Kỹ thuật chuyển đổi bước sóng trong mạng WDM

Tài liệu tham khảo chuyên ngành viễn thông Kỹ thuật chuyển đổi bước sóng trong mạng WDM

1.2 Kĩ thuật chuyển đổi bước sóng 5

1.2.1 Thiết kế bộ chuyển đổi bước sóng 5

1.2.2 Các bộ chuyển đổi bước sóng 6

CHƯƠNG II: KĨ THUẬT CHUYỂN ĐỔI BƯỚC SÓNG TRONG MẠNG WDM 12

2.1 Chuyển đổi bước sóng trong mạng WDM 12

2.1.1 Thiết kế chuyển mạch chuyển đổi bước sóng 14

2.1.2 Vấn đề thiết kế, điều khiển và quản lí mạng 20

2.2.1.1 Mô hình xác suất với giả thiết tải trọng liên kết độc lập 24

2.2.1.2 Chuyển đổi bước sóng dải rác 26

2.2.1.3 Một mô hình xác suất cho một lớp của mạng 28

2.2.1.4 Mô hình xác suất không có giả thiết tải trọng liên kết độc lập 30

2.2.2 Mối quan hệ 31

2.2.2.1 Giới hạn trong các thuật toán RWA có và không có bộ chuyển đổi bước sóng 31

2.2.2.2 Mạng đa sợi 32

2.2.2.3 Giới hạn chuyển đổi bước sóng 32

2.2.2.4 Bước sóng chuyển đổi cực tiểu trong mạng WDM vòng 32

CHƯƠNG III: CÁC THIẾT BỊ CHUYỂN ĐỔI BƯỚC SÓNG 34

3.1 Bộ chuyển đổi bước sóng nguyên khối bán dẫn (SIPAS) 34

3.2.2.2 Hiệu năng ghép quang của MOCA 44

3.2.2.3 Khả năng mở rộng của MOCA 45

3.2.3 Ứng dụng của MOCA cho đóng gói SIPAS 46

3.2.3.1 Cấu trúc của chíp SIPAS 46

3.2.3.2 Hiệu năng của khối SIPAS 47

3.2.4 Kết luận 48

3.3 Xử lí tín hiệu sử dụng chuyển đổi bước sóng toàn quang và ứng dụng sử dụng thiếtbị XPM tích hợp lai và SIPAS 48

3.3.1 Giới thiệu 48

3.3.2 Chuyển đổi tốc độ bit 51

3.3.2.1 Cấu hình chuyển đổi tốc độ bit hoàn toàn 51

3.3.2.2 Kết quả thí nghiệm đối với chuyển đổi tốc độ bit hoàn toàn 52

3.3.3 Sự bù PMD 54

3.3.3.1 Kĩ thuật giám sát DGD sử dụng bộ chuyển đổi bước sóng tích hợp lai 54

3.3.3.2 Thiết lập thí nghiệm và kết quả 55

4.4.3.1 Thiết bị chuyển đổi bước sóng sử dụng APE 63

4.4.3.2 Thiết bị chuyển đổi bước sóng tại đỉnh ống dẫn sóng sử dụng LPE-từ LiNbO3 674.4.4 Kết luận 68

KẾT LUẬN 69

TÀI LIỆU THAM KHẢO 70

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

ADM Add-Drop Multiplexer Bộ ghép kênh xen/rẽ

APS Automatic Protection Switching Chuyển mạch bảo vệ tự động

ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền tải không đồng bộAWG Arrayed-Waveguide Grating Cách tử ống dẫn sóng dãy

CPM Crossphase Modulation Điều chế pha chéo

DBR Distributed Bragg Reflector Bộ phản xạ Bragg phân bố DD Direct Detection Tách trực tiếp

DFB Distributed Feedback Phản hồi phân tánDSF Dispersion-Shifted Fiber Sợi quang dịch tán sắc

EOTF Electro–Optic Tunable Filter Bộ lọc quang-điện điều chỉnh đượcFBG Fiber Bragg Grating Cách tử Bragg sợi

FSR Free Spectral Range Dải phổ tự do

IM Intensity Modulation Điều chế cường độIP Internet Protocol Giao thức InternetLAN Local Area Network Mạng cục bộ

LDA Laser Diode Amplifier Bộ khuếch đại diode Laser

MZI Mach Zehnder Interferometer Bộ giao thoa Mach ZehnderNZ-DSF Nonzero Dispersion Shifted Fiber Sợi quang dịch tán sắc khác không

OADM Optical Add-Drop Multiplexer Bộ ghép kênh xen-rẽ quangOBS Optical Burst Switching Chuyển mạch burst quang

OEO Optical–Electronic–Optical Biến đổi quang-điện-quangOLS Optical Label Switching Chuyển mạch nhãn quangOPS Optical Packet Switching Chuyển mạch gói quangOXC Optical Cross-Connect Nối chéo quang

PMD Polarization-Mode Dispersion Tán sắc mode phân cựcPON Passive Optical Network Mạng quang thụ độngRAM Random Access Memory Bộ nhớ truy nhập ngẫu nhiên

SMF Single-Mode Fiber Sợi đơn mode chuẩnSNR Signal-to-Noise Ratio Tỷ số tín hiệu / nhiễu

SOA Semiconductor Optical Amplifier Bộ khuếch đại quang bán dẫnSONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ

SPM Self–Phase Modulation Điều chế tự pha

SRS Stimulated Raman Scattering Tán xạ Raman kích thích

TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thời gianTDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập theo thời gian

WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh theo bước sóngWDMA Wavelength Division Multiple Access Đa truy nhập theo thời gian

WGR Waveguide Grating Router Bộ định tuyến cách tử ống dẫn sóngXPM Crossphase Modulation Điều chế pha chéo

MỞ ĐẦU

Mặc dù thông tin quang là một lĩnh vực tương đối mới, nó được đưa vào khaithác trong mạng viễn thông khoảng 30 năm trước đây Tuy nhiên, truyền dẫn quang đãđóng vai trò hết sức to lớn trong mạng viễn thông ngày nay Các hệ thống thông tin sợiquang với nhiều ưu điểm về băng tần rộng, cự ly thông tin lớn, không bị ảnh hưởngbởi nhiễu điện từ… So với các hệ thống truyền dẫn khác ví dụ như: hệ thống thông tinvô tuyến hay hệ thống dùng cáp kim loại Nó không chỉ phù hợp với các hệ thốngxuyên lục địa, các hệ thống đường trục dung lượng lớn mà còn có tiềm năng sử dụngtrong mạng nội hạt với cấu trúc linh hoạt và đáp ứng mọi loại hình dịch vụ.

Tuy nhiên không thỏa mãn với các khả năng của đường truyền hiện có, các nhàkhai thác và cung cấp dịch vụ vẫn luôn luôn tìm kiếm các giải pháp công nghệ và kĩthuật mới nhằm tăng dung lượng đường truyền để đáp ứng nhu cầu sử dụng lớn Côngnghệ chuyển đổi bước sóng là một công nghệ mới đã được nghiên cứu và triển khaitrong thực tế, được chứng minh là một giải pháp hữu hiệu để giải quyết những vấn đềtrên Áp dụng chuyển đổi bước sóng trong mạng WDM đáp ứng được nhu cầu truyềndẫn và cả những yêu cầu về chất lượng truyền dẫn của hệ thống

Với sự chỉ bảo tận tình của cô giáo Nguyễn Thị Thu Nga cũng như nỗ lực củabản thân, đồ án được hoàn thành và trình bày theo ba chương:

Do đề tài là một lĩnh vực mới, về bản thân kiến thức còn hạn chế nên đề tàikhông tránh khỏi thiếu sót Em mong được sự góp ý chỉ bảo của các thầy cô giáo vàcác bạn, để đồ án được hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn cô giáo Nguyễn Thị Thu Nga, thầy cô giáo trong khoaViễn thông I đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này

CHƯƠNG I: KĨ THUẬT CHUYỂN ĐỔI BƯỚC SÓNG

1.1 Giới thiệu

Chuyển đổi bước sóng là công nghệ chìa khoá để điều khiển các bước sóng mộtcách linh hoạt trong mạng quang Tại các node nối chéo quang trong mạng quang điện,chuyển đổi bước sóng có thể làm giảm các khối kênh và làm nó có thể sử dụng lạibước sóng Hiệu quả sử dụng các nguồn sóng trong các mạng này sẽ tốt và nhanh hơntrong các mạng truyền thống Sự chuyển đổi bước sóng quang đặc biệt thu hút bởi vìnó không cần các thiết bị quang điện hoặc điện quang và nó độc lập với dạng tín hiệuvà tốc độ bit, với những thuộc tính đó nó làm cho mạng quang rõ ràng được đánh giácao hơn

Tốc độ dữ liệu 100Mb/s đã được sử dụng phổ biến tại các gia đình Xét về thực tếthì bước nhảy từ 64Kb/s lên nhiều Mb/s và bây giờ là 100Mb/s và cứ theo tiến trìnhnày, tốc độ truyền dẫn lên tới Gb/s của một nguời sử dụng riêng lẻ cũng không quá xanữa Việc tăng lưu lượng truyền thông có nghĩa là tăng dung lượng kênh phụ thuộcvào mạng Vì mục đích này mà công nghệ phân chia theo bước sóng (WDM:Wavelength Division Multiplexed) đã nhanh chóng phát triển WDM sử dụng bướcsóng ánh sáng và nó được ứng dụng vào: điểm nối điểm, mạng vòng, chức năng tách-xen và mạng lưới với các đường quang kết nối chéo Theo hướng này các vấn đề cầnđược phát triển đó là các dụng cụ/công nghệ môđun để định tuyến, chuyển mạch, vàđiều biến tín hiệu quang thông qua điều khiển bước sóng Điều quan trọng cần đặc biệtchú ý trong việc phát triển các dụng cụ chuyển đổi bước sóng quang đó là thực hiệnđịnh tuyến bước sóng mà không chuyển đổi bước sóng quang thành bước sóng điện.

Bằng cách truyền dữ liệu từ một trạm truy nhập này tới một trạm truy nhập khác,một kết nối cần được thiết lập tại những lớp quang giống nhau trong trường hợp mạngđiện thoại chuyển mạch kênh Hoạt động này được thực hiện bởi quyết định một tuyếntrong mạng kết nối từ trạm nguồn tới trạm đích và chỉ định một bước sóng rỗi chungtrên tất cả các liên kết quang trên tuyến Một tuyến toàn quang như vậy gọi là cácđường quang Toàn bộ độ rộng băng tần khả dụng trên các đường quang được chỉ địnhđể kết nối, trong suốt thời gian lưu trữ của nó trong khi mà bước sóng tương ứngkhông thể chỉ định bất kì một kết nối nào khác Khi kết nối này là đầu cuối, các đườngquang liên kết bị phá vỡ và bước sóng lại trở nên rỗi trên mọi liên kết dọc theo tuyến.

Hình 1.1 Mạng định tuyến bước sóng toàn quang

Xét mạng trong hình 1.1 Nó biễu diễn một mạng định tuyến bước sóng chứa 2kết nối chéo WDM (S1 và S2) và 5 trạm truy nhập (từ A tới E) 3 đường quang đượcthiết lập (C tới A trên bước sóng 1, C tới B trên bước sóng 2, D tới E trên bước sóng1) Để thiết lập đường quang, thường yêu cầu bước sóng giống nhau được chỉ địnhtất cả các liên kết trên tuyến Yêu cầu này được biết đến như ràng buộc liên tục bướcsóng và các mạng định tuyến bước sóng với ràng buộc này được gọi là mạng liên tụcbước sóng Sự ràng buộc liên tục bước sóng phân biệt mạng liên tục bước sóng vớimột mạng chuyển mạch kênh mà ngăn chặn các cuộc gọi chỉ khi không có dung lượngdọc theo bất kì liên kết nào trên tuyến mà được phân cho cuộc gọi Hãy xét các cổngcủa mạng trong hình 1.2a Hai đường quang được thiết lập trong mạng đó là: thứ nhấtđó là giữa node 1 và node 2 trên bước sóng 1; thứ hai, giữa node 2 và node 3 trênbước sóng 2 Đòi hỏi một đường quang giữa node 1 và node 3 phải được thiết lập.Nếu chỉ có 2 bước sóng khả dụng trong mạng, không thể thiết lập được đường quangtừ node1 đến node 3 thậm chí có 1 bước sóng rỗi trên mỗi liên kết dọc theo tuyến từnode 1 đến node 3 Bởi vì các bước sóng trên 2 liên kết là khác nhau Do đó, trong mạngliên tục bước sóng có thể bị nghẽn mạch cao hơn so với mạng chuyển mạch kênh.

Dễ dàng khử sự ràng buộc liên tục bước sóng nếu chúng ta có thể chuyển đổi dữliệu tới trên một bước sóng dọc theo liên liên kết vào một bước sóng khác tại nodetrung gian và chuyển tiếp nó tới các liên kết tiếp theo Kĩ thuật là khả thi và được coinhư chuyển đổi bước sóng và các mạng định tuyến bước sóng với dung lượng nàyđược coi như mạng chuyển đổi bước sóng Một mạng chuyển đổi bước sóng hỗ trợhoàn thành việc chuyển đổi tại tất cả các node có chức năng tương đương như mộtmạng chuyển mạch kênh Các yêu cầu đường quang bị chặn chỉ khi không có dunglượng khả thi trên tuyến Nhìn vào hình 1.2b, bộ chuyển đổi bước sóng tại node 2 thực

hiện việc chuyển đổi dữ liệu từ bước sóng 2 sang bước sóng 1 Một đường quangmới giữa node 1 và node 3 có thể được thiết lập ngay lập tức bằng cách sử dụng bướcsóng 2 trên đường nối từ node 1 đến node 3 và sau đó bằng cách sử dụng bước sóng1 đến node 3 từ node 2 Lưu ý rằng đường quang đơn trong mạng chuyển đổi bướcsóng có thể sử dụng các bước sóng khác nhau dọc theo các liên kết trên tuyến Do đó,chuyển đổi bước sóng có thể cải thiện hiệu suất chuyển đổi trong mạng bằng cách giảiquyết các tranh chấp bước sóng của đường quang.

Các vấn đề trong chuyển đổi bước sóng

Thiết bị chuyển đổi bước sóng

Chuyểnmạch/kết nối chéo

Thiết kế mạngĐiều khiển mạngQuản lí mạng

Mô hình phân tíchĐộ khuyếch đại

4

1.2 Kĩ thuật chuyển đổi bước sóng

Sự phát triển có ý nghĩa trong các dụng cụ quang và điện đó là thực hiện đượccông nghệ chuyển đổi bước sóng Nhiều kĩ thuật khác nhau đã chứng minh được việcchuyển đổi bước sóng Việc phân loại và so sánh của các kĩ thuật sẽ được trình bày ởphần 1.2.1 Thiết kế nhiều chuyển mạch mới nhằm mục đích sử dụng chúng cho cácbộ chuyển đổi bước sóng trong mạng chuyển đổi bước sóng sẽ được trình bày cụ thểtrong phần sau.

1.2.1 Thiết kế bộ chuyển đổi bước sóng

Chức năng của bộ chuyển đổi bước sóng là chuyển đổi dữ liệu trên bước sóngvào thành bước sóng ra khác giữa N bước sóng trong hệ thống (hình 1.4) Trong suốttoàn bộ đồ án này, s là bước sóng tín hiệu vào, c là bước sóng tín hiệu ra (đã bịchuyển đổi), p là bước sóng nhảy, fs là tần số đi vào, fc là tần số đi ra, fp là tần sốnhảy, CW là sóng liên tục được sinh ra như tín hiệu.

Hình 1.4.Chức năng của bộ chuyển đổi bước sóng

- Một bộ chuyển đổi bước sóng lí tưởng cần có các thành phần sau:+ Trong suốt về tốc độ bit và khuôn dạng tín hiệu.

+ Thiết lập nhanh thời gian của bước sóng đầu ra.+ Chuyển đổi cả bước sóng ngắn và bước sóng dài.+ Mức công suất vào vừa phải.

+ Bước sóng vào có thể giống bước sóng ra (không chuyển đổi)+ Độ nhạy của tín hiệu vào phân cực.

+ Tín hiệu đi ra di tần thấp với hệ số tắt cao và tỉ số tín hiệu trên nhiễu lớn.+ Thực hiện đơn giản.

Bộ chuyển đổi bước sóng

s = 1, 2, …Nc = 1, 2, …N

1.2.2 Các bộ chuyển đổi bước sóng

Các thiết bị chuyển đổi bước sóng có thể phân thành 2 loại: thứ nhất; chuyển đổibước sóng O/E Một trạm truy nhập được cung cấp 1 bộ chuyển đổi quang điện (O/E)tới một giao diện mạng quang với thiết bị điện qui ước.Thứ hai, chuyển đổi bước sóngtoàn quang, một mạng định tuyến bước sóng mà mang dữ liệu từ một trạm truy nhậptới một trạm truy nhập khác mà không có bất kì bộ chuyển đổi O/E trung gian nàođược coi như một mạng định tuyến bước sóng toàn quang Những mạng định tuyếnbước sóng toàn quang như vậy nhằm mục đích xây dựng các mạng diện rộng.

1.2.2.1 Chuyển đổi bước sóng O/E

Trong phương pháp này, tín hiệu quang được chuyển đổi thành tín hiệu điệnbằng cách sử dụng bộ tách sóng quang (chính là R trong hình 1.5) Luồng bit điệnđược lưu trữ trong bộ đệm (sử dụng phương pháp FIFO- vào trước ra trước) Tín hiệuđiện sau đó được sử dụng để đưa vào Laser điều hưởng được (T) để có thể điều hưởngvới bước sóng của đầu ra Phương pháp này đã giải thích được việc tốc độ bit lên tới10 Gb/s.Tuy nhiên, phương pháp này thì phức tạp hơn và dùng nhiều năng lượng hơncác phương pháp khác Hơn nữa, quá trình xử lý của chuyển đổi O/E có ảnh hưởng bấtlợi đối với tính trong suốt của tín hiệu Tất cả các thông tin về dạng pha, tần số, biênđộ tín hiệu tương tự của tín hiệu quang đều bị mất trong quá trình chuyển đổi

Hình 1.5 Bộ chuyển đổi bước sóng O/E

Để giải quyết vấn đề này một cách trực tiếp, khi bộ chuyển đổi bước sóng là mộtbộ quang điện, nó bao gồm: 1 bộ tách sóng, 1 bộ khuyếch đại điện áp hoặc có thể làmột bộ tái tạo trực tiếp hoặc một bộ điều chế Laser ngoài như hình 1.6 Thiết bịchuyển đổi này cần công suất dòng quang vào nhỏ, nhưng nó bao gồm nhiều thànhphần đơn và có công suất tiêu thụ điện cao, đặc biệt là tốc độ bit cao

Dương Hồng Hạnh – Đ2001VT

Giải mãđịa chỉ

6

a Chuyển đổi bước sóng sử dụng trộn bước sóng: trộn bước sóng xuất phát từ

sự phúc đáp quang phi tuyến của môI trường khi mà có nhiều hơn 1 bước sóng đượcthực hiện (hình1.7) Kết quả là sinh ra một bước sóng khác có cường độ tương ứng vớikết quả của cường độ sóng tương tác Trộn bước sóng giữ thông tin về cả pha và biênđộ tín hiệu, độ trong suốt tăng tuyệt đối Nó cũng cho phép đồng thời chuyển đổi thiếtlập nhiều bước sóng vào thành nhiều bước sóng ra và có thể cung cấp tín hiệu tiềmnăng có tốc độ bit lên đến 100Gb/s Trong hình 1.7 với giá trị n=3 tương ứng với trộn4 bước sóng, n=2 tương ứng với trường hợp tạo tần số khác nhau Các kĩ thuật này sẽđược miêu tả dưới đây

Hình 1.7 Bộ chuyển đổi bước sóng dựa trên hiệu ứng trộn bước sóng phi tuyến

Trộn bốn bước sóng FWM (Four Wavelength Mixing): FWM sử dụng tính

phi tuyến thứ 3 trong sợi Silicat, mà tại đây có 3 sóng quang của các tần số fi,fj,fk (k i,j) kết hợp với nhau trong hệ thống WDM đa kênh sinh ra bước sóng thứ tư có tần sốđược cho bởi:

Bộ nhận

Bộ khuếch

đại điện áp Laser Bộ điềubiến ngoài

Trộn 4 bước sóng cũng có thể thu được trong môi trường tích cực như bộkhuyếch đại quang bán dẫn (SOA) Kĩ thuật này có cung cấp khuôn dạng điều biếnđộc lập và dung lượng tốc độ bit cao Tuy nhiên hiệu suất chuyển đổi từ năng lượngbơm thành năng lượng tín hiệu là không cao và nó làm giảm một cách nhanh chóng dosự tăng lên của các vòng (dịch chuyển giữa bước sóng bơm và bước sóng tín hiệu ra)

Tạo tần số khác nhau DFG (Diffirency Frequency Generation): DFG là một

dãy ảnh hưởng phi tuyến thứ 2 của môi trường với 2 bước sóng quang: 1 bước sóngbơm và 1 bước sóng tín hiệu Kĩ thuật này cung cấp một dải đầy đủ độ trong suốt màkhông có thêm nhiều nhiễu đối với tín hiệu và khả năng đảo ngược phổ, nhưng nó cóhiệu suất thấp Những khó nhăn chính trong thực thi kĩ thuật này nằm trong sai phacủa các sóng tương tác trong việc chế tạo các ống dẫn sóng có độ tổn hao thấp để làmcho hiệu suất chuyển đổi cao Kiến trúc kết nối chéo thay đổi tham số bước sóng(WIXC) nhằm mục đích sử dụng bộ chuyển đổi bước sóng dựa trên cơ sở DFG.

b Chuyển đổi bước sóng sử dụng điều biến chéo: kĩ thuật này sử dụng dụng

cụ quang bán dẫn tích cực như bộ khuyếch đại quang bán dẫn SOA và laser Kĩ thuậtnày thuộc về một lớp được biết như là cổng quang chuyển đổi bước sóng.

Điều biến độ khuyếch đại chéo (XGM) tại SOA và điều biến pha chéo(XPM) tại SOA: Nguyên lí này sử dụng 1 SOA tại XGM được chỉ ra như hình 1.8.

Điều chế cường độ tín hiệu vào điều biến độ khuyếch đại trong SOA do bão hòa độkhuyếch đại Một tín hiệu sóng ánh sáng biến thiên (CW) tại bước sóng ra theo yêucầu (c) được điều biến bởi hệ số khuyếch đại khác nhau để nó mang thông tin giốngnhư tín hiệu vào gốc Tín hiệu vào và tín hiệu CW có thể được đưa cùng hướng hoặcngược hướng vào trong SOA.Sự phối hợp XGM đưa ra 1 tín hiệu chuyển đổi bướcsóng mà được nghịch đảo so với tín hiệu đưa vào Sự phối hợp trong XGM là đơn giảnđể nhận ra và cung cấp chuyển đổi trực tiếp tại 10Gb/s, nó thực hiện từ nghịch đảo củaluồng bit đã chuyển đổi và giảm tỉ số tắt khi một tín hiệu vào chuyển đổi lên thành mộttín hiệu có bước sóng bằng hoặc dài hơn.

Hình 1.9 Bộ chuyển đổi bước sóng giao thoa dựa trên XPM trong các SOA

Hoạt động của bộ chuyển đổi bước sóng sử dụng SOA trong kiểu XPM cơ bảndựa trên hệ số khúc xạ của SOA là phụ thuộc vào cường độ sóng mang trong vùnghoạt động tích cực của nó Một tín hiệu vào mà bị suy giảm cường độ sóng mang sẽđiều biến chỉ số khúc xạ và do đó dẫn đến điều biến pha của tín hiệu CW (bước sóngc) được ghép vào một bộ chuyển đổi SOA có thể tích hợp vào một giao thoa kế đểkết quả độ nhạy khuôn dạng tín hiệu được điều biến tại đầu ra của bộ chuyển đổi Kĩthuật bao hàm SOA trong XPM nhằm mục đích sử dụng ánh xạ vòng quang phi tuyến(NOLM: Nonlinear Optical Loop Mirror), giao thoa kế Mach- Zender, và giao thoa kếMichelson Hình 1.9 biểu diễn một thiết bị chuyển đổi bước sóng MZI không đối xứngdựa trên sử dụng SOA trong XPM Với XPM, tín hiệu sóng ra đã được chuyển đổi cóthể bị nghịch đảo hoặc không, còn XGM tín hiệu sóng ra luôn luôn bị nghịch đảo.XPM cũng có công suất cao hơn so với XGM Đặt các bộ chuyển đổi bước sóng giaothoa (IWC’s) trong kết nối chéo cũng tìm cách cải tiến phương thức truyền dẫn củamạng quang bằng cách giảm nhiễu trong tín hiệu chuyển đổi.

Laser bán dẫn: sử dụng laser bán dẫn đơn mode, độ nhạy mode laser của môi

trường được điều biến bởi tín hiệu ánh sáng vào thông qua bão hoà độ khuyếch đại.Tín hiệu ra thu được bị nghịch đảo so với tín hiệu vào Thiết bị triệt độ khuyếch đạiđược tận dụng trong laser phản xạ Bragg phân tán (DBR: Ditstributed BraggReflector) để chuyển đổi tín hiệu tại 10Gb/s.

Việc chuyển đổi bước sóng toàn quang có thể được thực hiện rất hiệu quả bằngcách điều khiển quang học các tần số Laser đơn như hình1.10 Tín hiệu vào(i) đượcbiến đổi được đưa vào trong Laser, tại đây nó gây ra trạng thái bão hoà mà trạng tháinày điều khiển sự dao động của Laser Kết quả là dạng tín hiệu ra có thể là IM hoặcCPFSK phụ thuộc vào hoạt động của Laser Bước sóng cuối cùng (c) có thể cố địnhthay đổi phụ thuộc yêu cầu hệ thống.

SOA 1

SOA 2MZICW

c

0 100

Hình 1.10 Nguyên lí chuyển đổi bước sóng dựa trên laser bán dẫn

+ Cần lưu ý, về bản chất thiết bị chuyển đổi Laser bao gồm các thành phần đơncấu thành nên, vì vậy nó rất đơn giản Nó yêu cầu công suất quang vào là 0-10 dBm vàtốc độ bit lớn nhất, được xác định bởi tần số cộng hưởng của Laser, nhỏ nhất là10Gb/s.

Phần này đã giới thiệu các kĩ thuật khác nhau trong thiết kế của một bộ chuyểnđổi bước sóng Sự lựa chọn công nghệ hiện nay đó là tận dụng chuyển đổi bước sóngtrong mạng phụ thuộc vào các yêu cầu của hệ thống đặc biệt Tuy nhiên, bộ chuyểnđổi quang điện chỉ giới hạn độ trong suốt về số Ngoài ra, việc triển khai các thiết bịchuyển đổi quang điện trong mạng WDM kết nối chéo yêu cầu các gói phức tạp đểngăn ngừa xuyên kênh Điều này dẫn đến việc tăng chi phí cho thiết bị chuyển đổi,hơn nữa việc chế tạo các thiết bị chuyển đổi bước sóng quang điện này cũng làm chonó kém thu hút hơn so với các thiết bị chuyển đổi toàn quang Nhược điểm của thiết bịchuyển đổi quang điện là phức tạp và có công suất tiêu thụ lớn Thiết bị chuyển đổitoàn quang cơ bản dựa trên các SOA sử dụng chuyển đổi trong XGM và XPM hiệnnay phù hợp hơn với các hệ thống sử dụng Thiết bị chuyển đổi bước sóng dựa trêntrộn 4 bước sóng, mặc dù độ trong suốt được điều biến ở các dạng khác nhau nhưnghoạt động kém hiệu quả Tuy nhiên, thiết bị chuyển đổi trộn bước sóng là thiết bịchuyển đổi mà cung cấp một dải đầy đủ độ trong suốt, và cho phép chuyển đổi đồngthời thiết lập các bước sóng vào thành các bước sóng ra khác Đặc biệt hơn, các phươngpháp dựa trên việc tạo ra các tần số khác nhau có nhiều triển vọng phát triển nhất.

Phần sau sẽ nghiên cứu nhiều kiến trúc chuyển mạch khác nhau nhằm mục đíchcung cấp tài liệu để dùng trong mạng chuyển đổi bước sóng.

Dương Hồng Hạnh – Đ2001VT

Laser có bướcsóng cố địnhhoặc điều hưởng

Bảng 1 So sánh các kĩ thuật chuyển đổi bước sóng

Loại OE/EO

Loại toàn quang

Loại chuyển mạch quang Loại trộn quangĐiều biến

độ khuếchđại chéo

Điều biếnpha chéo(XPM)

Điều biếnsai pha(DPM)

Trộn bốnbước sóng

Tao ra cáctần số khác

nhau(DFG)Các dụng

giao thoakế Mach-Zehnder

SOA+ giaothoa kế

Tốc độ bit 40 Gbit/s(phụ thuộc

40 Gbit/s(RZ-NRZ)

40 Gbit/s 160Gbit/s 1Tbit/s 1Tbit/s

Độ rộngbăng tần

Phụ thuộcvào nguồnánh sáng

Băng tầnkhuyếchđại (30

Băng tầnkhuyếch

đại (30nm

Băng tầnkhuyếchđại (30 nm

Hiệu suấtchuyển đổi

Khôngnhạy cảm

phân cực

Mức vào Phụ thuộcbộ nhận

-10 dBm -10 dBm 0~5 dBm ~20 dBm(SOA+DF

đổi riêngbiệt/ đồng

Riêng biệt Riêng biệt Riêng biệt Riêng biệt Khả năngđồng thời

Khả năngđồng thời

Kết quả Phụ thuộctốc độ bit và

dạng tínhiệu

Chirp Dải độngvào thấp

Dải động vào thấpHoạt động ổn định

Hiệu suấtchuyển đổithấp

Phụ thuộcphân cực

Hiệu suấtchuyển đổithấp

Phụ thuộcphân cự

CHƯƠNG II: KĨ THUẬT CHUYỂN ĐỔI BƯỚC SÓNG TRONG MẠNG WDM

2.1 Chuyển đổi bước sóng trong mạng WDM

Nhiều lĩnh vực thử nghiệm trong mạng WDM (Wavelength DivisionMultiplexed: ghép phân chia theo bước sóng) hiện nay nó đang tiến triển đặc tính làchuyển mạch và định tuyến bước sóng Xét đến tính linh hoạt của mạng nó rất thu hútbởi nó có thể chuyển thành các kênh sóng dễ dàng và tốt nhất là không chuyển đổiquang điện Vì vậy kĩ thuật chuyển đổi bước sóng là đề tài mà hiện nay được quan tâmđáng kể Ở đây chúng ta sẽ xét các kĩ thuật chuyển đổi bước sóng quang với tầm quantrọng trong phát triển gần đây.

WDM là một kĩ thuật nhiều triển vọng có thể sử dụng độ rộng băng tần lớn củasợi quang Kênh ghép phân chia theo nhiều bước sóng có thể hoạt động trên 1 sợi bándẫn, tuy nhiên yêu cầu cơ bản của truyền dẫn trên sợi quang đó là các kênh này hoạtđộng ở các bước sóng khác nhau Các kênh này được điều chế một cách độc lập đểcung cấp các dạng dữ liệu khác nhau, các kênh này gồm có cả tín hiệu tương tự và mộtvài tín hiệu số, tất nhiên trong phạm vi giới hạn Hơn nữa WDM sử dụng độ rộng băngtần lớn (cỡ 50THz) của sợi quang đơn mode, trong khi đó các kênh chỉ cung cấp băngtần từ 1Gb/s đến 10Gb/s tuỳ theo tốc độ xử lí dòng điện.

Trong một mạng WDM, có thể định tuyến dữ liệu tới đích của chúng dựa vàobước sóng của chúng Sử dụng bước sóng để định tuyến dữ liệu được qui định nhưđịnh tuyến bước sóng, và một mạng mà thực hiện kĩ thuật này được biết đến như mộtmạng định tuyến bước sóng Một mạng như vậy bao gồm chuyển mạch định tuyến cácbước sóng (hoặc định tuyến node) mà được nối liền với nhau bằng các sợi quang Mộtvài node định tuyến (qui định như các kết nối chéo) được gắn với một trạm truy nhập,nơi mà dữ liệu từ người sử dụng đầu cuối có thể được ghép kênh với 1 kênh WDMđơn WDM có khả năng sử dụng băng tần lớn trong sợi quang đơn mode WDM dựatrên ghép kênh phân chia theo tần số trong vùng tần số quang, vùng mà một sợi quangđơn có nhiều kênh truyền dẫn tại các bước sóng khác nhau (tương ứng với tần số sóngmang) Có một ý tưởng rất thú vị trong mạng WDM là sử dụng bước sóng để địnhtuyến Những mạng này hỗ trợ các đường quang mà từ đầu cuối tới đầu cuối chuyểnmạch kết nối thông tin qua một hoặc nhiều tuyến và sử dụng một kênh WDM trên một

tuyến Các đường quang có thể dùng như một tuyến truyền dẫn vật lí để kết nối nhiềumạng tốc độ cao như mạng truyền theo phương thức đồng bộ (ATM).

Hình 2.1 Một mạng có 4 node {0,1,2,3}

Một ví dụ về mạng định tuyến bước sóng WDM được biểu diễn như trong hình 2.1.Nó gồm có 4 node với 3 tuyến, mỗi tuyến có 4 kênh WDM tại mỗi bước sóng{0,1,2, 3} Chuyển mạch thực hiện tại mỗi node vì vậy các kênh có thể được kếtnối tới các đường quang Chú ý rằng các kênh tại các bước sóng khác nhau được kếtnối sau đó cần một thiết bị thay đổi bước sóng để có thể thay đổi bước sóng của tínhiệu quang Ví dụ đường quang C2 cần một bộ chuyển đổi tại node 2 vì nó bao gồm 2kênh WDM tại các bước sóng khác nhau (1,3) Tuy nhiên đường quang C1 bao gồm2 kênh WDM tại cùng một bước sóng 0 tại tuyến 1 và tuyến 2 Vì thế, nó không cầnbộ chuyển đổi bước sóng Ưu điểm của chuyển đổi bước sóng đó là kênh WDM sẽđược sử dụng hữu ích hơn, còn nhược điểm là tăng chi phí và phức tạp.

Các loại chuyển đổi bước sóng trong các node minh họa trong hình 2.2 Khôngcó chuyển đổi tức là không có sự thay đổi bước sóng, và do đó chỉ có các kênh với cácbước sóng giống nhau mới có thể kết nối Chuyển đổi hoàn toàn có nghĩa là có thểthay đổi bất kì bước sóng Vì vậy các kênh có thể được kết nối không quan tâm đếnbước sóng của chúng Điều này đã cung cấp hiệu suất sử dụng tốt nhất của các kênh,nhưng nó rất rắc rối trong việc thực thi

Hình 2.2 Các loại chuyển đổi bước sóng khác nhau

Lightpath C1

Lightpath C2

No ConversionFixed Conversion

Full ConversionLimited Conversion

Với mỗi node, bước sóng chuyển đổi có thể hoặc bằng cách nhận tín hiệu, chuyển mạchđiện và truyền dẫn nó trên bước sóng khác… chuyển đổi quang điện quang (O-E-O) Chuyểnđổi toàn quang sử dụng thiết bị chuyển đổi bước sóng quang Có một số thiết bị cơ bản dựatrên trộn bốn bước sóng, hiệu suất chuyển đổi là một hàm của bước sóng tín hiệu vào và bướcsóng tín hiệu ra, đương nhiên nó có khả năng điều khiển giới hạn chuyển đổi

Các thiết bị chuyển đổi đã được trình bày ở trên, ở chương này sẽ trình bày thêmchuyển mạch chuyển đổi định tuyến bước sóng

2.1.1 Thiết kế chuyển mạch chuyển đổi bước sóng

Để một bộ chuyển đổi bước sóng trở nên dễ dàng thực hiện hơn, một câu hỏiquan trọng được nảy ra: chúng ta đặt chúng vào vị trí nào trong mạng? Vị trí hiểnnhiên là ở bộ chuyển mạch (hoặc kết nối chéo) trong mạng Kiến trúc có thể của nodechuyển mạch chuyển đổi bước sóng là chuyển mạch chuyển đổi bước sóng dành riêng(như hình 2.3) Trong kiến trúc này, mỗi bước sóng dọc theo mỗi liên kết đầu ra tạimột chuyển mạch có một bộ chuyển đổi bước sóng dành riêng Tại chuyển mạchMM khi hệ thống có N bước sóng yêu cầu MN bộ chuyển đổi Tín hiệu quang vàotừ 1 sợi liên kết tại chuyển mạch là bộ phân chia kênh bước sóng chia thành các bướcsóng riêng biệt Mỗi bước sóng được chuyển mạch tới cổng đầu ra bởi chuyển mạchquang không nghẽn Bước sóng của tín hiệu ra có thể bị thay đổi bởi các bộ chuyểnđổi bước sóng của nó Cuối cùng, các bước sóng khác nhau được ghép để tạo ra mộttập hợp tín hiệu dẫn tới sợi liên kết bên ngoài.

Hình 2.3 Một chuyển mạch mà có các bộ chuyển đổi tại mỗi cổng ra cho mỗi bướcsóng (WC biểu thị là một bộ chuyển đổi bước sóng )

Dương Hồng Hạnh – Đ2001VT

D E M U XD

E M U X

O P T

I C A LS W I T C H

M U X

M U XWC

WCWCWCWCD

E M U XD E M U X

O P T I C A LS W I T C H

M U X

M U XWC O

S W

14

a)

b)

Hình 2.4 Các chuyển mạch cho phép phân chia các bộ chuyển đổi bước sóng

a) Kiến trúc chuyển mạch chuyển đổi bước sóng phân chia theo nodeb) Kiến trúc chuyển mạch chuyển đổi bước sóng phân chia theo tuyến

Trong mô hình này gồm bộ ghép bước sóng, một dãy các bộ chuyển đổi bướcsóng (WC) và coupler, việc thực hiện chuyển mạch bước sóng được thực hiện trongcùng một kênh sóng Tách các bước sóng được cấu trúc nhờ kết hợp bộ chia công suấtquang và bộ lọc bước sóng Điều chỉnh bước sóng của tách bước sóng hoặc chuyển đổilà cần thiết để chuyển mạch bước sóng tùy ý từ i thành j Cả hai kết hợp sau đây đềucó khả năng: thứ nhất là kết hợp bộ tách ống dẫn sóng có bước sóng cố định với mộtlaser điều hưởng Thứ hai là bộ tách công suất, bộ lọc điều hưởng bước sóng và mộtlaser có bước sóng cố định Một laser điều hưởng và/hoặc bộ lọc là thành phần chủyếu trong trường hợp bất kì.

Bước sóng hoạt động của một bộ chuyển đổi bước sóng sẽ chiếm hầu hết vùngbước sóng của hệ thống WDM nhằm đảm bảo chuyển mạch tùy ý giữa các kênhWDM Tín hiệu quang có tốc độ bit 10Gbit/s đã được chuyển đổi khi sử dụng sơ đồ

D E M U XD

E M U X

O P T

I C A LS W I T C H

M U X

M U XWC

WC

điều chế khuyếch đại ánh sáng phun Một thực nghiệm chuyển mạch 16 kênh WDMđã thực hiện thành công khi sử dụng thiết bị chủ chốt này Cần chú ý là WCI sử dụngmột coupler thay cho bộ ghép bước sóng, vì các bộ chuyển đổi có khả năng chuyển đổicác bước sóng khác nhau.

Tuy nhiên, với chuyển mạch biến đổi bước sóng riêng, hiệu suất không cao lắmkhi tất cả bộ chuyển đổi bước sóng này không được yêu cầu tại mọi thời điểm Mộtphương pháp hiệu quả để cắt giảm chi phí là chia sẻ các bộ chuyển đổi bước sóng Có2 kiến trúc đưa ra cho các bộ chia sẻ chuyển mạch Nhìn vào hình 2.4a, cấu trúc phânbổ đến từng node, tất cả các bộ chuyển đổi tại một node chuyển mạch đều được tậptrung trong một khối chuyển đổi (một khối chuyển đổi tập hợp một vài bộ chuyển đổibước sóng mà mỗi bộ chuyển đổi này được giả định là có những đặc điểm nhận dạngvà có thể chuyển đổi bất kì bước sóng vào thành bất kì bước sóng ra) Các khối này cóthể truy nhập bởi bất cứ đường quang vào thích hợp với cấu hình chuyển mạch quangở phạm vi rộng hơn trong hình 2.4a Trong kiến trúc này, chỉ các bước sóng có yêu cầuchuyển đổi được định hướng tới khối chuyển đổi Các bước sóng được chuyển đổi sauđó được chuyển mạch tới các kết nối bên ngoài một cách thích hợp bằng bộ chuyểnmạch quang thứ hai (nhỏ) Trong cấu trúc phân bổ trên từng liên kết (hình 2.4b), mỗikết nối đầu ra được cung cấp một khối chuyển đổi dành riêng mà chỉ có thể truy nhậpbởi các đường quang đi qua sợi liên kết đi ra đặc biệt Chuyển mạch quang có thể cấuhình một cách thích hợp để định hướng các bước sóng tới một liên kết đặc biệt, cho dùcó chuyển đổi hoặc không chuyển đổi.

- Hệ thống ghép bước sóng là rất cần thiết để thay đổi kênh tín hiệu từ bước sóngi thành bước bước sóng j Chuyển mạch bước sóng được chia ra làm hai loại: (1)quảng bá và lựa chọn, (2) định tuyến bước sóng, ở đây ta chỉ xét chuyển mạch địnhtuyến bước sóng.

Bộ định tuyến cách tử ống dẫn sóng1

Hình 2.5 Chuyển mạch định tuyến bước sóng

Chuyển mạch định tuyến bước sóng như hình 2.5, nó gồm hai dãy WC đặt tại haiphía bộ định tuyến bước sóng dùng cách tử (WGR) Các WC trong tầng đầu chuyểnđổi bước sóng vào Nếu bước sóng vào tại cổng i cần định tuyến tới cổng ra j thì bướcsóng của nó trước tiên được chuyển thành

λi+j = λ0 - (i+j) Δλ

Trong đó 0 là bước sóng tham chiếu được xác định bởi WGR,  là khoảngcách giữa hai bước sóng kề nhau Tại đầu ra của WGR các bước sóng lại được chuyểnđổi một lần nữa trở về bước sóng ban đầu Phương pháp này có suy hao công suất thấpnhưng đòi hỏi điều khiển và chuyển đổi bước sóng chính xác

Trong phương pháp chuyển mạch nói trên, các bước sóng đầu vào được địnhtuyến trong miền không gian Nó cũng có khả năng thực hiện chuyển mạch bước sóngtrong miền bước sóng Phương pháp này gọi là trao đổi kênh bước sóng (WCI) vàtương đương về mặt logic với trao đổi khe thời gian (TSI) Hình sau mô tả WCI

Hình 2.6 Chuyển mạch bước sóng

Khi chuyển đổi bước sóng O/E được sử dụng, chức năng của các bộ chuyển đổibước sóng có thể được thực hiện tại các trạm truy nhập thay cho tại các chuyển mạch.Kiến trúc chuyển mạch chia sẻ nội hạt được chỉ ra trong hình 2.7 và kiến trúc trạm truycập mạng đơn giản được chỉ ra trong hình 2.8.

Hình 2.7 Kiến trúc chuyển đổi chuyển mạch bước sóng phân chia nội hạt

Hình 2.8 Kiến trúc trạm truy nhập mạng đơn giản

Ưu điểm của chuyển mạch quang:

- Băng tần rộng: ưu điểm lớn nhất của việc đưa công nghệ quang vào hệ thốngthông tin là tính thông suốt của nó với mọi tốc độ bit Một hệ thống điện tử có khảnăng thông qua nhiều gigabit nhờ ghép song song các phần tử chuyển mạch đơn, vìmỗi phần tử này chỉ có khả năng thông qua lớn nhất là 1 Gbit/s Trong khi đó mộtchuyển mạch quang đơn lẻ có khả năng thông qua hàng trăm Gbit/s.

- Tốc độ bit cao: tốc độ của các chuyển mạch điện tử bị hạn chế 20Gbit/s do hằngsố thời gian CR của các mạch điện và rung pha (jitter) tín hiệu giữa các chuyển mạch

Dương Hồng Hạnh – Đ2001VT

E

S W TxBO S W

RxB: Khối nhậnTxB: Khối thu

ESW: Chuyển mạch điệnOSW: Chuyển mạch quangTín hiệu điện

tách nội hạtTín hiệu điện

w1

Chuyển mạch định tuyến bước sóngĐiểm truy nhập

18

song song Chuyển mạch quang bằng điện tử cũng có tốc độ hạn chế do các chuyểnmạch điện

- Nhiều bước sóng: hệ thống ghép bước sóng WDM có băng tần rất rộng Ghéptần số diện tử (FDM) được sử dụng trong các hệ thống truyền dẫn cáp đòng trục Ghépbước sóng quang cung cấp dung lượng truyền dẫn lớn nhờ ghép các tín hiệu đã đượcghép theo điện tử Đã có hệ thống ghép hàng chục bước sóng đưa vào hoạt động trongcác miền bước sóng suy hao thấp của sợi quang Chuyển mạch bước sóng giữa cáckênh ghép bước sóng đang được triển khai trên một số hệ thống WDM.

- Tiêu thụ công suất thấp: các thiết bị chuyển mạch ứng dụng hiệu ứng điệnquang để chuyển đổi chiét suất không sinh ra nhiệt Đây là ưu điểm đối với hoạt độngcông suất thấp

Chuyển mạch quang có ít chức năng hơn chuyển mạch điện tử Chuyển mạchquang có các thế mạnh trong các hoạt động chuyển mạch đơn giản có tốc độ cao vàkhả năng thông qua lớn Tuy nhiên chuyển mạch điện tử phải được ưu tiên hơn trongcác chức năng như đọc các tín hiệu đầu đề, điều khiển định tuyến Trong công nghệquang hiện đại, thiết bị nhớ quang tốc độ cao không thể thiếu trong điều khiển địnhthời các xung quang sử dụng dây trễ sợi quang có cấu trúc đơn giản hơn RAM điện tử.

2.1.2 Vấn đề thiết kế, điều khiển và quản lí mạng

2.1.2.1 Thiết kế mạng

Để chuyển đổi bước sóng được hiệu quả cần phát triển các vấn đề về thiết kếmạng Các nhà thiết kế mạng lựa chọn không chỉ giữa các kĩ thuật chuyển đổi khácnhau đã mô tả trong phần 1.2.2 mà còn phải lựa chọn giữa các cấu trúc chuyển mạchmô tả trong phần 2.1.1 Một vấn đề quan trọng trong thiết kế là phải tìm cách khắc phụcnhững hạn chế trong sử dụng công nghệ chuyển đổi bước sóng Những hạn chế đó là:

a) Lắp đặt bộ chuyển đổi bước sóng trong mạng

Do giá thành đắt đỏ việc trang bị các bộ chuyển đổi bước sóng tại tất cả các nodetrong mạng WDM là không kinh tế Vì thế, chỉ có thể đặt các bộ chuyển đổi này tạimột số điểm chuyển mạch trong mạng Một câu hỏi thú vị mà không được trả lời mộtcách thấu đáo đó là chúng ta có thể đặt các bộ chuyển đổi bước sóng này ở đầu tại mộtmạng bất kì và làm sao để nó thích hợp với đường quang khi được nâng cấp để chuyểnđổi một cách đầy đủ, chính xác

b) Phân chia thiết bị chuyển đổi bước sóng

Ngay cả giữa dung lượng chuyển mạch của chuyển đổi bước sóng, nó không mấtnhiều chi phí để trang bị cho tất cả các cổng đầu ra của chuyển mạch Các thiết kế củacác cấu trúc chuyển mạch phải nhằm mục đích (như phần 2.1.1) cho phép chia xẻ bộchuyển đổi giữa các tín hiệu tại chuyển mạch Nó được thực hiện chỉ trong mạng bãohoà khi mà số bộ chuyển đổi tại một chuyển mạch tăng vượt quá ngưỡng cho trước.Vấn đề thú vị ở đây là xác định số lượng của ngưỡng này phụ thuộc vào việc sử dụngthuật toán định tuyến và khả năng bị chặn.

c) Khoảng giới hạn chuyển đổi bước sóng

Các bộ chuyển đổi bước sóng toàn quang trên cơ sở trộn bốn bước sóng chỉ cungcấp dung lượng chuyển đổi bước sóng giới hạn Nếu khoảng được giới hạn là k, thìmột bước sóng vào i có thể chuyển đổi thành bước sóng max(i-k, 1) đến bước sóngmin(i+k, N), ở đây N là số lượng các bước sóng trong hệ thống (xếp thứ tự từ 1 đếnN) Khoảng giới hạn chuyển đổi bước sóng chỉ có thể được cung cấp tại những nodesử dụng kĩ thuật chuyển đổi O/E.

Các kĩ thuật chuyển đổi bước sóng khác cũng có vài hạn chế Nhìn vào phần1.2.2, bộ chuyển đổi bước sóng sử dụng các SOA trong XGM bị giảm nhiều hơn khitín hiệu vào bị biến đổi lên thành các tín hiệu có bước sóng lớn hơn hoặc bằng nó sovới khi tín hiệu vào bị biến đổi xuống thành các tín hiệu có bước sóng nhỏ hơn Ngoàira, tín hiệu cũng thường bị giảm chất lượng sau khi chuyển đổi nhiều lần, tác dụng củacác tầng của các bộ chuyển đổi này rất quan trọng.

Ngoại trừ hiệu quả của cấu trúc chuyển mạch chuyển đổi bước sóng và việc sắpxếp tối ưu hoá của chúng, những kĩ thuật khác cũng có nhiều triển vọng Mạng đượctrang bị với nhiều sợi trên mỗi kết nối được xét đến để cải thiện dung lượng trongmạng chuyển đổi bước sóng và được đề xuất có nhiều khả năng để chuyển đổi Mộtvấn đề quan trọng khác là thiết kế mạng chuyển đổi bước sóng có khả năng kháng lỗi.Chỉ mạng này mới có khả năng dự phòng về dung lượng khi liên kết bị đứt

2.1.2.2 Điều khiển mạng

Các thuật toán điều khiển được yêu cầu trong một mạng để quản lí hiệu quả cáctài nguyên của nó Nhiệm vụ quan trọng của kỹ thuật điều khiển để cung cấp các tuyếntới các đường quang yêu cầu và phân chia các bước sóng trên mỗi liên kết dọc theotuyến này để đạt được các tham số hệ thống Kỹ thuật định tuyến và phân chia bước

sóng (RWA: Routing and Wavelength Assignment) có thể phân loại thành trạng tháitĩnh và trạng thái động phụ thuộc vào đường quang yêu cầu có ưu tiên hay không Hailoại trên được mô tả dưới đây:

a) Định tuyến động và phân chia bước sóng

Trong một mạng quang định tuyến bước sóng, đường quang yêu cầu giữa cặpnguồn và đích là ngẫu nhiên và mỗi đường quang có thời gian lưu trữ ngẫu nhiên saukhi nó bị đứt Những đường quang này cần được thiết lập linh động bởi việc quyếtđịnh một tuyến qua mạng kết nối từ nguồn tới đích và phân chia bước sóng rỗi theotuyến này Hai đường quang có ít nhất một liên kết chung nhưng không thể dùngchung bước sóng Hơn nữa, những bước sóng giống nhau được phân chia tới mộttuyến trên tất cả các liên kết của nó Đây chính là điều kiện rằng buộc biến thiên bướcsóng đã mô tả trong chương 1 Về vấn đề định tuyến và phân chia bước sóng này hoặcbiến thể của chúng đã được nghiên cứu sớm hơn cho các mạng không có chuyển đổibước sóng.

Thuật toán định tuyến động nhằm mục đích sử dụng trong mạng chuyển đổi bướcsóng Các thuật toán cũng được nghiên cứu khi sử dụng định tuyến đường cố địnhhoặc định tuyến trước Có một tuyến cố định giữa mọi cặp nguồn và đích trong mạng.Nhiều RWA được thiết kế dựa bước sóng để phân chia tới một đường quang dọc theotuyến cố định Tuy nhiên, thiết kế của thuật toán định tuyến hiệu quả mà kết hợp chặtchẽ với sự hạn chế ở phần 2.1.2.1 vẫn là một vấn đề mở.

b) RWA tĩnh

RWA tĩnh đối lập với vấn đề định tuyến động đã mô tả ở trên, RWA tĩnh giả sửrằng tất cả các đường quang được thiết lập trong mạng từ ban đầu Mục đích là làmtăng tới mức lớn nhất toàn bộ thông lượng trong mạng toàn bộ số lượng các đườngquang có thể được thiết lập một lúc trong mạng Một giới hạn cao hơn trên một lưulượng sóng mang với bước sóng khả dụng (cho mạng có chuyển đổi bước sóng hoặckhông chuyển đổi bước sóng) được chứa bởi việc làm suy yếu chương trình tuyến tínhsố nguyên tương ứng Một trường hợp đặc biệt của RWA tĩnh đó là tất cả các yêu cầuđường quang có thể được cung cấp đối với các mạng chuyển đổi bước sóng giới hạn.Một lần nữa, các thuật toán hiệu quả kết hợp với những hạn chế trong phần 2.1.2.1 chomạng chuyển đổi bước sóng vẫn không khả thi.

2.1.2.3 Quản lí mạng

Chuyển đổi bước sóng có thể được sử dụng để đẩy mạnh thao tác giữa các mạngcon mà chúng được quản lí độc lập Do đó, nó hỗ trợ việc phân phối các chức năngđiều khiển và quản lí mạng giữa những mạng con nhỏ hơn bằng cách cho phép phânchia bước sóng một cách linh hoạt trong phạm vi mỗi mạng con Như hình 2.9, các nhàvận hành mạng 1, 2, 3 quản lí các mạng con của họ và có thể dùng chuyển đổi bướcsóng để truyền thông qua các mạng con.

Hình 2.9 Chuyển đổi bước sóng để quản lí mạng phân bổ

2.2 Lợi ích

Như đã đề cập ở trên, khả năng của chuyển đổi bước sóng hoàn toàn làm đơngiản hoá việc quản lí mạng- thuật toán phân chia bước sóng trong một mạng trở nênđơn giản hơn vì tất cả các bước sóng có thể coi như tương đương nhau, và các bướcsóng sử dụng trên các đường liên kết nối tiếp dọc theo một tuyến có thể độc lập vớinhau Tuy nhiên, lợi ích của chuyển đổi bước sóng trong việc giảm nghẽn và việc cảithiện các hoạt động khác gần như là không tổng thể và không rõ ràng Khi chuyển đổibước sóng hoàn toàn loại bỏ rằng buộc liên tục bước sóng (xem chương 1), lợi ích thựcsự trong mạng điển hình được tìm phụ thuộc vào các nhân tố như tính kết nối và tảitrọng lưu lượng Sử dụng những mô hình phân tích và mô phỏng, kết quả của sự nỗ lựcnày tạo nên một số lợi ích trong mạng quang điển hình.

2.2.1 Mô hình phân tích

Mô hình phân tích được các nhà nghiên cứu phát triển để xác định số lợi ích củacác bộ chuyển đổi bước sóng Chúng ta trình bày những mô hình khả thi hiện nay.Những mô hình đó được giả định như sau:

- Mỗi đường quang sử dụng toàn bộ độ rộng băng tần của 1 kênh sóng.- Mỗi sợi liên kết có số lượng bước sóng giống nhau (W).

Dương Hồng Hạnh – Đ2001VT

Mạng thuê bao 3Mạng thuê bao 2

- Mỗi trạm có các ma trận của W máy phát và W máy thu.- Mạng chỉ hỗ trợ lưu lượng điểm nối điểm, không có đa hướng.

- Kết nối yêu cầu không được xếp vào hàng đợi, nếu một kết nối bị nghẽn, nó lậptức bi loại bỏ.

Những điểm khác nhau nổi bật nhất giữa những mô hình cho ở bảng 2 Dưới đây,chúng ta sẽ mô tả chi tiết.

Bảng 2 So sánh các mô hình phân tích

Mạng kênh toànquang

Mạng toànquang vớichuyển đổi

bước sóngdải rác

Xác suấtnghẽn mạchcho một lớpcủa mạngtoàn quang

Mô hình nghẽnmạch trong mạng

toàn quang cóchuyển đổi vàkhông có chuyển

đổi bước sóng

Tiến trình đến Poisson Poisson Poisson Không rõ

Định tuyến Cố định Cố định Cố định, tải trọngnhỏ nhất

Cố địnhPhân chia

Độc lập Quan hệ(Markovian)Các bước sóng

trên các tuyếnliên tiếp

Hiệu suất Xác suất nghẽn(pb)

Xác suất nghẽn(pb)

Xác suất nghẽn(pb)

Độ khuyếch đạisử dụng bước

sóng (G)Sự phức tạp

khi sử dụngmáy điện toán

2.2.1.1 Mô hình xác suất với giả thiết tải trọng liên kết độc lập

Mô hình phân tích được phát triển cho một mạng định tuyến đường cố định vớimột cấu hình tùy ý, cả với chuyển đổi bước sóng và không chuyển đổi bước sóng Môhình này sau đó được sử dụng để mô phỏng khi thực hiện nghiên cứu trong ba mạng:

chuyển mạch trung tâm không nghẽn, mạng hai vòng thứ nguyên và mạng vòng Cáctải trọng lưu lượng và xác suất chiếm giữ bước sóng trên các kết nối đều được thừanhận là độc lập Một chiến lược phân chia bước sóng được tận dụng ở nơi một đườngquang được phân chia ngẫu nhiên một bước sóng từ các bước sóng khả thi trên tuyếnnày Xác suất nghẽn của đường quang được sử dụng để nghiên cứu hiệu năng củamạng Lợi ích của chuyển đổi bước sóng được tìm ra trong chuyển mạch tập trungkhông nghẽn và mạng vòng, tuy nhiên, chuyển đổi bước sóng được tìm ra để cải thiệnmột cách đáng kể hiệu năng của mạng hai vòng thứ nguyên Mô hình phân tích khôngứng dụng những nghiên cứu này cho mạng vòng vì sự tương quan tải trọng cao dọctheo liên kết của tuyến trong một mạng vòng làm mất hiệu lực giả sử tải trọng liên kếtđộc lập.

Trước tiên, chúng ta xét trường hợp khi không có chuyển đổi bước sóng trongmạng Trong trường hợp này, một kết nối yêu cầu bị chặn khi không có kết nối khảdụng trên mọi liên kết của tuyến.

Cho W là số bước sóng trên một sợi, T là thời gian trung bình tồn tại của một kếtnối và i là tốc độ trên kết nối thứ i của tuyến, Li là tải trọng trung bình mong muốntrên kết nối thứ i của tuyến và Li = iT Đặt p(i)

k là xác suất mà k bước sóng được sửdụng trên kết nối thứ i của tuyến Chúng ta có:

Để một kết nối chỉ yêu cầu một hop đơn, xác suất nghẽn là pW(1), xác suất mà tấtcả W bước sóng đều bận trên kết nối giữa nguồn và đích Cho qn(k) là xác suất khi kbước sóng bận qua n hop đầu tiên của tuyến Để kết nối một hop, chúng ta có qk(1)=pk(1),k1,…W Với một tuyến hai hop, xác suất điều kiện mà có k bước sóng khảdụng cho một kết nối, cho các bước sóng na, nb là rỗi trên các liên kết a và b (giả thiếtrằng sự phân bố của các bước sóng được phân chia tại liên kết a và b là tự do qua lại ).Ta có phương trình:

Nếu max (0, na+nb-W)<= k<= min (na,nb) và khác 0 Sử dụng xác suất điều kiệnnày, phân bố các bước sóng bận qua tuyến hai hop như sau:

 

 

và P(n)=qW(n)

Tiếp theo chúng ta xét trường hợp khi chuyển đổi bước sóng là khả dụng trongmạng Chú ý rằng một đường quang bị nghẽn chỉ khi có nhiều hơn một liên kết trêntuyến có tất cả các bước sóng của nó bị chiếm giữ.Do đó, xác suất nghẽn đối với kếtnối n hop là:

2.2.1.2 Chuyển đổi bước sóng dải rác

Chuyển đổi bước sóng dải rác, tức là chỉ một số node trong mạng được trang bịbộ chuyển đổi bước sóng Hai node chuyển mạch khác nhau mà là những node có sẵn

trong mạng không có khả năng chuyển đổi bước sóng và những node mà có khả năngchuyển đổi bất cứ bước sóng đầu vào thành bước sóng đầu ra bất kỳ Mô hình phântích đánh giá hiệu năng nghẽn đường của mạng tại thời điểm hiện tại và biểu diễnchính xác đối với các cấu hình mạng khác nhau Mô hình cải tiến bởi dùng bộ suygiảm với giả thiết là độc lập với tải trọng và xác suất chiếm giữ bước sóng của liên kết.Việc tìm kiếm những hữu ích của bộ chuyển đổi bước sóng phụ thuộc vào kết nối củamạng Các bộ chuyển đổi bước sóng không thật sự hữu ích trong mạng khả năng kếtnối thấp, như mạng vòng, bởi vì sự liên quan tải trọng cao giữa các liên kết Hơn nữa,bộ chuyển đổi bước sóng cũng ít được sử dụng trong mạng với khả năng kết nối cao,như mạng siêu lập phương vì chiều dài hop nhỏ Tuy nhiên, các bộ chuyển đổi bướcsóng cung cấp những lợi ích có ý nghĩa trong mạng với những kết nối trung gian, nhưmạng lưới tròn bởi vì những tương quan tải trọng liên kết là thấp trong khi các chiềudài các hop là lớn Trong hầu hết các trường hợp, chỉ một phần nhỏ các node đượctrang bị khả năng chuyển đổi bước sóng làm cho hiệu năng tốt hơn.

Trong mô hình này,có sự kết hợp sự tương quan tải trọng giữa các liên kết trongmạng Đặc biệt, giả sử rằng tải trọng trên liên kết i của một tuyến đưa các tải trọng trêncác liên kết 1,2….,i-1 chỉ phụ thuộc vào tải trọng trên liên kết i-1 Do đó, mô hìnhphân tích là mô hình tương quan Markovian Đầu tiên, chúng nhận được phân bố bướcsóng rỗi trên tuyến hai hop sử dụng các chú thích sau:

 Q(f)= Pr ( các bước sóng f là rỗi trên một liên kết).

 S(yf xpf) = Pr (các bước sóng yf là rỗi trên một liên kết của một tuyến,các bướcsóng xpf là rỗi trên các liên kết trước của đường.

 U(zcyf, xpf) =Pr (các đường quang zc tiếp tục tới liên kết dòng từ liên kết trướccủa một tuyến,các bước sóng xpf là rỗi trên liên kết trước, và các bước sóng yf là rỗitrên liên kết dòng.

 R(nf xff,yf,zc) =Pr (các bước sóng nf là rỗi trên một tuyến hai hop, các bướcsóng xff là rỗi trên hop đầu tiên của tuyến, các bước sóng yf là rỗi trên hop thứ hai vàcác đường quang zc từ hop thứ nhất đến hop thứ hai.

 T(l)

nf, yf = Pr (các bước sóng nf là rỗi trên một tuyến l hop và các bước sóng yf làrỗi trên hop l.

 pl = Pr ( Một tuyến l hop được chọn để định tuyến)

Bây giờ chúng ta xét một tuyến hai hop giữa node 0 và node 2 thông qua node 1.Đặt Cl là số các đường quang mà đi vào đường tại node 0 và ra tại node tại node 1, Cclà số các đường quang đi vào đường tại node 0 và tiếp tục đi tới liên kết thứ hai, Cn là

số các đường quang đi vào đường tại node 1 và cho l, c, n là tốc độ đến của đườngquang tương ứng Sau đó, số các đường quang mà sử dụng liên kết đầu tiên là Cl+ Ccvà số các đường quang sử dụng liên kết thứ hai là Cc+Cn Giả thiết rằng phân bổ lưulượng đồng bộ, tốc độ đến của đường quang mà đi vào tuyến tại node 1 giống như tốcđộ của đường quang rời khỏi tuyến tại node 1,…,i=n Các số Cl, Cc, Cn được đặctrưng bởi 3 số nguyên của chuỗi Markov, với mỗi trạng thái được đặc trưng bởi 3 sốnguyên (Cc, Cl, Cn ) Xác suất R(nf xff,yf,zc), U(zcyf, xpf), S(yf xpf), Q(f) và sau đónhận được từ tuyến hai hop Việc mở rộng phân tích để xác định xác suất nghẽn trêntuyến của chiều dài hop bất kì.

Để việc phân tích này đơn giản, giả sử rằng hiệu suất nghẽn đường quang trên tảitrọng sóng mang dọc theo liên kết là không đáng kể Với giả thiết này chỉ hợp lí khixác suất nghẽn thấp, điều này có nghĩa là toàn bộ tải trọng được cung cấp cho mạngđược mang dọc theo các liên kết Tốc độ đến từ đường quang tại các node xấp xỉ tốcđộ đến các liên kết l và c có thể được chỉ ra như sau Đặt N là số các node có trongmạng,  là tốc độ đường quang đến tại một node, H là khoảng cách hop trung bình.Khi đó tốc độ đường quang đến trung bình trên liên kết được cho bởi:

 

Mục đích có k liên kết ra trên một node và một đường quang không rời khỏimạng tại node đó, nó chọn bất kì một trong k liên kết đi ra Sau đó, tốc độ đến của cácđường quang mà tiếp tục tới liên kết tiếp theo của một tuyến có thể được ước lượng:

/11 Từ đó chúng ta có:

l = - c

Tham số q là cường độ chuyển đổi của mạng được sử dụng trong mô hình mạngchuyển đổi bước sóng dải rác Số các node có bộ chuyển đổi trong mạng N node đượcphân bố với Nq bộ chuyển đổi Xác suất nghẽn trong mạng với chuyển đổi bước sóngdải rác được tính toán đệ qui với điều kiện node i là bộ chuyển đổi cuối cùng trên mộttuyến l hop trong mạng (1<i<(l-1)).

2.2.1.3 Một mô hình xác suất cho một lớp của mạng

Phần này cung cấp một phương pháp tính toán xác suất nghẽn mạch trong mạngđịnh tuyến bước sóng Mô hình này tính toán theo lưu lượng vào Poisson và sử dụng

mô hình chuỗi Markov với tốc độ đến độc lập với trạng thái Hai hệ thống định tuyếnkhác nhau được miêu tả đó là định tuyến cố định, là phương thức mà đường đi từnguồn tới đích là duy nhất và được biết trước và định tuyến tải trọng nhỏ nhất (LLR:Least Loaded Routing), cấu trúc đường luân phiên định tuyến từ nguồn tới đích thôngqua tuyến mà có số các bước sóng rỗi là lớn nhất Phân tích và mô phỏng thực hiệnviệc sử dụng định tuyến cố định cho các mạng có cấu hình bất kìn với các tuyến cónhiều nhất độ dài ba hop và sử dụng LLR cho mạng kết nối hoàn toàn với các tuyến cómột hoặc hai hop Xác suất nghẽn được tìm thấy là lớn hơn nếu không có chuyển đổibước sóng Tuy nhiên, trong phương pháp này tính toán nhiều hơn và chỉ dễ dàng hơnkhi mạng kết nối dày đặc với một số node Xét một mạng có cấu hình bất kì với J liênkết và C bước sóng trên mỗi liên kết A tuyến R là một tập hợp con của các liên kết từ{1,2…J} Các yêu cầu đường quang đến tuyến R như một chuỗi Poisson với tốc độ R.Một đường quang với tuyến R được thiết lập nếu có một bước sóng i mà rỗi trên tấtcả các liên kết của tuyến đến R Thời gian chiếm giữ của tất cả các đường quang đượcphân bố theo hàm mũ

Cho XR là giá trị ngẫu nhiên biểu hiện số lượng bước sóng rỗi trên tuyến R NếuR={i,j,k} chúng ta có thể viết XR như Xi,j,k Cho X= (X1, X2, … ,XJ) và đặt

Ở đây m=(m1, m2……,mj) m là bước sóng rỗi trên liên kết j, thời gian cho đếnkhi đường quang tiếp theo được thiết lập trên liên kết j được phân bổ theo hàm mũ vớitham số là j(m) Nó cho phép số lượng bước sóng rỗi trên liên kết j được coi như quátrình sinh ra và mất đi vì vậy:

Ở đây:

j(m) được cho bởi sự kết hợp các phân bổ từ chuỗi yêu cầu tới các tuyến có liênkết j như một thành phần:

Xác suất nghẽn mạch với các đường quang tới tuyến R (LR=PR[XR=0]) được tínhtoán cho các tuyến lên tới 3 hop Cũng như vậy, trong trường hợp LLR, ta cũng giànhđược xác suất nghẽn (LR) trong mạng kết nối hoàn toàn.

2.2.1.4 Mô hình xác suất không có giả thiết tải trọng liên kết độc lập

Mô hình này phân tích dễ dàng hơn các mô hình trên, tuy nhiên nó sử dụng cácgiả thiết về lưu lượng đơn giản hơn Các tải trọng liên kết không được giả sử là độclập, giả thiết đó vẫn được giữ lại khi một bước sóng được sử dụng trên các liên kết liêntiếp độc lập với các bước sóng khác Khái niệm về giao thoa bước sóng, số các liên kếtmong muốn được chia bởi hai đường quang mà chia sẻ ít nhất một liên kết Sự phântích việc dùng liên kết và xác suất nghẽn thu được bằng cách xem xét một đường trungbình mà kéo dài khoảng cách hop trung bình (H) các liên kết trong mạng có và khôngcó chuyển đổi bước sóng Độ khuyếch đại G nhờ có chuyển đổi bước sóng mà đượcđịnh nghĩa là tỉ số sử dụng liên kết giữa mạng có chuyển đổi bước sóng và không cóchuyển đổi bước sóng với cùng một xác suất nghẽn Độ khuyếch đại là tỉ lệ thức H/L(L là chiều dài tuyến) Kích cỡ chuyển mạch ()lớn hơn làm tăng xác suất nghẽn trongmạng không có chuyển đổi bước sóng Các mô hình trên được ứng dụng trong cácmạng vòng, không thích hợp trong các mạng xóa kênh toàn quang và nó dự đoán đúnghệ số khuyếch đại thấp khi sử dụng chuyển đổi bước sóng trong mạng vòng

Mô hình đơn giản được miêu tả dựa trên tiêu chuẩn một chuỗi các liên kết độclập, một đường quang yêu cầu hiểu rõ một mạng mà cách sử dụng của một bước sóngtrên một sợi liên kết được thống kê một cách độc lập với các sợi liên kết khác và cácbước sóng khác

Ở mô hình này, nói chung chỉ ước lượng xác suất nghẽn Có W bước sóng trênmột sợi liên kết và cho  là xác suất mà một bước sóng được sử dụng trên bất kì sợiliên kết (khi W là số các bước sóng bận mong muốn trên bất kì sợi liên kết,  cũng làsợi bất kì được sử dụng) Chúng ta sẽ xét một tuyến liên kết H để kết nối từ node Ađến node B cần được thiết lập.

Đầu tiên, chúng ta sẽ xét một mạng với các bộ chuyển đổi bước sóng P’b là xácsuất mà yêu cầu kết nối từ node A đến node B sẽ bị chặn cân bằng với xác suất dọctheo tuyến liên kết H, có một liên kết sợi tồn tại với tất cả W bước sóng của nó đượcsử dụng để:

 WHt

Ở đây lưu giữ các giá trị nhỏ của P’b/ H.

Tiếp theo, chúng ta sẽ xét một mạng không có bộ chuyển đổi bước sóng Xác

suất Pb yêu cầu kết nối từ A đến B sẽ bị chặn nếu bằng xác suất dọc theo tuyến liên kếtH này, mỗi bước sóng được sử dụng ít nhất trong một liên kết H, vì vậy:

Ở đây lưu giữ các giá trị lớn của H và Pb1/W không phải là duy nhất Nhận thấykết quả thu được p tỉ lệ nghịch với H.

Chúng ta định nghĩa G=q/p là ước lượng của ích lợi của chuyển đổi bước sóng, nó

là tăng trong sử dụng (sợi hoặc bước sóng) với xác suất nghẽn giống nhau, đặt Pb= P’b

Chúng ta có

ln( 1//1)

 

Ở đây lưu giữ Pb nhỏ, H lớn, W vừa phải để Pb1/W không phải là duy nhất.

Vậy hệ số khuyếch đại tăng khi xác suất nghẽn giảm, nhưng hiệu suất là nhỏ vớigiá trị nhỏ của Pb Khi W tăng thì G cũng tăng cho đến khi nó đạt đỉnh quanh W10(q0.5) và độ khuyếch đại cao nhất gần H/2 Sau khi đạt tới đỉnh, G giảm nhưng giảmrất chậm Nói chung, nhận ra rằng với số lượng lớn các bước sóng phù hợp, lợi ích củachuyển đổi bước sóng tăng cùng với chiều dài của các kết nối và giảm (ở mức độkhông đáng kể) khi tăng số lượng các bước sóng.

2.2.2 Mối quan hệ

Trong phần này chúng ta sẽ phân tích những công việc để miêu tả độ khuyếch đạikhả dụng từ các mạng với các bộ chuyển đổi bước sóng.

2.2.2.1 Giới hạn trong các thuật toán RWA có và không có bộ chuyển đổi bước sóng

Giới hạn cao hơn trên lưu lượng mang (hoặc bằng, nhỏ hơn trên xác suất nghẽn)trong một mạng WDM định tuyến bước sóng Giới hạn này được chỉ ra là tiệm cận thuđược bởi thuật toán RWA cố định sử dụng một số lượng lớn các bước sóng Các hệ sốtái sử dụng bước sóng – mà được xác định là lưu lượng lớn nhất trên một bước sóng đểxác suất nghẽn có thể giảm nhỏ một cách tùy ý bằng cách sử dụng một số lượng cácbước sóng phù hợp- là tìm cách để tăng các bộ chuyển đổi bước sóng sử dụng trongcác mạng lớn Mô phỏng đó đã chỉ ra rằng các bộ chuyển đổi bước sóng tăng 10-40%trong tổng số các bước sóng sẵn có được tái sử dụng của 14 mạng khoảng cách từ 16đến 1000 node khi số các bước sóng có sẵn là nhỏ (10 hoặc 32 ).

2.2.2.2 Mạng đa sợi

Lợi ích của chuyển đổi bước sóng trong mạng với liên kết đa sợi đã được nghiêncứu trong “kết hợp giữa trao đổi bước sóng và lựa chọn bước sóng kết nối chéo trongmạng quang đa bước sóng”.Các tuyến đa sợi tìm cách để giảm độ khuyếch đại thuđược để chuyển đổi bước sóng và số các sợi này quan trọng hơn số các bước sóng chotrong mạng Do vậy, một mạng kiểu lưới thừa hưởng độ khuyếch đại sử dụng cao hơnvới chuyển đổi bước sóng cho yêu cầu lưu lượng giống nhau so với mạng vòng hoặcmạng kết nối hoàn toàn

2.2.2.3 Giới hạn chuyển đổi bước sóng

Hiệu quả của chuyển đổi bước sóng dải giới hạn (phần 2.2.2.1) mà hiệu năng thuđược độ khuyếch đại trong mạng được xét ở phần “khoảng giới hạn bước sóng truyềndẫn trong mạng quang” Mô hình này được sử dụng trong việc lưu giữ các chức năngcủa các thiết bị chuyển đổi bước sóng quang (ví dụ thiết bị dựa trên trộn 4 bướcsóng) Mô hình phân tích được chỉ ra trong “xác suất nghẽn mạch trong mạng quangcó bước sóng chuyển đổi và không chuyển đổi ” với giả thiết tải trọng tuyến tự do vàcác bước sóng tự do Kết quả thu được chỉ ra rằng đó là những cải tiến đáng kể vềhiệu năng nghẽn mạch của mạng thu được khi các bộ chuyển đổi bước sóng dải giớihạn bằng ¼ toàn bộ dải sử dụng Hơn nữa, các bộ chuyển đổi với ½ toàn bộ dảichuyển đổi phân phát hầu như tất cả môi trường hoạt động được cho bởi bộ chuyểnđổi dải đầy đủ lý tưởng.

2.2.2.4 Bước sóng chuyển đổi cực tiểu trong mạng WDM vòng

Để giảm xác suất nghẽn, bộ chuyển đổi bước sóng có thể cải thiện hiệu năng tốthơn bằng cách cho nhiều đường quang có khoảng cách dài, mà có thể bị nghẽn ở trạng

thái khác, để thiết lập một mạng quang chuyển đổi bước sóng Lợi ích của thay đổibước sóng nhỏ nhất trong mạng vòng WDM,các tác giả định nghĩa tỉ số không đổi là tỉsố của hệ số không đổi không có chuyển đổi bước sóng trên hệ số không đổi khi cóthay đổi bước sóng Mô phỏng nghiên cứu trong mạng 195 nút giữa 15 mạng vòngWDM nối liền với nhau với 13 nút quan trọng tăng tỉ số thay đổi trạng thái này, xấp xỉ10000 của 32 bước sóng Khuynh hướng này cũng được tiến hành trong mạng vòngnhỏ hơn Hơn nữa, để nối liền giữa những mạng vòng lớn, cải thiện này có thể thuđược với chuyển đổi bước sóng chỉ với 10-20% số node.