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 thơng I,
Học viện Cơng nghệ Bưu chính Viễn thơng
Email: , ,
lưới tần số cố định hay các hạn chế về khả năng cung cấp linh
hoạt dịch vụ với băng thông thay đổi [2]. Vì vậy, để giải quyết
những hạn chế của cơng nghệ mạng lõi hiện tại, công nghệ
mạng quang lưới bước sóng linh hoạt (Elastic Optical Network
- EON) đã được đề xuất và nghiên cứu triển khai với tư cách là
công nghệ mạng đường trục hứa hẹn cho mạng Internet tương
lai gần [3]. Mạng quang lưới bước sóng linh hoạt sử dụng lưới
tần số linh hoạt có khả năng tận dụng hiệu quả băng tần sợi
quang và cung cấp dịch vụ với băng thông linh hoạt (từ các dịch
vụ tốc độ thấp đến các dịch vụ tốc độ cao và siêu cao). Bên cạnh
đó, nhằm giải quyết triệt để các khó khăn tồn tại trong kỹ thuật
điều khiển mạng hiện tại, cũng như để tạo sự linh hoạt trong
vấn đề quản lý, điều khiển và triển khai dịch vụ mới, kỹ thuật
mạng định nghĩa bằng phần mềm (Software-Defined
Networking - SDN) đã được nghiên cứu và đề xuất cho mặt
phẳng điều khiển, quản lý và ứng dụng của các hệ thống mạng
tương lai [4-5]. Giải pháp kết hợp giữa công nghệ mạng điều
khiển bằng phần mềm và công nghệ mạng quang lưới bước sóng
linh hoạt hứa hẹn cho phép hiện thực hóa việc cung cấp động
các dịch vụ kết nối băng thông linh hoạt trên cơ sở hạ tầng linh
hoạt có khả năng tùy biến cao, tạo điều kiện cho các nhà cung
cấp dịch 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 loại hình dịch vụ khác nhau [6-8].

Hầu hết các nghiên cứu cho đến nay đều chủ yếu tập trung
vào các mạng quang lưới bước sóng linh hoạt định nghĩa bằng
phần mềm đơn miền [6]. Tuy nhiên, kiến trúc mạng đa miền là
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
được áp dụng trong một số trường hợp thực tế như hoạt động
phối hợp liên mạng khi triển khai các thiết bị của nhiều nhà
cung cấp khác nhau, khi phân chia mạng thành các phân vùng,
khu vực để tăng cường khả năng nâng cấp và quản lý hiệu quả
mạng cũng như nhằm hạn chế tầm với dịch vụ và quản lý các
kịch bản mạng với các nút mạng phân tán do đặc điểm địa lý
hay do nhu cầu quản lý theo vùng [11-13]. Để hiện thực hóa
được các mạng quang lưới bước sóng linh hoạt đa miền định
nghĩa bằng phần mềm, nhiều cơ chế điều khiển và quản lý mạng
được thực hiện, nổi bật lên nhà cơ chế điều phối chung (tương
tự như kiến trúc PCE phân tầng) đã được nghiên cứu và đề xuất
[11]. Các phương pháp điều khiển và quản lý phân tầng này địi
hỏi phải có một thiết bị điều phối SDN ở trung tâm cho mỗi một

Abstract—Giải pháp kết hợp giữa công nghệ mạng điều khiển bằng
phần mềm và công nghệ mạng quang lưới bước sóng linh hoạt
(EON) hứa hẹn cho phép hiện thực hóa việc cung cấp động các
dịch vụ kết nối băng thông linh hoạt trên cơ sở hạ tầng linh hoạt
có khả năng tùy biến cao, tạo điều kiện cho các nhà cung cấp dịch
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
loại hình dịch vụ truyền thơng và Internet hiện tại và trong tương
lai gần. Bài báo này đề xuất giải pháp điều khiển động đa miền cho
mạng quang lưới bước sóng linh hoạt định nghĩa bằng phần mềm
(SD-EON) sử dụng kỹ thuật định tuyến dựa trên các tham số phản

ánh chất lượng truyền dẫn (QoT) và cơ chế đặt trước tài nguyên
linh hoạt. Trong giải pháp được đề xuất này, các bộ điều khiển
SDN của các mạng quang lưới bước sóng linh hoạt phối hợp hoạt
động với nhau theo cơ chế điều khiển phân tán trong đó, các bộ
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
yêu cầu thiết lập/giải phóng kết nối quang. Việc định tuyến được
thực hiện thông qua cơ chế phát quảng bá yêu cầu và lựa chọn
tuyến đường khả dụng ngắn nhất theo chất lượng truyền dẫn và
cơ chế đặt trước tài nguyên linh hoạt được áp dụng để làm tăng độ
khả dụng của tuyến quang và tránh xung đột phổ tần trong mạng.
Hiệu năng của giải pháp đề xuất được đánh giá bằng phương pháp
mô phỏng số và được đối sánh với giải pháp truyền thống dựa trên
thuật toán đường đi ngắn nhất. Kết quả mô phỏng đạt được cho
thấy giải pháp được đề xuất có hiệu năng vượt trội so với giải pháp
truyền thống.
Keywords- Mạng định nghĩa bằng phần mềm, truyền thơng
quang, mạng quang lưới bước sóng linh hoạt, định tuyến và gán phổ
tần.

I.

GIỚI THIỆU

Lưu lượng Internet đang phát triển bùng phát trong suốt thập
kỷ vừa qua do sự phát triển đa dạng của các loại hình dịch vụ
hướng video như video theo yêu cầu, mạng xã hội, dịch vụ chia
sẻ video, … cũng như do sự xuất hiện của nhiều loại hình dịch
vụ băng thơng siêu cao mới (3D/4k TV, điện toán đám mây, …)
[1]. Nhu cầu lưu lượng vẫn đang ngày càng gia tăng này không

chỉ đặt ra yêu cầu ngày càng cao không chỉ về số lượng, chất
lượng mà cịn cả về sự linh hoạt trong băng thơng và trong việc
triển khai và cung cấp dịch vụ của mạng lưới. Trong q trình
thích ứng với các nhu cầu lưu lượng mới, mạng đường trục
quang với công nghệ cơ bản hiện tại là WDM đang gặp phải rất
nhiều thách thức do những hạn chế về kỹ thuật như việc sử dụng

218


vùng mạng hoặc một hệ thống tự vận hành (AS). Mặt khác, kịch
bản điều khiển mạng SD-EON đa miền phân tán cũng được mô
tả trong [11, 13], nhưng kịch bản này tập trung vào việc quản
lý chỉ hai miền đơn giản mà chưa quan tâm đến khả năng định
tuyến liên miền – một trong các yêu cầu thiết yếu của mạng đa
miền. Do vậy, việc phát triển một giải pháp điều khiển động có
khả năng hỗ trợ kết nối đầu cuối đến đầu cuối một cách hiệu quả
trong khi vẫn thỏa mãn được các yêu cầu của mạng đa miền như
tính bảo mật, tính độc lập về chính sách của mỗi miền, … là vơ
cùng cần thiết.
Bên cạnh đó, trong mạng truyền thơng quang, chất lượng tín
hiệu quang truyền dẫn trong mạng quang bị suy giảm do ảnh
hưởng bởi các yếu tố trong truyền thông quang như méo, nhiễu,
… gọi chung là các yếu tố ảnh hưởng vật lý (physical
impairments) [14-15]. Những yếu tố ảnh hưởng vật lý được tích
lũy dần dọc theo tuyến truyền dẫn và làm giảm khả năng truyền
đi xa của tín hiệu; giới hạn tầm với quang khả dụng-khoảng
cách lớn nhất mà tín hiệu quang có thể truyền được đi mà không
cần đến các bộ lặp hay khuếch đại. Ảnh hưởng của các yếu tố
ảnh hưởng vật lý này trở nên nghiêm trọng hơn đối với các

mạng đa miền do khoảng cách truyền dẫn trong các mạng đa
miền thường lớn hơn nhiều các mạng đơn miền. Do vậy, những
ảnh hưởng này cần được xem xét trong quá trình định tuyến
cũng như trong việc lựa chọn và gán khuôn dạng điều chế.
Trong bài báo này, chúng tôi đề xuất một giải pháp điều
khiển động cho mạng quang lưới bước sóng linh hoạt định
nghĩa bằng phần mềm đa miền bằng cách sử dụng kết hợp giữa
kỹ thuật định tuyến theo các tham số chất lượng truyền dẫn và
cơ chế đăng ký trước tài nguyên linh hoạt. Quá trình định tuyến
được thực hiện thông qua cơ chế quảng bá yêu cầu và lựa chọn
tối đa hai tuyến đường khả dụng gần nhất, trong khi phổ tần và
phương thức điều chế được lựa chọn bằng việc kết hợp xem xét
ảnh hưởng của các yếu tố ảnh hưởng vật lý đến chất lượng
truyền. Nhờ vậy, các bộ điều khiển SDN của các miền mạng
phối hợp hoạt động với nhau theo cơ chế điều khiển phân tán
trong đó, các bộ 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 yêu cầu thiết lập/giải phóng kết nối quang.
Bên cạnh đó, nhằm tận dụng được triệt để các ưu điểm của kỹ
thuật kết nối mạng định nghĩa bằng phần mềm trong khi vẫn
tránh được vấn đề "đăng ký trước quá nhiều" (“overreservation”), trong giải pháp này, chúng tôi cũng đề xuất sử
dụng cơ chế đăng ký trước tài nguyên kép (multiple (double)
reservation mechanism) cải tiến linh hoạt nhằm giảm thiểu xung
đột phổ tần và tăng cường độ khả dụng của các tuyến quang.
Hiệu năng của giải pháp đề xuất được đánh giá bằng phương
pháp mô phỏng số và được đối sánh với giải pháp truyền thống
sử dụng thuật tốn đường đi ngắn nhất (ví dụ, giải pháp
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
pháp truyền thống.


Trong các mạng quang lưới bước sóng linh hoạt định nghĩa
bằng phần mềm đa miền được xem xét trong khuôn khổ bài báo
này, mỗi vùng (miền) mạng bao gồm các chuyển mạch quang
băng tần khả chỉnh được điều khiển bởi các agent định nghĩa
bằng phần mềm (ví dụ: OpenFlow agent) và một bộ điều khiển
SDN dành riêng như là NOX, Ryu, OpenDaylight, … Bộ điều
khiển SDN dành riêng dùng để cập nhật/trao đổi thông tin và
điều khiển các thiết bị chuyển mạch quang thông qua các SDN
agent và giao thức OpenFlow [9-11]. Nhờ kiến trúc điều khiển
tập trung trong mỗi miền, các bộ điều khiển SDN của mỗi miền
mạng có thể dễ dàng quản lý và bảo trì các thơng tin nội miền
như là tính khả dụng của các khe phổ tần trên các liên kết mạng
mà không yêu cầu thêm nhiều thông tin bổ sung trong mặt phẳng
điều khiển. Các bộ điều khiển này cũng có khả năng thực hiện
định tuyến và gán phổ tần nội mạng cùng việc điều khiển động
các hệ thống trong mạng để cung cấp các kết nối đầu cuối-đếnđầu cuối dựa trên các kết quả định tuyến đó. Tuy nhiên, để phối
hợp hoạt động và điều khiển giữa các miền mạng với nhau,
người ta đã đưa ra nhiều giải pháp khác nhau và phân theo hai
hướng tiếp cận chính là điều khiển tập trung và điều khiển phân
tán.
Trong kỹ thuật điều khiển liên miền tập trung, giải pháp sử
dụng bộ điều phối SDN đang rất được quan tâm nghiên cứu và
triển khai thử nghiệm [8-9]. Trong kỹ thuật này, người ta sử
dụng một bộ điều khiển SDN kết nối với tất cả các bộ điều khiển
SDN nội miền của các miền mạng để điều phối chung cho toàn
bộ mạng lưới (hoặc một trong các bộ điều khiển SDN nội vùng
đóng vai trị điều phối) [9]. Giải pháp này có nhược điểm là bộ
điều phối SDN yêu cầu được thông báo và cập nhật thông tin
định tuyến và điều khiển của tất cả các miền mạng khác, do vậy,

vị trí đặt bộ điều phối này cũng như việc phân quyền quản lý hệ
thống cho các nhà cung cấp viễn thông trở thành vấn đề nan giải
để đảm bảo hiệu năng điều khiển chung của mạng.
Trong khi đó, kỹ thuật điều khiển phân tán cũng đang cho
thấy nhiều tiềm năng trong việc quản lý và điều khiển hiệu quả
mạng quang lưới bước sóng linh hoạt định nghĩa bằng phần mềm
đa miền. Ưu điểm nổi bật của kỹ thuật này là các bộ điều khiển
SDN của các miền mạng chỉ chia sẻ thông tin và điều phối hoạt
động cùng các bộ điều khiển miền mạng kề cận nó. Điều này
giúp đơn giản hóa tiến trình điều khiển, tăng khả năng thích nghi
với các trạng thái miền mạng và đảm bảo tính độc lập tối đa cho
mỗi miền. Một trong các đề xuất giải pháp điều khiển phân tán
đáng chú ý nhất được công bố trong [13], tuy nhiên, giải pháp
này chỉ nhắm đến mạng hai miền đơn giản, khó mở rộng cho các
mạng đa miền cũng như không xem xét đến định tuyến trong
mạng lớn và xử lý xung đột khi đăng ký sử dụng tài nguyên.
B. Ước lượng chất lượng truyền dẫn (QoT) trong mạng
quang lưới bước sóng linh hoạt
Chất lượng tín hiệu quang truyền dẫn trong mạng quang bị
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
là nguyên nhân làm giới hạn tầm với quang khả dụng [14-15].
Chính vì thế, trong q trình định tuyến cho các kết nối quang,
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.
Trong nghiên cứu này, chúng tôi sẽ sử dụng tham số tỉ lệ tín
hiệu quang trên nhiễu (OSNR) để làm cơ sở đánh giá chính.

II. GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CHO MẠNG SDEON ĐA MIỀN DỰA VÀO CHẤT LƯỢNG TRUYỀN DẪN
VÀ CƠ CHẾ ĐẶT TRƯỚC TÀI NGUYÊN LINH HOẠT

A. Mạng quang lưới bước sóng linh hoạt định nghĩa bằng
phần mềm điều khiển phân tán

219


Tỉ lệ tín hiệu quang trên nhiễu (OSNR) được định nghĩa theo
công thức như sau [17],
OSNR 

Ptx
PASE  PNLI

mạng/liên vùng cho các mạng quang lưới bước sóng linh hoạt
định nghĩa bằng phần mềm đa miền, thay vì sử dụng một bộ
điều phối SDN để điều khiển/điều phối hoạt động của tất cả các
bộ điều khiển SDN của các vùng mạng như thông thường,
chúng tôi đề xuất ứng dụng cơ chế điều khiển phân tán giữa các
bộ điều khiển vùng trong đó, các bộ 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 u cầu thiết lập/giải
phóng kết nối quang. Ngồi ra, để tận dụng được các ưu điểm
của kỹ thuật kết nối mạng định nghĩa bằng phần mềm và tăng
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
chọn đường đi nhằm giảm thiểu sự phân mảnh phổ tần sẽ được
sử dụng trong giải pháp đề xuất để thiết lập kết nối quang phục
vụ các yêu cầu dịch vụ bước sóng quang với băng thơng linh
hoạt.


(1)

trong đó, Ptx là cơng suất thu được của tín hiệu quang tại kênh
bước sóng được lựa chọn, PASE là cơng suất nhiễu ASE và PNLI
là công suất nhiễu phi tuyến.
Trong khi cơng suất thu được của tín hiệu quang bị suy giảm
theo khoảng cách truyền dẫn (chiều dài sợi quang) và cũng phụ
thuộc vào hệ số suy hao sợi quang () thì cơng suất nhiễu ASE,
PASE, được tính theo cơng thức [18]:
PASE  S ASE .Bo
(2)
với SASE là mật độ phổ công suất của nhiễu ASE và Bo là băng
thông của nhiễu. Ta có,
S ASE  Ns h  G 1 NF
(3)
trong công thức này, G là độ lợi khuếch đại, NF là hệ số tạp âm
(nhiễu) và Ns là số khoảng lặp khuếch đại.
Bên cạnh đó, cơng suất nhiễu phi tuyến, PNLI, được tính xấp
xỉ như sau [18],
3
log  2  2 Nch2 Rs2 Leff 
2
(4)
PNLI    N s 2 Ptx3 Leff
Bo
  2 Rs3
3
với Nch là số kênh trên sợi quang, γ là hệ số phi tuyến của sợi, 2
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

hiệu dụng của sợi quang. Theo định nghĩa, Leff được tính như
sau:
1  e L
(5)
Leff 

Đầu vào:

Đầu ra:

1: Gán nhãn IDs,d cho yêu cầu kết nối;
2: Lập danh sách M chứa các vùng mạng đã tiếp nhận nhãn
IDs,d;
3: Lập danh sách Q chứa các vùng mạng đang xử lý yêu cầu
hiện tại;
// Cho vùng nguồn s vào Q
4: Q.enqueue(s);
// Đánh dấu vùng s đã tiếp
5: M.enqueue(s);



trong đó, L là độ dài khoảng lặp quang và  là hệ số suy hao sợi
quang.
Ngoài ra, SASE và PNLI cũng có thể tính xấp xỉ theo cơng thức
sau đây:
S ASE  4 h KT L tot
(6)






3
log  2  2 Nch2 Rs2 Ltot
2
PNLI     2 Ptx3 Ltot
Bo
  2 Rs3
3

6: while( Q is not empty & d is not
in M)
7: v =Q.dequeue( );
Cập nhật thông tin(QoT, ...) ;
8:
9: For all neighbours w of v in
Graph G
10: if (w is not in M & BER≤
BERthreshold)

(7)

với Ltot là tổng chiều dài tuyến quang, KT là hằng số (KT 1,13
đối với khuếch đại Raman).
Các đại lượng trên được tính dọc theo tuyến truyền dẫn
quang. Tại mỗi bộ điều khiển SDN của mạng, dựa trên các đại
lượng này, tỉ lệ lỗi bít (BER) của hệ thống được ước lượng để
kiểm tra chất lượng của tuyến quang có đảm bảo theo đúng mức
chất lượng yêu cầu (≥BERthreshold) khi đi qua miền mạng do bộ

điều khiển này quản lý theo công thức sau (đối với tín hiệu điều
chế M-QAM) [19]:
1

2 1 
M
BER  
log 2 M



 erfc  3log 2 M SNR 
 2  M  1




2 Bo
2 Bo
OSNR 
OSNR
Rb
Rs log 2 M

11:

Q.enqueue( w );

12:


M.enqueue( w );

13:
14:
15:
16:
17:

endif
endfor
endwhile
if d is in M
Đăng ký trước tài nguyên
kép(M, s,d);
18: else
19:
Chặn kết nối;

(8)

với tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu SNR được tính theo giá trị OSNR
thu được [20]:
SNR 

Bảng 1. Pseudo-code của thuật toán định tuyến
G={V, E} trong đó V và E là tập đỉnh (các vùng mạng)
và tập cạnh (kết nối liên mạng) của mạng liên miền
được các vùng mạng chia sẻ
BERthreshold := Tỉ lệ lỗi bít ngưỡng
s := nguồn

d := đích
Kết nối từ s đến d

nhận yêu cầu
// Thực hiện tiếp khi còn miền
đều đã tiếp nhận yêu cầu và
chưa đạt đến đích
// Vùng mạng v xử lý yêu cầu
kết nối
// Xem xét tất cả các vùng
mạng w kề cận với v
// Nếu w chưa tiếp nhận yêu
cầu kết nối và chất lượng
tuyến vẫn đảm bảo
// Cho vùng w vào danh sách
đã tiếp nhận Q
// Đánh dấu vùng w đã tiếp
nhận yêu cầu

// Kiểm tra kết quả định tuyến
// Đăng ký tài nguyên dọc
tuyến đường và kết nối
// Khơng tìm được đường đi
(Chặn kết nối)

20: endif

(9)

Thuật toán định tuyến được sử dụng trong giải pháp đề xuất

được phát triển dựa trên cơ sở thuật tốn tìm kiếm theo chiều
rộng. Mỗi u cầu kết nối liên mạng sẽ được bộ điều khiển SDN
của vùng mạng nguồn tiếp nhận và khởi phát quá trình xử lý,

C. Nội dung chính của giải pháp đề xuất
Nhằm thực hiện hiệu quả quá trình định tuyến liên

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
khiển vùng đích sẽ quyết định khn dạng điều chế và gán phổ
tần phù hợp. Bộ điều khiển đích sẽ chấp nhận hai tuyến đường
khác nhau (một tuyến chính và một tuyến dự phịng) và trên đó,
cơ chế đăng ký sử dụng tài nguyên ngược (backward
reservation) từ vùng đích về vùng nguồn cũng được áp dụng để
tạo kết nối theo tuyến đường tìm được. Bảng 1 thể hiện thuật
tốn định tuyến được đề xuất để xử lý yêu cầu kết nối.

đến khi kết nối được giải phóng. Ngược lại, trạng thái passive là
trạng thái mà theo đó, các bộ điều khiển SDN dọc theo tuyến kết
nối sẽ chỉ đăng ký tạm thời tài nguyên và các tài nguyên được
đăng ký tạm thời này vẫn có thể được cấp phát cho các kết nối
khác nếu cần thiết; các tài nguyên này chỉ được dành riêng một
khi trạng thái của nó được chuyển sang thành active. Trong giải
pháp đề xuất của chúng tôi, hai tuyến đường được lựa chọn cho
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

tuyến active không thể đăng ký trước tài nguyên thành cơng,
tuyến passive sẽ được kích hoạt về trạng thái active để thay thế.
Bản tin kết nối (Active/Passive RESV) sẽ được chuyển
ngược lại cho đến bộ điều khiển SDN của vùng nguồn. Nếu bản
tin được gửi thành công đến vùng nguồn, tài nguyên cho kết nối
từ thiết bị nguồn đến thiết bị đích sẽ được đăng ký và cung cấp
để thiết lập cuộc gọi từ đầu cuối đến đầu cuối. Kết nối không
thực hiện được (bị chặn) nếu như tại một vùng mạng nào đó, bộ
điều khiển xác định thấy tỉ lệ lỗi bít của kết nối khơng đạt u
cầu hoặc không thể sắp xếp được tài nguyên khả dụng tới vùng
mạng kề cận để chuyển tiếp bản tin.
Bên cạnh đó, nhằm làm tăng độ khả dụng về tài nguyên khi
thiết lập các kết nối, bộ điều khiển miền đích sẽ chấp nhận tối đa
hai tuyến đường cho một kết nối và cơ chế đăng ký trước tài
nguyên kép được áp dụng cho hai tuyến đường tìm được này,
trong đó bao gồm một tuyến chính (ACTIVE PATH) và một
tuyến dự phòng (PASSIVE PATH). Việc đăng ký tài nguyên cho
tuyến dự phòng được thực hiện theo nguyên tắc tạm thời, nghĩa
là tài nguyên đăng ký này vẫn có thể được đăng ký cho tuyến
chính của kết nối khác. Tuyến dự phịng sẽ bị hủy bỏ nếu tuyến
chính được đăng ký thành cơng. Ngược lại, tuyến dự phịng sẽ
được chuyển thành tuyến chính nếu q trình đăng ký tài ngun
dọc tuyến chính gặp phải xung đột. Cơ chế thực hiện của giải
pháp đề xuất được minh họa trong Hình 1.

Khi có u cầu kết nối từ thiết bị (thiết bị nguồn) của một
vùng mạng (vùng nguồn) đến một thiết bị (thiết bị đích) của
vùng mạng khác (vùng đích), thiết bị nguồn sẽ khởi phát bản tin
thông báo yêu cầu thiết lập kết nối (PATH REQ) tới bộ điều
khiển SDN của miền mạng nguồn. Sau đó, bộ điều khiển thiết bị

SDN vùng nguồn sẽ tạo lập và phát quảng bá bản tin yêu cầu kết
nối (PATH REQ) đến các bộ điều khiển lân cận. Cứ như vậy,
khi bộ điều khiển của một vùng mạng nhận được thơng tin kết
nối, nó sẽ kiểm tra: 1) bản tin có bị trùng lặp với các bản tin trước
hay khơng, nếu có thì loại bỏ, nếu khơng thì thực hiện 2) xem
thiết bị đích có thuộc vùng mạng nó quản lý hay khơng, nếu
khơng thì kiểm tra tính kết nối, cập nhật thơng tin về độ khả dụng
của các khe phổ tần, chất lượng truyền dẫn, ... Sau đó, bộ điều
khiển này sẽ ước lượng tỉ lệ lỗi bít (BER) và so sánh với giá trị
ngưỡng được yêu cầu (BERthreshold), nếu chất lượng tuyến truyền
dẫn vẫn đạt yêu cầu (BER≤ BERthreshold) thì tiếp tục chuyển tiếp
bản tin yêu cầu đến các bộ điều khiển vùng mạng lân cận cịn
nếu khơng đạt thì loại bỏ bản tin. Nếu thiết bị đích thuộc vùng
mạng do bộ điều khiển SDN hiện thời quản lý, thiết bị này sẽ
kiểm tra tính kết nối và giá trị BER đến thiết bị đích và nếu thành
cơng thì tạo lập bản tin kết nối để thực hiện đăng ký tài nguyên
cho kết nối để gửi ngược trở lại cho các bộ điều khiển SDN trên
tuyến đường đã gửi bản tin đến nó.
Các bộ điều khiển khi nhận được bản tin kết nối cũng sẽ kiểm
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,
chúng tôi định nghĩa hai trạng thái đăng ký trước tài nguyên là
active và passive (tương ứng là các bản tin Active/Passive
RESV). Trạng thái active là trạng thái mà tài nguyên mạng của
kết nối được đăng ký và dành trước thực sự; các tài nguyên này
sẽ không thể chia sẻ hay bị chiếm dụng bởi các kết nối khác cho

III.

ĐÁNH GIÁ VÀ SO SÁNH HIỆU NĂNG


Nhằm đánh giá hiệu năng của giải pháp điều khiển động định
tuyến dựa trên QoT và sử dụng cơ chế đăng ký tài nguyên kép
được đề xuất cho mạng quang lưới bước sóng linh hoạt định
nghĩa bằng phần mềm đa miền phân tán (ký hiệu là QoT-aware
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
với kết quả tương ứng của giải pháp dựa trên thuật tốn đường
đi ngắn nhất thơng thường như giải pháp GMPLS/PCE [16] (ký
hiệu là Traditional solution). Kịch bản mơ phỏng được thực hiện
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
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

truyền thống theo tỉ lệ chặn kết nối khi lưu lượng yêu cầu thay
đổi từ 200 đến 1500 Erlang và thời gian giữ kết nối trung bình
được thiết lập ở mức 1000 đơn vị thời gian được thể hiện trong
Hình 2. Kết quả đạt được cho thấy giải pháp đề xuất có khả năng
giảm thiểu tỉ lệ chặn kết nối và cung cấp hiệu năng cao hơn nhiều
so với giải pháp truyền thống. Với lưu lượng đến là 700 Erlang
(và 900 Erlang), tỉ lệ chặn kết nối của giải pháp đề xuất giảm
được đến 68,3% (và 58,6%) so với giải pháp truyền thống. Điều
này đạt được là do giải pháp đề xuất có khả năng định tuyến
thích nghi tốt với trạng thái hiện thời của mạng cũng như có
chiến lược lựa chọn và gán phổ tần thông minh cùng cơ chế đăng
ký tài nguyên kép và nhờ vậy, tránh được xung đột phổ tần và
làm tăng khả năng kết nối của mạng.

lượng nhiều hơn đáng kể (hơn tối thiểu 18%) so với phương
pháp truyền thống. Đồ thị cũng cho thấy hiệu quả của giải pháp
đề xuất cũng tăng lên rõ rệt khi điều kiện về tỉ lệ chặn kết nối tối
đa bớt chặt chẽ hơn.

Hình 3. Tỉ lệ lưu lượng được chấp nhận tương đối.

Mặt khác, ảnh hưởng của tham số thời gian giữ kết nối trung
bình (Mean Hold Time)- một trong các tham số đặc tính quan
trọng thể hiện tính chất lưu lượng của mạng – đến hiệu năng của
mạng sử dụng hai giải pháp điều khiển đối sánh được thể hiện
trên Hình 4. Các kết quả mô phỏng số đạt được một lần nữa xác
nhận hiệu năng vượt trội của giải pháp đề xuất so với giải pháp
truyền thống. Hiệu quả của giải pháp đề xuất (độ chênh giữa xác
suất chặn kết nối đạt được bởi phương pháp đề xuất so với giải
pháp truyền thống) tăng lên rõ rệt khi thời gian giữ kết nối trung

bình càng lớn. Lý do là vì với cùng một tốc độ xuất hiện của yêu
cầu kết nối thì thời gian giữ kết nối trung bình càng lớn (tức là
lưu lượng mạng càng lớn), thì mức độ khan hiếm phổ tần càng
cao, dẫn đến ảnh hưởng của sự phân mảnh phổ tần đối với hiệu
năng mạng càng trầm trọng. Nhờ có khả năng hạn chế xung đột
phổ tần, phương pháp đề xuất của chúng tơi 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
phương pháp đề xuất và số kết nối của phương pháp truyền
thống trong cùng một điều kiện mạng khi xác suất chặn kết nối
giả định lần lượt là 10-4, 10-3 và 10-2. Kết quả thể hiện trên đồ thị
cho thấy rằng giải pháp được đề xuất có khả năng chấp nhận lưu

IV.

KẾT LUẬN

Nhằm mục tiêu hỗ trợ cấp phát động các dịch vụ bước sóng
và phát triển giải pháp điều khiển mạng hiệu quả cho các hệ
thống mạng đường trục Internet, chúng tôi đề xuất một giải pháp
định tuyến, gán phổ tần động và đăng ký trước tài nguyên linh

222



[9]

hoạt cho các mạng quang lưới bước sóng linh hoạt định nghĩa
bằng phần mềm đa miền điều khiển phân tán. Trong giải pháp
đề xuất, việc định tuyến cho mỗi kết nối được thực hiện thông
qua cơ chế quảng bá yêu cầu và lựa chọn tối đa hai tuyến đường
khả dụng dựa trên chất lượng truyền dẫn quang, trong khi phổ
tần và phương thức điều chế cũng được lựa chọn bằng việc kết
hợp với tỉ lệ lỗi bít theo yêu cầu của hệ thống. Cơ chế đặt trước
tài nguyên linh hoạt được áp dụng với hai trạng thái đặt trước tài
nguyên là active và passive nhằm giảm thiểu khả năng xung đột
tài nguyên phổ tần. Các kết quả mô phỏng số đạt được cho thấy
rằng giải pháp được đề xuất có khả năng là giảm đáng kể tỉ lệ
chặn kết nối và có hiệu năng vượt trội so với giải pháp truyền
thống.

[10]

[11]

[12]

[13]

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]

[2]


[3]

[4]

[5]

[6]

[7]
[8]

[14]

A. Jukan and J. Mambretti, “Evolution of Optical Networking Toward
Rich Digital Media Services,” Proceedings of the IEEE , vol. 100, no. 4,
pp. 855-871, 2012.
M. Jinno, H. Takara, B. Kozicki, Y. Tsukishima, Y. Sone, and S.
Matsuoka, “Spectrum-Efficient and Scalable Elastic Optical Path
Network: Architecture, Benefits, and Enabling Technologies,” IEEE
Communications Magazine, vol. 47, pp. 66-73, 2009.
B. Chatterjee, N. Sarma and E. Oki, “Routing and Spectrum Allocation in
Elastic Optical Networks: A Tutorial,” IEEE Communications Surveys &
Tutorials, vol. PP, no. 99, pp. 1, 2015.
D. Kreutz, F.M. Ramos, P.E. Verissimo, C.E. Rothenberg, S.
Azodolmolky and S. Uhlig, “Software-defined networking: A comprehensive survey,” Proceedings of the IEEE, 103(1), pp.14-76, 2015.
Y. Jarraya, T. Madi, and M. Debbabi, ‘‘A survey and a layered taxonomy
of software-defined networking,’’ IEEE Commun. Surv. Tut., vol. 16, no.
4, pp. 1955–1980, Fourth Quart. 2014.
L. Liu et al., "Design and performance evaluation of an Openflow-based
control plane for software-defined elastic optical networks with directdetection optical OFDM (DDO-OFDM) transmission," Opt. Exp., vol. 22,

pp. 30-40, 2013.
L. Liu et al., "Software-Defined Fragmentation-Aware Elastic Optical
Networks Enabled by OpenFlow," ECOC 2013.
Y. Yoshida et al., "First international SDN-based Network Orchestration
of Variable-capacity OPS over Programmable Flexi-grid EON,"
OFC/NFOEC 2014.

[15]

[16]
[17]

[18]

[19]
[20]
[21]

223

R. Casellas et al., "SDN based Provisioning Orchestration of
OpenFlow/GMPLS Flexi-grid Networks with a Stateful Hierarchical
PCE," OFC/NFOEC 2014.
M. Chamania et al., "A Survey of Inter-Domain Peering and Provisioning
Solutions for Next Generation Optical Networks," IEEE Comm. Surveys
& Tutorials, vol. 11, pp. 33-51, 2009.
C. Chen et al., "Demonstration of OpenFlow-Controlled Cooperative
Resource Allocation in a Multi-Domain SD-EON Testbed across Multiple
Nations," ECOC 2014.
H.-C. Le, N. T. Dang, and S. Vu-Van, "Dynamic multi-domain elastic

optical networks with 4R regeneration capable border nodes," in 2015 2nd
National Foundation for Science and Technology Development
Conference on Information and Computer Science (NICS), vol., no.,
pp.169-173, 16-18 Sept. 2015.
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.
Sartzetakis I, Christodoulopoulos K, Tsekrekos CP, Syvridis D,
Varvarigos E., “Quality of transmission estimation in WDM and elastic
optical networks accounting for space–spectrum dependencies,”
IEEE/OSA Journal of Optical Communications and Networking, vol.
8(9), pp. 676-88, 2016.
Koubàa, M., Bakri, M., Bouallègue, A. and Gagnaire, M., “QoT-aware
elastic bandwidth allocation and spare capacity assignment in flexible
island-based optical transport networks under shared risk link group
constraints,” Computer Networks, vol. 116, pp. 111-140, 2017.
A. Giorgetti et al., "Hierarchical PCE in GMPLS-based Multi-domain
Wavelength Switched Optical Networks," OFC/NFOEC 2011.
P. Poggiolini, A. Carena, V. Curri, G. Bosco, and F. Forghieri, “Analytical
modeling of non-linear propagation in uncompensated optical
transmission links,” Photon. Technol. Lett.23, pp. 742-744, 2011.
G. Bosco, P. Poggiolini, A. Carena, V. Curri, and F. Forghieri, “Analytical
results on channel capacity in uncompensated optical links with coherent
detection,” Opt. Express, vol. 19, pp. B438-B449, 2011.
J.G. Proakis, Digital Communications (4th Edition), New York,
McGraw-Hill, 2000.
R.-J. Essiambre, “Capacity Limits of Fiber-Optic Communication
Systems”, Proc OFC 2009, San Diego, ISA, Paper OThL1, 2009.
ITU-T Recommendations G.694.1: Transmission media and optical
systems characteristics – Characteristics of optical systems, 02/2012.