Bộ giáo dục đào tạo tr-ờng đại học bách khoa hà nội Nguyễn Công hoan hệ thống chuyển mạch quang Luận văn thạc sỹ Điện tử - viễn thông Hà Nội - 2004 Bộ giáo dục đào tạo tr-ờng đại học bách khoa hà nội Nguyễn Công Hoan hệ thống chuyển mạch quang Chuyên ngành : Viễn thông Luận văn thạc sỹ Điện tử -viễn thông Ng-ời h-ớng dẫn khoa học Gs.Ts Trần Đức Hân Hà Nội - 2004 danh sách hình vẽ Tr Hình 1.1 Các loại chuyển mạch phân chia theo không gian Hình 1.2 Tốc độ chuyển mạch phụ thuộc kích cỡ ma trận chuyển mạch Hình 1.3 Chuyển mạch phân chia theo b-ớc sóng quảng bá lựa chọn Hình 1.4 Chuyển mạch định tuyến b-ớc sóng Hình 1.5 Chuyển mạch b-ớc sóng Hình 1.6 Chuyển mạch phân chia thời gian 10 Hình 1.7 Chuyển mạch quang T- S -T sử dụng WC-WGR-WC 10 Hình 1.8 Định dạng gói quang 12 Hình 1.9 Cấu tạo chuyển mạch OCDM 13 Hình 1.10 Sơ đồ khối tổng quát chuyển mạch gói quang 15 Hình 1.11 Bộ đệm gói loại sóng chạy 18 Hình 1.12 Bộ đệm gói vòng trở lại 18 Hình 1.13 Chuyển mạch Staggering 20 Hình 1.14 Chuyển mạch gói dùng dây trễ vòng trở lại 21 Hình 1.15 Chuyển mạch gói quang đệm đầu sử dụng đệm gói định tuyến b-ớc sóng 21 Hình 1.16 Chuyển mạch ma trận quang định tuyến b-ớc sóng 23 Hình 1.17 Chuyển mạch gói đệm đầu vào định tuyến b-ớc sóng 24 Hình 1.18 Chuyển mạch ULPHA 26 Hình 1.19 Chuyển mạch gói quang quảng bá chọn lọc 27 Hình 1.20 Chuyển mạch nhớ vòng sợi quang 28 Hình 1.21 Modul thay đầu đề gói 29 Hình 1.22 Sơ đồ đồng gói 30 Hình 2.1 Chuyển mạch x 33 Hình 2.2 Chuyển mạch coupler định h-ớng x 34 Hình 2.6 Đặc tính vào thiết bị hai trạng thái 36 Hình 2.7 Thiết bị trạng thái dùng buồng cộng h-ởng FP 37 Hình 2.8 Đặc tính biên độ thiết bị hai trạng thái cộngh-ởng FP dùng khoang cộng h-ởng FP 38 Hình 2.9 Sơ đồ chuyển đổi b-ớc sóng quang - điện 40 Hình 2.10 Chuyển đổi b-ớc sóng dùng laser bán dẫn 40 Hình 2.11 Bộ chuyển đổi b-ớc sóng xáo trộn bốn b-ớc sóng 41 Hình 2.12 Bộ chuyển đổi b-ớc sóng dựa vào cổng điều khiển quang 43 Hình 2.13 Đặc tính BER cđa tÝn hiƯu 40Gbit/s i = 1554nm 44 Hình 2.14 Nguyên tắc chuyển đổi b-ớc sóng sử dụng cấu trúc MZI MI 45 Hình 2.15 Sơ đồ chọn b-ớc sóng 46 Hình 2.16 Bộ lọc màng mỏng điện môi có ba khoang cộng h-ởng 47 Hình 2.17 Hàm truyền đạt lọc màng mỏng 47 Hình 2.18 Bộ ghép / tách b-ớc sóng sử dụng lọc màng mỏng 48 Hình 2.19 Bộ lọc Fabry Perot 49 Hình 2.20 Hàm truyền đạt lọc Fabry Perot 50 Hình 2.21 Sơ đồ ghép xen bit xen gói 53 Hình 2.22 Bộ ghép để tạo luồng TDM xen bit 54 Hình 2.23 Bộ tách quang để tách kênh đà ghép từ luồng TDM xen bit 55 Hình 2.24 Bộ ghép quang để tạo luồng TDM xen gói 56 Hình 2.25 Bộ tách quang tách kênh từ luồng TDM ghép xen gói 57 Hình 2.26 G-ơng phản xạ vòng quang phi tuyến (NOLM) 59 Hình 2.27 Bộ tách quang không đối xứng terahertz (TOAD) 60 Hình 3.1 Chuyển mạch không gian Clos ba tầng 62 Hình 3.2 Chuyển mạch Crossbar 65 Hình 3.3 Chuyển mạch không tắc nghẽn xếp lại 65 Hình 3.4 Chuyển mạch crossbar đúp 67 Hình 3.5 Chuyển mạch phẳng N tầng x 68 Hình 3.6 Sắp xếp lại chuyển mạch phẳng N tầng 69 Hình 3.7 Kết nối chiều chuyển mạch Clos ba tầng 71 Hình 3.8 Chuyển mạch Benes 73 Hình 3.9 Mạng tự định tuyến 74 Hình 3.10 Mạng Banyan 32 x 32 76 Hình 4.1 Các dịch vụ khác mạng quang hƯ thø hai cung cÊp cung cÊp 80 H×nh 4.2 Mạng WDM quảng bá - lựa chọn 83 Hình 4.3 Mạng WDM định tuyến b-ớc sóng 84 Hình 4.4 Phân lớp mạng quang hệ thứ hai 85 Hình 4.5 Các lớp lớp quang mạng quang hệ thứ hai 86 Hình 4.6 Mạng SDH có lớp quang bên d-ới 87 Hình 4.7 Cấu trúc OADM 89 H×nh 4.8 CÊu tróc WI - XC 90 H×nh 4.9 Sơ đồ WNI XC 91 Hình 4.10 Mạng định tuyến b-ớc sóng liên kết WDM 92 Hình 4.11 Nâng cấp mạng dùng định tuyến b-ớc sóng cố định 94 Hình 4.12 Giải pháp tối -u dùng chuyển mạch quang 96 Hình 5.1 - Mô hình hoá node theo lý thuyết hàng đợi 102 Hình 5.2 Ví dụ mạng kết nối đơn giản 105 danh sách bảng biểu Bảng 1.1 Mối liên hệ đầu vào, đầu b-ớc sóng AWGM 4x4 Bảng 3.1 So sánh cấu trúc chuyển mạch 25 78 MụC lục Trang Mở đầu Ch-ơng : Đặc điểm cấu trúc nguyên lý hoạt động loại chuyển mạch quang 1.1.Đặc điểm chuyển mạch quang 1.2 Chuyển mạch quang phân chia theo không gian 1.3 Chuyển mạch quang phân chia theo b-ớc sóng 1.4 Chuyển mạch quang phân chia theo thời gian 1.5 Chuyển mạch quang phân chia theo m· 11 1.6 CÊu tróc chun m¹ch gãi quang ATM 14 1.6.1 Đặc điểm chuyển mạch gói quang 14 1.6.2 Đệm gói quang 17 1.6.3 Các cấu trúc chun m¹ch gãi 19 1.6.3.1 Chun m¹ch gãi quang dïng chuyển mạch không gian 19 1.6.3.2 Chuyển mạch gói quang định tuyến b-ớc sóng 22 1.6.3.3 Chuyển mạch gói quảng bá chọn lọc 25 1.6.4 Thay đầu đề gói đồng hóa 29 1.7 Kết luận 31 Ch-ơng : Các phần tử chuyển mạch quang 33 2.1 Chuyển mạch 33 2.2 Chuyển mạch quang điện 33 2.3 Thiết bị hai trạng thái 36 2.3.1 Khái niệm chung 36 2.3.2 Thiết bị hai trạng thái sư dơng bng céng h-ëng FP 37 2.4 Bé chun ®ỉi b-íc sãng 38 2.4.1 Bé chun ®ỉi b-íc sãng quang - ®iƯn 39 2.4.2 Bé chun ®ỉi b-íc sãng laser 40 2.4.3 Bé chun ®ỉi b-íc sãng coherent 41 2.4.4 Bộ chuyển đổi b-ớc sóng dùng cổng điều khiĨn quang 42 2.4.4.1 Cỉng XGM 42 2.4.4.2 C¸c cỉng XPM 44 2.5 Các loại lọc quang 45 2.5.1 Bé chän b-íc sãng 45 2.5.2 Bé läc mµng máng ®iƯn m«i nhiỊu líp 46 2.5.3 Bé läc Fabry – Perot 48 2.5.3.1 Nguyên lý hoạt động 49 2.5.3.2 Lựa chọn b-ớc sóng 51 2.6 Bộ ghép tách quang theo thời gian 52 2.6.1 Ghép tách tín hiệu quang ph©n chia theo thêi gian 52 2.6.2 GhÐp xen bit vµ ghÐp xen gãi 53 2.6.2.1 GhÐp xen bit 54 2.6.2.2 GhÐp xen gãi 56 2.6.2.3 C¸c cỉng AND quang 58 Ch-ơng : Các cấu trúc ma trận chuyển mạch quang 61 3.1 Tiêu chuẩn đánh giá 61 3.1.1 Số l-ợng điểm chéo 61 3.1.2 Xác suất tắc nghẽn 63 3.1.3 Khả thông qua 65 3.1.4 Tốc độ chuyển mạch 66 3.1.5 Xác suất tổn hại trễ 66 3.1.6 Khả nâng cấp mở rộng 66 3.2 Các cấu trúc ma trận chuyển mạch quang 66 3.2.1 Chuyển mạch crossbar crossbar đúp 66 3.2.2 Chuyển mạch phẳng N tầng 68 3.2.3 Chuyển mạch Clos 70 3.2.4 Chun m¹ch Benes 71 3.2.5 Chun m¹ch tự định tuyến 74 3.2.6 Chuyển mạch Banyal 32 x 32 75 3.3 So sánh cấu trúc chuyển mạch 78 Ch-ơng : Chuyển mạch quang mạng toàn quang 79 4.1 Các mạng quang hệ thứ 79 4.2 Các mạng quang hệ thứ hai 79 4.2.1 Các dịch vụ 80 4.2.2 Mức độ suốt 81 4.2.3 C¸c cÊu tróc WDM 83 4.2.4 Líp quang 84 4.2.5 CÊu tróc OTDM 87 4.3 øng dơng cđa chuyển mạch quang mạng toàn quang 4.3.1 Thiết kế xen/rẽ quang nối chéo quang 88 4.3.2 Mạng định tuyến b-ớc sóng 92 88 Ch-ơng :Xây dựng ph-ơng pháp tính toán thiết kế mạng mạng chuyển mạch gói toàn quang 97 5.1 Các yêu cầu để thiết kế tối -u mạng quang 97 5.2 Vấn đề tối -u mạng quang 98 5.2.1 Xây dựng mô hình kết nối 100 5.2.2 Mô hình mạng 102 5.3 Thuật toán tối -u 104 5.3.1 Điểm bắt đầu 105 5.3.2 Các b-ớc lặp 107 5.3.3 Các ý thiÕt kÕ 108 5.4 KÕt luËn 109 KÕt luËn vµ kiến nghị 110 Các CHữ viết tắt 111 Tài liệu tham kh¶o 115 MỞ ĐẦU Cùng với phát triển xã hội nhu cầu người thông tin ngày cao Để đáp ứng nhu cầu đó, địi hỏi mạng lưới viễn thơng phải có tốc độ cao, dung lượng lớn Các mạng lưới dần bộc lộ yếu điểm tốc độ, dung lượng, băng thông Mạng quang ghép kênh phân chia bước sóng (WDM) đời đáp ứng địi hỏi cấp thiết Mạng quang WDM ứng dụng kỹ thuật ghép kênh bước sóng nên nâng dung lượng truyền dẫn sợi quang lên cao Hơn hệ thống chuyển mạch quang sử dụng mạng có nhiều ưu điểm hẳn hệ thống chuyển mạch điện tử, hệ thống khơng cần chuyển đổi quang điện không bị hạn chế tốc độ thiết bị Cùng với hai tiến trên, việc nghiên cứu chế tạo thiết bị nối chéo quang (OXC) thiết bị xen rÏ quang (OADM) sở để thiết lập mạng thơng tin tồn quang, có tốc độ cao, dung lượng lớn, suốt đáp ứng tốt yêu cầu mạng lưới viễn thông mà xã hội địi hỏi Nh- vËy, chun mạch quang thành phần quan trọng mạng WDM Và mục đích luận án nghiên cứu cấu trúc,nguyên lý hoạt động ứng dụng mạng WDM Trong thời gian làm luận án, đà nhận đ-ợc giúp đỡ, bảo quý báu thầy giáo, giáo s-, tiến sỹ Trần Đức Hân thầy cô, bạn bè khoa Điện tử - viễn thông, tr-ờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Tôi xin chân thành cảm ơn Hà Nội, ngày 10 tháng 10 năm 2004 Học viên Nguyễn Công Hoan 102 k ( ) P = L L K L k k (5.1) Trong đó: l-u l-ợng đ-ợc tính Erlang Tất nhiên đệm đ-ợc coi có chiều dài đủ lớn để chứa gói hàng đợi Giả thiết l-u l-ợng kết nối gói giây, đ-ợc tính từ: Trong tải trọng gói giây hệ số đại diện tải kết nối đ-ợc xem xét đ-ợc nói ma trận l-u l-ợng, nhđà đ-ợc mô tả phần tr-ớc Nếu kết nèi cã L kªnh b-íc sãng, chóng mang C bps, gói có độ dài bit tham số tính đ-ợc: L.C l Trong ph-ơng trình 5.1 đ-ợc tính: L i L l r k 1 1 NÕu r l i 0 i! L! l r 0 1 NÕu r = L 1 i L (k 1) i 0 i ! L ! Trong r = (5.2) L Điều quan trọng cần chý ý xác suất gói cho tất kênh WDM kết nối đơn Tại ta tìm đ-ợc mối quan hệ số kênh WDM xác suất gói 5.2.2 Mô hình mạng Trong b-ớc hai ta tìm ảnh h-ởng hoạt động thuộc kết nối đơn tới toàn hoạt động mạng Các giá trị đ-ợc xác định nhsau: 103 Pi xác suất gói cách ly F tập hợp tất luồng mạng Một luồng đ-ợc xác định nguồn/đích, tất gói xuất phát nguồn tới ®Ých sÏ cïng mét luång NÕu kh«ng c«ng suÊt sù trao đổi hai ng-ời sử dụng coi nh- nh- số phần tử thuộc tập hợp số phần tử khác không ma trận l-u l-ợng tf: l-u l-ợng trung bình luồng f hệ số đ-ợc đ-a ma trận l-u l-ợng Pf: xác suất gói luồng f Ptot : Xác suất gói toàn mạng Để mở rộng kết từ kết nối cụ thể cho toàn mạng hữu ích để bắt đầu với ví dụ minh hoạ Một mạng đơn giản đ-a hình (5.2) hỗ trợ luồng ( đặt tên số 1) trao đổi thông tin hai user user biết xác suất mÊt gãi P1 vµ P2 cđa hai kÕt nèi nã đ-ợc tính: P1 = - ( - P1) (1-P2) (5.3) Đó xác suất gói cđa lng tõ user thø tíi user thø Việc gói hai kết nối độc lập với Xác suất gói luồng có đặc điểm chung đ-ợc tính theo cấu trúc có đặc điểm chung lµ: (l p ) i Pf = – U1 User (5.4) iL KÕt nèi Node KÕt nèi Node Node U1 User Hình 5.2 Ví dụ mạng kết nối đơn giản Thông l-ợng toàn mạng đánh giá qua giá trị trung bình trọng l-ợng luồng taị mạng nh- sau: 104 t P t f F Ptot = f f F f f (5.5) Công thức đ-a thông l-ợng -ớc l-ợng cho toàn mạng, biết số kênh b-ớc sóng WDM cho kết nối 5.3 Thuật toán tối -u Để giải vấn đề tối -u đà nêu mục 5.2, biểu thức đ-a ph-ơng trình 5.5 đà giải qut theo tiªu chn sè kªnh b-íc sãng WDM nhá kết nối, thêm vào có ràng buộc số cổng cho node phải lớn đồng thời số nguyên Trong giả thiết phần 5.2 kết nối phải có kênh, thực tế kết nối kênh dẫn đến thay đổi cấu trúc mạng, kết nối không tồn thực tế, nh- đà trình bầy cho thấy liệu cấu trúc mạng vấn đề không bị thay đổi ph-ơng pháp thiết kế Vì lý nh- kết phân tích không giải đ-ợc vấn đề giải pháp chấp nhận đ-ợc dùng ph-ơng pháp thử nghiệm liên tục Một vài nhận xét đơn giản có hữu ích đơn giản hoá vấn đề Mỗi cặp cổng vào node đ-ợc kết nối tới hai kênh WDM ( tr-ờng hợp chúng đ-ợc sử dụng để truyền gói bắt ®Çu hay kÕt thóc cđa FDL NÕu mét node cã cặp cổng ch-a đ-ợc sử dụng kênh đ-ợc cộng thêm (vì node kề bên chấp nhận đ-ờng nối ) sÏ cã thĨ céng thªm mét FDL míi Do mét node cã nhiỊu FDL cã thĨ cho mét th«ng l-ợng lớn ( FDL, giải quuyết vài tranh chấp mà không thêm trở ngại, điều thuận tiện cho việc sử dụng cổng rỗi node để tạo thêm FDL Do nên tránh việc d- thừa cổng rỗi node mạng, dung l-ợng hoạt động mạng đạt đ-ợc cách tất node có số l-ợng cổng lớn Kết luận khẳng định quan sát trực giác khác, cổng mang 105 giá thành nh- cổng rỗi có nghĩa với việc tổn hao, tr-ờng hợp phải chắn tất cổng đ-ợc sử dụng hay t¹o FDL míi, nh- vËy mét m¹ng tèi -u tất node phải có số cổng lớn Nếu tất cổng tất node đ-ợc sử dụng vấn đề tối -u yêu cầu tìm tỷ lệ số cổng dành kênh b-ớc sóng cổng kết nối FDL để tạo thông l-ợng lớn Tỷ lệ phải tìm cho tất node, đồng thời số l-ợng kênh b-ớc sóng cho tất kết nối phải đ-ợc xem xét Điều có nghĩa có khác cấu trúc tối -u cho c¸c sư dơng kh¸c cđa c¸c cỉng nh-: Dung l-ợng, khả giải tranh chấp Tất nhiên tr-ờng hợp cuối vài FDL phải đ-ợc thành lập thêm, node có số cổng rỗi kênh không đ-ợc kết nối thêm ( node bên cạnh đà có số l-ợng cổng sử dụng lớn nhất) 5.3.1 Điểm bắt đầu Ph-ơng pháp giải vấn đề cấu trúc ban đầu sau xáo trộn chúng để đạt đ-ợc kết thực tốt Khi thay đổi trình kết thúc Cấu trúc ban đầu cần phải thay đổi đ-ợc đặt không gian rộng giả thiết cần thay đổi nh- đà đ-ợc mô tả phần tr-ớc: ví dụ nhtrong cấu trúc cần số l-ợng liên kết lớn nhất, số l-ợng kênh b-ớc sóng cho kết nối bị giới hạn số l-ợng cổng vào node, số l-ợng FDL toàn mạng đ-ợc giảm tới giá trị nhỏ Đó nhiều cách để khởi đầu cấu trúc, tham khảo kết luận mục 5.3.3 để lựa chọn cấu trúc khởi đầu Cấu trúc khởi đầu theo số l-ợng liên kết lớn nhÊt cã thĨ thùc hiƯn theo hai b-íc sau: - Tính toán số l-ợng cổng cần nhỏ cho liên kết, sử dụng liệu ma trận l-u l-ợng - Thêm kênh vào kết nối vi phạm điều kiện số l-ợng cổng cho kết nối, để có đ-ợc mạng có dung l-ợng lớn 106 Thủ tục ®-a ®iỊu quan träng chÝnh x¸c cho c¸c kÕt nối khác nhau, thêm cho tất kết nối bị giới hạn số l-ợng cổng lớn cho phép node B-ớc đ-ợc giải thích thêm phần sau Ma trận l-u l-ợng đ-ợc sử dụng để tính toán số l-ợng kênh nhỏ cho kết nối Để biết đ-ợc tổng l-u l-ợng kết nối, đóng góp luồng qua kết nối đ-ợc cộng lại, sau ta tính đ-ợc số l-ợng cổng nhỏ cần đ-ợc sử dụng Cùng với đại l-ợng mục 5.3.2 có thêm Fi tập hợp luồng qua kết nối i l-u l-ợng trung bình qua kết nối i đ-ợc tính gói/giây Ta tính đ-ợc : i = t f Fi f (5.6) Do ®ã sè l-ỵng cỉng nhá nhÊt ni cho kÕt nèi i ®-ỵc tÝnh : ni = i C (5.7) Trong C dung l-ợng kênh WDM điểm tất khác có đủ số kênh để truyền tải l-u l-ợng Trong b-ớc thứ hai từ cấu trúc ban đầu gán với số l-ợng lớn cổng lại cho kênh b-ớc sóng Để xem xét kênh đơn đ-ợc cộng thêm kết nối, phải phân tích hai node đầu cuối kết nối chúng có cổng rỗi sau có thiết lập kênh cho kết nối Các kênh đ-ợc cộng thêm thực theo cách sau : Liệt kê tất kết nối node đ-ợc tạo ( kết nối đến User đ-ợc loại trừ) theo thứ tự chèn danh sách ngẫu nhiên Bắt đầu từ điểm khởi đầu danh sách , kết nối đ-ợc phân tích : nêu kênh đ-ợc cộng vào kết nối đ-ợc tiến hành theo danh sách Thực tới cuối danh sách, có kết nối đ-ợc cộng thêm cho nhiều kết nối lần quét danh sách cuối trình lại đ-ợc lặp lại từ điểm tr-ớc đó, tr-ờng hợp ng-ợc lại 107 Quá trình đảm bảo hoàn toàn tránh đ-ợc xung đột cổng danh sách đ-ợc phân tích nhiều lần theo trật tự, có kênh đ-ợc thêm kết nối cụ thể thời điểm Do có đóng góp giống cổng rỗi node tất kết nối vào Nếu ba cổng rỗi node điều có nghĩa số FDL đ-ợc cộng thêm đà tiến tới giới hạn cho phép Với ph-ơng thức cấu trúc ban đầu hoàn toàn xác định từ tr-ớc Điều quan trọng để khẳng định cổng rỗi tất node mạng Vì coi cấu trúc thuận lợi cho điểm khởi đầu Một đặc tính cần ý thực tế cho phép số l-ợng lớn mạng kết nối, số l-ợng cổng dành cho kênh b-ớc sóng tăng lên nhiều ph-ơng pháp tối -u phải tìm cách giảm lực truyền tải kết có thêm số FDL Tại điểm này, thuật toán tính xác suất gói cho kết nối ( công thức 5.1) cho toàn mạng ( công thức 5.5) 5.3.2 Các b-ớc lặp : Để tìm cấu trúc có hoạt động tốt ( với xác suất mÊt gãi nhá) so víi cÊu tróc hiƯn t¹i, ta dïng tht to¸n thùc hiƯn qua c¸c b-íc sau : Hai kÕt nèi ( hai kÕt nèi ng-ỵc cđa cặp node) hai kênh cho kết nối đ-ợc loại bỏ đ-ợc tìm kiếm Điều yêu cầu cần phải xem xét kết nối có số kênh lớn ng-ỡng nhỏ (đ-ợc xác định qua 5.7) để truyền tải l-u l-ợng đà xác định theo số liệu ma trận l-u l-ợng Khi đà có hai kết nối thoả mÃn điều kiện tr-ớc số l-ợng FDL đầu phát thu đ-ợc cộng thêm đơn vị, hai kênh đ-ợc loại bỏ, sau xác suất gói đ-ợc tính toán lại cho kết nối node phát thu (bởi thay đổi số FDL ảnh h-ởng tới chất l-ợng kết nối không nơi mà kênh đ-ợc cộng thêm) cho toàn mạng (công thức 5.5) Trong ph-ơng pháp so sánh xác suất gói hai cấu trúc tr-ớc Kết nối vừa đ-ợc thực cải thiện khả hoạt động tốt nhất, nơi mà vừa loại bỏ hai kênh thay vào FDL đ-ợc nhớ lại, cải thiện 108 xác suất gói đà đ-ợc so sánh hai cÊu tróc C¸c kÕt nèi cã sù thay đổi nhiều ghi lại Tại điểm ta đà có đ-ợc cấu trúc tốt sau trình giảm dung l-ợng tăng FDL Nếu xác suất gói nhỏ so với tr-ớc cấu trúc đ-ợc chấp nhận, điều có nghĩa loại bỏ hai kênh kết nối chấp nhận đ-ợc, ng-ợc lại xác suất gói lại lớn tr-ớc điều có nghĩa giảm dung l-ợng tiếp tục không cần thiết, nh- đà có kết hợp lý không cần thay đổi Trong ph-ơng án tính toán số kênh WDM cho kết nối số FDL cho node, tiến hành thiết kế mạng Nh- vậy, ph-ơng pháp thiết kế tối -u đ-ợc mô tả đà sử dụng ma trận l-u l-ợng để tính toán số đại l-ợng ví dụ nh- số l-ợng cổng Toopology ban đầu xác suất gói nhỏ Kết tối -u theo ma trận l-u l-ợng thay đổi đ-ợc kết khác 5.3.3 Các ý thiÕt kÕ CÊu tróc tèi -u cã đ-ợc nhiều cách khác ví dụ nh- cấu trúc ban đầu đ-ợc xáo trộn thuật toán tối -u, nh-ng đ-ợc thay đổi Nh- mục 5.3 đà mô tả ph-ơng pháp đạt đà đ-ợc, đ-ợc tìm kiếm khoảng không gian giả thiết có thể, việc thay đổi cấu trúc ban đầu t-ơng đ-ơng với việc thay đổi với điều kiện ban đầu cho điểm khởi đầu thuật toán Do không chắn kết tìm đ-ợc đà hoàn toàn cho khả toàn cụm mà phù hợp phạm vi không gian, với điểm khởi đầu khác sử dụng thuật toán cho kết khác Trong tr-ờng hợp thay việc phải tìm điểm khởi đầu cho thuật toán tối -u, th× cã thĨ lùa chän cÊu tróc kÕt nèi Ýt nhất, lựa chọn ng-ợc lại với việc lựa chọn cấu trúc có kết nối nhiều nh- đà trình bầy trên, điều đà đ-ợc xem xét mục 5.3.1, xác định số cổng nhiều cho kết nối Nh- vòng lặp lại đ-ợc mô tả mục 5.3.2 phải đ-ợc thay đổi lại 109 nh- : thuật toán, xáo trộn cấu trúc, cố gắng cộng thêm hai kênh theo hai h-ớng ng-ợc vào kết nối, đồng thời giảm FDL node nguồn đích sau tính toán lại xác suất gói mạng nhtrong ph-ơng pháp lựa chọn tr-ớc Các b-ớc lặp tiếp tục tìm đ-ợc kết mong muốn 5.4 Kết luận Để đạt đ-ợc kết tối -u thiết kế mạng quang chuyển mạch gói, ng-ời thiết kế phải thực nhiều thao tác tính toán, thu thập kết nh-ng có lẽ khó khăn thực vòng lặp tính toán mà không cần trợ giúp máy tính Với thuật toán đà đ-ợc trình bầy ta hoàn toàn xây dựng đ-ợc phần mềm thiết kế tối -u mạng chuyển mạch gói quang 110 Kết luận kiến nghị Luận văn đà đạt đ-ợc số kết nh- sau: - Phân tích cấu trúc nguyên lý hoạt động loại chuyển mạch quang Qua đà lựa chọn đ-ợc ph-ơng pháp chuyển mạch gói quang phù hợp loại chuyển mạch đ-ợc nghiên cứu - Phân tích cấu trúc nguyên lý hoạt động chuyển đổi b-ớc sóng, lọc quang, ghép tách kênh quang theo thời gian - Nêu b-ớc triển khai nh- phạm vi ứng dụng chuyển mạch quang vào vào nối chéo luồng quang nút xen/ rẽ quang hệ thống ghép b-ớc sóng quang - Đ-a ph-ơng pháp tiến hành thiết kế mạng chuyển mạch gói toàn quang Điều giúp nhà thiết kế có sở lựa chọn cấu hình mạng chuyển mạch gói toàn quang xây dựng phần mềm thiết kế tối -u mạng chuyển mạch gói toàn quang Tôi xin kiến nghị số vấn đề cần nghiên cứu tiếp nh- sau : - Tốc độ chuyển mạch - Trễ đệm tổn thất chuyển mạch gói quang - Phân bố công suất chuyển mạch quang 111 Các CHữ viết tắt ATM Asynchronous Transfer Mode Ph-ơng thức chuyển giao không đồng AOTF Acoustic Optic Tunable Filter Bộ lọc quang âm điều chỉnh đ-ợc AWGM Arrayed Waveguide Grating Bé ghÐp dïng c¸ch tư èng Multiplexer dÉn sãng BLD Bistable Laser Diode Diode laser hai trạng thái CB Cell Buffer Bộ đệm tế bào CC Cell Coder Bộ mà hóa tế bào CD Cell Decoder Bộ giải mà tế bào CDMA Code Division Multiplexing Truy nhập ghép phân chia Access theo m· CDM Code Devision Multiplexing GhÐp ph©n chia theo m· CS Cell Selecter Bé lùa chän tÕ bµo CW Continuous Wave Sãng liªn tơc DCS Digital Crossconnect Nèi chéo số DSL Digital Subseriber Loop Vòng thuê bao số DFB Distributed Feed Back Hồi tiếp phân tán DC Directed Curent Dòng chiều EARS Exciton Absorption Reflection Chuyển mạch phản xạ hấp Switch thụ kích thích EDFA Erbium Doped Fiber Amplifier Bộ khuếch đại sợi Erbium E/O Electrica/Optical Chuyển ®ỉi ®iƯn /quang FCC Federal Conmumications ban trun th«ng tin Commision liªn bang Fiber Distributed Data Interface Giao diƯn số liệu phân phối FDDI sợi quang 112 FDM Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia tần số FWM Four - Wave Mixing X¸o trén b-íc sãng FWHM Full With Half Maximum Độ rộng hoàn toàn nửa biên độ cực đại FET Field Effcet Transistor Tranzito hiệu øng tr-êng FIFO First In First Out Vµo tr-íc tr-íc HDLC High Level Data Link Control §iỊukhiĨn tun sè liệu mức cao IM Intensive Modulation Điều chế c-ờng độ I/O Input/Output Vµo/ra IP Internet Protocol Giao thøc Internet ITU International Teleccommunication Liên minh viễn thông quốc Union tế LAN Local Area Network M¹ng néi bé MAN Metropolitan Area Network Mạng diện đô thị MQW Multiple Quantum Well Buồng l-ợng tư nh©n MZI Mach - Zehnder Interferometer Bé giao thoa Mach Zehnder MAC Media Access Control §iỊu khiĨn truy nhËp môi tr-ờng NALM NOLM Nonlinear Amplifying Loop G-ơng phản xạ vòng Mirror khuếch đại quang phi tuyến Nonlinear Optial Loop Mirror G-ơng phản xạ vòng quang phi tuyến NLE Non Linear Element Phân tử phi tuyến NE Network Element Phần tử mạng OTDM Optical Time Division Ghép quang phân chia thêi Multiplexing gian OADM Optical Add/Drop Multiplexer Bé xen/ rÏ quang OXC Optical Crossconnect Nèi chÐo quang 113 OC Optical Channel Kênh quang OAS Optical Amplifier Section Đoạn khuếch đại quang OMS Optical Multiplex Section Đoạn ghép quang PLC Planar Lighwave Circuit Mạch sóng ánh sáng phẳng RAM Random Access Memory Bé nhí truy cËp ngÉu nhiªn SAP Service Access Point Điểm truy nhập dịch vụ SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng SDH Synchronous Digital Hierarchy Phân cấp sè ®ång bé STM-N Synchronous transport Module-N Modul trun dÉn ®ång bé møc N SOA Semiconductor Optical Amplifier Bé khuÕch đại quang bán dẫn SE Switching Element Phần tử chuyển m¹ch SILC-BLD Side - Injected Light Coupled Diode laser hai trạng thái Bistable Laser Diode ghép ánh sáng phun mặt bªn SEED TFF Self - Electro - Optic Effect ThiÕt bị tự hiệu ứng điện Device quang Thin Film Resonant Caviti Filter Bé läc mµng máng cã khoang céng h-ëng TFMF Thin Film Resonant Multicaviti Bé läc mµng máng nhiỊu Filter khoang céng h-ëng TDM Time Division Multiplex GhÐp ph©n chia thêi gian TDMA Time Division Multiple Access §a truy nhËp ph©n chia thêi gian TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn TSE Tagged Switch Element Phân tử chuyển mạch đánh dấu 114 TSI Time Slot Interchange Trao ®ỉi khe thêi gian TWC Tunable Wavelength Convertor Bé chuyển đổi b-ớc sóng điều chỉnh đ-ợc VCI Virtual Circuit Identifier Bộ nhận dạng mạch ảo VCN Virtual Circuit Number Số thứ tự mạch ảo VPN Vitual Path Number Số thứ tự tuyến ảo WAN Wide Area Network Mạng diện rộng WCI Wavelength Channel Interchange Trao đổi kênh b-ớc sóng WC Wavelength Converter Bé chun ®ỉi b-íc sãng WGR Waveguide Grating Router Bộ định tuyến dùng cách tử ống dẫn sãng WDM Wavelength Division Multiplexing GhÐp ph©n chia b-íc sãng WI-XC Wavelength Interchangcable Nèi chÐo trao ®ỉi b-íc Cross Connection sóng Wavelength Noninterchangcable- Nối chéo không trao đổi Cross Connection b-íc sãng WXC Wavelength Crossconnect Nèi chÐo b-íc sãng XPM Cross Phase Modulation Điều chế pha chéo WNI-XC 115 Tài liệu tham khảo Trần Đức Hân, Nguyễn Minh Hiển (2002), Cơ sở kỹ thuật laser, NXB Giáo dục Trần Đức Hân (2002), Thông tin cáp sợi quang Giáo trình cao học, Đại học Bách Khoa Hà Nội Trần Đức Hân (2002), Mạng toàn quang Giáo trình cao học, Đại học Bách Khoa Hà Nội Rajiv Ramaswasmi, Kunar N.Sivarajan (1998), Optical Networks : A practical perspective, Morgan Kaufmann Thomas E.Stern, Krishna Bala (1999), Multiwavelength Optical Networks : A Layered Approach, Addison – Wesley Robert G.Winch (1998), Telecommunication transmission systerms, McGraw-Hill John E.Midwinter (1993), Photonics in switching, Academis Press.Inc P.E.Green (1993), Fiber-Optic Networks, Prentice Hall D.Cotter, J.K.Lucek, and D.D.Marcenac (1997) “ Ultra-high bit-rate networking : From the transcontinental backbone to the desktop ” , IEEE Communications Magazine, 35(4), 90-95 10 D.Cotter (1995), “ Selt-routing of 100 Gbit/s packets bit ‘keyword’ address recognition ” Electronics Letter, 31(25), 2201-2202 11 I.P.Kaminow (1996), “ A wideband all-optical WDM network ”, IEEE JSAC/JLT Special Issue on Optical Networks, 14(5), 780-799 12 Jun-ichi yoshida, Mitsuru Naganuma (1995), “ Recent Research Trends and Issues in Photonic Switching Devices ” NTT Review, 7(5), 24-29 116 13 ISAMU SAEKI (1999), “ All - Optical Code Division Multiplexing Switching Network Based on Self- Routing Principle ”, IEICE Transactions on Communications, 2(2), 239-245 ... lọc định tuyến dựa chuyển mạch không gian 1.6.3.1 Chuyển mạch gói quang dùng chuyển mạch không gian Chuyển mạch không gian quang thành phần chủ yếu hệ thống chuyển mạch gói quang Dù cấu trúc định... công nghệ quang với công nghệ điện tử quan trọng thiết kế hệ thống thiết bị quang t-ơng lai 33 ch-ơng phần tử chuyển mạch quang Chuyển mạch phân chia không gian gồm chuyển mạch cơ, chuyển mạch. .. thay chuyển mạch gói điện tử chuyển mạch gói quang tín hiệu trì d-ới dạng quang Sự kết hợp chuyển mạch gói công nghệ quang đà mở khả chuyển mạch gói môi tr-ờng quang suốt Nhờ kết hợp phần tử quang