Luận án Tiến sĩ Nghiên cứu giải pháp cải thiện hiệu năng mặng chuyển mạch gói quang (OPS)

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - CAO HỒNG SƠN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CẢI THIỆN HIỆU NĂNG MẠNG CHUYỂN MẠCH GÓI QUANG (OPS) LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT HÀ NỘI – 2017 HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - CAO HỒNG SƠN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CẢI THIỆN HIỆU NĂNG MẠNG CHUYỂN MẠCH GÓI QUANG (OPS) CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT VIỄN THÔNG MÃ SỐ: 62.52.02.08 LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN MINH HỒNG PGS TS HỒ QUANG QUÝ HÀ NỘI – 2017 i LỜI CAM ĐOAN Nghiên cứu sinh xin cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết luận án trung thực chưa đựợc cơng bố cơng trình tác giả khác Người cam đoan Cao Hồng Sơn ii LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu sinh xin bày tỏ biết ơn sâu sắc tới Thầy hướng dẫn, TS Nguyễn Minh Hồng PGS.TS Hồ Quang Quý, định hướng liên tục hướng dẫn nhiệm vụ khoa học suốt trình thực luận án Nghiên cứu sinh xin bày tỏ biết ơn ý kiến dẫn nhà khoa học GS.TSKH Nguyễn Ngọc San, TS Vũ Văn San, PGS.TS Bùi Trung Hiếu giúp nghiên cứu sinh có kiến thức học thuật quý báu Nghiên cứu sinh bày tỏ lòng biết ơn Lãnh đạo Học viện, thầy cô khoa Quốc tế Đào tạo Sau Đại học, khoa Viễn thông Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng Những hỗ trợ, động viên nghiên cứu cộng xin chân thành ghi nhận Nghiên cứu sinh chân thành bày tỏ lòng cảm ơn tới gia đình ln chia sẻ động viên nghiên cứu sinh suốt trình thực nội dung luận án Hà Nội, tháng 11 năm 2017 Cao Hồng Sơn iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii THUẬT NGỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC KÍ HIỆU xii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ xvi DANH MỤC CÁC BẢNG xxi MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 GIỚI THIỆU MẠNG CHUYỂN MẠCH GÓI QUANG 1.1.1 Kiến trúc trúc mạng chuyển mạch gói quang 10 1.1.2 Nút chuyển mạch gói quang 11 1.1.2.1 Khối giao diện đầu vào .11 1.1.2.2 Khối điều khiển chuyển mạch .12 1.1.2.3 Khối đệm chuyển mạch quang .13 1.1.2.4 Khối giao diện 13 1.2 CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ MÀO ĐẦU GÓI QUANG TRONG MẠNG CHUYỂN MẠCH GÓI QUANG 14 1.2.1 Các giải pháp xử lý mào đầu gói quang 14 1.2.2 Các vấn đề đặt xử lý mào đầu gói quang 15 1.3 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH QUANG 16 1.4 CÁC THAM SỐ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG MẠNG CHUYỂN MẠCH GÓI QUANG 17 1.4.1 Thời gian xử lý mào đầu 18 1.4.2 Công suất phát quang trung bình 18 1.4.3 Hiệu sử dụng mạng 18 1.4.4 Xác suất gói 18 iv 1.4.5 Tỉ số tín hiệu nhiễu quang 18 1.5 CÁC CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI LUẬN ÁN .19 1.5.1 Các cơng trình nghiên cứu nước 19 1.5.2 Các cơng trình nghiên cứu giới 19 1.5.2.1 Các nghiên cứu công nghệ chuyển mạch toàn quang cực nhanh 19 1.5.2.2 Các nghiên cứu giải pháp xử lí mào đầu gói 20 1.6 NHẬN XÉT VỀ CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU CỦA CÁC TÁC GIẢ KHÁC VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN 26 1.6.1 Nhận xét cơng trình nghiên cứu tác giả khác 26 1.6.2 Hướng nghiên cứu bố cục luận án 27 1.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG I 29 CHƯƠNG 2: PHÁT TRIỂN CHUYỂN MẠCH SMZ VỚI COUPLER ĐẦU RA KHÔNG ĐỐI XỨNG VÀ XUNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT KHÁC NHAU Ở HAI NHÁNH 31 2.1 CHUYỂN MẠCH TOÀN QUANG CỰC NHANH .31 2.1.1 Chuyển mạch quang cực nhanh dựa UNI 32 2.1.2 Chuyển mạch quang cực nhanh dựa TOAD 32 2.1.3 Chuyển mạch quang cực nhanh dựa MZI 34 2.2 KHẢO SÁT CÁC THAM SỐ SOA CHO CHỨC NĂNG CHUYỂN MẠCH .35 2.2.1 Cấu trúc nguyên lý hoạt động SOA .35 2.2.2 Mô hình lý thuyết SOA .36 2.2.2.1 Phương trình tốc độ 36 2.2.2.2 Phương trình truyền 37 2.2.2.3 Phương trình dịch pha 37 2.2.3 Khảo sát tham số SOA cho chức chuyển mạch 38 2.3 CHUYỂN MẠCH TOÀN QUANG CỰC NHANH MACH-ZEHNDER ĐỐI XỨNG (SMZ) 41 v 2.3.1 Cấu trúc nguyên lý hoạt động chuyển mạch SMZ 41 2.3.2 Phát triển chuyển mạch SMZ với coupler đầu không đối xứng xung điều khiển có cơng suất khác hai nhánh 45 2.3.3 Phân tích hiệu 47 2.4 MÔ PHỎNG VÀ THẢO LUẬN .51 2.4.1 Mơ hình mơ 51 2.4.2 Kết mô thảo luận 54 2.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 58 CHƯƠNG 3: PHÁT TRIỂN GIẢI PHÁP XỬ LÝ MÀO ĐẦU GĨI TỒN QUANG DỰA TRÊN KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ VỊ TRÍ XUNG SỬA ĐỔI (MPPM) 59 3.1 KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ VỊ TRÍ XUNG SỬA ĐỔI (MPPM) .59 3.1.1 Kỹ thuật điều chế vị trí xung (PPM) 59 3.1.1.1 Nguyên tắc kỹ thuật PPM 60 3.1.1.2 Ứng dụng kỹ thuật PPM cho xử lý mào đầu gói tồn quang .61 3.1.2 Kỹ thuật điều chế vị trí xung sửa đổi (MPPM) 66 3.2 ỨNG DỤNG KỸ THUẬT MPPM CHO XỬ LÝ MÀO ĐẦU GĨI TỒN QUANG 67 3.2.1 Bảng định tuyến MPPM 67 3.2.2 Tách mào đầu gói tồn quang MPPM .70 3.3 KHẢO SÁT HIỆU NĂNG GIẢI PHÁP XỬ LÝ MÀO ĐẦU GĨI TỒN QUANG DỰA TRÊN KỸ THUẬT MPPM 70 3.3.1 Thời gian xử lí mào đầu, THP 70 3.3.2 Công suất điều chế quang trung bình, Pavg .72 3.3.3 Kết khảo sát hiệu thảo luận 72 3.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 77 CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG KHỐI XỬ LÝ MÀO ĐẦU DỰA TRÊN KỸ THUẬT MPPM SỬ DỤNG CHO NÚT CHUYỂN MẠCH GĨI TỒN QUANG .78 4.1 MƠ HÌNH KIẾN TRÚC NÚT CHUYỂN MẠCH GĨI TỒN QUANG SỬ DỤNG KHỐI MPPM-HP 78 vi 4.1.1 Mơ hình kiến trúc nút OPS sử dụng khối MPPM-HP 78 4.1.2 Hoạt động nút chuyển mạch gói MPPM-HP 79 4.2 MƠ HÌNH CẤU TRÚC KHỐI XỬ LÝ MÀO ĐẦU TOÀN QUANG DỰA TRÊN MPPM (MPPM-HP) 82 4.2.1 Mơ hình cấu trúc khối MPPM-HP 82 4.2.2 Các khối chức MPPM-HP 83 4.2.2.1 Khối tách định thời (CEM) 83 4.2.2.2 Khối tách mào đầu điều chế vị trí xung sửa đổi (MPPM-HEM) 88 4.2.2.3 Khối tạo bảng định tuyến MPPM .92 4.2.2.4 Các cổng AND tự tương quan quang 94 4.3 ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG 95 4.3.1 Các tham số đánh giá hiệu 95 4.3.1.1 Hiệu sử dụng mạng, U 95 4.3.1.2 Xác suất gói, PLP .95 4.3.1.3 Tỉ số tín hiệu nhiễu quang, OSNR 96 4.3.2 Kết đánh giá hiệu thảo luận 98 4.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 117 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .118 CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ .121 TÀI LIỆU THAM KHẢO .123 PHỤ LỤC 135 Phụ lục A: Giới thiệu phần mềm mô OptiSystem 135 vii THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng việt A ASE Amplified Spontaneous Phát xạ tự phát khuếch Emission đại Phương thức truyền không ATM Asynchronous Transfer Mode AWG Arrayed Waveguide Grating Cách tử ống dẫn sóng dãy BER Bit Error Rate Tỉ số lỗi bít BPF BandPass Filter Bộ lọc thông băng BRF Birefringent Fiber Sợi chiết quang BSS Broadcast and Select Switch đồng B Chuyển mạch quảng bá lựa chọn C CEM Clock Extraction Module Khối tách định thời CCW Counter ClockWise Ngược chiều kim đồng hồ CP Control Pulse Xung điều khiển CPMZ Colliding-Pulse Mach-Zehnder CR Contrast Ratio Tỉ số phân biệt CW ClockWise Cùng chiều kim đồng hồ DeMultiplexer Bộ tách kênh Dense Wavelength Division Ghép kênh theo bước sóng mật Multiplexing độ cao Bộ Mach-Zehder xung va chạm D DEMUX DWDM viii F FBG Fiber Bragg Grating Cách tử Bragg sợi FIFO First In First Out Vào trước trước FWHM Full Width at Half Maximum FWM Four Wave Mixing Trộn bốn sóng Group Velocity Dispersion Tán sắc vận tốc nhóm Internet Protocol Giao thức Internet KEys to Optical Packet Các vấn đề then chốt Switching chuyển mạch gói quang Lightwave Switched Path Đường chuyển mạch quang Độ rộng tối đa nửa giá trị cực đại G GVD I IP K KEOPS L LSP M MEMS MPPM Micro-Electro-Mechanical Systems Modified Pulse Position Modulation Hệ vi điện Điều chế vị trí xung sửa đổi MPPM- MPPM- Address Conversion Khối chuyển đổi địa sang ACM Module MPPM MPPM- MPPM- Header Extraction HEM Module MPPM-HP MPPM- Header Processer Bộ xử lí mào đầu MPPM MPPRT MPPM Routing Table Bảng định tuyến MPPM MPP-SRT MPPM Sub-Routing Table Bảng định tuyến MPPM Khối tách mào đầu MPPM 122 [J7] Cao Hồng Sơn, “Một số ứng dụng công nghệ quang mạng chuyển mạch gói tồn quang”, Tạp chí Cơng nghệ thơng tin truyền thông kỳ tháng 6/2010 [J8] Cao Hồng Sơn, “Các kỹ thuật tạo xử lí tiêu đề quang mạng chuyển mạch gói quang (OPS)”, Tạp chí Cơng nghệ thông tin truyền thông kỳ tháng 11/2011 ĐỀ TÀI KHOA HỌC [P1] Cao Hồng Sơn (Chủ trì), “Phân tích hiệu chuyển mạch gói quang (OPS) dựa đệm quay vòng”, Đề tài cấp Học viện - Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng, 2012 [P2] Cao Hồng Sơn (Chủ trì), “Phân tích đánh giá hiệu chuyển mạch gói quang sử dụng mơ hình chuỗi Markov”, Đề tài cấp Học viện - Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng, 2013 [P3] Cao Hồng Sơn (Chủ trì), “Nghiên cứu kĩ thuật xử lí mào đầu gói tồn quang cho mạng chuyển mạch gói quang (OPS) phân khe đồng bộ”, Đề tài cấp Học viện - Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng, 2014 [P4] Cao Hồng Sơn (Chủ trì), “Nghiên cứu chuyển mạch toàn quang cực nhanh ứng dụng chuyển mạch gói quang (OPS) ghép phân chia thời gian quang (OTDM)”, Đề tài cấp Học viện - Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng, 2015 SÁCH THAM KHẢO [B1] Cao Hồng Sơn, Đặng Thế Ngọc, “Các giải pháp cơng nghệ mạng chuyển mạch gói burst quang”, NXB thông tin truyền thông, 2014 123 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Bá Hưng, Đề tài nhánh “Nghiên cứu kỹ thuật chuyển mạch quang tiên tiến phương án ứng dụng cho mạng viễn thông Việt Nam”, Mã số: 031-2005-TCTRDS-VT-09, Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện, 2005 [2] Trần Quốc Việt (2002), “Nghiên cứu phát triển modul chuyển mạch quang”, Luận án Tiến sĩ, LA02.0697.3 [3] Abdullaev, A., and Ján Turán (2014), "Analisys of the Methods of Preventing of Contention Resolution in Optical Packet Switching Networks", Carpathian Journal of Electronic and Computer Engineering, vol.7, no.1, pp 3-6 [4] Agrawal, Govind P (1988), "Population pulsations and nondegenerate four-wave mixing in semiconductor lasers and amplifiers", JOSA B, vol.5, no.1, pp 147-159 [5] Agrawal, Govind P., and N Anders Olsson (1989), "Self-phase modulation and spectral broadening of optical pulses in semiconductor laser amplifiers", IEEE Journal of Quantum Electronics, vol.25, no.11, pp 2297-2306 [6] Agrawal, Govind P., “Lightwave technology: telecommunication systems”, John Wiley & Sons, 2005 [7] Archita Bhartiya Todani, Subhrabrata Choudhury, Abhijit Bhowmik (2013), “A Contention Avoidance Scheme for Optical Packet Switched Networks”, International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology, Vol 2, pp.1417-1424 [8] Bakopoulos, P., et al (2005), "Compact all-optical packet clock and data recovery circuit using generic integrated MZI switches", Optics express, vol.13, no.17, pp 64016406 [9] Barakat, Neil, and Thomas E Darcie (2007), "The control-plane stability constraint in optical burst switching networks", IEEE communications letters, vol.11, no.3, pp 267269 [10] Bintjas, Chris, et al (2003), "Ultrafast nonlinear interferometer (UNI)-based digital optical circuits and their use in packet switching", Journal of lightwave technology, vol.21, no.11, pp 2629-2637 124 [11] Bishop, David J., C Randy Giles, and Gary P Austin (2002), "The Lucent LambdaRouter: MEMS technology of the future here today", IEEE Communications magazine, vol.40, no.3, pp 75-79 [12] Bjornstad, Steinar, et al (2003), "Optical burst and packet switching: Node and network design, contention resolution and Quality of Service" Telecommunications, 2003 ConTEL 2003 Proceedings of the 7th International Conference on Vol IEEE, pp 775-782 [13] Blumenthal, Daniel J., et al (2000), "All-optical label swapping networks and technologies", Journal of Lightwave Technology, vol.18, no.12, pp 2058-2075 [14] Blumenthal, Daniel J., et al (2003), "Optical signal processing for optical packet switching networks", IEEE Communications Magazine, vol.41, no.2, pp S23-S29 [15] Cao, Xiaoyuan, et al (2015), "Dynamic OpenFlow-controlled optical packet switching network", Journal of Lightwave Technology, vol.33, no.8, pp 1500-1507 [16] Calabretta, N., et al (2001), "Multiple-output all-optical header processing technique based on two-pulse correlation principle", Electronics Letters, vol.37, no.20, pp 12381240 [17] Chai, Zhen, et al (2016), "Ultrafast All‐Optical Switching." Advanced Optical Materials [18] Cheung, Chin Ying, “Noise and crosstalk analysis of all optical time division demultiplexers”, Diss Sheffield Hallam University, 2001 [19] Chiang, Ming-Feng, et al (2006), "Crosstalk Investigation of an All-Optical Serial-toParallel Converter Based on the SMZ", Proc PGNET 2006, pp 217-221, [20] Chiang, M F., et al 2007, "Ultrafast all-optical packet-switched router with multiple pulse position routing tables", Proc the 12th European Conference on Networks & Optical Communications (NOC 2007), pp.360-367 [21] Chiang, Ming-Feng, et al (2007), "All-optical packet-switched routing based on pulseposition-modulated header", Proc IASTED International Conferences on Wireless and Optical Communications (WOC 2007) [22] Chiang, Ming Feng, et al (2008), "An ultrafast x M all-optical WDM packetswitched router based on the PPM header address" 125 [23] Chiang, M F., et al (2008), "Ultra-fast all-optical packet-switched routing with a hybrid header address correlation scheme", 2008 International Conference on High Performance Switching and Routing IEEE, pp.92-98 [24] Chiang, Ming-Feng, et al (2008), "Multiple-Hop Routing in Ultrafast All-Optical Packet Switching Network Using Multiple PPM Routing Tables", proceeding of IEEE International Conference on Communications 2008 (ICC 2008), ISBN: 978-1-42442075-9, pp 5231-5325 [25] Chiang, Ming-Feng, et al (2010), “1xM Packet Switched router based on the PPM header address for all-optical WDM networks”, The Mediterranean Journal of Electronics and Communications, vol.6, no.3, pp.78-85, [26] Chiang, Ming-Feng, et al., (2010), “Simulation of an all-optical x SMZ switch with a high contrast ratio”, The Mediterranean J of Electronics and Communications, vol.6, no.2, pp.58-64 [27] Connelly, Michael J (2001), “Wideband semiconductor optical amplifier steady-state numerical model”, IEEE J Quantum Electron., Vol.37, pp 439-447 [28] Connelly, Michael J Semiconductor optical amplifiers Springer Science & Business Media, 2007 [29] Cryan, R A., et al (1990), "Optical fibre digital pulse-position-modulation assuming a Gaussian received pulse shape", IEE Proceedings J-Optoelectronics vol.137, no.2, pp 89-96 [30] Dittmann, Lars, et al (2003), "The European IST project DAVID: a viable approach toward optical packet switching", IEEE Journal on selected areas in communications, vol 21, no.7, pp 1026-1040 [31] Doran, N J., and David Wood (1988), "Nonlinear-optical loop mirror", Optics letters, vol.13, no.1, pp 56-58 [32] Doren, H J S., et al (2003), "Ultrafast gain and index in SOA-theory and experiment", proc SPIE-Physics and Simu of Optoelec Dev XI, San Jose, California, USA, pp.521-528 [33] El Aziz, A Abd, et al (2010), "Impact of signalwavelength on the semiconductor opticalamplifier gain uniformity for high speed optical routers employing the 126 segmentation model", Information Sciences Signal Processing and their Applications (ISSPA), 2010 10th International Conference on IEEE, pp.259-262 [34] El-Bawab, Tarek S (2008), “Optical switching”, Springer Science & Business Media [35] Farahmand, Farid, et al (2007), "Optical burst switching network: A multi-layered approach", Journal of High Speed Networks, vol.16, no.2, pp.105-122 [36] Farrington, Nathan, et al (2013), "A multiport microsecond optical circuit switch for data center networking." IEEE Photonics Technology Letters, vol.25, no.16, pp.15891592 [37] Fitsios, Dimitrios, et al (2013), "Memory speed analysis of an optical flip-flop employing a SOA-MZI and a feedback loop", IEEE Journal of Quantum Electronics, vol.49, no.2, pp 169-178 [38] Geldenhuys, Ronelle (2007), “Contention Resolution in Optical Packet-Switched Cross-Connects”, COBRA Research Institute [39] Ghassemlooy, Z., H Le Minh, and Wai Pang Ng (2005), "All-optical packet header processing scheme based on pulse position modulation in packet-switched networks", Optical Fibre Communications and Electronic Signal Processing, 2005 The IEE Seminar on (Ref No 2005-11310) IET, pp.19/1 [40] Ghassemlooy, Z., and R Ngah (2005), "Simulation of 1× OTDM router employing symmetric Mach-Zehnder switches", IEE Proceedings-Circuits, Devices and Systems, vol.152, no.2, pp 171-177 [41] Ghassemlooy, Zabih, Hoa Le-Minh, and Wai Pang Ng (2006), "Investigation of header extraction based on the symmetric Mach-Zehnder switch and pulse position modulation for all-optical packet-switched networks", Proc 14th Iranian Conference on Electrical Engineering (ICEE 2006) [42] Ghassemlooy, Zabih, Wai Pang Ng, and Hoa Le Minh (2006), "BER performance analysis of 100 and 200 Gbit/s all-optical OTDM node using symmetric Mach-Zehnder switches", IEE Proceedings: Circuits, Devices and Systems, vol.153, no.4, pp 361369 [43] Giller, Robin, Robert J Manning, and David Cotter (2006), "Gain and phase recovery of optically excited semiconductor optical amplifiers", IEEE photonics technology letters, vol.18, no.9, pp.1061-1063 127 [44] Ginovart, Frédéric, and Jean-Claude Simon (2002), "Gain dynamics studies of a semiconductor optical amplifier." Journal of Optics A: Pure and Applied Optics, vol.4, no.3, pp 283-287 [45] Giuliani, Guido, and Davide D'Alessandro (2000), "Noise analysis of conventional and gain-clamped semiconductor optical amplifiers", Journal of lightwave technology, vol.18, no.9, pp 1256-1265 [46] Guillemot, Christian, et al (1998), "Transparent optical packet switching: The European ACTS KEOPS project approach", Journal of lightwave technology, vol.16, no.12, pp 2117-2134 [47] Guo, Zhiyang, and Yuanyuan Yang (2013), "High-speed multicast scheduling in hybrid optical packet switches with guaranteed latency", IEEE transactions on computers, vol.62, no.10, pp 1972-1987 [48] Guo, Peijun, et al (2016), "Ultrafast switching of tunable infrared plasmons in indium tin oxide nanorod arrays with large absolute amplitude." Nature Photonics, vol.10, no.4, pp 267-273 [49] Hauer, Michelle C., et al (2002), "Dynamically Reconfigurable All-Optical Correlators to Support Ultra-Fast Internet Routing”, Proc OFC 2002, USA, pp.268270 [50] Hayashi, Daisuke, et al (2015), "All-optical 2-bit header recognition and packet switching using polarization bistable VCSELs", Optics express, vol.23, no.7, pp 83578364 [51] Henrion, Michel A., et al (1993), "A multipath self-routing switch", IEEE Communications Magazine, vol.31, no.4, pp 46-52 [52] Herrera, J., et al (2006), "160 Gb/s all-optical packet switching employing in-band wavelength labelling and a hybrid integrated optical flip-flop." paper Th4 [53] Hiura, Hitoshi (2007), "All-optical label recognition using self-routing architecture of Mach-Zehnder interferometer optical switches with semiconductor optical amplifiers", IEICE transactions on electronics, vol.90, no.8, pp 1619-1626 [54] Hill, M T., et al (2001), "1× optical packet switch using all-optical header processing", Electronics Letters, vol.37, no.12, pp.774-775 128 [55] Hu, Hao, et al (2015), "160-gb/s silicon all-optical packet switch for buffer-less optical burst switching." Journal of Lightwave Technology, vol.33, no.4, pp 843-848 [56] Ironside, C N (1993), "Ultra-fast all-optical switching." Contemporary Physics, vol.34, no.1, pp 1-18 [57] Kartalopoulos, Stamatios V (2004), "Optical bit error rate: an estimation methodology", Optical Bit Error Rate: An Estimation Methodology, by Stamatios V Kartalopoulos, pp 291 ISBN 0-471-61545-5 Wiley-VCH, September 2004 [58] Kehayas, Efstratios, et al (2006), "ARTEMIS: 40-Gb/s all-optical self-routing node and network architecture employing asynchronous bit and packet-level optical signal processing", Journal of Lightwave Technology, vol.24, no.8, pp 2967-2977 [59] Keiser, Gerd Optical fiber communications John Wiley & Sons, Inc., 2003 [60] Khorrami, Yaser, Vahid Ahmadi, and Mohammad Razaghi (2012), "Tb/s all-optical nonlinear switching using semiconductor optical amplifier based Mach-Zehnder interferometer", 20th Iranian Conference on Electrical Engineering (ICEE2012) IEEE, pp.118-123 [61] Kitayama, Ken-ichi, et al (2005), "Photonic network R&D activities in Japan-current activities and future perspectives", Journal of lightwave technology, vol.23, no.10, pp 3404-3418 [62] Koonen, A M J., et al (2007), "Label-controlled optical packet routing-technologies and applications", IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, vol.13, no.5, pp 1540-1550 [63] Lauvernier, D., et al (2007), "Optical devices for ultra-compact photonic integrated circuits based on III-V/polymer nanowires", Optics express, vol.15, no.9, pp 53335341 [64] Le-Minh, H., et al (2004), "TOAD switch with symmetric switching window", LCS2004, UK, pp 89-93 [65] Le Minh, Hoa, Zabih Ghassemlooy, and Wai Pang Ng (2005), "Crosstalk suppression in an all-optical symmetric Mach-Zehnder (SMZ) switch by using control pulses with unequal powers", in IST 2005, Vol.65, pp.283-285 [66] Le Minh, Hoa, Zabih Ghassemlooy, and Wai Pang Ng (2008), "Characterization and performance analysis of a TOAD switch employing a dual control pulse scheme in 129 high-speed OTDM demultiplexer", IEEE Communications Letters, vol 12, no.4, pp 316-318 [67] Le-Minh, Hoa, et al (2009), "All-optical router with pulse-position modulation header processing in high-speed photonic packet switching networks", IET Communications, vol.3, no.3, pp 465-476 [68] Lima, RA de A., M C R Carvalho, and L F M Conrado (1997), "An accurate method for computing BER of a digital optical system through Gaussian approximation", Microwave and Optoelectronics Conference, 1997 Linking to the Next Century Proceedings., 1997 SBMO/IEEE MTT-S International Vol IEEE [69] Liu, Kevin H., “IP over WDM”, John Wiley & Sons, 2003 [70] Ma, Xiaohua, and Geng-Sheng Kuo (2003), "Optical switching technology comparison: optical MEMS vs other technologies", IEEE communications magazine, vol.41, no.11, pp S16-S23 [71] Masetti, Francesco, et al (1996), "High speed, high capacity ATM optical switches for future telecommunication transport networks", IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol.14, no.5, pp 979-998 [72] McGeehan, J E., et al (2003), "Multiwavelength-channel header recognition for reconfigurable WDM networks using optical correlators based on sampled fiber Bragg gratings", IEEE Photonics Technology Letters, vol.15, no.10, pp.1464-1466 [73] Miao, Wang, Fulong Yan, and Nicola Calabretta (2016) "Towards petabit/s all-optical flat data center networks based on WDM optical cross-connect switches with flow control." Journal of Lightwave Technology, vol 34, no.17,pp 4066-4075 [74] Mikroulis, Spiros, et al (2005), "Ultrafast all-optical AND logic operation based on four-wave mixing in a passive InGaAsP-InP microring resonator", IEEE photonics technology letters, vol.17, no.9, pp 1878-1880 [75] Morita, Masayuki, and Koso Murakami (2008), "Reflection-based deflection routing in OPS networks", IEICE transactions on communications, vol.91, no.2, pp 409-417 [76] Mukherjee, Biswanath (2000), "WDM optical communication networks: progress and challenges", IEEE Journal on Selected Areas in communications, vol 18, no.10, pp 1810-1824 130 [77] Naim, Nani Fadzlina, et al (2008), "Modelling of all-optical symmetric Mach-Zehnder switch with asymmetric coupler." RF and Microwave Conference, 2008 RFM 2008 IEEE International IEEE, pp.352-356 [78] Nakamura, Shigeru, Yoshiyasu Ueno, and Kazuhiko Tajima (1998), "Ultrafast (200fs switching, 1.5-Tb/s demultiplexing) and high-repetition (10 GHz) operations of a polarization-discriminating symmetric Mach-Zehnder all-optical switch", IEEE Photonics Technology Letters, vol.10, no.11, pp.1575-1577 [79] Ngah, R., and Z Ghassemlooy (2004), "Noise and crosstalk analysis of SMZ switches." International Symposium on Communication Systems, Networks and Digital Signal Processing (CSNDSP 2004), University of Newcastle, UK, pp.160-163 [80] Ngah, Razali (2004) “Optical Time Division Multiplexing Packet Switching Employing Symmetric Mach-Zehnder Switch”, University of Northumbria at Newcastle [81] Ni, G X., et al (2016), "Ultrafast optical switching of infrared plasmon polaritons in high-mobility graphene." Nature Photonics, vol.10, no.4, pp 244-247 [82] Olsson, N A., and Govind P Agrawal (1989), "Spectral shift and distortion due to self‐phase modulation of picosecond pulses in 1.5 μm optical amplifiers", Applied Physics Letters, vol.55, no.1, pp 13-15 [83] O'Mahony, Mike J (1988), "Semiconductor laser optical amplifiers for use in future fiber systems", Journal of lightwave technology, vol.6, no.4, pp 531-544 [84] O'Mahony, Mike J., et al (2001), "The WASPNET optical packet switching node and its testbed realization", Photonics in Switching Conference, Technical Digest [85] Optiwave, OptiSystem Tutorials - Volume 2, “Optical Communication System Design Software”, 2008 [86] Pagaria, Lalit Kumar, T Venkatesh, and C Siva Ram Murthy (2010), "Modeling the impact of control plane losses on the performance of optical burst switched core node", IEEE Communications Letters, vol.14, no.11, pp 1071-1073 [87] Patel, N S., K A Rauschenbach, and K L Hall (1996), "40-Gb/s demultiplexing using an ultrafast nonlinear interferometer (UNI)", IEEE Photonics Technology Letters, vol.8, no.12, pp 1695-1697 131 [88] Pottiez, O., E A Kuzin, and B Ibarra-Escamilla (2007), "Retrieving optical pulse profiles using a nonlinear optical loop mirror", IEEE Photonics Technology Letters, vol.19, no.18, pp 1347-1349 [89] Ramaswami, Rajiv, Kumar Sivarajan, and Galen Sasaki, “Optical networks: a practical perspective”, Morgan Kaufmann, 2009 [90] Ramos, Francisco, et al (2005), "IST-LASAGNE: Towards all-optical label swapping employing optical logic gates and optical flip-flops", Journal of Lightwave Technology, vol.23, no.10, pp 2993-3011 [91] Reis, C., et al (2014), "Experimental analysis of an all-optical packet router", Journal of Optical Communications and Networking, vol.6, no.7, pp 629-634 [92] Reza, Md, Md Hossain, and Satya Prasad Majumder (2010), “Evaluation of Burst Loss Rate of an Optical Burst Switching (OBS) Network with Wavelength Conversion Capability”, Journal of Telecommunications, vol 2, pp.102-109 [93] Rosencher, E and Vinter, B., “Optoelectronics”, Cambridge, 2002 [94] Samudra, Ms Sampada D., and Mrs Shilpa Gaikwad P (2013), “Optical Burst Switching (OBS) for DWDM transmission medium: an Overview”, International Journal of Advanced Research in Computer and Communication Engineering, Vol 2, pp.4700-4704 [95] Schreieck, Roland P., et al (2002), "All-optical switching at multi-100-Gb/s data rates with Mach-Zehnder interferometer switches", IEEE journal of quantum electronics, vol 38, no.8, pp 1053-1061 [96] Schubert, Colja, et al (2002), "Comparison of interferometric all-optical switches for demultiplexing applications in high-speed OTDM systems", Journal of lightwave technology, vol.20, no.4, pp 1-7 [97] Sivalingam, Krishna M., Subramaniam, Suresh (2005), “Optical Packet Switching”, Book title: Emerging Optical Network Technologies, pp.111-127 [98] Skoufis, C., et al (2003), "Data-centric networking using multiwavelength headers/labels in packet-over-WDM networks: A comparative study", Journal of lightwave technology, vol.21, no.10, pp 2110-2122 [99] Sokoloff, J P., et al (1993), "A terahertz optical asymmetric demultiplexer (TOAD)", IEEE Photonics Technology Letters, vol.5, no.7, pp 787-790 132 [100] Stavdas, A., et al (2001), "On multi-λ packet labeling for metropolitan and widearea optical networks", Photonic Network Communications, vol.3, no.1-2, pp 131-145 [101] Sun, Hongzhi, et al (2006), "All-optical XOR gate at 80 Gb/s using SOA-MZI-DI." Optics East 2006 International Society for Optics and Photonics, vol.42, pp.747-751 [102] Suzuki, Kazunori, et al (2001), "Optical properties of a low-loss polarizationmaintaining photonic crystal fiber", Optics Express, vol 9, no.13, pp 676-680 [103] Teng, Jing, and George N Rouskas (2005), "A Detailed Analysis and Performance Comparison of Wavelength Reservation Schemes for Optical Burst Switched Networks", Photonic Network Communications, vol 9, no.3, pp 311-335 [104] Tucker, Rodney S (2008), "Optical packet switching: A reality check", Optical Switching and Networking , vol.5, no.1, pp 2-9 [105] Uchiyama, Kentaro, et al (1997), "Signal-to-noise ratio analysis of 100 Gb/s demultiplexing using nonlinear optical loop mirror", Journal of lightwave technology, vol.15, no.2, pp 194-201 [106] Ueno, Yoshiyasu, Shigeru Nakamura, and Kazuhito Tajima (2002), "Nonlinear phase shifts induced by semiconductor optical amplifiers with control pulses at repetition frequencies in the 40–160-GHz range for use in ultrahigh-speed all-optical signal processing", JOSA B, vol.19, no.11, pp 2573-2589 [107] Verdurmen, E J M., et al (2005), "Error-free all-optical add-drop multiplexing using HNLF in a NOLM at 160 Gbit/s", Electronics Letters, vol.41, no.6, pp.349-350 [108] Virendra, Singh SHEKHAWAT, and Kumar TYAGI Dinesh (2009), "A novel packet switch node architecture for contention resolution in synchronous optical packet switched networks" Int'l J of Communications, Network and System Sciences, vol.6, pp.562-568 [109] Wada, Naoya, et al (2000), "Photonic packet routing based on multi-wavelength label switch using fiber bragg gratings", 26th European Con erence on Optical Co unification (ECOC2000), vol.4, no.10.4, pp.71-73 [110] Wang, Bing, et al (2002), "A novel fast optical switch based on two cascaded terahertz optical asymmetric demultiplexers (TOAD)", Optics Express, vol.10, no.1, pp 15-23 133 [111] Wang, Hui, Jian Wu, and Jintong Lin (2005), "Studies on the material transparent light in semiconductor optical amplifiers", Journal of Optics A: Pure and Applied Optics, vol.7, no.9, pp 479-492 [112] Wang, Ru-yan, et al (2008), "An effective buffering architecture for optical packet switching networks", Photonic Network Communications, vol.16, no.3, pp 239-243 [113] Willner, Alan E., et al (2003), "All-optical address recognition for optically-assisted routing in next-generation optical networks", IEEE Communications Magazine, vol.41, no.5, pp S38-S44 [114] Wu, Jian-Wei, and Amarendra K Sarma (2010), "Ultrafast all-optical XOR logic gate based on a symmetrical Mach-Zehnder interferometer employing SOI waveguides", Optics Communications, vol.283, no.14, pp 2914-2917 [115] Yao, Shun, et al (2003), "A unified study of contention-resolution schemes in optical packet-switched networks", Journal of lightwave technology, vol.21, no.3, pp 672683 [116] Yeow, Tze-Wei, KL Eddie Law, and Andrew Goldenberg (2001), "MEMS optical switches", IEEE Communications Magazine, vol.39, no.11, pp.158-163 [117] Yoo, Myungsik, Chunming Qiao, and Sudhir Dixit (2000), "QoS performance of optical burst switching in IP-over-WDM networks", IEEE Journal on selected areas in communications, vol.18, no.10, pp 2062-2071 [118] Yoshimoto, Naoto, et al (1998), "High-input-power saturation properties of a polarization-insensitive semiconductor Mach-Zehnder interferometer gate switch for WDM applications", IEEE Photonics Technology Letters, vol.10, no.4, pp 531-533 [119] Yuan, X C., et al (2003), "A Novel Self-Routing Address Scheme for All-Optical Packet-Switched NetworksWith Arbitrary Topologies", Journal of lightwave technology, vol.21, no.2, pp 329-339 [120] Zhang, Jinlong (2000), "Modulation analysis for outdoors applications of optical wireless communications", Communication Technology Proceedings, 2000 WCCICCT 2000 International Conference on Vol IEEE, 2000 pp 1483- 1487 [121] Zhang, Tao, Kejie Lu, and J R Jue (2006), "Shared fiber delay line buffers in asynchronous optical packet switches", IEEE journal on Selected Areas in Communications, vol 24, no.4, pp 118-127 134 [122] Zhou, Deyu, et al (1999), "An analysis of signal-to-noise ratio and design parameters of a terahertz optical asymmetric demultiplexer", Journal of lightwave technology, vol.17, no.2, pp 298-307 [123] Zhou, Luying, et al (2015), "An optical circuit switching network architecture and reconfiguration schemes for datacenter", Optics Communications, vol.335, pp 250256 [124] Zhu, Xiaoming, and Joseph M Kahn (2003), "Queueing models of optical delay lines in synchronous and asynchronous optical packet-switching networks", Optical Engineering, vol 42, no.6, pp 1741-1748 135 PHỤ LỤC Phụ lục A: Giới thiệu phần mềm mô OptiSystem OptiSystem phần mềm mô hệ thống mạng thông tin quang Phần mềm có khả thiết kế, đo kiểm tra thực tối ưu hóa nhiều loại tuyến thơng tin quang, dựa khả mơ hình hóa hệ thống thông tin quang thực tế Bên cạnh đó, phần mềm dễ dàng mở rộng người sử dụng đưa thêm phần tử tự định nghĩa vào Các ứng dụng Optisystem Optisystem cho phép thiết kế tự động hầu hết loại tuyến thông tin quang lớp vật lý, từ hệ thống đường trục mạng LAN, MAN quang Các ứng dụng cụ thể thiết kế hệ thống thông tin quang từ mức phần tử đến mức hệ thống lớp vật lý, thiết kế mạng OTDM/WDM, CATV, FTTx dựa mạng quang thụ động (PON), thiết kế hệ thống ROF (radio over fiber), thiết kế thu/phát quang, khuếch đại quang, thiết kế sơ đồ bù tán sắc, đánh giá BER thiệt thòi cơng suất hệ thống quang với mơ hình thu khác tính tốn BER quỹ cơng suất tuyến hệ thống có sử dụng khuếch đại quang Các đặc điểm Optisystem + Thư viện phần tử (Component Library): Optisystem có thư viện phần tử phong phú với hàng trăm phần tử mơ hình hóa để có đáp ứng giống thiết bị thực tế Cụ bao gồm thư viện nguồn quang, thu quang, sợi quang, khuếch đại (quang, điện), MUX/DEMUX, lọc (quang, điện), phần tử FSO, phần tử truy nhập, phần tử thụ động (quang, điện), phần tử xử lý tín hiệu (quang, điện), phần tử mạng quang thiết bị đo (quang, điện) Ngoài phần tử định nghĩa sẵn, Optisystem cịn có phần tử Measured components (cho phép nhập tham số đo từ thiết bị thực nhà cung cấp khác nhau) phần tử User-defined Components + Khả kết hợp với công cụ phần mềm khác Optiwave: Optisystem cho phép người dùng sử dụng kết hợp với công cụ phần mềm khác Optiwave 136 OptiAmplifier, OptiBPM, OptiGrating, WDM_Phasar OptiFiber để thiết kế mức phần tử + Các công cụ hiển thị: Optisystem có đầy đủ thiết bị đo quang, đo điện Cho phép hiển thị tham số, dạng, chất lượng tín hiệu điểm hệ thống + Mô phân cấp với hệ thống (subsystem): Để việc mô thực cách linh hoạt hiệu quả, Optisystem cung cấp mơ hình mơ mức khác nhau, bao gồm mức hệ thống, mức hệ thống mức phần tử + Ngơn ngữ Scipt mạnh: Người sử dụng nhập biểu diễn số học tham số tạo tham số toàn cục Các tham số toàn cục dùng chung cho tât phần tử hệ thống hệ thống nhờ sử dụng chung ngôn ngữ VB Script + Thiết kế nhiều lớp (multiple layout): Trong file dự án, Optisystem cho phép tạo nhiều thiết kế, nhờ người sử dụng tạo sửa đổi thiết kế cách nhanh chóng hiệu Mỗi file dự án thiết kế Optisystem chứa nhiều phiên thiết kế khác Mỗi phiên tính tốn thay đổi cách độc lập kết tính tốn phiên khác kết hợp lại, cho phép so sánh phiên thiết kế cách dễ dàng + Trang báo cáo (report page): Trang báo cáo Optisystem cho phép hiển thị tất phần tham số kết tính tốn thiết kế tùy theo yêu cầu người sử dụng Các báo cáo tạo tổ chức dạng text, dạng bảng tinh, đồ thị 2D 3D Cũng kết xuất báo cáo dạng file HTML dạng file template định dạng trước + Quét tham số tối ưu hóa (parameter sweeps and optimizations): Q trình mơ thực lặp lại cách tự động với giá trị khác tham số để đưa phương án khác thiết kế Người sử dụng sử dụng phần tối ưu hóa Optisystem để thay đổi giá trị tham số để đạt kết tốt nhất, xấu giá mục tiêu thiết kế