NGUYÊN CỨU MẠNG MAN CHUYỂN MẠCH GÓI ĐƠN CHẶNG LỰA CHỌN BƯỚC SÓNG DỰA TRÊN AWG CHƯƠNG 2_1 ppsx

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN THÔNG TIN QUANG ĐỀ TÀI: NGUYÊN CỨU MẠNG MAN CHUYỂN MẠCH GÓI ĐƠN CHẶNG LỰA CHỌN BƯỚC SÓNG DỰA TRÊN AWG CHƯƠNG II. CÁC MẠNG WDM NỘI THỊ Các mạng nội thị nằm giữa các mạng truy nhập và mạng đường trục như được vẽ trên hình 1.3 chương I. MAN có một số đặc tính riêng cần phải xem xét khi thiết kế các giao thức và kiến trúc mạng nội thị: - Vùng phủ địa lí của MAN là có giới hạn. Thông thường, các MAN có đường kính từ 50 km tới 200 km, cung cấp đa dịch vụ tập trung ở khu vực đô thị. - Số lượng node trong một MAN phổ biến trong khoảng từ 10 tới 200 node. - So với các mạng đường trục, các MAN có hiệu quả chi phí hơn vì số lượng khách hàng ít hơn nhiều và lưu lượng trong MAN có tính bùng nổ hơn. - Trong khi tính chất lưu lượng trong các LAN và WAN đã được nghiên cứu, các kiểu lưu lượng trong MAN đang được nghiên cứu ở mức lý thuyết. - Trong khi các mạng lưới là khá phổ biến trong mạng đường trục, các mạng nội thị thường có mô hình sao, ring hoặc bus. Đồ án này sẽ tổng quan các mạng WDM nội thị khác nhau đã được giới thiệu một cách lí thuyết cho đến thời điểm hiện tại. Thông thường, các mạng WDM nội thị có cấu hình sao hoặc ring. 2.1 Các mạng WDM nội thị ring Hầu hết các mạng WDM nội thị ring được mô tả dưới đây hoạt động ở tốc độ đường là 2.5Gb/s. Vì các lí do thực tế nên hầu hết chúng được triển khai dạng các bộ thu cố định hơn là các bộ thu chuyển đổi được. 2.1.1 Mạng Komnet Mạng ba trường WDM nội thị Komnet bao gồm ba bộ kết hợp kênh xen/rẽ quang (OADM) được kết nối với nhau thông qua một mô hình ring hai hướng. Cấu trúc của một OADM được chỉ ra trên hình 3.1. Trên mỗi một sợi các bước sóng khác nhau có thể được lọc bằng cách dùng các lưới Bragg chuyển đổi được. Bằng cách sử dụng các bộ kết hợp bước sóng mật độ cao, các bước sóng các thể được xen vào mỗi sợi quang. Mỗi FBG có một tổn thất chèn tương đối nhỏ khoảng 0,1 dB. Các FBG có thể chuyển đổi cơ với dải ms. Do đó, Komnet rất thích hợp cho chuyển mạch kênh (Lambda), nhưng lại không hiệu quả cho chuyển mạch gói do thời gian chuyển đổi tương đối lớn đối với mỗi FBG. OADM OADM OADM DEMUX DEMUX Combiners Circulator Tunable FBGs . . . . . . . . Hình 3.1. Mạng WDM nội thị KomNet 2.1.2 RINGO Mạng nội thị RINGO chuyển mạch gói là một mạng ring sợi đơn hướng. Nó bao gồm N node trong đó N bằng với số bước sóng. Mỗi node được trang bị một dãy các bộ phát cố định và một bộ thu cố định hoạt động ở bước sóng cho trước tương ứng với node đó. Node j tách bước sóng λ j từ vòng ring. Do vậy, để truyền thông với node j, một node cho trước phải truyền dữ liệu bằng cách sử dụng laser hoạt động ở bước sóng λ j , như được mô tả trên hình 3.2. Tất cả các bước sóng được chèn với chiều dài khe bằng với thời gian truyền của bói dữ liệu có kích thước cố định cộng với thời gian bảo vệ. Mỗi node kiểm tra trang thái của chiếm bước sóng (λ–giám sát) dựa trên khe thời gian để tránh xung đột nhờ tạo ra đa kênh theo xu hướng khe rỗng (Trong xu hướng khe rỗng, một bit tại đầu mỗi khe thời gian chỉ ra trạng thái của khe thời gian tương ứng nghĩa là nó có rỗi hay không). Cơ chế truy nhập này dành sự ưu tiên cho truyền bằng cách cho phép một node giám sát sử dụng chỉ các khe thời gian rỗi. Fixed Rx Fixed Rx Fixed Tx array node1 Node 3 Node i Node 2 Node j Node N Fixed Tx array Gói chuyển từ node i đến node j trên λj Hình 3.2 Mạng nộ thị WDM RINGO D E M U X MUX External modulator Fixed Tx Array Photodiot array Burst mode Rx ………. 50/50 90/10 90/10 90/10 λ1…λn λ1 λn λn λdrop λ1 λ2 M U X Hình 3.3 Cấu trúc node RINGO Hình 3.3 thể hiện cấu trúc node một cách chi tiết hơn. Tại mỗi node tất cả các bước sóng đều được giải ghép kênh. Bước sóng cần tách được định tuyến tới một bộ thu trong khi trạng thái của các bước sóng khác được giám sát bởi khoảng trống 90/10 và một dãy các photodiode. Tiếp đó, các bước sóng được ghép kênh trong sợi ra. Với một bộ kết hợp 50/50 và một bộ điều chế ngoài, node tương ứng có thể gửi gói tin dữ liệu bằng cách kích hoạt một hoặc nhiều các bộ phát cố định. 2.1.3 HORNET HORNET là một mạng ring WDM đơn hướng. Tất cả các bước sóng được chèn vào khe với chiều dài khe bằng với thời gian truyền của một gói kích thước cố định (cộng với thời gian bảo vệ). Mỗi bước sóng được chia sẻ bởi một vài node để tiếp nhận dữ liệu. Tất cả các node được trang bị một bộ phát chuyển đổi nhanh và một bộ thu mode cố định. Cấu trúc node bao gồm một bộ quản lí khe thời gian, mọt bộ tách thông minh và một khối chèn thông minh như hình 3.4 Hình 3.4 Cấu trúc node HORNET Truy cập tới tất cả các bước sóng được điều khiển nhờ giao thức MAC truy cập cảm nhận sóng mang tránh xung đột (CSMA/CA). Khi một node truyền một gói tin nó ghép sóng âm thứ cấp vào gói tin tại một tần số thứ cấp tương ứng với bước sóng mà gói tin chuẩn bị truyền. Do vậy, tất cả các gói tin trên vòng mang cùng với nó một sóng âm ghép kênh thứ cấp biểu thị bước sóng mà chúng chiếm. Để cảm nhận, bộ quản lí khe thời gian chỉ cần tách một lượng nhỏ công suất quang và xác định nó bằng một photodiode. Như được mô tả trên hình 3.5, dữ liệu trên tất cả các bước sóng xung đột tại băng gốc trong khi bỏ lại các tần số sóng mang thứ cấp (được điều chế ASK hoặc FSK) không bị ảnh hưởng. Sự vắng mặt của âm thứ cấp chỉ ra sự vắng mặt của bước sóng tương ứng. Điều này cho phép node đó xác định liệu bước sóng đó là rỗi hay bận. Nếu như bước sóng đó của node đích tương ứng là rỗi, node cảm nhận sẽ truyền gói tin bằng cách sử dụng khối chèn thông minh của nó. Mỗi khối sử dụng khỗi tách thông minh của nó (xem hình 3.4) để thu trên bước sóng gắn sẵn cố định của nó. Tần số sóng mang thứ cấp tương ứng được điều chế FSK và mạng địa chỉ đích của gói tin tương ứng. Nếu địa chỉ đích gói tin không phù hợp với địa chỉ node, node đó sẽ chuyển tiếp gói tin bằng cách sử dụng khối chèn thông minh. Giao thức MAC CSMA/CA có thể mở rộng để hỗ trợ các gói tin IP có kích thước thay đổi. Bằng cách bổ sung một ring sợi theo hướng ngược lại, HORNET có thể chống lại lỗi sợi/node. BPF @ fdrop BPF @ f1 BPF @ fn ASK demodulation Slot derector ASK demodulation FSK demodulation Slot derector 90/10 from MAN To Smart drop Collided data f1, f2… ,fn … Hình 3.5: Cấu trúc của quản lý khe thời gian 2.1.4 IEEE 802.17 RPR Hiện nay IEEE 802.17 và IETF WG IPoRPR đang làm việc để có một chuẩn mới cho các mạng ring nội thị. 2.2 Các mạng WDM nội thị hình sao Các mạng WDM nội thị hình sao có thể dựa trên PSC hoặc AWG. Trong các mạng hình sao dưới đây, truyền thông giữa hai cặp node bất kì - có thể chuyển mạch kênh hoặc chuyển mạch gói - xảy ra đơn chặng nghĩa là dữ liệu được truyền không phải xử lí và chuyển tiếp qua các node trung gian. 2.2.1 RAINBOW RAINBOW là một mạng WDM nội thị do IBM khởi xướng dựa trên một PSC. Như được mô tả trên hình 3.6 mạng này gồm 32 node. Mỗi node được trang bị với một bộ phát cố định với một bước sóng dành riêng và một bộ thu điều chỉnh được. Tất cả các bộ thu sử dụng một bộ lọc Fabry-Perot điều chỉnh được với tốc độ điều chỉnh là 1ms. RAINBOW hướng tới xu hướng chuyển mạch kênh song công. Các mạch giữa các node được thiết lập và loại bỏ bằng cách dùng giao thức tìm kiếm vòng. Để thiết lập một kết nối, một node liên tục quảng bá một bản tin yêu cầu kết nối trên một bước sóng được gán trước cho nó. Đích mong muốn, nếu rỗi, dò tìm bộ lọc điều chỉnh được của nó đối với tất cả các bước sóng để tìm kiếm một bản tin như vậy và khoá đối với một bước sóng nếu nó gặp một bước sóng như vậy. Sau đó nó gửi trở lại một bản tin chấp nhận kết nối mà phía khởi tạo tìm kiềm trong khi nó kiểm tra tất cả các bước sóng. Trong RAINBOW 1, mỗi node có khả năng gửi dữ liệu ở tốc độ 300Mb/s. Trong RAINBOW 2, ngược lại, tốc độ tại mỗi node là 1Gb/s. Hình 3.6 Mạng nội thị sao RAINBOW của IBM 2.2.2 Telstra Mạng Telstra sử dụng một AWG trung tâm (mà không đi kèm với bất cứ bộ kết hợp và bộ chia nào) như là một bộ định tuyến bước sóng thụ động cho các mạng WDM liên kết với nhau trong một mô hình sao như được thể hiện trong hình 3.7. Hình 3.7 Mạng nội thị kết nối nhiều vòng dựa trên Telstra’s AWG Mỗi node dùng các bộ thu phát cố định. Bằng cách kích hoạt các bộ thu phát khác nhau, mỗi node có khả năng gửi dữ liệu tới các mạng ring khác thông qua AWG định tuyến theo bước sóng. Điều quan trọng trong kiến trúc này là thực ra hai ring bất kì kết nối trực tiếp với nhau thông qua một AWG trung tâm. 2.2.3 NTT NTT là một mạng WDM nội thị hình sao dựa trên một AWG kết nối 32 node lại với nhau. Như trong hình 3.8, mỗi node có 32 bộ thu phát cố định. Mỗi bộ thu phát hoạt động ở một bước sóng khác nhau sao cho mỗi cặp node bất kì có thể truyền thông qua đơn chặng duy nhất với tốc độ 10Gb/s. Với đường kính mạng 20km thì không cần một bộ khuyếch đại quang nào. Mạng có thể mở rộng tới 96 node cho phép dung lượng mạng lên tới 96x96x10Gb/s = 92Tb/s. Hình 3.8 Mạng WDM nội thị hình sao dựa trên NTT’s AWG Một mạng biến đổi trong đó mỗi node được trang bị chỉ hai bộ phát cố định (và n bộ thu, trong đó n là số lượng node) được trình bày trong [OSS + 01]. Mỗi node truyền các gói dữ liệu ở cùng bước sóng 1,55m và các tiêu đề gói tin tương ứng ở bước sóng 1,33m. Để cho phép truyền thông đơn chặng giữa bất cứ cặp node nào, các bước sóng phải được chuyển đổi tại một AWG trung tâm. Hình 3.9 mô tả một tiêu đề và gói tin đến từ một node cho trước tới một AWG trung tâm. Một coupler WDM định tuyến gói tin phải truyền để đến được node đích tương ứng. Gói tin dữ liệu được khuyếch đại và chuyển tiếp tới bộ chuyển đổi bước sóng. Bộ này bao gồm nhiều nguồn quang mỗi cái hoạt động ở bước sóng khác nhau. Nhờ sử dụng các cổng khuyếch đại quang (SOA) và điều chế thu thập chéo (XGM), gói tin tới sẽ được chuyển đổi thành bước sóng đích. Sau khi vượt qua bộ kết hợp kênh AWG sẽ định tuyến gói tin theo bước sóng tới node đích tương ứng. Hình 3.9 Cấu trúc của NTT’s AWG trung tâm với bước sóng chuyển đổi [...]...2.3 Các mạng WDM đơn chặng Khái niệm của truyền thông đơn chặng không chỉ giới hạn trong các mạng WDM nội thị Nó cũng được áp dụng trong các mạng WDM diện rộng, các mạng nội hạt, các chuyển mạch, và các kết nối tốc độ cao giữa các bộ vi xử lí và các bộ nhớ Vài mạng WDM đơn chặng đã được làm và đang ở giai đoạn thử nghiệm SONATA là một mạng đơn chặng quốc gia dựa trên AWG không gian tự do... dãy được gắn lại với nhau của các bộ chuyển đổi bước sóng và một bộ điều khiển tài nguyên trung tâm Các ví dụ cho các LAN WDM đơn chặng là Bellcore LAMBDANET, Fairnet, STARNET của đại học Stanford, SYMFONET Các ví dụ về các chuyển mạch dựa trên WDM đơn chặng được cung cấp bởi chuyển mạch quang tử của phòng thí nghiệm AT&T Bell, Bellcore’FOX, BHYPASS và một chuyển mạch ATM quang tử LIGHTNING là một ví... bước sóng vì số lượng giới hạn của các bộ thu phát trong mỗi node Kết quả là các mạng đơn chặng với các bộ thu phát cố định trong mỗi node không có khả năng cung cấp kết nối hoàn toàn Vấn đề này có thể được giải quyết hoặc bằng cách trang bị cho mỗi node một bộ thu phát cố định cho mỗi bước sóng hoặc làm cho mỗi node chuyển tiếp gói tin tới node đích nghĩa là hình thành mạng đa chặng Các mạng đơn chặng. .. các hệ thống truyền thông đa vi xử lí WDM đơn chặng Vì lí do chi phí, mỗi node trong các mạng WDM đơn chặng triển khai một số lượng bộ thu phát nhỏ mà thông thường là nhỏ hơn số lượng bước sóng có sẵn để truyền/nhận tin Để tăng cường hiệu quả mạng tất cả các bước sóng phải luôn được sử dụng tại một thời điểm cho trước Có thể đạt được điều này nếu mỗi bước sóng được sử dụng bởi các tập con các node... cả các mạng WDM đơn chặng được báo cáo trong lí thuyết đều dùng một cấu trúc node là phát chuyển đổi được và/hoặc thu chuyển đổi được thay vì một dãy các bộ thu phát cố định (một bộ cho mỗi bước sóng) Trong các mạng như thế các gói tin có thể gặp phải xung đột kênh và xung đột bộ thu Xung đột kênh xảy ra khi hai hay nhiều node truyền đồng thời cùng một bước sóng Xung đột bộ thu xảy ra khi một gói tin... dụng trong mạng PSC và mỗi node có một kiến trúc TT-FR Các bước sóng được gán cố định cho một hoặc nhiều node Do đó các bộ thu không thể được chuyển đổi sang bất cứ một bước sóng nào khác để tránh xung đột bộ thu Vì các bộ thu không phải điều chỉnh được nên độ phức tạp trong hoạt động và triển khai của mạng được giảm xuống Mạng này dựa trên một PSC và mỗi node có cấu trúc TT-FR Ở mỗi node thu trên FSR... không xung đột ở một bước sóng cho trước tới một node đích mà bộ thu của nó đã được bật sang một bước sóng khác Do đó, gói tin không được thu bởi node đích, dẫn đến xung đột bộ thu (còn được gọi là xung đột phía thu) Để làm giảm hoặc loại bỏ hoàn toàn các xung đột này, truy nhập bước sóng phải được phân xử bởi một giao thức MAC Như hình 3.10 chỉ ra các giao thức MAC cho các mạng WDM đơn chặng có thể được... kết nối nào cũng có thể hình thành nếu các bộ thu và/hoặc bộ phát ở mỗi node là chuyển đổi được Để làm được như vậy, mỗi node truy nhập được tới tất cả các bước sóng và có khả năng gửi và/hoặc nhận các gói tin ở bất kì bước sóng nào (trong dải chuyển đổi của bộ thu phát) ) Theo những cấu trúc node khác nhau, các mạng WDM đơn chặng có thể được phân loại như sau: - Bộ thu cố định và bộ phát cố định (FT-FR)... giao thức đã đề cập ở trên Trong các phần kế tiếp hoạt động cơ bản và các ví dụ của các loại giao thức MAC khác nhau sẽ được trình bày Các giao thức MAC đơn hop Phân phối trước Truy nhập ngẫu nhiên Dành trước Lai (hỗn hợp) Hình 3.10 Phân loại các giao thức MAC của mạng WDM đơn chặng Phần còn lại của chương sẽ chỉ ra báo cáo trước đây về các giao thức MAC cho các mạng WDM đơn chặng Đối với mỗi loại... dải đa bước sóng của bộ thu được dùng, dẫn đến số lượng bước sóng cho phép là rất lớn Tuy nhiên, bộ phát ở mỗi node phải chuyển đổi được trong một FSR bộ thu để cho phép kết nối hoàn toàn Do vậy, xu hướng này tăng số lượng kênh trong khi rất tốn kém cho bộ phát với thời gian điều chỉnh nhỏ Để tránh xung đột bộ thu, các bước sóng được gán trước theo một cách mà mỗi node được phép nhận dữ liệu chỉ trên . QUANG ĐỀ TÀI: NGUYÊN CỨU MẠNG MAN CHUYỂN MẠCH GÓI ĐƠN CHẶNG LỰA CHỌN BƯỚC SÓNG DỰA TRÊN AWG CHƯƠNG II. CÁC MẠNG WDM NỘI THỊ Các mạng nội thị nằm giữa các mạng truy nhập và mạng đường trục. Hình 3 .1. Mạng WDM nội thị KomNet 2. 1 .2 RINGO Mạng nội thị RINGO chuyển mạch gói là một mạng ring sợi đơn hướng. Nó bao gồm N node trong đó N bằng với số bước sóng. Mỗi node được. [OSS + 01] . Mỗi node truyền các gói dữ liệu ở cùng bước sóng 1, 55m và các tiêu đề gói tin tương ứng ở bước sóng 1, 33m. Để cho phép truyền thông đơn chặng giữa bất cứ cặp node nào, các bước sóng