vùng (miền) mạng bao gồm các chuyển mạch quang
lý chỉ hai miền đơn giản mà chưa quan tâm đến khả năng định băng tần khả chỉnh được điều khiển bởi các agent định nghĩa
tuyến liên miền – một trong các yêu cầu thiết yếu của mạng đa bằng phần mềm (ví dụ: OpenFlow agent) và một bộ điều khiển
miền. Do vậy, việc phát triển một giải pháp điều khiển động có SDN dành riêng như là NOX, Ryu, OpenDaylight, … Bộ điều
khả năng hỗ trợ kết nối đầu cuối đến đầu cuối một cách hiệu quả khiển SDN dành riêng dùng để cập nhật/trao đổi thông tin và
trong khi vẫn thỏa mãn được các yêu cầu của mạng đa miền như điều khiển các thiết bị chuyển mạch quang thông qua các SDN
tính bảo mật, tính độc lập về chính sách của mỗi miền, … là vô agent và giao thức OpenFlow [9-11]. Nhờ kiến trúc điều khiển
cùng cần thiết. tập trung trong mỗi miền, các bộ điều khiển SDN của mỗi miền
Bên cạnh đó, trong mạng truyền thông quang, chất lượng tín mạng có thể dễ dàng quản lý và bảo trì các thông tin nội miền
hiệu quang truyền dẫn trong mạng quang bị suy giảm do ảnh như là tính khả dụng của các khe phổ tần trên các liên kết mạng
hưởng bởi các yếu tố trong truyền thông quang như méo, nhiễu, mà không yêu cầu thêm nhiều thông tin bổ sung trong mặt phẳng
… gọi chung là các yếu tố ảnh hưởng vật lý (physical điều khiển. Các bộ điều khiển này cũng có khả năng thực hiện
impairments) [14-15]. Những yếu tố ảnh hưởng vật lý được tích định tuyến và gán phổ tần nội mạng cùng việc điều khiển động
lũy dần dọc theo tuyến truyền dẫn và làm giảm khả năng truyền các hệ thống trong mạng để cung cấp các kết nối đầu cuối-đến-
đi xa của tín hiệu; giới hạn tầm với quang khả dụng-khoảng đầu cuối dựa trên các kết quả định tuyến đó. Tuy nhiên, để phối
cách lớn nhất mà tín hiệu quang có thể truyền được đi mà không hợp hoạt động và điều khiển giữa các miền mạng với nhau,
cần đến các bộ lặp hay khuếch đại. Ảnh hưởng của các yếu tố người ta đã đưa ra nhiều giải pháp khác nhau và phân theo hai
ảnh hưởng vật lý này trở nên nghiêm trọng hơn đối với các hướng tiếp cận chính là điều khiển tập trung và điều khiển phân
mạng đa miền do khoảng cách truyền dẫn trong các mạng đa tán.
miền thường lớn hơn nhiều các mạng đơn miền. Do vậy, những Trong kỹ thuật điều khiển liên miền tập trung, giải pháp sử
ảnh hưởng này cần được xem xét trong quá trình định tuyến dụng bộ điều phối SDN đang rất được quan tâm nghiên cứu và
cũng như trong việc lựa chọn và gán khuôn dạng điều chế. triển khai thử nghiệm [8-9]. Trong kỹ thuật này, người ta sử
Trong bài báo này, chúng tôi đề xuất một giải pháp điều dụng một bộ điều khiển SDN kết nối với tất cả các bộ điều khiển
khiển động cho mạng quang lưới bước sóng linh hoạt định SDN nội miền của các miền mạng để điều phối chung cho toàn
nghĩa bằng phần mềm đa miền bằng cách sử dụng kết hợp giữa bộ mạng lưới (hoặc một trong các bộ điều khiển SDN nội vùng
kỹ thuật định tuyến theo các tham số chất lượng truyền dẫn và đóng vai trò điều phối) [9]. Giải pháp này có nhược điểm là bộ
cơ chế đăng ký trước tài nguyên linh hoạt. Quá trình định tuyến điều phối SDN yêu cầu được thông báo và cập nhật thông tin
được thực hiện thông qua cơ chế quảng bá yêu cầu và lựa chọn định tuyến và điều khiển của tất cả các miền mạng khác, do vậy,
tối đa hai tuyến đường khả dụng gần nhất, trong khi phổ tần và vị trí đặt bộ điều phối này cũng như việc phân quyền quản lý hệ
phương thức điều chế được lựa chọn bằng việc kết hợp xem xét thống cho các nhà cung cấp viễn thông trở thành vấn đề nan giải
ảnh hưởng của các yếu tố ảnh hưởng vật lý đến chất lượng để đảm bảo hiệu năng điều khiển chung của mạng.
truyền. Nhờ vậy, các bộ điều khiển SDN của các miền mạng Trong khi đó, kỹ thuật điều khiển phân tán cũng đang cho
phối hợp hoạt động với nhau theo cơ chế điều khiển phân tán thấy nhiều tiềm năng trong việc quản lý và điều khiển hiệu quả
trong đó, các bộ điều khiển SDN của các vùng chỉ trao đổi thông mạng quang lưới bước sóng linh hoạt định nghĩa bằng phần mềm
tin định tuyến với các bộ điều khiển lân cận (có liên kết điều đa miền. Ưu điểm nổi bật của kỹ thuật này là các bộ điều khiển
khiển trực tiếp) khi có yêu cầu thiết lập/giải phóng kết nối quang. SDN của các miền mạng chỉ chia sẻ thông tin và điều phối hoạt
Bên cạnh đó, nhằm tận dụng được triệt để các ưu điểm của kỹ động cùng các bộ điều khiển miền mạng kề cận nó. Điều này
thuật kết nối mạng định nghĩa bằng phần mềm trong khi vẫn giúp đơn giản hóa tiến trình điều khiển, tăng khả năng thích nghi
tránh được vấn đề "đăng ký trước quá nhiều" (“over- với các trạng thái miền mạng và đảm bảo tính độc lập tối đa cho
reservation”), trong giải pháp này, chúng tôi cũng đề xuất sử mỗi miền. Một trong các đề xuất giải pháp điều khiển phân tán
dụng cơ chế đăng ký trước tài nguyên kép (multiple (double) đáng chú ý nhất được công bố trong [13], tuy nhiên, giải pháp
reservation mechanism) cải tiến linh hoạt nhằm giảm thiểu xung này chỉ nhắm đến mạng hai miền đơn giản, khó mở rộng cho các
đột phổ tần và tăng cường độ khả dụng của các tuyến quang. mạng đa miền cũng như không xem xét đến định tuyến trong
Hiệu năng của giải pháp đề xuất được đánh giá bằng phương mạng lớn và xử lý xung đột khi đăng ký sử dụng tài nguyên.
pháp mô phỏng số và được đối sánh với giải pháp truyền thống
B. Ước lượng chất lượng truyền dẫn (QoT) trong mạng
sử dụng thuật toán đường đi ngắn nhất (ví dụ, giải pháp
quang lưới bước sóng linh hoạt
GMPLS/PCE [16]). Kết quả mô phỏng đạt được đã chứng minh
hiệu năng vượt trội của giải pháp chúng tôi đề xuất so với giải Chất lượng tín hiệu quang truyền dẫn trong mạng quang bị
pháp truyền thống. suy giảm do ảnh hưởng bởi các yếu tố ảnh hưởng vật lý được
tích lũy dần dọc theo tuyến truyền dẫn. Những yếu tố này chính
II. GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CHO MẠNG SD- là nguyên nhân làm giới hạn tầm với quang khả dụng [14-15].
EON ĐA MIỀN DỰA VÀO CHẤT LƯỢNG TRUYỀN DẪN Chính vì thế, trong quá trình định tuyến cho các kết nối quang,
VÀ CƠ CHẾ ĐẶT TRƯỚC TÀI NGUYÊN LINH HOẠT các tham số ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu quang cần phải
được xem xét để đảm bảo kết nối đạt mức chất lượng yêu cầu.
A. Mạng quang lưới bước sóng linh hoạt định nghĩa bằng
Trong nghiên cứu này, chúng tôi sẽ sử dụng tham số tỉ lệ tín
phần mềm điều khiển phân tán
hiệu quang trên nhiễu (OSNR) để làm cơ sở đánh giá chính.
219
- Tỉ lệ tín hiệu quang trên nhiễu (OSNR) được định nghĩa theo mạng/liên vùng cho các mạng quang lưới bước sóng linh hoạt
công thức như sau [17], định nghĩa bằng phần mềm đa miền, thay vì sử dụng một bộ
Ptx điều phối SDN để điều khiển/điều phối hoạt động của tất cả các
OSNR (1)
PASE PNLI bộ điều khiển SDN của các vùng mạng như thông thường,
trong đó, Ptx là công suất thu được của tín hiệu quang tại kênh chúng tôi đề xuất ứng dụng cơ chế điều khiển phân tán giữa các
bước sóng được lựa chọn, PASE là công suất nhiễu ASE và PNLI bộ điều khiển vùng trong đó, các bộ điều khiển SDN của các
là công suất nhiễu phi tuyến. vùng chỉ trao đổi thông tin định tuyến với các bộ điều khiển lân
Trong khi công suất thu được của tín hiệu quang bị suy giảm cận (có liên kết điều khiển trực tiếp) khi có yêu cầu thiết lập/giải
theo khoảng cách truyền dẫn (chiều dài sợi quang) và cũng phụ phóng kết nối quang. Ngoài ra, để tận dụng được các ưu điểm
thuộc vào hệ số suy hao sợi quang () thì công suất nhiễu ASE, của kỹ thuật kết nối mạng định nghĩa bằng phần mềm và tăng
PASE, được tính theo công thức [18]: cường khả năng thích nghi với trạng thái liên kết của các vùng
mạng, kỹ thuật phát quảng bá thông tin yêu cầu kết nối và lựa
PASE S ASE .Bo (2)
chọn đường đi nhằm giảm thiểu sự phân mảnh phổ tần sẽ được
với SASE là mật độ phổ công suất của nhiễu ASE và Bo là băng sử dụng trong giải pháp đề xuất để thiết lập kết nối quang phục
thông của nhiễu. Ta có, vụ các yêu cầu dịch vụ bước sóng quang với băng thông linh
S ASE Ns h G 1 NF (3) hoạt.
trong công thức này, G là độ lợi khuếch đại, NF là hệ số tạp âm Bảng 1. Pseudo-code của thuật toán định tuyến
(nhiễu) và Ns là số khoảng lặp khuếch đại. Đầu vào: G={V, E} trong đó V và E là tập đỉnh (các vùng mạng)
Bên cạnh đó, công suất nhiễu phi tuyến, PNLI, được tính xấp và tập cạnh (kết nối liên mạng) của mạng liên miền
xỉ như sau [18], được các vùng mạng chia sẻ
2
3
log 2 2 Nch2 Rs2 Leff BERthreshold := Tỉ lệ lỗi bít ngưỡng
PNLI N s 2 Ptx3 Leff Bo (4) s := nguồn
3 2 Rs3
d := đích
với Nch là số kênh trên sợi quang, γ là hệ số phi tuyến của sợi, 2 Đầu ra: Kết nối từ s đến d
là hệ số tán sắc, Rs là tốc độ baud (Rs= Rb/log2(M) với Rb là tốc
độ bít của kênh truyền và M là mức điều chế) và Leff là chiều dài 1: Gán nhãn IDs,d cho yêu cầu kết nối;
hiệu dụng của sợi quang. Theo định nghĩa, Leff được tính như 2: Lập danh sách M chứa các vùng mạng đã tiếp nhận nhãn
sau: IDs,d;
3: Lập danh sách Q chứa các vùng mạng đang xử lý yêu cầu
1 e L hiện tại;
Leff (5)
4: Q.enqueue(s); // Cho vùng nguồn s vào Q
trong đó, L là độ dài khoảng lặp quang và là hệ số suy hao sợi 5: M.enqueue(s); // Đánh dấu vùng s đã tiếp
nhận yêu cầu
quang. 6: while( Q is not empty & d is not // Thực hiện tiếp khi còn miền
Ngoài ra, SASE và PNLI cũng có thể tính xấp xỉ theo công thức in M) đều đã tiếp nhận yêu cầu và
sau đây: chưa đạt đến đích
S ASE 4 h KT L tot 7: v =Q.dequeue( ); // Vùng mạng v xử lý yêu cầu
(6)
kết nối
2
3
PNLI 2 Ptx3 Ltot
log 2 2 Nch2 Rs2 Ltot
Bo (7)
8: Cập nhật thông tin(QoT, ...) ;
3 2 Rs3 9: For all neighbours w of v in // Xem xét tất cả các vùng
Graph G mạng w kề cận với v
với Ltot là tổng chiều dài tuyến quang, KT là hằng số (KT 1,13 10: if (w is not in M & BER≤ // Nếu w chưa tiếp nhận yêu
đối với khuếch đại Raman). cầu kết nối và chất lượng
BERthreshold)
Các đại lượng trên được tính dọc theo tuyến truyền dẫn tuyến vẫn đảm bảo
quang. Tại mỗi bộ điều khiển SDN của mạng, dựa trên các đại 11: Q.enqueue( w ); // Cho vùng w vào danh sách
đã tiếp nhận Q
lượng này, tỉ lệ lỗi bít (BER) của hệ thống được ước lượng để 12: M.enqueue( w ); // Đánh dấu vùng w đã tiếp
kiểm tra chất lượng của tuyến quang có đảm bảo theo đúng mức nhận yêu cầu
chất lượng yêu cầu (≥BERthreshold) khi đi qua miền mạng do bộ 13: endif
điều khiển này quản lý theo công thức sau (đối với tín hiệu điều 14: endfor
chế M-QAM) [19]: 15: endwhile
16: if d is in M // Kiểm tra kết quả định tuyến
1
2 1 17: Đăng ký trước tài nguyên // Đăng ký tài nguyên dọc
BER
M erfc 3log 2 M SNR (8) kép(M, s,d); tuyến đường và kết nối
log 2 M 2 M 1
18: else
với tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu SNR được tính theo giá trị OSNR 19: Chặn kết nối; // Không tìm được đường đi
thu được [20]: (Chặn kết nối)
2 Bo 2 Bo 20: endif
SNR OSNR OSNR (9)
Rb Rs log 2 M Thuật toán định tuyến được sử dụng trong giải pháp đề xuất
được phát triển dựa trên cơ sở thuật toán tìm kiếm theo chiều
C. Nội dung chính của giải pháp đề xuất rộng. Mỗi yêu cầu kết nối liên mạng sẽ được bộ điều khiển SDN
Nhằm thực hiện hiệu quả quá trình định tuyến liên của vùng mạng nguồn tiếp nhận và khởi phát quá trình xử lý,
220
- Hình 1. Cơ chế định tuyến thích nghi và đăng ký tài nguyên kép của giải pháp đề xuất.
các bộ điều khiển trung gian thực hiện chuyển tiếp và bộ điều đến khi kết nối được giải phóng. Ngược lại, trạng thái passive là
khiển vùng đích sẽ quyết định khuôn dạng điều chế và gán phổ trạng thái mà theo đó, các bộ điều khiển SDN dọc theo tuyến kết
tần phù hợp. Bộ điều khiển đích sẽ chấp nhận hai tuyến đường nối sẽ chỉ đăng ký tạm thời tài nguyên và các tài nguyên được
khác nhau (một tuyến chính và một tuyến dự phòng) và trên đó, đăng ký tạm thời này vẫn có thể được cấp phát cho các kết nối
cơ chế đăng ký sử dụng tài nguyên ngược (backward khác nếu cần thiết; các tài nguyên này chỉ được dành riêng một
reservation) từ vùng đích về vùng nguồn cũng được áp dụng để khi trạng thái của nó được chuyển sang thành active. Trong giải
tạo kết nối theo tuyến đường tìm được. Bảng 1 thể hiện thuật pháp đề xuất của chúng tôi, hai tuyến đường được lựa chọn cho
toán định tuyến được đề xuất để xử lý yêu cầu kết nối. mỗi kết nối và tuyến ngắn nhất sẽ được đặt trước theo trạng thái
active còn tuyến kia được dự trữ theo trạng thái passive. Nếu
Khi có yêu cầu kết nối từ thiết bị (thiết bị nguồn) của một
tuyến active không thể đăng ký trước tài nguyên thành công,
vùng mạng (vùng nguồn) đến một thiết bị (thiết bị đích) của
tuyến passive sẽ được kích hoạt về trạng thái active để thay thế.
vùng mạng khác (vùng đích), thiết bị nguồn sẽ khởi phát bản tin
Bản tin kết nối (Active/Passive RESV) sẽ được chuyển
thông báo yêu cầu thiết lập kết nối (PATH REQ) tới bộ điều
ngược lại cho đến bộ điều khiển SDN của vùng nguồn. Nếu bản
khiển SDN của miền mạng nguồn. Sau đó, bộ điều khiển thiết bị
tin được gửi thành công đến vùng nguồn, tài nguyên cho kết nối
SDN vùng nguồn sẽ tạo lập và phát quảng bá bản tin yêu cầu kết
từ thiết bị nguồn đến thiết bị đích sẽ được đăng ký và cung cấp
nối (PATH REQ) đến các bộ điều khiển lân cận. Cứ như vậy,
để thiết lập cuộc gọi từ đầu cuối đến đầu cuối. Kết nối không
khi bộ điều khiển của một vùng mạng nhận được thông tin kết
thực hiện được (bị chặn) nếu như tại một vùng mạng nào đó, bộ
nối, nó sẽ kiểm tra: 1) bản tin có bị trùng lặp với các bản tin trước
điều khiển xác định thấy tỉ lệ lỗi bít của kết nối không đạt yêu
hay không, nếu có thì loại bỏ, nếu không thì thực hiện 2) xem
cầu hoặc không thể sắp xếp được tài nguyên khả dụng tới vùng
thiết bị đích có thuộc vùng mạng nó quản lý hay không, nếu
mạng kề cận để chuyển tiếp bản tin.
không thì kiểm tra tính kết nối, cập nhật thông tin về độ khả dụng
Bên cạnh đó, nhằm làm tăng độ khả dụng về tài nguyên khi
của các khe phổ tần, chất lượng truyền dẫn, ... Sau đó, bộ điều
thiết lập các kết nối, bộ điều khiển miền đích sẽ chấp nhận tối đa
khiển này sẽ ước lượng tỉ lệ lỗi bít (BER) và so sánh với giá trị
hai tuyến đường cho một kết nối và cơ chế đăng ký trước tài
ngưỡng được yêu cầu (BERthreshold), nếu chất lượng tuyến truyền
nguyên kép được áp dụng cho hai tuyến đường tìm được này,
dẫn vẫn đạt yêu cầu (BER≤ BERthreshold) thì tiếp tục chuyển tiếp
trong đó bao gồm một tuyến chính (ACTIVE PATH) và một
bản tin yêu cầu đến các bộ điều khiển vùng mạng lân cận còn
tuyến dự phòng (PASSIVE PATH). Việc đăng ký tài nguyên cho
nếu không đạt thì loại bỏ bản tin. Nếu thiết bị đích thuộc vùng
tuyến dự phòng được thực hiện theo nguyên tắc tạm thời, nghĩa
mạng do bộ điều khiển SDN hiện thời quản lý, thiết bị này sẽ
là tài nguyên đăng ký này vẫn có thể được đăng ký cho tuyến
kiểm tra tính kết nối và giá trị BER đến thiết bị đích và nếu thành
chính của kết nối khác. Tuyến dự phòng sẽ bị hủy bỏ nếu tuyến
công thì tạo lập bản tin kết nối để thực hiện đăng ký tài nguyên
chính được đăng ký thành công. Ngược lại, tuyến dự phòng sẽ
cho kết nối để gửi ngược trở lại cho các bộ điều khiển SDN trên
được chuyển thành tuyến chính nếu quá trình đăng ký tài nguyên
tuyến đường đã gửi bản tin đến nó.
dọc tuyến chính gặp phải xung đột. Cơ chế thực hiện của giải
Các bộ điều khiển khi nhận được bản tin kết nối cũng sẽ kiểm
pháp đề xuất được minh họa trong Hình 1.
tra và đăng ký tài nguyên khả dụng cho kết nối và chuyển tiếp
bản tin. Để thực hiện cơ chế đăng ký trước tài nguyên kép, III. ĐÁNH GIÁ VÀ SO SÁNH HIỆU NĂNG
chúng tôi định nghĩa hai trạng thái đăng ký trước tài nguyên là
Nhằm đánh giá hiệu năng của giải pháp điều khiển động định
active và passive (tương ứng là các bản tin Active/Passive
tuyến dựa trên QoT và sử dụng cơ chế đăng ký tài nguyên kép
RESV). Trạng thái active là trạng thái mà tài nguyên mạng của
được đề xuất cho mạng quang lưới bước sóng linh hoạt định
kết nối được đăng ký và dành trước thực sự; các tài nguyên này
nghĩa bằng phần mềm đa miền phân tán (ký hiệu là QoT-aware
sẽ không thể chia sẻ hay bị chiếm dụng bởi các kết nối khác cho
solution with double reservation), phương pháp mô phỏng số
221
- được thực hiện và các kết quả thu được được đánh giá và so sánh lượng nhiều hơn đáng kể (hơn tối thiểu 18%) so với phương
với kết quả tương ứng của giải pháp dựa trên thuật toán đường pháp truyền thống. Đồ thị cũng cho thấy hiệu quả của giải pháp
đi ngắn nhất thông thường như giải pháp GMPLS/PCE [16] (ký đề xuất cũng tăng lên rõ rệt khi điều kiện về tỉ lệ chặn kết nối tối
hiệu là Traditional solution). Kịch bản mô phỏng được thực hiện đa bớt chặt chẽ hơn.
trên cấu hình mạng thực tế của Mỹ là mạng NSF (National
Science Foundation network) với 14 nút và 22 liên kết hai chiều.
Mạng SD-EON đa miền có thể thiết lập và giải phóng kết nối
linh hoạt theo yêu cầu với các tham số được thiết lập trong mô
phỏng như sau: dung lượng tổng của mỗi liên kết quang là 125
khe tần số với độ rộng mỗi khe tần số là 12,5 GHz như khuyến
nghị ITU-T G.694.1 [21]. Các yêu cầu kết nối được tạo ngẫu
nhiên và xuất hiện theo quy luật phân bố Poisson với tốc độ xuất
hiện trung bình là λ (yêu cầu/đơn vị thời gian). Phân bố của thời
gian giữ kết nối được giả định là theo quy luật mũ âm (negative
exponential distribution) với giá trị trung bình là 1/µ (đơn vị thời
gian). Trong các mô phỏng số, dung lượng của mỗi kết nối được
giả định là gán ngẫu nhiên theo một trong ba tốc độ tiêu chuẩn
hiện nay cho mạng đường trục là 10 Gbps, 40 Gbps và 100 Gbps Hình 3. Tỉ lệ lưu lượng được chấp nhận tương đối.
với số khe tần số yêu cầu tương ứng là 1, 3 và 7 khe.
Sự so sánh hiệu năng của giải pháp đề xuất với giải pháp Mặt khác, ảnh hưởng của tham số thời gian giữ kết nối trung
truyền thống theo tỉ lệ chặn kết nối khi lưu lượng yêu cầu thay bình (Mean Hold Time)- một trong các tham số đặc tính quan
đổi từ 200 đến 1500 Erlang và thời gian giữ kết nối trung bình trọng thể hiện tính chất lưu lượng của mạng – đến hiệu năng của
được thiết lập ở mức 1000 đơn vị thời gian được thể hiện trong mạng sử dụng hai giải pháp điều khiển đối sánh được thể hiện
Hình 2. Kết quả đạt được cho thấy giải pháp đề xuất có khả năng trên Hình 4. Các kết quả mô phỏng số đạt được một lần nữa xác
giảm thiểu tỉ lệ chặn kết nối và cung cấp hiệu năng cao hơn nhiều nhận hiệu năng vượt trội của giải pháp đề xuất so với giải pháp
so với giải pháp truyền thống. Với lưu lượng đến là 700 Erlang truyền thống. Hiệu quả của giải pháp đề xuất (độ chênh giữa xác
(và 900 Erlang), tỉ lệ chặn kết nối của giải pháp đề xuất giảm suất chặn kết nối đạt được bởi phương pháp đề xuất so với giải
được đến 68,3% (và 58,6%) so với giải pháp truyền thống. Điều pháp truyền thống) tăng lên rõ rệt khi thời gian giữ kết nối trung
này đạt được là do giải pháp đề xuất có khả năng định tuyến bình càng lớn. Lý do là vì với cùng một tốc độ xuất hiện của yêu
thích nghi tốt với trạng thái hiện thời của mạng cũng như có cầu kết nối thì thời gian giữ kết nối trung bình càng lớn (tức là
chiến lược lựa chọn và gán phổ tần thông minh cùng cơ chế đăng lưu lượng mạng càng lớn), thì mức độ khan hiếm phổ tần càng
ký tài nguyên kép và nhờ vậy, tránh được xung đột phổ tần và cao, dẫn đến ảnh hưởng của sự phân mảnh phổ tần đối với hiệu
làm tăng khả năng kết nối của mạng. năng mạng càng trầm trọng. Nhờ có khả năng hạn chế xung đột
phổ tần, phương pháp đề xuất của chúng tôi có khả năng thích
nghi tốt ngay cả đối với điều kiện lưu lượng mạng lớn.
Hình 2. So sánh hiệu năng của giải pháp đề xuất với giải pháp truyền
thống.
Hình 4. Ảnh hưởng của tham số thời gian giữ kết nối trung bình.
Hình 3 so sánh tỉ lệ lưu lượng được chấp nhận tương đối,
được tính bằng tỉ lệ giữa số kết nối được chấp nhận đạt được bởi IV. KẾT LUẬN
phương pháp đề xuất và số kết nối của phương pháp truyền Nhằm mục tiêu hỗ trợ cấp phát động các dịch vụ bước sóng
thống trong cùng một điều kiện mạng khi xác suất chặn kết nối và phát triển giải pháp điều khiển mạng hiệu quả cho các hệ
giả định lần lượt là 10-4, 10-3 và 10-2. Kết quả thể hiện trên đồ thị thống mạng đường trục Internet, chúng tôi đề xuất một giải pháp
cho thấy rằng giải pháp được đề xuất có khả năng chấp nhận lưu định tuyến, gán phổ tần động và đăng ký trước tài nguyên linh
222
- hoạt cho các mạng quang lưới bước sóng linh hoạt định nghĩa [9] R. Casellas et al., "SDN based Provisioning Orchestration of
OpenFlow/GMPLS Flexi-grid Networks with a Stateful Hierarchical
bằng phần mềm đa miền điều khiển phân tán. Trong giải pháp PCE," OFC/NFOEC 2014.
đề xuất, việc định tuyến cho mỗi kết nối được thực hiện thông [10] M. Chamania et al., "A Survey of Inter-Domain Peering and Provisioning
qua cơ chế quảng bá yêu cầu và lựa chọn tối đa hai tuyến đường Solutions for Next Generation Optical Networks," IEEE Comm. Surveys
khả dụng dựa trên chất lượng truyền dẫn quang, trong khi phổ & Tutorials, vol. 11, pp. 33-51, 2009.
tần và phương thức điều chế cũng được lựa chọn bằng việc kết [11] C. Chen et al., "Demonstration of OpenFlow-Controlled Cooperative
hợp với tỉ lệ lỗi bít theo yêu cầu của hệ thống. Cơ chế đặt trước Resource Allocation in a Multi-Domain SD-EON Testbed across Multiple
Nations," ECOC 2014.
tài nguyên linh hoạt được áp dụng với hai trạng thái đặt trước tài
[12] H.-C. Le, N. T. Dang, and S. Vu-Van, "Dynamic multi-domain elastic
nguyên là active và passive nhằm giảm thiểu khả năng xung đột optical networks with 4R regeneration capable border nodes," in 2015 2nd
tài nguyên phổ tần. Các kết quả mô phỏng số đạt được cho thấy National Foundation for Science and Technology Development
rằng giải pháp được đề xuất có khả năng là giảm đáng kể tỉ lệ Conference on Information and Computer Science (NICS), vol., no.,
chặn kết nối và có hiệu năng vượt trội so với giải pháp truyền pp.169-173, 16-18 Sept. 2015.
thống. [13] Z. Zuqing, L. Wei, Z. Liang, and N. Ansari, "Dynamic Service
Provisioning in Elastic Optical Networks With Hybrid Single-/Multi-Path
Routing," Journal of Lightwave Technology, vol. 31, pp. 15-22, 2013.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[14] Sartzetakis I, Christodoulopoulos K, Tsekrekos CP, Syvridis D,
[1] A. Jukan and J. Mambretti, “Evolution of Optical Networking Toward Varvarigos E., “Quality of transmission estimation in WDM and elastic
Rich Digital Media Services,” Proceedings of the IEEE , vol. 100, no. 4, optical networks accounting for space–spectrum dependencies,”
pp. 855-871, 2012. IEEE/OSA Journal of Optical Communications and Networking, vol.
[2] M. Jinno, H. Takara, B. Kozicki, Y. Tsukishima, Y. Sone, and S. 8(9), pp. 676-88, 2016.
Matsuoka, “Spectrum-Efficient and Scalable Elastic Optical Path [15] Koubàa, M., Bakri, M., Bouallègue, A. and Gagnaire, M., “QoT-aware
Network: Architecture, Benefits, and Enabling Technologies,” IEEE elastic bandwidth allocation and spare capacity assignment in flexible
Communications Magazine, vol. 47, pp. 66-73, 2009. island-based optical transport networks under shared risk link group
[3] B. Chatterjee, N. Sarma and E. Oki, “Routing and Spectrum Allocation in constraints,” Computer Networks, vol. 116, pp. 111-140, 2017.
Elastic Optical Networks: A Tutorial,” IEEE Communications Surveys & [16] A. Giorgetti et al., "Hierarchical PCE in GMPLS-based Multi-domain
Tutorials, vol. PP, no. 99, pp. 1, 2015. Wavelength Switched Optical Networks," OFC/NFOEC 2011.
[4] D. Kreutz, F.M. Ramos, P.E. Verissimo, C.E. Rothenberg, S. [17] P. Poggiolini, A. Carena, V. Curri, G. Bosco, and F. Forghieri, “Analytical
Azodolmolky and S. Uhlig, “Software-defined networking: A compreh- modeling of non-linear propagation in uncompensated optical
ensive survey,” Proceedings of the IEEE, 103(1), pp.14-76, 2015. transmission links,” Photon. Technol. Lett.23, pp. 742-744, 2011.
[5] Y. Jarraya, T. Madi, and M. Debbabi, ‘‘A survey and a layered taxonomy [18] G. Bosco, P. Poggiolini, A. Carena, V. Curri, and F. Forghieri, “Analytical
of software-defined networking,’’ IEEE Commun. Surv. Tut., vol. 16, no. results on channel capacity in uncompensated optical links with coherent
4, pp. 1955–1980, Fourth Quart. 2014. detection,” Opt. Express, vol. 19, pp. B438-B449, 2011.
[6] L. Liu et al., "Design and performance evaluation of an Openflow-based [19] J.G. Proakis, Digital Communications (4th Edition), New York,
control plane for software-defined elastic optical networks with direct- McGraw-Hill, 2000.
detection optical OFDM (DDO-OFDM) transmission," Opt. Exp., vol. 22, [20] R.-J. Essiambre, “Capacity Limits of Fiber-Optic Communication
pp. 30-40, 2013. Systems”, Proc OFC 2009, San Diego, ISA, Paper OThL1, 2009.
[7] L. Liu et al., "Software-Defined Fragmentation-Aware Elastic Optical [21] ITU-T Recommendations G.694.1: Transmission media and optical
Networks Enabled by OpenFlow," ECOC 2013. systems characteristics – Characteristics of optical systems, 02/2012.
[8] Y. Yoshida et al., "First international SDN-based Network Orchestration
of Variable-capacity OPS over Programmable Flexi-grid EON,"
OFC/NFOEC 2014.
223
nguon tai.lieu . vn
