Giải pháp định tuyến và gán phổ tần động hiệu quả cho mạng quang SD-EON đa miền điều khiển phân tán

SCIENCE TECHNOLOGY 
Số 48.2018 ● Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 87
GIẢI PHÁP ĐỊNH TUYẾN VÀ GÁN PHỔ TẦN ĐỘNG HIỆU QUẢ 
CHO MẠNG QUANG SD-EON ĐA MIỀN ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN 
EFFICIENT DYNAMIC ROUTING AND SPECTRUM ASSIGNMENT 
FOR DISTRIBUTED MULTI-DOMAIN SOFTWARE-DEFINED ELASTIC OPTICAL NETWORKS 
Phan Thị Thu Hằng1, Lê Hải Châu2,* 
1. GIỚI THIỆU 
Trong suốt thập kỷ vừa qua, lưu 
lượng Internet đang phát triển bùng 
phát do sự phát triển đa dạng của các 
loại hình dịch vụ mới như video theo 
yêu cầu, điện toán đám mây, cũng 
như do sự xuất hiện của nhiều loại hình 
dịch vụ băng thông siêu cao mới 
(3D/4k TV,) [1]. Nhu cầu lưu lượng 
này không chỉ đặt ra các áp lực gia tăng 
không chỉ về số lượng, chất lượng mà 
còn cả về sự linh hoạt trong băng 
thông và trong việc cung cấp dịch vụ 
của mạng lưới. Trong quá 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 lưới tần số 
cố định hay các hạn chế về khả năng 
cung cấp linh hoạt dịch vụ với băng 
thông thay đổi [2, 3]. Gần đây, để giải 
quyết những hạn chế của công 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 
trong tương lai gần [4-8]. 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 
điều khiển bằng phần mềm (Software-
TÓM TẮT 
Bài báo này đề xuất giải pháp định tuyến và gán phổ tần động có khả năng hạn chế phân mảnh phổ
cho mạng quang lưới bước sóng linh hoạt định nghĩa bằng phần mềm đa miền dựa trên cơ chế điều khiển 
phân tán. Nhằm thực hiện hiệu quả quá trình định tuyến liên 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 yêu cầu thiết lập/giải phóng kết nối quang. Trong giải pháp được đề xuất, kỹ
thuật định tuyến được thực hiện thông qua cơ chế phát quảng bá yêu cầu và lựa chọn tuyến đường khả
dụng ngắn nhất, trong khi việc gán phổ tần được thực hiện với mục tiêu giảm thiểu phân mảnh phổ tần 
trong mạng. Nhờ vậy, hệ thống điều khiển SDN của các vùng mạng không cần phải biết trước thông tin 
định tuyến toàn cục mà chỉ cần trao đổi thông tin định tuyến theo cơ chế phân tán tới các hệ thống kề cận 
nhằm tăng tính thích nghi của các tuyến đường đối với những thay đổi bên trong các vùng mạng cũng như 
bảo mật thông tin nội vùng. Để đánh giá hiệu quả của giải pháp đề xuất, chúng tôi cũng đã sử dụng 
phương pháp mô phỏng số và các kết quả mô phỏng thu được cho thấy rằng giải pháp định tuyến và gán 
phổ tần động được đề xuất cho phép đạt được hiệu năng cao hơn và có thể làm giảm đáng kể xác suất 
chặn kết nối của mạng so với giải pháp GMPLS/PCE truyền thống. 
Từ khóa: Mạng thông tin quang, mạng định nghĩa bằng phần mềm, thiết kế và tối ưu hóa mạng, thuật 
toán định tuyến và gán phổ tần. 
ABSTRACT 
In this paper, we propose an efficient dynamic routing and spectrum assignment algorithm for 
dynamic distributed multi-domain software-defined elastic optical networks. In our work, rather than the 
deployment of an SDN orchestrator on top of all the controllers, we adopt a distributed control approach 
where domain controllers communicate with each other to establish/release inter-domain lightpath 
requests. The developed algorithm also employs breadth first search algorithm for routing and spectral 
fragmentation-aware assignment technique to find the suitable spectrum resources along the selected 
route. Numerical experiments demonstrate that the proposed control scheme enhances the network 
performance significantly comparing with the conventional GMPLS/PCE scheme; it offers up to 64.66% 
blocking probability reduction. 
Keywords: Optical network, software-defined networking, network design, routing and spectrum 
assignment. 
1Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội 
2Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông 
* Email: chaulh@ptit.edu.vn 
Ngày nhận bài: 10/01/2018 
Ngày nhận bài sửa sau phản biện: 27/3/2018 
Ngày chấp nhận đăng: 21/8/2018 
Phản biện khoa học: TS. Dư Đình Viên 
 CÔNG NGHỆ 
 Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ● Số 48.2018 88
KHOA HỌC
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 [9-10]. 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 [10-15]. 
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. 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. 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 [16-18]. 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 [19]. Các phương 
pháp điều khiển và quản lý phân tầng này đòi hỏi phải có 
một thiết bị điều phối SDN ở trung tâm cho mỗi một 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 [17], 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. Ngoài ra, vấn đề phân mảnh 
phổ tần trong EON cũng đang là một trong các vấn đề cấp 
thiết cần được giải quyết, đặc biệt là đối với các mạng SD-
EON đa miền cung cấp dịch vụ động. Cũng như đã được 
phân tích và nghiên cứu trong các mạng quang lưới bước 
sóng linh hoạt định nghĩa bằng phần mềm đơn miền [10-
12], các mạng SD-EON đa miền cũng có thể gặp phải vấn 
đề suy giảm hiệu năng sử dụng tài nguyên phổ và tỉ lệ 
chặn kết nối cao do sự phân mảnh phổ tần gây ra trong 
quá trình thiết lập động các kết nối quang băng thông 
linh hoạt qua các miền mạng khác nhau [12]. 
Trong bài báo này, chúng tôi đề xuất một giải pháp định 
tuyến và gán phổ tần hiệu quả cho mạng quang lưới bước 
sóng linh hoạt định nghĩa bằng phần mềm đa miền điều 
khiển theo cơ chế phân tán hiệu quả. Giải pháp đề xuất sử 
dụng phương pháp định tuyến theo cơ chế tìm kiếm theo 
chiều rộng và gán phổ tần kết hợp với các kỹ thuật tính toán 
giảm thiểu sự phân mảnh phổ trong mạng. Giải pháp đề 
xuất có ưu điểm là các hệ thống điều khiển SDN của một 
vùng mạng không cần phải biết trước thông tin định tuyến 
và tuyến đường tìm được có khả năng thích nghi cao với 
những thay đổi trong các vùng mạng do việc trao đổi thông 
tin định tuyến được thực hiện theo cơ chế phân tán. Hiệu 
năng của giải pháp đề xuất được kiểm nghiệm và so sánh với 
giải pháp đường đi ngắn nhất và gán phổ tần trong kiến trúc 
(GMPLS/PCE) [19] bằng phương pháp mô phỏng số. Các kết 
quả đạt được cho thấy giải pháp đề xuất có hiệu năng vượt 
trội và cho phép giảm đáng kể xác suất chặn kết nối so với 
phương pháp thông thường; xác suất chặn kết nối toàn 
mạng có thể giảm tới 64,66%. 
2. GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG HIỆU QUẢ CHO MẠNG 
SD-EON ĐA MIỀN PHÂN TÁN 
2.1. Mạng quang lưới bước sóng linh hoạt định nghĩa 
bằng phần mềm điều khiển phân tán 
Mạng quang lưới bước sóng linh hoạt đang được dự 
đoán sẽ sớm được triển khai rộng khắp trên thế giới trong 
tương lai gần để hỗ trợ nhu cầu lưu lượng với tốc độ hỗn 
tạp (từ tốc độ rất thấp đến tốc độ siêu kênh lên tới hàng 
trăm Gbps) đang nhen nhóm với sự ra đời của các dịch vụ 
và ứng dụng mới hướng video [3]. Khi số lượng các mạng 
quang lưới bước sóng linh hoạt được triển khai và số lượng 
nhà cung cấp viễn thông sử dụng công nghệ này tăng lên, 
việc phối hợp hoạt động và kết nối liên mạng giữ các mạng 
quang lưới bước sóng linh hoạt với nhau và giữa các nhà 
cung cấp viễn thông với nhau sẽ trở thành vấn đề bức thiết 
và cần được quan tâm. Khi đó, kiến trúc mạng đa miền hình 
thành và liên quan mật thiết đến các kịch bản vận hành 
thực tế của mạng lưới như khi nhiều thiết bị của các nhà 
khai thác khác nhau được triển khai và cần kết nối với nhau, 
hay khi kỹ thuật phân vùng mạng được áp dụng để phân 
chia một mạng thành nhiều mạng/vùng mạng nhỏ nhằm 
tăng tầm phủ của mạng cũng như tăng khả năng nâng cấp 
và tạo điều kiện trong việc quản lý, vận hành mạng, hoặc 
khi các nút mạng bị phân bố trên một vùng địa lý rộng lớn 
[10-12]. Do đó, việc phát triến các 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 vô cùng cần thiết. 
Trong các mạng quang lưới bước sóng linh hoạt định 
nghĩa bằng phần mềm đa miền, mỗi vùng mạng bao gồm 
các chuyển mạch quang băng tần khả chỉnh (bandwidth-
variable ROADM/OXC) 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, POX, 
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, 10]. Nhờ kiến trúc điều khiển tập trung trong 
mỗi miền, các bộ điều khiển SDN của mỗi vùng mạng có 
thể dễ dàng quản lý và bảo trì các thông tin nội vùng 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 
SCIENCE TECHNOLOGY 
Số 48.2018 ● Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 89
điều khiển động các hệ thống trong mạng để cung cấp các 
kết nối đầu cuối đến đầu 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. Ý tưởng chính ở đây là sử 
dụng một bộ điều khiển SDN kết nối với tất cả các bộ điều 
khiển SDN nội vùng 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 trò điều phối) [3, 4]. 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. 
Bên cạnh 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 vùng mạng chỉ chia sẻ 
thông tin và điều phối hoạt động cùng các bộ điều khiển 
vùng mạng kề cận nó. Điều này giúp đơn giản hóa tiến 
trình điều khiển, tăng khả năng thích nghi với các trạng 
thái vùng mạng và đảm bảo tính độc lập tối đa cho mỗi 
vùng mạng. Một trong các đề xuất giải pháp điều khiển 
phân tán đáng chú ý nhất được công bố trong [17], 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. Hình 1 thể hiện một kiến 
trúc mạng quang lưới bước sóng linh hoạt định nghĩa bằng 
phần mềm đa miền sử dụng kỹ thuật điều khiển phân tán. 
Hình 1. Mạng quang lưới bước sóng linh hoạt đa miền định nghĩa bằng phần 
mềm điều khiển phân tán 
2.2. Thuật toán định tuyến và gán phổ tần đề xuất 
Nhằm thực hiện hiệu quả quá trình định tuyến liên 
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 (SDN orchestrator) 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 yêu cầu thiết 
lập/giải phóng kết nối quang. Ngoài 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 thông linh hoạt. 
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 rộng (Breadth First Search). Mỗi yêu cầu kết nối 
liên mạng sẽ được bộ điều khiển SDN của vùng mạng 
nguồn tiếp nhận và khởi phát quá trình xử lý, các bộ điều 
khiển trung gian thực hiện chuyển tiếp và bộ điều khiển 
vùng đích sẽ quyết định khuôn dạng điều chế và gán phổ 
tần phù hợp. 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 toán định tuyến được đề xuất để xử 
lý yêu cầu kết nối. 
Bảng 1. Pseudo-code của thuật toán định tuyến 
Đầu vào: G={V, E} t ... ịnh tuyến 
15 Get_the_path(M, s, d); // Lấy đường đi bằng cách lần ngược thông tin 
16 else 
17 print Path is not found // Không tìm được đường đi (Chặn kết nối) 
18 endif 
Như vậy, giải pháp đề xuất của chúng tôi sẽ sử dụng 
thuật toán tìm kiếm theo chiều rộng (BFS) để tìm và các 
tuyến đường khả dụng từ vùng nguồn qua các vùng mạng 
trung gian đến vùng đích cho kết nối theo yêu cầu. Đối với 
mỗi yêu cầu kết nối nhận được, các bộ điều khiển SDN của 
các vùng tính toán để tìm đường đi ngắn nhất đến các 
vùng mạng kề cận, cập nhật thông tin cho các trường 
thông tin và chuyển tiếp bản tin với ba trường thông tin đã 
được cập nhật đến vùng mạng kề cận. Bộ điều khiển vùng 
đích sẽ thực hiện tính toán lựa chọn phương thức điều chế 
theo tổng khoảng cách từ thiết bị nguồn đến thiết bị đích 
và gán các khe tần số tương ứng bằng cách xem xét sự khả 
dụng của dãy các khe tần số trong mặt nạ phổ với hệ số cắt 
phổ nhận được là nhỏ nhất. 
Hình 2. Thuật toán định tuyến và gán phổ tần giảm thiểu phân mảnh cho 
mạng SD-EON đa miền phân tán 
Cơ chế hoạt động của thuật toán định tuyến và gán phổ 
tần động giảm thiểu phân mảnh được đề xuất được thực 
hiện như sau (minh họa trong hình 2): Khi có yêu 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 tới bộ điều khiển SDN của vùng 
nguồn. Sau đó, bộ điều khiển thiết bị SDN vùng nguồn sẽ 
tạo lập và phát quảng bá bản tin yêu cầu kết nối đến các bộ 
điều khiển lân cận. Cứ như vậy, khi bộ điều khiển của một 
vùng mạng nhận được thông tin kết nối, nó sẽ kiểm tra: 
1) bản tin có bị trùng lặp với các bản tin trước hay không, 
nếu có thì loại bỏ, nếu không thì thực hiện 2) xem thiết bị 
đích có thuộc vùng mạng nó quản lý hay không, nếu không 
thì kiểm tra tính kết nối và tiếp tục chuyển tiếp bản tin yêu 
cầu đến các bộ điều khiển vùng mạng lân cận. 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 đến thiết bị 
đích và nếu thành công 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. Bản tin kết nối 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 kết nối 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 không thể sắp xếp 
được tài nguyên khả dụng tới vùng mạng kề cận để chuyển 
tiếp bản tin. Trong đề xuất của chúng tôi, đối với mỗi khe 
tần số khả dụng i, hệ số cắt phổ, ký hiệu là Fi, được sử dụng 
để xác định một cách có định lượng sự phân mảnh phổ tần 
trong mạng. Hệ số cắt phổ được tính bằng số băng phổ bị 
chia cắt khi một kết nối một khe tần số được thực hiện tại 
khe tần số i. Đối với mỗi yêu cầu kết nối, các bộ điều khiển 
vùng sẽ tính cộng dồn và cập nhật ba trường thông tin 
định tuyến bao gồm: 1) tổng khoảng cách đến vùng mạng, 
(2) mặt nạ phổ S={Si | i=1..M} trong đó M là tổng số khe phổ 
trên mỗi liên kết và Si thể hiện tính khả dụng của khe tần số 
có chỉ số là i trên tuyến đường từ thiết bị nguồn đến vùng 
mạng hiện tại (Si=free hoặc occupied) và, (3) hệ số cắt phổ 
F={Fi | i=1...M & Si=free}. Các trường thông tin này có thể 
được các bộ điều khiển SDN vùng sử dụng để định tuyến 
cho yêu cầu kết nối, lựa chọn phương thức điều chế và gán 
phổ tần tương ứng nhằm giảm thiểu sự phân mảnh phổ 
tần trong mạng. 
3. ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG 
Nhằm đánh giá hiệu năng của giải pháp định tuyến và 
gán phổ tần động được đề xuất cho mạng quang lưới bước 
sóng linh hoạt định nghĩa bằng phần mềm đa miền phân 
tán, phần này thể hiện các kết quả mô phỏng số, đánh giá 
kết quả thu được và so sánh với giải pháp thông thường. 
Mạng SD-EON đa miền có thể thiết lập và giải phóng kết 
nối linh hoạt theo yêu cầu và kịch bản mô phỏng được thực 
hiện trên mạng hình lưới đều (poly-grid network) 4x4 (16 
nút mạng được tổ chức thành 4 miền) và trên hai cấu hình 
mạng thực tế của Mỹ là mạng NSF (National Science 
Foundation network) với 14 nút và 22 liên kết hai chiều và 
mạng đường trục Mỹ USNET (US backbone network) bao 
gồm 24 nút và 43 liên kết hai chiều (như minh họa trong 
hình 3). 
A4A3
A2
Domain A
Domain B
B1
A1
B2
B3
Domain 
controller A 
Domain controller B
D4
D3
D2
Domain D
D1
Domain controller D
Nguồn
ĐíchDomain C
C1
C2
C3
Domain controller C
Mặt nạ
phổ khởi
đầu
0
0
0
0
0
0
0
0
x
1
2
x
x
2
3
0
Tuyến đề cử Khe
phổ
#
0
1
2
3
4
5
6
7
Hàm mục tiêu: FΣ(khối k khe phổ: khe #x -> khe #x+k-1 ) = Min{ Fi | x ≤ i ≤ x+k-1 }
FΣ( 2 slot block: 1-2) = Min{ 1, 2} = 1
FΣ( 2 slot block: 5-6) = Min{ 2, 3} = 2
FΣ( 2 slot block: 6-7) = Min{ 3, 0} = 0 Được lựa chọn!
Fi
Mặt nạ
phổ
free
occupied
SCIENCE TECHNOLOGY 
Số 48.2018 ● Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 91
 a) Mạng hình lưới đều 4x4 b) NSF 
c) USNET 
Hình 3. Cấu hình mạng thử nghiệm 
Ngoài ra, chúng tôi cũng giả định một số tham số sử 
dụng trong mô phỏng như sau: mỗi liên kết quang có dung 
lượng tổng là 125 khe tần số với độ rộng mỗi khe tần số là 
12,5 GHz như đề xuất của khuyến nghị ITU-T G.694.1 [21]. 
Các yêu cầu kết nối 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. Để kiểm 
nghiệm mức độ hiệu quả của giải pháp đề xuất, chúng tôi 
cũng đã so sánh với phương pháp thông thường được áp 
dụng trong các mạng đường trục là tìm đường đi ngắn 
nhất là gán phổ tần first-fit (ví dụ, GMPLS/PCE) trong cùng 
các điều kiện và kịch bản mô phỏng số. Trong các kết quả 
thể hiện sau đây, các kết quả đạt được bởi giải pháp đề 
xuất sẽ được ký hiệu là Proposed, trong khi những kết quả 
tương ứng thu được bằng phương pháp thông thường 
được ký hiệu là Conventional. 
Sự so sánh hiệu năng các mạng thử nghiệm (4x4, USNET 
và NSF) theo tỉ lệ chặn kết nối, được tính bằng tỉ số giữa số 
kết nối không thực hiện được trên tổng số kết nối được yêu 
cầu giữa các nút mạng, khi tốc độ xuất hiện yêu cầu lưu 
lượng thay đổi từ 0,1 đến 1,5 giữa phương pháp đề xuất và 
phương pháp thông thường khi thời gian giữ kết nối trung 
bình được thiết lập ở mức 1000 đơn vị thời gian được thể 
hiện trên hình 4. Kết quả đạt được cho thấy các mạng SD-
EON đa miền phân tán sử dụng giải pháp định tuyến và 
gán phổ tần đề xuất cho hiệu năng tốt hơn hẳn so với các 
mạng áp dụng giải pháp thông thường. Tại giá trị tốc độ 
xuất hiện của lưu lượng là 0.8 (lưu lượng tương ứng là 800 
Erlang), giải pháp đề xuất góp phần giảm chỉ còn 32,96% 
(hay 64,66%) tỉ lệ chặn kết nối đối với kịch bản cấu hình 
mạng mô phỏng là USNET (hoặc NSF, 4x4). Bên cạnh đó, 
xét tại tỉ lệ chặn kết nối là 10-3, giải pháp được đề xuất có 
khả năng tăng hiệu năng mạng theo dung lượng kết nối 
được chấp nhận (tổng số kết nối đạt được với tỉ lệ chặn tối 
đa là 10-3) lên 1,65 (hay 1,24, 1,35) lần đối với mạng USNET 
(hay NSF, 4x4) so với giải pháp thông thường. 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 và nhờ vậy, tránh 
được xung đột, cũng như chiến lược lựa chọn và gán phổ 
tần thông minh làm giảm thiểu sự phân mảnh phổ để tạo 
điều kiện cho việc đăng ký tài nguyên cho các yêu cầu kết 
nối đến sau. 
Hình 4. Xác suất chặn kết nối trong các cấu hình mạng khác nhau 
Hình 5 so sánh tỉ lệ lưu lượng được chấp nhận tương đối 
trong các cấu hình mạng thử nghiệm khi xác suất chặn kết 
nối giả định là 10-3. Các kết quả đạt được sử dụng phương 
pháp đề xuất được tính tỉ lệ với các kết quả tương ứng thu 
được khi sử dụng phương pháp truyền thống và hiển thị 
trên đồ thị. Dựa vào đó, ta có thể thấy phương pháp đề 
xuất có khả năng chấp nhận lưu lượng nhiều hơn nhiều 
(hơn tối thiểu 25%) so với phương pháp so sánh. Hiệu quả 
của giải pháp cũng tăng lên rõ rệt khi kích thước mạng 
tăng lên. 
Hình 5. So sánh tỉ lệ lưu lượng được chấp nhận 
Để làm rõ hơn hiệu quả của giải pháp đề xuất so với giải 
pháp truyền thống, chúng tôi khảo sát sự phụ thuộc của 
hiệu năng mạng vào một trong các tham số đặc tính quan 
trọng của mạng, đó là thời gian giữ kết nối trung bình. Kết 
 CÔNG NGHỆ 
 Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ● Số 48.2018 92
KHOA HỌC
quả mô phỏng số thu được (như thể hiện trên hình 6, 7 và 
8) cho thấy hiệu quả của giải pháp đề xuất tăng lên rõ rệt 
khi thời gian giữ kết nối trung bình càng lớn. Sở dĩ như vậy 
là do 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 giảm thiểu 
được sự phân mảnh 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 6. Sự phụ thuộc của xác suất chặn kết nối vào thời gian giữ kết nối trung 
bình trong mạng hình lưới 4x4 
Hình 7. Sự phụ thuộc của xác suất chặn kết nối vào thời gian giữ kết nối trung 
bình trong mạng NSF 
Hình 8. Sự phụ thuộc của xác suất chặn kết nối vào thời gian giữ kết nối trung 
bình trong mạng USNET 
4. KẾT LUẬN 
Trong bài báo này, chúng tôi đề xuất một giải pháp 
định tuyến và gán phổ tần động hiệu quả trong đó kết hợp 
với việc định tuyến thích nghi và xem xét đến kỹ thuật gán 
phổ tần có khả năng tránh phân mảnh nhằm cho phép 
cung cấp động và linh hoạt các kết nối quang trong mạng 
quang lưới bước sóng linh hoạt định nghĩa bằng phần 
mềm đa miền điều khiển phân tán. Việc định tuyến được 
thực hiện thông qua cơ chế quảng bá yêu cầu và lựa chọn 
tuyến đường khả dụng gần nhất, trong khi phổ tần và 
phương thức điều chế được lựa chọn bằng việc kết hợp 
xem xét với kỹ thuật giảm thiểu phân mảnh. Ưu điểm của 
kỹ thuật này là các hệ thống điều khiển SDN của một vùng 
mạng không cần phải biết trước thông tin định tuyến và 
tuyến đường tìm được có khả năng thích nghi cao với 
những thay đổi trong các vùng mạng do việc trao đổi 
thông tin định tuyến được thực hiện theo cơ chế phân tán. 
Các kết quả mô phỏng số đạt được cho thấy rằng giải pháp 
định tuyến và gán phổ tần động được đề xuất có khả năng 
là giảm đáng kể tỉ lệ chặn kết nối so với phương pháp 
thông thường là sử dụng kỹ thuật đường đi ngắn nhất 
trong kiến trúc (GMPLS/PCE). 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. Cisco Systems, 2014. Cisco Visual Networking Index: Forecast and 
Methodology, 2014–2019. Accessed in March 2017. 
next-generation-network/white_paper_c11-481360.pdf 
[2]. K. Sato, H. Hasegawa, 2009. Optical Networking Technologies That Will 
Create Future Bandwidth-Abundant Networks. IEEE/OSA Journal of Optical 
Communications and Networking, vol. 1, no. 2, pp.A81-A93. 
[3]. A. Jukan and J. Mambretti, 2012. Evolution of Optical Networking Toward 
Rich Digital Media Services. Proceedings of the IEEE , vol. 100, no. 4, pp. 855-871. 
[4]. B. Chatterjee, N. Sarma and E. Oki, 2015. Routing and Spectrum 
Allocation in Elastic Optical Networks: A Tutorial. IEEE Communications Surveys & 
Tutorials, vol. PP, no. 99, pp. 1. 
[5]. G. Zhang, M. De Leenheer, A. Morea and B. Mukherjee, 2013. A Survey 
on OFDM-Based Elastic Core Optical Networking. IEEE Communications Surveys & 
Tutorials, vol. 15, no. 1, pp. 65-87. 
[6]. M. Jinno, H. Takara, B. Kozicki, Y. Tsukishima, Y. Sone, and S. Matsuoka, 
2009. Spectrum-Efficient and Scalable Elastic Optical Path Network: Architecture, 
Benefits, and Enabling Technologies. IEEE Communications Magazine, vol. 47, pp. 
66-73. 
[7]. O. Gerstel, M. Jinno, A. Lord and S. J. B. Yoo, “Elastic optical networking: 
a new dawn for the optical layer?,” IEEE Communications Magazine, vol. 50, no. 
2, pp. s12-s20, 2012. 
[8]. D. Kreutz, F. M. Ramos, P. E. Verissimo, C. E. Rothenberg, S. 
Azodolmolky, and S. Uhlig, 2015. Software-defined networking: A comprehensive 
survey. Proceedings of the IEEE, 103(1), pp.14-76. 
[9]. Y. Jarraya, T. Madi, and M. Debbabi, 2014. A survey and a layered 
taxonomy of software-defined networking. IEEE Commun. Surv. Tut., vol. 16, no. 
4, pp. 1955–1980, Fourth Quart. 
SCIENCE TECHNOLOGY 
Số 48.2018 ● Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 93
[10]. L. Liu et al., 2013. Design and performance evaluation of an Openflow-
based control plane for software-defined elastic optical networks with direct-
detection optical OFDM (DDO-OFDM) transmission. Optics Express, vol. 22, pp. 30-
40. 
[11]. R. Casellas et al., 2014. SDN based Provisioning Orchestration of 
OpenFlow/GMPLS Flexi-grid Networks with a Stateful Hierarchical PCE. 
Proceedings of OFC/NFOEC. 
[12]. L. Liu et al., 2013. Software-Defined Fragmentation-Aware Elastic 
Optical Networks Enabled by OpenFlow. Proceedings of ECOC. 
[13]. Y. Yoshida et al., 2014. First international SDN-based Network 
Orchestration of Variable-capacity OPS over Programmable Flexi-grid EON. 
Proceedings of OFC/NFOEC. 
[14]. M. Chamania et al., 2009. A Survey of Inter-Domain Peering and 
Provisioning Solutions for Next Generation Optical Networks. IEEE Communications 
Surveys & Tutorials, vol. 11, pp. 33-51. 
[15]. C. Chen et al., 2014. Demonstration of OpenFlow-Controlled Cooperative 
Resource Allocation in a Multi-Domain SD-EON Testbed across Multiple Nations. 
Proceedings of ECOC. 
[16]. H.-C. Le, N. T. Dang, and S. Vu-Van, 2015. Dynamic multi-domain elastic 
optical networks with 4R regeneration capable border nodes. 2nd National 
Foundation for Science and Technology Development Conference on Information 
and Computer Science (NICS), pp.169-173. 
[17]. Z. Zuqing, L. Wei, Z. Liang, and N. Ansari, 2013. Dynamic Service 
Provisioning in Elastic Optical Networks With Hybrid Single-/Multi-Path Routing. 
Journal of Lightwave Technology, vol. 31, pp. 15-22. 
[18]. H. Chau Le, Ngoc T. Dang and Nhan D. Nguyen, 2016. Dynamic RMSA 
Algorithm for Multi-domain EONs with Limited Virtualized Elastic Regenerators. 
IEEE Sixth International Conference on Communications and Electronics (ICCE), 
pp. 46-51. 
[19]. A. Giorgetti et al., 2011. Hierarchical PCE in GMPLS-based Multi-domain 
Wavelength Switched Optical Networks. Proceedings of OFC/NFOEC. 
[20]. ITU-T, 2012. ITU-T Recommendations G.694.1: Transmission media and 
optical systems characteristics – Characteristics of optical systems, 02/2012.