Кіріспе
Маршруттау және толқын ұзындығын тағайындау (RWA) мәселесі – оптикалық желілердегі мәселе, оның мақсаты оптикалық байланыстар санын максималды деңгейге жеткізу.
Белгіленген жолды маршруттау
Белгілі жолды маршруттау – жарық жолын табудың ең қарапайым тәсілі. Берілген бастапқы және түмендік жұптары үшін әрқашан бірдей белгілі маршрут қолданылады. Әдетте, бұл маршрут Дикстра алгоритмі сияқты ең қысқа жол алгоритмін пайдалана отырып, алдын ала есептеледі. Бұл тәсіл өте қарапайым болғанымен, өнімділігі көбінесе жеткіліксіз болады. Егер белгілі маршрут бойындағы ресурстар қолданылып жатса, басқа маршруттар болған жағдайда да, болашақ қосылу талаптары тоқтатылады. SP 1 (Shortest Path, 1 Probe) алгоритмі – белгілі жолды маршруттау шешімінің мысалы. Бұл алгоритм оптикалық маршрутизаторлар санын шығын функциясы ретінде пайдалана отырып, ең қысқа маршрутты есептейді. Бір зонд ғана ең қысқа маршрутты пайдаланып қосылыс орнату үшін қолданылады. Орындалу уақыты Дикстра алгоритмінің құнымен анықталады: , мұндағы – қабырғалар саны және – маршрутизаторлар саны. Егер алдын ала белгіленген маршрут қолданылса, орындалу уақыты тұрақты болады. SP 1-дің осы анықтамасында шығын функциясы ретінде байланыс саны пайдаланылады. SP 1 алгоритміне әртүрлі шығын функцияларын, мысалы, EDFА саны қолдануға болады.
Белгілі бір ауыспалы маршрут
Белгілі бір маршруттаудың кеңейтілген түрі болып табылады. Берілген бастап нүктесі мен түмен нүктесі жұбы үшін бір ғана белгілі маршруттың болуының орнына, бірнеше маршруттар сақталады. Тәуекелдер тізбектей немесе параллель түрде жіберілуі мүмкін. Әрбір қосылу сұранысы бойынша бастапқы түйін әрбір маршрут бойынша қосылыс табуға тырысады. Егер барлық маршруттар сәтсіз болса, қосылыс тоқтатылады. Егер бірнеше маршрут қол жетімді болса, олардың тек біреуі пайдаланылады. SP (Ең қысқа жол, Тәуекелдер) алгоритмі – Белгілі баламалы маршруттаудың мысалы. Бұл алгоритм оптикалық маршрутизаторлар санын бағалау функциясы ретінде пайдалана отырып, ең қысқа маршруттарды есептейді. Yen алгоритмін қолданудың жұмыс уақыты – бұл қабырғалар саны, маршрутизаторлар саны және маршруттар саны. Егер маршруттар алдын ала есептелсе, жұмыс уақыты тұрақты шама болады.
Адаптациялық маршруттау
Белгілі жолды маршрутизациялау мен белгілі баламалы маршрутизациялаудың басты мәселесі – екі алгоритм де желінің қазіргі жағдайын ескермейді. Егер алдын ала белгіленген жолдар қолжетімді болмаса, басқа жолдар бар болғанның өзінде қосылу сұранысы тоқтатылады. Белгілі жолды маршруттау және белгілі баламалы маршруттау сапаны ескермейді. Осы себептерге байланысты RWA саласындағы зерттеулердің көп бөлігі қазіргі уақытта адаптивті алгоритмдерге қатысты жүргізілуде. Адаптивті маршруттаудың бес мысалы: LORA, PABR, IA BF, IA FF және AQoS. Адаптивті алгоритмдер екі санатқа бөлінеді: дәстүрлі және физикалық жағдайды ескеретін. Дәстүрлі адаптивті алгоритмдер сигнал сапасын қарастырмайды, бірақ физикалық жағдайды ескеретін адаптивті алгоритмдер оны ескереді.
Дәстүрлі адаптивті РВА
Лексикографиялық маршруттау алгоритмі (LORA) алгоритмі ұсынылған. LORA-ның негізгі идеясы – желідегі тығыздалған аймақтардан қосылу сұраныстарын басқа бағытқа жолдау, арқасында қосылу сұраныстарының қабылдану ықтималдығы артады. Бұл әр байланыстың құнын былай орнату арқылы жүзеге асырылады: , мұнда – трафик жүктемесіне қарай динамикалық түрде реттелетін параметр, ал – байланыста қолданылатын толқын ұзындығының саны. Содан кейін ең қысқа жолды табу үшін стандартты алгоритм қолданылуы мүмкін. Бұл үшін әрбір оптикалық коммутатордың жаңа пайдалану туралы ақпаратты белгілі бір мерзімде таратуы қажет. LORA физикалық бұзылыстарды ескермейтінін атап өткен жөн. екенінде LORA алгоритмі SP алгоритмімен толықтай сәйкес келеді. параметрінің мәнін арттыру аз қолданылатын маршруттарға қарай ықпалды болуын күшейтеді. Оптималды мәнін белгілі бір «төбеге көтерілу» алгоритмі арқылы есептеуге болады. Ұсыныста оптималды мәндер 1,1 мен 1,2 аралығында болды.
Физикалық түрде бейімделетін RWA
Физикалық жағдайды ескеретін кері резервация алгоритмі (PABR) – LORA-ның кеңейтілген нұсқасы. PABR екі тәсілмен өнімділікті арттыра алады: физикалық кемшіліктерді ескеру және толқын ұзындығын таңдауды жақсарту. PABR оптикалық жол іздеген кезде, сызықтық бұрмалауларға байланысты қанағаттандырмас сигнал сапасы бар жолдар алынып тасталады. Басқаша айтқанда, PABR – бұл қосымша сапа талабы бар LORA. PABR тек сызықтық бұрмалауларды ғана қарастыратынын ескеріңіз. Ал сызықты емес бұрмалауларды таратылған ортада, олардың жалпы трафик туралы білімді қажет етуіне байланысты бағалау мүмкін емес. PABR толқын ұзындығын таңдағанда да сигнал сапасын ескереді. Ол қанағаттандырмас сигнал сапасы деңгейі бар барлық толқын ұзындықтарын қарастырудан шығару арқылы жүзеге асырылады. Бұл тәсіл «Сапаға бірінші кезек» деп аталады және ол келесі бөлімде талқыланады. LORA және PABR екеуі де бірнеше сынамамен немесе көптеген сынамамен іске асырылуы мүмкін. Сынамалардың максималды саны LORA немесе PABR деп белгіленеді. Көптеген сынамалармен, маршрут таңдау бірнеше жолды параллель түрде сынап көреді, бұл қосылысқа сәттілік мүмкіндігін арттырады.
Басқа маршруттау тәсілдері
IA BF Кемшілік туралы хабардар ең жақсы сәйкестік (IA BF) алгоритмі ұсынылды. Бұл алгоритм – таратылған тәсіл, ол жаһандық ақпаратты пайдалану үшін үлкен көлемдегі байланысқа тәуелді, әрқашан ең қысқа қолжетімді жол мен толқын ұзындығын таңдайды. Бұл сериялық көп зондтау арқылы жүзеге асырылады. Ең қысқа қолжетімді жол мен толқын ұзындығы бірінші болып тексеріледі, ал сәтсіздікке ұшыраған жағдайда, екінші ең қысқа қолжетімді жол мен толқын ұзындығы тексеріледі. Бұл процесс сәтті жол мен толқын ұзындығы табылғанға дейін немесе барлық толқын ұзындықтары тексерілгенге дейін жалғасады. Көп зондтау тәсілі IA BF-ке PABR 1 және LORA 1-ден жақсы нәтижелерге қол жеткізуге мүмкіндік береді. Дегенмен, зондтар саны артқан сайын алгоритмдердің өнімділігі ұқсас болады. IA FF Кемшілік туралы хабардар бірінші сәйкестік (IA FF) – IA BF-тің қарапайым кеңейтімі. Толқын ұзындығын ең төменгі құн бойынша таңдаудың орнына, толқын ұзындықтары индексіне сәйкес таңдалады. IA BF көбінесе IA FF-тен жақсы өнімділік көрсетеді. AQoS Бейімделмелі қызмет көрсету сапасы (AQoS) ұсынылды. Бұл алгоритм бірнеше ерекшеліктерімен көзге түседі. Біріншіден, әрбір түйін екі санаушыны сақтайды: және . Әрбір санаушының мақсаты – қай мәселе бұғаттауға үлкен әсер ететінін анықтау: жол мен толқын ұзындығының қолжетімділігі немесе сапа талаптары. Алгоритм үлкен мәселеге байланысты маршруттарды әртүрлі таңдайды. Тағы бір ерекшелік – AQoS сілтеме құны ретінде Q факторын пайдаланады. Сілтеменің құны мына формула бойынша есептеледі: мұндағы – сілтемедегі жарық жолдарының саны, ал – сілтеменің бастапқы және аяқталу түйіндеріндегі жарық жолының сапа факторлары. Сапа факторларын қайта-қайта есептеу есептеу ресурстарын көп қажет етеді. Бұл алгоритм бір ғана зондтау тәсілін қолданады. Қағазда ALT AQoS (балама AQoS) деп аталатын көп зондтау тәсілі, осы негізгі идеяның қарапайым кеңейтімі болып табылады.
Толқын ұзындығы
Толқын ұзындығын тағайындаудың ең көп қолданылатын екі әдісі – Бірінші сәйкестік және Кездейсоқ сәйкестік. Бірінші сәйкестік ең төменгі индексі бар қолжетімді толқын ұзындығын таңдайды. Кездейсоқ сәйкестік қолжетімді толқын ұзындықтарын анықтайды, содан кейін олардың арасынан кездейсоқ түрде таңдайды. Екі алгоритмнің де күрделілігі O(n), мұнда n – толқын ұзындықтарының саны. Бірінші сәйкестік Кездейсоқ сәйкестіктен жақсы нәтижелер береді. Бірінші сәйкестік және Кездейсоқ сәйкестікке қатысты кеңейтімдер, сондай-ақ Салыстырмалы қуаттылық жоғалуы ұсынылған. Ең көп пайдаланылатын толқын ұзындығы, ең аз пайдаланылатын толқын ұзындығынан айтарлықтай артық, ал Бірінші сәйкестіктен сәл жақсы. Min Product, Least Loaded, Max Sum және Relative Capacity Loss алгоритмдері болашақ сұраныстардың қабылдануын тоқтату ықтималдығын азайтатын толқын ұзындығын таңдауға тырысады. Бұл алгоритмдердің маңызды кемшілігі – оларға үлкен коммуникациялық жүктеме қажет, сондықтан орталықтандырылған желі құрылымы болмаса, оларды іске асыру қиын.
Бірлескен маршруттау және толқын ұзындығын тағайындау
Жолды және толқын ұзындығын бөлек таңдаудың баламалы тәсілі – оларды бірлесіп қарастыру. Мұндай тәсілдер көбінесе теориялық сипатқа ие және практикалық қолданысы шектеулі. Бұл NP-толық проблема болғандықтан, нақты шешім табу ықтимал емес. Жақыншалау әдістері де көбінесе тиімді болмайды, себебі олар орталық басқаруды және әдетте алдын ала белгіленген трафик талаптарын қажет етеді. Екі бірлескен тәсіл – ILP формуласы және "Аралдан секіру" (Island Hopping). Жоғарыда аталған ILP формуласын дәстүрлі ILP шешуші арқылы шешуге болады. Әдетте, бұл бүтін сан шектеулерін уақытша жеңілдету, мәселені оңтайлы түрде шешу және нақты шешімді бүтін санға айналдыру арқылы жасалады. Қосымша шектеулер қосылып, "тарану және шектеу" (branch and bound) әдісін қолдана отырып, процесс шексіз қайталана береді. Авторлар шектелген RWA мәселесін тиімді және оңтайлы шешуге арналған алгоритм туралы хабарлайды. Авторлар бір кесімді сұрау арқылы шектелген RWA мәселесіне дейін келтірілетін шектелген маршруттау және спектрді тағайындау (RSA) мәселесін зерттейді. Бұл шектеу жол ұзындығын лимиттейді. Авторлар сондай-ақ, жалпыланған Дикстра алгоритмі туралы баяндайды, оны RWA, RSA және маршруттау, модуляция және спектрді тағайындау (RMSA) мәселелерін тиімді және оңтайлы шешу үшін пайдалануға болады, жол ұзындығына шектеу қойылмайды.