AQ`11 +

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG

---------------------------------------

ĐỒNG HOÀNG VŨ

NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ

TỐI ƢU MẠNG DỰA TRÊN MÔ HÌNH

MẠNG ĐA LỚP

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

MÃ SỐ: 60.52.02.08 8

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI – NĂM 2014

Luận văn được hoàn thành tại:

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS Nguyễn Tiến Ban

Phản biện 1: PGS. TS Trương Vũ Bằng Giang

Phản biện 2: TS. Đặng Hoài Bắc

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện

Công nghệ Bưu chính Viễn thông

Vào lúc: 09 giờ 30 ngày 09 tháng 08 năm 2014

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

1

MỞ ĐẦU

Mạng viễn thông đang ngày càng đóng vai trò thiết yếu trong mọi lĩnh vực hoạt động

của toàn xã hội. Việc gia tăng số lượng người sử dụng, cũng như lưu lượng sử dụng mạng

qua internet tăng trưởng đột biến. Các nhà cung cấp dịch vụ liên tục nâng cấp mạng để đáp

ứng yêu cầu về băng thông và dịch vụ. Chính vì vậy, việc vận hành, thiết kế mạng cũng như

ứng dụng viễn thông luôn được đặt lên hàng đầu.

Đi kèm với việc phát triển nhu cầu sử dụng viễn thông thì việc xây dựng và phát triển

mạng viễn thông cũng như áp dụng các công nghệ viễn thông mới là vô cùng cấp thiết. Nó

giúp cho các nhà khai thác giảm tải tối đa tài nguyên mạng, tránh tình trạng lỗi hệ thống

cũng như tiết kiệm chi phí khi đưa vào khai thác sử dụng, việc đưa vào khai thác vận hàng

các công nghệ mới là rất cần thiết. Ngoài ra, khi thiết kế và xây dựng mạng viễn thông là vô

cùng quan trọng, đây là tiền đề để phát triển mạng viễn thông sau này.

Việc thiết kế và tối ưu mạng đã mang lại rất nhiều lợi ích ban đầu cũng như sau này.

Với sự tính toán ban đầu, quá trình hoạt động luôn được tối ưu, giảm thiểu rủi ro mất kết nối

do không chọn được tuyến và nâng cao hiệu quả dự phòng bảo vệ tính toán từ khâu thiết kế

mạng.

Trong luận văn này sẽ trình bày về một số phương pháp và giải thuật mô hình hóa

toán học có thể ứng dụng để thiết kế mạng, sau đó đi sâu vào phân tích và giải bài toán thiết

kế tối ưu mạng dựa trên mô hình mạng đa lớp (Multi-Layer Network).

Nội dung của luận văn được chia thành 3 chương với các nội dung như sau:

Chương 1: Giới thiệu tổng quan về mạng viễn thông và vấn đề tối ưu hóa mạng, đặt

ra bài toán cũng như là giới thiệu những khái niệm mang tính tiền đề và cơ sở cho các

nghiên cứu tiếp theo.

Chương 2: Trình bày về những vấn đề kĩ thuật cơ bản trong tối ưu hóa mạng viễn

thông và đặc biệt là tối ưu mạng đa lớp. Với mỗi vấn đề sẽ đưa ra ra mô tả các yêu cầu tối

ưu, các bước xây dựng bài toán và thảo luận về phương pháp giải bài toán.

Chương 3: Đưa ra phương pháp thiết kế tối ưu mạng dựa trên mô hình mạng đa lớp,

xây dựng bài toán phù hợp và nghiên cứu các phương pháp cũng như giải thuật để giải

quyết từng vấn đề.

Cuối cùng, tôi xin được bày tỏ lòng cảm ơn chân thành tới thầy giáo, PGS. TS. Nguyễn

Tiến Ban đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Tôi cũng xin được

gửi lời cảm ơn tới các thầy giáo trong Học viện Công nghệ Bưu chính viễn thông cùng các

bạn học đã giúp đã cho tôi hoàn thành bản luận văn này.

2

Chƣơng 1- TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ VÀ TỐI ƢU MẠNG

1.1. Tổng quan về mạng viễn thông

Trong mạng điện thoại cũng như Internet, topology hay cấu trúc kết nối các nút mạng

có ảnh hưởng lớn đến hoạt động của mạng. Cấu trúc điển hình của mạng điện thoại và

Internet thể hiện trên Hình 1.1 và Hình 1.2.

Tổng đài nội hạt

Người sử dụngTổng đài chuyển tiếp

Tổng đài chuyển tiếp

Tổng đài nội hạt Tổng đài nội hạt

Tổng đài nội hạt

Người sử dụng

Hình 1.1. Cấu trúc mạng điện thoại

Trong khuôn khổ luận văn này chỉ đề cập đến phần giữa là mạng lõi hay còn gọi là

mạng xương sống, bao gồm các bộ định tuyến hay thiết bị chuyển mạch kết nối với nhau.

Lưu lượng đến (ingress traffic) được coi là lưu lượng đi vào mạng lõi, còn lưu lượng đi

(egress traffic) là lưu lượng ra khỏi mạng lõi này.

Các máy trạm (khách)Bộ định tuyến lõi

Bộ định tuyến lõi

Bộ định tuyến biên

Các máy chủ

Bộ định tuyến biên

Bộ định tuyến biênBộ định tuyến biên

Hình 1.2. Cấu trúc mạng Internet

Một mạng truyền thông cần truyền lưu lượng trên các tuyến truyền dẫn với dung

lượng (băng thông) khác nhau. Lưu lượng này có thể được định tuyến qua các đường khác

3

nhau để đến đích. Chúng ta cần có đủ băng thông trên mạng để truyền lưu lượng, đồng thời

giảm tỷ lệ từ chối cuộc gọi hoặc giảm độ trễ trung bình truyền gói dữ liệu trên mạng.

Trên Hình 1.1 đã chỉ ra mô hình kiến trúc tổng quan của mạng điện thoại. Điểm quan

trọng cần chú ý ở đây là một cuộc gọi có thể được hỗ trợ bởi nhiều nhà cung cấp mạng (hay

còn gọi là nhà khai thác mạng) trên những phân đoạn khác nhau của cuộc gọi. Việc xử lý

kết nối cuộc gọi trong mạng điện thoại sử dụng phương thức chuyển mạch kênh, trong đó

một kênh riêng biệt được thiết lập cho mỗi cuộc gọi.

Đối với mạng Internet toàn cầu (Hình 1.2), khi có yêu cầu trao đổi thông tin (ví dụ

dịch vụ web) từ người sử dụng này đến người sử dụng khác, thì thông tin sẽ được truyền đi

bởi nhiều nhà cung cấp mạng khác nhau (thông thường thì là các nhà cung cấp dịch vụ

Internet – ISP). Về mặt kỹ thuật thì mạng của mỗi nhà cung cấp dịch vụ là một hệ thống tự

trị riêng (Autonomous System – AS). Tương tự như trường hợp chuyển tiếp cuộc gọi điện

thoại, các nhà cung cấp ở các phân đoạn mạng khác nhau cũng thực hiện việc truyền lưu

lượng dữ liệu để hoàn thành việc chuyển yêu cầu web qua mạng. Các gói dữ liệu được tạo

ra để đáp ứng yêu cầu này sẽ đi theo một hành trình ngược lại để đến nơi đã gửi đi yêu cầu.

Trong cả hai hướng, hình thức chuyển mạch gói được sử dụng để định tuyến các gói dữ liệu

qua mạng.

1.2. Tối ƣu hóa và và phƣơng pháp xây dựng bài toán tối ƣu

1.2.1. Khái niệm tối ưu

Tối ưu dùng để chỉ mức độ khả dĩ đạt tới cao nhất của mục tiêu do một chủ thể đề ra

và được xem xét trong những điều kiện nhất định.

Tối ƣu hóa là quá trình đi đến cái tốt nhất, là sự vận động từ chưa tốt đến tốt hơn, từ

tốt hơn đến tốt nhất. Phƣơng pháp tối ƣu hóa là các biện pháp, các thuật toán,… nhằm đi

đến điểm tối ưu. Phương pháp tối ưu hóa là công cụ của tối ưu hóa. Do tính đa dạng và phức

tạp của các vấn đề tối ưu hóa trong thực tế, không tồn tại một phương pháp vạn năng hữu

hiệu để giải quyết vấn đề tìm lời giải trong mọi trường hợp.

1.2.2. Mô tả toán học vấn đề tối ưu hóa

Về mặt toán học, vấn đề tối ưu hóa thực chất là vấn đi tìm điểm cực trị của một hàm

số diễn tả mục tiêu cần đạt tới. Các vấn đề tối ưu hóa trong thực tế rất đa dạng và phong

phú, song chúng đều có thể qui về một dạng tổng quát.

4

Ví dụ: Ký hiệu nx R là véc tơ n chiều chứa các biến tự do. Cho f(x), ( )ih x với i= 1,

2,3,…,p và ( )jg x với j= 1,2,…q là các hàm vô hướng phụ thuộc x. Tìm giá trị cực tiểu của

f(x) với điều kiện ( )ih x 0 và ( )jg x =0.

Hàm f(x) gọi là hàm mục tiêu, tùy theo từng lĩnh vực cụ thể mà biến x có tên gọi

khác nhau. Trong lý thuyết quyết định x được gọi là biến quyết định. Trong thiết kế tối ưu x

được gọi là véc tơ tham số thiết kế. Trong lý thuyết hệ thống tối ưu x được gọi là biến trạng

thái. Điều kiện ( )ih x 0 gọi là điều kiện ràng buộc dạng bất đẳng thức, điều kiện ( )jg x =0

gọi là điều kiện ràng buộc dạng đẳng thức.

Vấn đề tối ưu hóa dạng chuẩn có thể phát biểu ngắn gọn như sau:

Cực tiểu f(x) với điều kiện ( )ih x 0, i= 1, 2,3,…,p; ( )jg x =0, j= 1,2,…q; nx R

Như đã biết, với mọi hàm f(x) ta có max ( ) min ( )f x f x nên vấn đề cực đại hóa

luôn luôn có thể chuyển về vấn đề cực tiểu hóa. Tương tự, điều kiện ( )ih x 0 có thể chuyển

thành ( ) 0i

h x nên trong bài toán chuẩn hóa không chứa điều kiện ( )ih x 0. Cần lưu ý

rằng, các điều kiện ràng buộc trên không nhất thiết xuất hiện tất cả trong một bài toán.

1.2.3. Xây dựng bài toán tối ưu hóa trong viễn thông

Xây dựng bài toán tối ưu là một bước rất quan trọng của tối ưu hóa. Khi xây dựng bài

toán tối ưu cho các ứng dụng thực tế cần chú ý những điểm sau đây:

- Xác định đúng và đầy đủ các mục tiêu cần tối ưu, mức độ quan trọng của từng mục

tiêu và các giải pháp thỏa hiệp khi các mục tiêu đề ra có tính đối nghịch. Ví dụ: đối với

mạng viễn thông ATM, mục tiêu cực tiểu hóa xác suất mất tế bào và cực tiểu hóa thời gian

trễ tế bào là hai mục tiêu rất quan trọng nhưng lại đối nghịch nhau.

- Mô tả mục tiêu đã chọn dưới dạng biểu thức toán học trong đó thể hiện rõ mối quan

hệ giữa mục tiêu và các đại lượng đặc trưng có thể thay đổi để tác động vào mục tiêu. Cần

phải hiểu rõ bản chất tự nhiên và miền xác định giá trị của các đại lượng đặc trưng này

- Xác định các điều kiện tác động đến mục tiêu. Các điều kiện này chỉ bảo hàm

những đại lượng đặc trưng đã chọn khi mô tả mục tiêu.

- Mô tả các điều kiện có được dưới dạng toán học (Các đẳng thức hoặc bất đẳng

thức). Các đẳng thức và bất đẳng thức mô tả điều kiện ràng buộc phải lập thành một hệ

thống không có tính mẫu thuẫn

5

1.3. Kỹ thuật lƣu lƣợng, định tuyến trong thiết kế và tối ƣu mạng

1.3.1. Kỹ thuật lưu lượng

Kỹ thuật lưu lượng trong mạng viễn thông

Kỹ thuật lưu lượng là một phương pháp để tối ưu hiệu năng mạng. Trong RFC3272

định nghĩa: “Kỹ thuật lưu lượng là kỹ thuật sử dụng các nguyên lý khoa học và công nghệ

để đo lường, đặc tính hóa, mô hình hóa và điều khiển lưu lượng trong internet”. Như vậy,

đây là một kỹ thuật làm tăng hiệu năng hệ thống mạng. Mục đích là thực thi hỗ trợ chất

lượng dịch vụ với số lượng tài nguyên mạng là nhỏ nhất ví dụ như băng thông, CPU, bộ

đệm. Kỹ thuật lưu lượng sử dụng một hệ thống có khả năng phân tích trạng thái mạng, dự

đoán trạng thái mạng và hiệu năng có thể có của một mạng để thực hiện tối ưu mạng.

1.3.2. Kỹ thuật định tuyến

Khái niệm: Khi có lưu lượng từ một điểm này đến một điểm khác trong mạng, chúng

ta có thể nghĩ đến khả năng thiết lập một liên kết trực tiếp với độ dài mang tính kinh tế và

đảm bảo khả khi về truyền tải lưu lượng.

1.3.3. Các phương pháp tối ưu trong định tuyến

1.3.3.1. Tối ưu theo mô hình lưu lượng nhiều thành phần (MF)

1.3.3.2. Định tuyến tối ưu theo lợi ích

1.4. Kết luận Chƣơng 1

Tối ưu hóa mạng viễn thông có một ý nghĩa rất quan trọng trong cả việc thiết kế và

vận hành, khai thác mạng nhằm đảm bảo tiết kiệm nguồn tài nguyên mạng, giảm chi phí,

nâng cao chất lượng và các dịch vụ. Có nhiều biện pháp kỹ thuật để tối ưu hóa mạng viễn

thông đã được đưa ra như bài toán luồng trên mạng, vấn đề định cỡ, hay các phương pháp

định tuyến tối ưu, ... Các bài toán đưa ra có những mức độ khó và phức tạp khác nhau. Bài

toán luồng trên mạng đa nhu cầu thường là bài toán quy hoạch tuyến tính, với hàm mục tiêu

là tuyến tính và cho phép các luồng chia nhánh như là các biến độc lập. Hầu hết các bài toán

qui hoạch tuyến tính này đều có thể giải được bằng phương pháp đơn hình. Một số bài toán

như định cỡ, do có cấu trúc đặc biệt nên có thể có những giải thuật hiệu quả hơn để giải

quyết, chẳng hạn như nguyên tắc định luồng theo đường ngắn nhất.

Việc thiết tối ưu hóa mạng dựa trên mô hình mạng đa lớp là hết sức quan trọng trong

tối ưu hóa mạng viễn thông, đặc biệt là trong thiết kế mạng. Nội dung cụ thể sẽ được trình

bày chi tiết ở các phần tiếp theo.

6

Chƣơng 2- BÀI TOÁN MÔ HÌNH HÓA VÀ TỐI ƢU MẠNG ĐA LỚP

2.1. Mạng đa lớp và thiết kế mạng với kiến trúc đa lớp

Kiến trúc mạng đa lớp và mối liên quan giữa các lớp có thể được minh họa thông qua

một ví dụ đơn giản như sau. Xét một môi trường mạng IP có 4 nút ở bên trong một miền

quản trị. Với mạng này, chúng ta có 4 bộ định tuyến được kết nối như trên Hình 2.1.

1

2 3

4

a

b

ce

d

f

Mạng lưu lượng

b

cd

e

af

1

2 3

4

Các trung kế

(Trunks)

Liên kết truyền

dẫn quang

Mạng truyền tải vật lý

Chuyển mạch truyền tải

Chuyển mạch lưu lượng

Kết nối truyền tải

Hình 2.1. Mạng lƣu lƣợng và mạng truyền tải

Các liên kết (hay trung kế) có khả năng truyền lưu lượng với nhiều loại dung lượng

liên kết khác nhau như là E1, STM-1, … Chú ý rằng các liên kết trong mạng lưu lượng

(trong trường hợp này là mạng IP) hoàn toàn chỉ mang tính logic.

Có thể thấy rằng, các mạng lưới dịch vụ có thể khác nhau, ví dụ như: thoại, dữ liệu,

.... Trong đó, những lớp mạng có thể được xếp chồng lên nhau trong một kiến trúc mạng vật

lý. Trong Hình 2.2 mô tả về mô hình khung kiến trúc chức năng các lớp mạng. Ta có thể

thấy một dịch vụ ứng dụng (hoặc lưu lượng truy cập) lớp mạng (ví dụ như dịch vụ điện

7

thoại hay Internet), đòi hỏi khả năng xử lý hợp lý trong lớp vân chuyển đầu tiên các dơn vị

như T1, T3, hoặc OC-3, lần lượt sử dụng một lớp mạng quang học và cuối cùng là sử dụng

các lớp truyền dẫn. Trong kiến trúc mạng, xét một ví dụ đơn giản về một địa chỉ IP hoặc

mạng điện thoại tại các lớp trên; lúc này tại lớp đầu tiên được sử dụng như mạng lưới lưu

lượng còn tại các lớp sau sử dụng một mạng quang học để truyền dẫn.

Mạng IP

Kết nối chéo

Chuyển mạch

bằng giọng nói

Truyền dẫn số

Cáp quang

Kênh riêng

Nội dung đa

phương tiện

Mạng

lưới

lưu

lượng

Mạng

lưới

truyền

tải

Hình 2.2. Mô hình khung kiến trúc chức năng

Như vậy, có thể thấy được lợi ích to lớn mà mạng đa lớp mang lại:

- Mang lại hiệu suất cao hơn (tạo ra băng thông rộng khi cần thiết)

- Tiết kiệm chi phí (tại các lớp dưới thì băng thông rẻ hơn, ví dụ: thông qua bộ định

tuyến)

- Tăng tính linh hoạt trong dịch vụ và mạng

- Đảm bảo cho dịch vụ tốt hơn (sử dụng công nghệ lưu lượng giúp giải quyết tốt hơn

những hạn chế xảy ra trong quá trình vận hành và khai thác: SDH, WDM,…) [6].

2.2. Mô hình mạng đa lớp

Các nguồn tài nguyên (liên kết và các nút) của mạng truyền thông và máy tính được

cấu hình trong nhiều lớp mạng, tạo thành một cấu trúc phân cấp với mỗi lớp là một mạng

tích hợp riêng. Các liên kết của một lớp trên được hình thành bằng cách sử dụng đường dẫn

của lớp thấp hơn, và mô hình này lặp đi lặp lại trong một hệ thống phân cấp các nguồn tài

8

nguyên. Ví dụ, trong một mạng điện thoại công cộng chuyển mạch có một lớp của các nhóm

trung kế và các nhóm trung kế được truyền tải bằng cách cấu hình trong các lớp cơ sở. Các

liên kết kỹ thuật số trong lớp cơ sở được hình thành trong lớp quang học, cho đến khi các

liên kết cuối cùng được hình thành trong các lớp. Tương tự như vậy, các mạng IP có thể

được cung cấp qua giao thức ATM, đa giao thức chuyển mạch nhãn (MPLS), SDH, hoặc

WDM. Trong thực tế, chúng ta có thể có nhiều hơn hai lớp mạng, ví dụ: trong trường hợp IP

qua ATM qua mạng SDH.

Xét ví dụ mô tả mạng trong Hình 2.3. Mạng lưới bao gồm hai lớp tài nguyên (Lớp 1:

lớp thiết bị, lớp 2: lớp dung lượng ảo) và bổ sung, lớp phụ (lớp 3: lớp nhu cầu) được sử

dụng chỉ để xác định nhu cầu. Như vậy có hai lớp tài nguyên cộng với một lớp phụ trợ cho

ba lớp nhu cầu này có thể được coi như mạng hai lớp bao gồm một lớp tài nguyên (thấp

hơn, lớp tài nguyên) và một lớp nhu cầu (phía trên, lớp yêu cầu). Trong trường hợp ở đây,

các liên kết được hình thành trong hai lớp tài nguyên thấp hơn, đó là một phần mở rộng của

cấu trúc một lớp mạng nguồn. Đối với mỗi nhu cầu d thì khối lượng nhu cầu của nó dh

được di chuyển trong các dòng trong lớp 2. Các yêu cầu có thể được tiếp tục thực hiện trong

các liên kết của lớp 3 vì vậy có thể nói rằng khả năng dh của mỗi liên kết d của lớp 3 được

thực hiện bằng phương tiện của các dòng x trong lớp 2. Nếu tổng hợp các dòng qua mỗi liên

kết e của lớp 2 sau đó tải kết quả xác định khả năng liên kết véc tơ y trong các lớp, các bước

tiếp theo diễn ra tương tự. Dung lượng của mỗi liên kết e trong lớp 2 được đi chuyển theo

dòng trong lớp 1 và trong lớp 1 thì mỗi liên kết z xác định tải trọng của mỗi liên kết g.

Kết quả cuối cùng của cấu hình mạng được xác định là kết quả dung lượng hoạt động

trong các liên kết của lớp 1. Đối với các nút trong các lớp khác nhau, giả định rằng mối

quan hệ như sau: Nếu một nút xuất hiện trong một lớp trên, sau đó nó sẽ tự động xuất hiện

xuống trong hệ thống phân cấp các lớp dưới. Lợi thế của việc giả định này là nó đơn giản

hóa mô hình.

Giả sử số nút và số liên kết như quy định trong Hình 2.4A và 2.4B. Trong đó số nút

đi xuống các lớp là như nhau. Khối lượng nhu cầu (năng lực của lớp 3) và các liên kết trong

lớp 1 được giả định.

9

4 3

21

4 3

251

4

1

3

5

2

6

Lớp 3: lớp nhu

cầu

Lớp 2: lớp công

suất ảo

Lớp 1: lớp thiết bị

1 10h

1d

14x

1 20y

1e

14z

11z

1g

1

11x

Hình 2.3. Mô hình 3 lớp mạng

Lớp 3

Liên kết: d=1 d=2 d=3 d=4 d=5 d=6

Nút cuối: 1-2 1-3 1-4 2-3 2-4 3-4

Lưu lượng: 20 10 10 10 10 10

Lớp 2

Liên kết e=1 e=2 e=3 e=4 e=5 e=6 e=7

Nút cuối 1-2 1-4 2-3 2-4 2-5 3-4 3-5

Lớp 1

Liên kết g=1 g=2 g=3 g=4 g=5 g=6 g=7 g=8

Nút cuối 1-4 1-6 2-5 2-6 3-4 3-5 4-6 5-6

Mức chi phí g 1 1 1 1 1 1 1 1

10

2.3. Các vấn đề kỹ thuật trong thiết kế tối ƣu mạng đa lớp

2.3.1. Bài toán luồng trên mạng

2.3.1.1. Đặt vấn đề

2.3.1.2. Xây dựng bài toán

2.3.2. Vấn đề định cỡ

2.3.2.1. Đặt vấn đề

2.3.2.2. Xây dựng bài toán

2.3.3. Nguyên lí định tuyến đường đi ngắn nhất

Một cách tổng quát, bài toán xác định đường đơn (single) ngắn nhất có thể được phát

biểu như sau:

Đối với các dung lượng liên kếtc và khối lượng nhu cầu h 1 2(h ( , ,..., ))Dh h h đã cho,

tìm một hệ thống trọng số liên kết sao cho kết quả xác định các đường ngắn nhất là duy

nhất và véctơ định luồng ( )x là phù hợp, nghĩa là ( )x phải thoả mãn (2.5).

Nhìn chung đây là một bài toán phức tạp. Có 3 lý do chính gây nên sự phức tạp của

nó là:

- Giải pháp định luồng ứng với nghiệm không chia nhánh có thể không tồn tại trong

khi giải pháp định luồng cho trường hợp nghiệm chia nhánh thì lại tồn tại.

- Ngay cả khi tồn tại nghiệm ứng với đường ngắn nhất là duy nhất thì trong nhiều

trường hợp cũng rất khó để tìm ra nó.

- Thậm chí trong trường hợp tìm ra được giải pháp định luồng ứng với đường duy

nhất, thì hệ thống trọng số để tạo ra nó có thể cũng không tồn tại.

2.3.4. Nguyên lí cân bằng trong tối ưu mạng

Tiêu chí cân bằng tốt nhất là MMF (Max-Min Fairness). Trong trường hợp nhu cầu

thuần túy mềm dẻo không có giới hạn, bước đầu tiên để đạt được giải pháp MMF là gán

cùng một khối lượng cho tất cả các nhu cầu, đảm bảo rằng giá trị gán tối thiểu này là lớn

nhất có thể. Sau đó, nếu còn thừa dung lượng thì lại tiếp tục tăng khối lượng cho những nhu

cầu có thể tăng được, và cực đại hóa giá trị gán tối thiểu lần hai.

Giải pháp MMF là cân bằng từ quan điểm của người sử dụng. Từ một góc độ khác,

nếu tối ưu hóa tổng thông lượng trong mạng, chúng ta có thể nhận được một lời giải khác

11

với thông lượng tối đa lớn hơn so với lời giải theo MMF. Do đó, có thể rút ra nhận xét rằng

điều mà tốt đối với mạng thì không nhất thiết phải là tốt đối với tất cả các khách hàng sử

dụng (nhu cầu).

Sự suy giảm thông lượng trong giải pháp theo MMF liên quan tới yếu tố là cùng một

giá trị khối lượng được gán cho tất cả các nhu cầu, bất kể số liên kết trên đường đi của nhu

cầu bằng bao nhiêu. Trong khi đó, rõ ràng là nhu cầu với đường đi dài sẽ sử dụng nhiều

dung lượng liên kết hơn so với đường đi ngắn. Một vấn đề đặt ra là liệu có giải pháp thoả

hiệp giữa các phương pháp MMF và cực đại hoá thông lượng thuần tuý (không cân bằng).

Để giải quyết vấn đề này có thể sử dụng một nguyên lý cân bằng gọi là cân bằng tỉ lệ (PF -

Proportional Fairness).

Nguyên lý cân bằng tỉ lệ sử dụng tiêu chí mục tiêu lợi nhuận (revenue objective), cụ

thể là cực đại hoá tổng giá trị logarit (tự nhiên) của các khối lượng được gán cho các nhu

cầu. Lí do để sử dụng hàm logarit là nó không cho phép việc gán khối lượng bằng 0 cho các

nhu cầu (điều này sẽ làm cho lợi nhuận bằng - ), ngoài ra nó cũng làm cho việc gán quá

nhiều khối lượng cho một nhu cầu nào đó trở thành không có lợi. Lưu ý rằng hàm mục tiêu

ở đây là không tuyến tính.

Xuất phát từ quan điểm của khách hàng, giải pháp PF ít cân bằng hơn giải pháp

MMF, song vì ưu tiên cho các luồng ngắn hơn, nên giải pháp PF lại hiệu quả hơn về mặt

thông lượng. Nhìn chung, có thể nói rằng giải pháp PF tốt hơn MMF về mặt thông lượng,

song phải trả giá về tính cân bằng đối với người sử dụng. Như vậy, PF có thể được xem như

là một sự thoả hiệp giữa MMF và cực đại hoá thông lượng.

2.4. Kết luận Chƣơng 2

Chương này giúp ta tìm hiểu các mô hình mạng đa lớp và các vấn đề kỹ thuật xảy ra

trong mạng đa lớp và từ đó đi vào xây dựng mô hình hóa các bài toán thiết kế và tối ưu

mạng đa lớp. Bài toán mô hình hóa và tối ưu mạng đa lớp là vấn đề mà các nhà thiết kế

mạng rất quan tâm để tìm ra phương án tối ưu nhất. Trong chương này cũng đã đưa ra các

phương pháp tối ưu các mô hình thiết kế nhằm mang lại hiệu quả cao. Tùy thuộc vào mục

đích và điều kiện mà áp dụng mô hình tối ưu một cách hợp lý nhất. Trong chương tiếp theo

chúng ta sẽ xem xét các phương pháp giải bài toán tối ưu mạng đa lớp.

12

Chƣơng 3- PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ TỐI ƢU MẠNG DỰA

TRÊN MÔ HÌNH MẠNG ĐA LỚP

3.1. Các vấn đề liên quan đến thiết kế mạng đa lớp

3.1.1. Tiêu chí đánh giá yếu tố ảnh hưởng đến tối ưu mạng

Một mạng truyền thông cần truyền lưu lượng trên các tuyến truyền dẫn với dung

lượng (băng thông) khác nhau. Lưu lượng này có thể được định tuyến qua các đường khác

nhau để đến đích. Yêu cầu đặt ra cho thiết kế mạng là: phải đảm bảo chất lượng dịch vụ

(QoS), đồng thời phải đảm bảo hiệu quả kinh tế của mạng. Điều đó có nghĩa là việc thiết kế

mạng phải đảm bảo tối ưu theo các mục tiêu đề ra. Chúng ta cần có đủ băng thông trên

mạng để truyền lưu lượng, giảm tỷ lệ từ chối cuộc gọi hoặc giảm độ trễ trung bình truyền

gói dữ liệu trên mạng nhưng cũng phải tiết kiệm băng thông và giảm chi phí.

Trong môi trường mạng đa lớp được hình thành trong việc thiết lập giữa lớp truyền

tải và lớp lưu lượng (traffic-transport). Trong đó thì tại lớp truyền tải (transport network)

bao gồm các mạng chuyển mạch thoại và lớp lưu lượng bao gồm các mạng lưới truyền dẫn

cơ bản. Khi nhu cầu trong mạng được hình thành thì lúc đó lưu lượng sẽ đi từ điểm này đến

một điểm khác trong mạng, lúc đó cần một khả năng thiết lập một liên kết trực tiếp nhằm

đảm bảo khả thi về truyền tải lưu lượng.

Trên cơ sở đó, vấn đề thiết kế tối ưu mạng dựa trên mô hình mạng đa lớp phụ thuộc

vào các yếu tố nhu cầu lưu lượng, mạng lưới truyền tải và định tuyến đường đi. Việc khắc

phục và tối ưu hóa được ba yếu tố trên sẽ giúp ích rất lớn trong việc khai thác mạng cũng

như đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS. Hiệu quả mang lại rất lớn, cụ thể ở đây khi tối ưu trên

mạng đa lớp, là đảm bảo tối ưu cả về truyền tải và lưu lượng, đồng thời đảm bảo nhu cầu

không bị mất do lỗi về mặt kết nối dữ liệu (ở đây lưu lượng có thể được định tuyến trên

đường khác) và không bị mất dữ liệu do khối lượng nhu cầu đặt ra quá lớn.

3.1.2. Vấn đề định cỡ trong mạng hai lớp và mở rộng đa lớp mạng

3.1.2.1. Vấn đề định cỡ trong mạng hai lớp

3.1.2.1. Vấn đề định cỡ trong mạng đa lớp

3.2. Giải quyết vấn đề thiết kế mạng đa lớp sử dụng phƣơng pháp tối ƣu hóa

3.3. Giải bài toán thiết kế tối ƣu mạng dựa trên mô hình mạng đa lớp

3.3.1. Mô hình cấu trúc thiết kế phục hồi mạng đa lớp

13

Giả định rằng không hạn chế các cơ chế phục hồi đường dẫn trong những lớp mà cho

phép cấu hình lại luồng. Có ba vấn đề xảy ra trong vấn đề cấu hình lại luồng giữa các lớp tài

nguyên như sau: trong cả hai lớp (trên và dưới), chỉ trong lớp thấp hơn, và chỉ trong các lớp

trên. Có thể nhận thấy rằng những vấn đề phục hồi trong thiết kế mạng đơn lớp sẽ không

hạn chế cấu hình lưu lượng. Trong phần này sẽ khảo sát các phương pháp tối ưu hóa cho

việc thiết kế phục hồi nhiều lớp.

Ví dụ, hãy xem xét IP qua SDH. Nếu IP định tuyến không cho phép tái định tuyến

khi có lỗi xảy ra và SDH có thể khả năng cấu hình lại, điều này có thể coi như một ví dụ về

khả năng cấu hình lại trong cả hai lớp. Nếu chúng ta xem xét các mạng thoại định tuyến

chuyển mạch qua SDH nơi trung kế định tuyến ở dạng tĩnh, sau đó luồng cấu hình lại chỉ có

thể có trong các lớp trên. Trường hợp cuối cùng là khi không thể hoặc bị vô hiệu hóa khả

năng cấu hình lớp trên, nhưng chỉ có lớp thấp hơn có khả năng cấu hình - một ví dụ là một

mạng riêng IP/VP được cung cấp trên một mạng lưới truyền tải SDH .

3.3.1.1. Tái cấu hình 2 lớp mạng

Bắt đầu với các vấn đề LP thiết kế mạng dễ thất bại, nơi khi các luồng trên các lớp 1

và 2 được giả định là tái cấu hình lại và cấu hình lại không hạn chế.

Có thể hiểu 1 cách đơn giản như sau: khi mà lưu lượng của các liên kết tại lớp trên

linh hoạt, còn các liên kết ở lớp thấp hơn không linh hoạt; khi đó chỉ một phần lưu lượng

nào đó của lớp dưới bị mất mát thì liên kết giữa 2 lớp hoàn toàn có thể bị phá vỡ.

Bài toán định cỡ tái cấu hình cho mạng 2 lớp với lƣu lƣợng không hạn chế

Chỉ số

d=1,2,…D nhu cầu

p=1,2,… dP đường dẫn lên lớp trên đối với nhu cầu d

e=1,2,…,E liên kết của lớp trên

q=1,2,… eQ đường dẫn lớp dưới đối với luồn liên kết e

g=1,2,…G liên kết của lớp dưới

v=1,2,..V nút của lớp trên

s=1,2,….S yêu cầu trạng thái lỗi

Hằng số phụ

dH max , 1,2,...,dsh s S giá trị tối đa nhu cầu d

14

Biến số (tất cả các biến là liên tục và không âm)

dpx lưu lượng được phân bổ cho đường dẫn p thuộc nhu cầu d trong tất cả các bước

ey dung lượng liên kết e

eqsz luồng phân bổ cho đường dẫn q thực hiện dung lượng liên kết e

gu dung lượng kiên kết g

Mục tiêu

Hàm g g v vg vF u Y (3.1a)

Ràng buộc

dsp dpsx H d=1,2,…D s=1,2,…S (3.1b)

, 1,2,...,dps esd p edpx y e E s=1,2,…S (3.1c)

, 1, 2,...,es vs se vea y y e E v=1,2,…V (3.1d)

, 1,2,...,eqs esqz y e E s=1,2,…S e=1,2,…E (3.1e)

, 1,2,...Gqeq eqs gs ge qx u g s=1,2,…S (3.1f)

Có thể thấy rằng ngay cả khi dung lượng các nút lớp trên e không sử dụng trong việc

thiết kế, thì kết quả là vẫn có ý nghĩa. Đây là trường hợp khi dung lượng liên kết chính là

yếu tố chi phối chi phí trong vấn đề tối ưu hóa mạng lưới, nghĩa là, khi các nút được kích

thước tương đương đứng độc lập (hoặc giả định là đã được cài đặt).

Sau đây, bỏ qua dung lượng của các nút lớp trên trong việc xây dựng LP, được sử

dụng trong phần thiết kế xây dựng hai lớp đơn giản (TLDP).

Trường hợp đơn giản trong định cỡ khôi phục 2 lớp với khả năng tái cấu hình

15

x

x

Lớp nhu

cầu

Lớp trên

Lớp dƣới

Nhu cầu d với khối lượng dsh

Luồng 1d sx

Luồng 2d sx

Liên kết e với công suất

trong điều kiện s

Luồng 2 0e sz

Luồng 3e sz

Liên kết g với chi phí cận

biên và công suất gu

esy

Luồng 1 0e sz

g

Hình 3.5. Mạng 2 lớp và trạng thái lỗi

Hàm mục tiêu

Tối thiểu g ggF u

Với điều kiện ràng buộc

dps dspx h , d= 1,2,…,D s=1,2,..,S

edp dps esd px y , e= 1,2,…,E s=1,2,..,S

eqs esqz y , e = 1,2,.., E; s=1,2,…S

geq eqs gs gke qz u , g=1,2,.., G s=1,2,..,S

Vấn đề TLDP được chỉ ra trên Hình 3.5, khối lượng hds của yêu cầu d trong trạng thái

s có thể được thực hiện bởi 2 luồng đó là: xd1s và xd2s ở lớp trên. Trong trường hợp này 2

liên kết ở lớp thấp hơn bị lỗi vì lưu lượng yes có thể được thực hiện bằng luồng ze3s tại lớp

thấp hơn trong khi mà cả 2 luồng ze1s và ze2z đều sử dụng sai liên kết.

16

3.3.1.2. Tái cấu hình lớp thấp hơn

Trường hợp phục hồi đơn lớp tức là chỉ lớp thấp hơn mới có khả năng tái cấu trúc

còn lớp trên không có khả năng thay đổi.

Phát biểu bài toán

Hằng số phụ

dH max , 1,2,...,dsh s S giá trị tối đa nhu cầu d

Biến số (tất cả các biến là liên tục và không âm)

dpx lưu lượng được phân bổ cho đường dẫn p thuộc nhu cầu d trong tất cả các bước

ey dung lượng liên kết e

eqsz luồng phân bổ cho đường dẫn q thực hiện dung lượng liên kết e

gu dung lượng kiên kết g

Mục tiêu

Hàm g ggF u (3.2a)

Ràng buộc

dp dpx H d=1,2,…D (3.2b)

, 1,2,...,dp ed p edpx y e E (3.2c)

, 1,2,...,eqs eqz y e E s=1,2,…S (3.2d)

, 1,2,...Gqeq eqs gs ge qx u g s=1,2,…S (3.2e)

Trong mô hình mạng này, các luồng và lưu lượng liên kết ở lớp trên được giữ cố

định; nói cách khác các yêu cầu sẽ không bị sai sót gì. Bởi vì theo cách đánh giá của chúng

ta thì các liên kết (ở lớp trên) là hoàn toàn đáng tin cậy. Còn đối với lớp thấp hơn tuân theo

cơ chế tự phục hồi để giải quyết những liên kết bị lỗi (ở lớp thấp hơn) và làm cho những lỗi

đó mất đi khi lớp trên tham chiếu vào. Điểm bất lợi mà ta có thể nhận thấy là sự hạn chế

trong việc tái cấu trúc là với mọi yêu cầu đều phải giống như khối lượng yêu cầu thực hiện

ở tất cả các trạng thái dù điều này không thực sự cần thiết.

17

3.3.1.3. Phục hồi cấu hình lớp trên

Trường hợp thứ 3, luồng và lưu lượng liên kết của lớp trên được tái cấu trúc trong

khi giữ nguyên lớp thấp hơn.

Phát biểu bài toán

Biến số (tất cả các biến là liên tục và không âm)

dpsx lưu lượng được phân bổ cho đường dẫn p thuộc nhu cầu d trong tất cả các bước

trong s

esy dung lượng liên kết e trong s

eqz luồng phân bổ cho đường dẫn q thực hiện dung lượng liên kết e

gu dung lượng kiên kết g

Mục tiêu

Hàm g ggF u (3.3a)

Ràng buộc

dsp dpx H d=1,2,….,D s=1,2,…S (3.3b)

, 1,2,...,dps esd p edpx y e E s=1,2,…S (3.3c)

, 1,2,...,eqs eqs esqz y e E s=1,2,…S e=1,2,…,E (3.3d)

, 1,2,...Gqeq eqs ge qx u g s=1,2,…S (3.3e)

3.3.2. Phương pháp khai triển phân rã trong thiết kế mạng đa lớp

Mục đích chính của việc sử dụng phân rã (decomposition) là để giảm kích cỡ của vấn

đề LP bằng cách sử dụng công cụ giải LP (LP solver). Trong khi thiết kế mạng đa lớp phục

hồi, số lượng các biến dòng trong công thức ban đầu sẽ là quá lớn để ứng dụng cho các

mạng lưới thực tế. Việc sử dụng các công thức nguyên thủy LP cho kết quả đúng chỉ khi số

lượng biến hạn chế; trong trường hợp các biến của các mạng quá lớn các tài nguyên máy

tính có sẵn có thể dễ dàng bị vượt quá, như vậy sẽ xuất hiện lỗi khi thiết kế và tính toán

trong mạng. Bởi vậy việc sử dụng thuật phân rã là rất cần thiết để giảm thiểu cũng như khắc

phục tối đa hiện tượng này.

18

3.3.2.1. Phương pháp cực đại hoá Subgradient

3.3.2.2. Phân rã Bender

3.4. Tính khả thi trong việc áp dụng mô hình thiết kế tối ƣu mạng

3.4.1. Mạng IP/MPLS/SDH

Công nghệ đa lớp đã phát triển với nhiều kiểu và lớp mạng khác nhau. Ví dụ minh

họa cho trường hợp mạng 3 lớp đó là IP over MPLS over SDH. Trong trường hợp này lưu

lượng truy cập dữ liệu người dùng (là các gói) vào một mạng IP tại một router lối vào và rời

khỏi mạng tại một router đi ra. Điểm nổi bật của công nghệ MPLS là chuyển tiếp lưu lượng

nhanh, khả năng linh hoạt, đơn giản và điều khiển phân luồng.

Ý tưởng chính của MPLS là sử dụng nhãn để quyết định chặng kế tiếp, nên router

làm việc ít hơn và hoạt động gần giống như switch. Vì các nhãn thể hiện các tuyến đường

trong mạng nên ta có thể điều khiển chính xác quá trình xử lý lưu lượng bằng cách dùng các

chính sách gán nhãn. Ở chặng router đầu tiên, router chuyển gói tin dựa vào địa chỉ đích,

xác định nhãn thích hợp tùy vào FEC để gán nhãn cho gói và chuyển gói đi tiếp. Ở chặng kế

tiếp, LSR dùng giá trị nhãn để xác định nút tiếp theo cần chuyển gói, gán nhãn mới rồi

chuyển gói đi tiếp. Lần lượt, liên kết cho các mạng MPLS được kết nối trên mạng SDH sử

dụng khả năng kết nối chéo (cross-connecting). Kiến trúc mạng lớp này là thể hiện trong

Hình 3.2.

R1

R2

R3

M1

M4M2

M3

S1

S2

S3

MPLS

IP

SONET

Hình 3.3. Công nghệ đa lớp mạng: IP trên MPLS trên SDH

19

Đề cập đến IP qua SDH, ở mô hình này thì IP là lớp trên (upper layer) và SDH là lớp

dưới (lower layer), hai lớp ở đây đề cập đến hai lớp tài nguyên, mối quan hệ chung giữa

khối lượng nhu cầu và tài nguyên (resourses).

3.4.2. Hệ thống thông tin quang, các mạng SONET/SDH và WDM

Cơ chế bảo vệ chung trong kỹ thuật thông tin quang hỗ trợ cho các hệ thống truyền

tải SONET/SDH là dự phòng nóng 1+1 (hoặc 1:1) có chức năng chuyển mạch bảo vệ tự

động (APS). APS được hoạt hóa giữa bất kỳ hai nút đầu cuối của hệ thống truyền tải quang.

Chẳng hạn APS 1:1 có thể phục hồi một hệ thống đường quang đơn giản giữa hai nút đầu

cuối bằng việc chuyển mạch tín hiệu từ đường quan cơ bản sang đường quang bảo vệ. Nếu

đường quang bảo vệ là một phần của đường cáp quang đi sau đường phân tập về mặt vật lý

từ đường cáp quang cơ bản, thì chúng ta có thể dành được sự bảo vệ, khác hẳn với đường

cáp quang cơ bản đơn giản. Do vậy, đối với APS, mô hình thiết kế dung lượng phục hồi cho

bảo vệ bằng đường dự phòng nóng DR/CF/BR/CC/LIN/PP+HS có thể áp dụng được trong

lớp quang (lớp vật lý) với các cấu trúc phân bố vật lý được dùng như các chuyển mạch.

DVU điển hình cho hệ thống SONET/SDH là VT-1.5/VC-12 hoặc STS-3/VC-4 tùy

thuộc vào lớp con được xem xét. Dung lượng liên kết được xác định bởi số sợi quang hoạt

động giữa hai đầu cuối cũng như dung lượng kết cuối của hệ thống truyền dẫn SONET/SDH

trên đường quang. Tất cả các kết cuối như vậy đều có tốc độ là bội số của OC-3/STM-1. Do

vậy, LCU có thể được xem xét như là tích hợp của DVU, và LCU cũng có thể dùng OC-

3/STM-1 như là một đơn vị cơ bản.

Điển hình cho hệ số sẵn sàng liên kết trong mạng SONET/SDH (và WDM) là coi hệ

số là giá trị nhị phân, hay nói một cách khái quát, các đường truyền dẫn tương đương

với các đường ống. Cũng theo cách đó, hầu hết các lỗi nói chung là các lỗi liên kết đơn.

Hiện nay, hầu hết các thiết bị chuyển mạch tại các nút của mạng lõi SONET/SDH là

hệ thống kết nối chéo số (DSC) có khả năng chuyển tín hiệu STS-3/VC-4 (hoặc tốc độ thấp

hơn) và được sử dụng cho việc lập (tái lập) các đường truyền dẫn. Các hoạt động này được

điều khiển bằng nhân công từ các trung tâm quản lý mạng, theo đó việc thực hiện phục hồi

liên kết và đường khi nhu cầu sinh ra. Quá trình phục hồi sử dụng phần dung lượng chia sẻ

chung; do đó, các mô hình thiết kế định tuyến, luồng và dung lượng của phục hồi liên kết và

tái lập luồng nhu cầu được áp dụng ở đây. Chắc chắn, phần lớn giải pháp chung trong phục

hồi nhân công là phục hồi liên kết hoặc đường dự phòng đơn như đã mô tả ở các mô hình

DR/CF/BR/CC/LIN/LR+SBP, và DR-SD hoặc DR-F.

20

Khả năng tự động của cơ chế tái lập sử dụng dung lượng bảo vệ chia sẻ, mặc dù khả

thi về mặt kỹ thuật, nhưng không được sử dụng phổ biến trong mạng SONET/SDH hiện

nay. Điều đạt được nhất về mặt kỹ thuật là bảo vệ liên kết tự động với thời gian phục hồi từ

hàng chục mini giây đến hàng giây.

Ứng dụng phổ biến của SONET/SDH trong xây dựng các vòng SONET (tức SDH)

không chỉ với cả các vòng chuyển mạch đường vô hướng (UPSR: Uni-directional path-

switched rings) mà cả các vòng chuyển chuyển mạch đường có hướng (BLSR: Bi-

directional line-switched rings). Bảo vệ trong UPSR dựa trên phiên bản đơn giản của

nguyên tắc bảo vệ đường (chẳng hạn như lớp VT-1.trong vòng OC-3 SONET, hay lớp VC-

12 trong vòng STM-1 SDH) và thực tế là không cần mô hình tối ưu hóa (do định cỡ UPSR là

không đáng kể). Mặt khác, bảo vệ đường trong BLSR là ứng dụng đơn giản của cơ chế phục

hồi liên kết (lớp STS-3 trong OC-3, hoặc VC-4 trong SDH). Thời gian phục hồi trong vòng

rất ngắn, dưới 50 ms.

Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM dựa trên sử dụng các bước sóng

khác nhau trong một đường quang để thực hiện truyền tải trên hệ thống truyền dẫn quang

tương ứng (điển hình là OC-48/STM-16). Mạng lõi WDM sử dụng các chuyển mạch kết nối

chéo quang có khả năng chuyển mạch bước sóng (cũng gọi là chuyển mạch ) để tạo lập

đường quang. Do khối lượng nhu cầu trong mạng WDM được định tuyến theo bước sóng,

các mô hình phục hồi mạng cần xem xét đến các luồng nguyên (như trong trường hợp

SONET/SDH). Hiện nay, sự phục hồi trong mạng WDM chủ yếu là phục hồi đường đi. Do

đó, biểu thức tối ưu đi kèm có thể được áp dụng cho cơ chế phục hồi dự phòng đơn. Mạng

WDM có kết nối chéo chuyển đổi bước sóng sẽ đưa tới cho ta những bài toán phục hồi quan

trọng.

Cuối cùng, chúng ta có thể hy vọng rằng các mạng quang trong tương lai (như mạng

ASON) với cơ chế bảo vệ/phục hồi liên kết/dự phòng sẽ được xem xét và cũng như áp dụng

một cách rộng rãi, mở ra nhiều ứng dụng mới của các mô hình thiết kế. Đồng thời, chúng ta

cũng mong rằng việc bảo vệ nguồn tài nguyên cũng được thực hiện trong các lớp khác nhau

của mạng đa lớp. Chẳng hạn, các nhóm trung kế của lớp lưu lượng chuyển mạch kênh

(mạng IP) có thể bảo vệ 100% tại phía dưới lớp mạng truyền tải, như mạng SONET/SDH

quang đồng bộ, và tiếp đến là mạng chuyển mạch kênh quang được coi như mạng bền vững

khắc phục được lỗi. Trong trường hợp đó, mặc dù sự phục hồi được thực hiện trong mạng

truyền tải và các luồng cuộc gọi (gói) đơn giản không nhận ra bất kỳ lỗi nào. Tương tự, các

21

liên kết trong lớp SONET/SDH có thể được bảo vệ dưới lớp vật lý (sợi quang) bằng phương

thức APS. Đây là một quy tắc chung: tài nguyên của một lớp mạng có thể được bảo vệ trong

lớp tài nguyên thấp hơn kế đó.

3.4. Kết luận Chƣơng 3

Chương này đi sâu vào những vấn đề cụ thể của bài toán tối ưu mạng dựa trên mô

hình mạng đa lớp. Trong nội dung chương đã trình bày phát biểu bài toán cơ sở và các

phương pháp hiệu chỉnh nó để đưa ra các bài toán phục vụ cho nhiều mục tiêu tối ưu khác

nhau. Hai nội dung quan trọng của chương là trình bày về việc áp dụng mô hình cấu trúc

mạng đa lớp và áp dụng phương pháp triển khai phân rã dựa vào các hàm toán học là phân

rã Bender và Phương pháp cực đại hoá Subgradient. Các phương pháp trên đã được ứng

dụng một cách hiệu quả trông việc giải quyết các vấn đề thiết kế tối ưu mạng đơn lớp trên

cơ sở đó là tiền đề để phát triển mạng đa lớp.

22

KẾT LUẬN

Qua một thời gian tìm hiểu, nghiên cứu tôi đã hoàn thành nội dung và mục tiêu đặt ra

trong cuốn luận văn của mình. Quá trình thực hiện luận văn đã giúp tôi tìm hiểu sâu sắc về

các cơ chế hoạt động cũng như các phương pháp xây dựng bài toán cho mục tiêu thiết yếu là

tối ưu mạng. Nhìn chung, cơ chế hoạt động của mạng đa lớp khá phức tạp nên mục tiêu của

luận văn tập trung vào tìm hiểu về cơ chế hoạt động mạng đa lớp từ đó đưa ra được phương

hướng thiết kế tối ưu mạng dựa trên mô hình mạng đa lớp.

Với mục tiêu đề ra như vậy, luận văn đã đạt được các kết quả chính sau đây:

- Nghiên cứu tổng quan về kĩ thuật mạng đa lớp

- Nghiên cứu các phương pháp thiết kế và tối ưu mạng.

- Phương pháp giải bài toán thiết kế tối ưu mạng dựa trên mô hình mạng đa lớp.

Việc xây dựng và phát triển mạng viễn thông cũng như áp dụng các công nghệ viễn

thông mới là vô cùng cấp thiết. Nó giúp cho các nhà khai thác giảm tải tối đa tài nguyên

mạng, tránh tình trạng lỗi hệ thống cũng như tiết kiệm chi phí khi đưa vào khai thác sử

dụng, việc đưa vào khai thác vận hàng các công nghệ mới là rất cần thiết. Chính vì vậy, việc

thiết kế và tối ưu mạng dựa trên mô hình mạng đa lớp sẽ mang lại những lợi ích to lớn cho

ngành viễn thông, nó là tiền đề để phát triển mạng viễn thông sau này.

Tuy trong quá trình thực hiện nội dung luận văn bản thân tôi đã có nhiều nỗ lực cố

gắng, song vẫn còn tồn tại nhiều điểm chưa hoàn thiện được. Các kết quả nghiên cứu mới

dừng lại chủ yếu về mặt lý thuyết, chưa đi sâu vào phân tích ứng dụng thực tiễn, nội dung

luận văn chưa đưa ra những kết quả mô phỏng từ các mô hình mạng. Trong điều kiện thời

gian cho phép, tôi sẽ tiếp tục nghiên cứu để thực hiện hoàn thành những vấn đề đã nêu trên.