chuyển mạch gói quang

Tài liệu tham khảo chuyên ngành viễn thông chuyển mạch gói quang

Đồ án tốt nghiệp đại học

Mục lục

CHƯƠNG 1: GIớI THIệU CHUNG 5

1.1 Sự phát triển của mạng quang 5

1.1.1 Sự phát triển của topo mạng 5

1.1.2 Sự phát triển của dung l ợng truyền dẫn 5

1.1.3 Sự phát triển của mạng 6

1.2 Chuyển mạch quang 7

1.2.1 Phân loại chuyển mạch quang 9

1.2.1.1 Kỹ thuật chuyển mạch kênh quang 9

1.2.1.2 Chuyển mạch gói quang 10

1.2.1.3 Chuyển mạch burst quang 12

1.3 So sánh 12

1.3.1 Giữa chuyển mạch kênh và gói 12

1.3.2 Giữa chuyển mạch gói và chuyển mạch burst 12

CHƯƠNG 2: MộT Số Phần tử QUANG điện tử 4

2.1 Tr ờng chuyển mạch quang 4

2.1.1 Tr ờng chuyển mạch không gian 4

2.1.2 Tr ờng chuyển mạch thời gian 7

2.1.3 Tr ờng chuyển mạch b ớc sóng 8

2.1.4 Tr ờng chuyển mạch mã quang 12

2.2 Coupler quang 13

2.3 Bộ chuyển đổi b ớc sóng khả chỉnh (TWC) 14

2.3.1 Chuyển đổi b ớc sóng quang/điện 14

2.3.2 Chuyển đổi b ớc sóng bằng hiệu ứng kết hợp 15

2.3.2.1 Trộn bốn b ớc sóng (FWM) 15

2.3.2.2 Tạo tần số vi sai 15

Đồ án tốt nghiệp đại học

2.3.3 Chuyển đổi b ớc sóng bằng công nghệ điều chế chéo 16

2.3.3.1 Khuyếch đại quang bán dẫn trong chế độ XGM và XPM: 16

2.3.3.2 Sử dụng Laser bán dẫn 17

2.4 Bộ định tuyến b ớc sóng (Wavelength Router) 17

2.5 Bộ lọc quang âm khả chỉnh 17

CHƯƠNG 3: CHUYểN MạCH Gói QUANG 19

3.1 Giới thiệu chung 19

3.2 Vai trò của mạng chuyển mạch gói quang 19

3.3 Đặc tính l u l ợng của chuyển mạch gói quang 21

3.3.1 Đặc tính l u l ợng của chuyển mạch không có chức năng tách - ghép 21

3.3.1.1 Mạng và kiến trúc chuyển mạch của hệ thống WDM 21

3.3.1.2 ảnh h ởng của các bộ chuyển đổi b ớc sóng khả chỉnh 22

3.3.2 Đặc tính l u l ợng của chuyển mạch với chức năng tách ghép 25

3.3.2.1 L u l ợng của mạng chuyển mạch gói tách- ghép WDM 27

3.3.2.2 Thuật toán định tuyến và kiểu kiểm tra 30

3.4 Bộ đệm trong chuyển mạch gói quang 33

Đồ án tốt nghiệp đại học

3.4.3 Chuyển mạch đa tầng 43

3.4.3.1 Chuyển mạch ghép b ớc sóng Wave-Mux 43

3.4.3.2 Chuyển mạch ghép tầng sử dụng các phần tử chuyển mạch 2 x 2 46

3.4.3.3 Chuyển mạch với bộ đệm quang lớn SLOB 48

3.5 Kiến trúc định tuyến thực nghiệm gói quang có khả năng hoán đổi nhẵn OPERA 49

3.5.1 Kiến trúc mạng 49

3.5.2 Bộ định tuyến giao diện mạng quang 50

3.6 Kiến trúc chuyển mạch gói 51

3.6.1 Chuyển mạch dựa trên tr ờng chuyển mạch không gian 51

3.6.1.1 Chuyển mạch xen kẽ 52

3.6.1.2 Chuyển mạch gói photonic bộ đệm đầu ra 52

3.6.1.3 Chuyển mạch dựa trên chuyển mạch không gian không bộ đệm 53

3.6.1.4 Chuyển mạch DAVID 54

3.6.2 Chuyển mạch định tuyến b ớc sóng 55

3.6.2.1 Chuyển mạch định tuyến b ớc sóng bộ đệm đầu ra 55

3.6.2.2 Chuyển mạch định tuyến b ớc sóng đệm đầu vào 57

3.6.3 Chuyển mạch lựa chọn và quảng bá 59

3.6.3.1 Chuyển mạch lựa chọn và quảng bá KEOPS 59

3.6.3.2 Chuyển mạch lựa chọn và quảng bá ULPHA 61

3.6.3.3 Chuyển mạch bộ nhớ lặp sợi 61

3.6.5 Chuyển mạch định tuyến quang phân khe thời gian 62

CHƯƠNG 4: Các Mô hình chuyển mạch 66

4.1 Kiến trúc chuyển mạch ATMOS 66

4.2 Kiến trúc chuyển mạch KEOPS 66

4.3 Kiến trúc chuyển mạch WASPNET 67

4.3.1 Chuyển mạch WASPNET 68

Đồ án tốt nghiệp đại học

4.3.2 Điều khiển mạng 69

4.3.3 Định dạng gói 69

4.4 Mạng ứng dụng cho chuyển mạch gói quang 69

4.4.1 Chuyển mạch gói quang trong suốt 69

4.4.1.1 Các mạng gói quang 69

4.4.1.2 Node chuyển mạch gói quang 74

4.4.2 Mạng kết nối quang với bộ định tuyến IP terabit 76

4.4.2.1 Kiến trúc bộ định tuyến IP terabit 77

4.4.2.2 Bộ điều khiển tuyến và module bộ định tuyến 80

Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 1: Giới thiệu chung

CHƯƠNG 1: GIớI THIệU CHUNG

1.1 Sự phát triển của mạng quang1.1.1 Sự phát triển của topo mạng

Kiến trúc điểm - điểm là loại đơn giản của topo mạng Các gói đợc truyền giữa các node quang, nhng sự chuyển đổi quang điện tử đợc thực hiện ở mọi node SONET/SDH là một ví dụ Một lựa chọn khác có u điểm hơn là sử dụng các topo mạng kiểu bus, vòng và sao

Hình1.1: Các topo mạngdạng Điểm - điểm, vòng, sao, lới.

Trong mạng WDM topo kiểu vòng đợc a dùng hơn Topo kiểu mạng lới có nhiều u điểm hơn khi so sánh với các loại trớc bởi vì dung sai cắt sợi tốt hơn, khi có nhiều lựa chọn định tuyến Thêm nữa, một node với tốc độ lu lợng cao đợc nối với vài node, và một node với lu lợng dữ liệu trên một node đơn chỉ có thể nối với node đơn này Đáng tiếc, một mạng topo dạng mạng lới gặp nhiều khó khăn khi triển khai do yêu cầu phức tạp trong định tuyến và chuyển mạch Mạng WDM đầu tiên xuất hiện giữa những năm 1990 là mạng kiểu điểm - điểm Sau đó các phần tử tách-ghép đợc sử dụng và cuối những năm 1990 topo mạng kiểu vòng trở nên a dùng Ngày nay đã sử dụng các mạng có topo mạng kiểu mạng lới Một phần các mạng gói quang đợc thực hiện trong môi tr-ờng phòng thí nghiệm Chắc chắn các mạng gói thơng mại sẽ theo sự phát triển giống nh các mạng WDM trớc đó.

1.1.2 Sự phát triển của dung lợng truyền dẫn

Tốc độ phát triển của dung lợng truyền dẫn nhanh hơn trong các năm trớc đây Giữa thập niên 90 tốc độ tăng là 30% trên năm, ngày nay là 60% Bảng mô tả dự báo sự phát triển của tổng dung lợng và tốc độ bít ngời sử dụng.

Dung lợng tổng

Tốc độ bít ngời sử dụng

Quang, ADSL155Mbit/s2,10,50 Mbit/s

Quang, điện622Mbit/s100Mbit/s

Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 1: Giới thiệu chung

1.1.3 Sự phát triển của mạng

Mạng quang đầu tiên đợc thực thi cách đây hơn thập kỷ, nhng sự khai thác thực tế của mạng quang lại liên quan với hiện tợng mới Mạng sử dung công nghệ WDM sẽ tới đỉnh điểm của nó trong nửa cuối năm nhng năm 2000 Sự phát triển vẫn tăng nhanh nếu nh tốc độ phát triển của dung lợng vẫn tăng 60% trên năm

Hiện nay phơng pháp ghép kênh phân chia theo bớc sóng (WDM) là công nghệ ghép kênh a chuộng nhất cho các mạng thông tin quang, bởi vì mọi thiết bị đầu cuối sử dụng chỉ cần hoạt động tại tần số của một kênh WDM WDM là một cách ghép, trong đó ta có thể lợi dụng sự không đối xứng băng tần quang điện rộng lớn bằng cách yêu cầu mỗi đầu cuối của mỗi ngời sử dụng chỉ hoạt động tại tốc độ điện tử và các kênh ghép WDM từ các đầu cuối của ngời sử dụng khác sẽ đợc ghép vào trong cùng một cáp Trong ghép kênh theo bớc sóng WDM, mỗi bớc sóng hỗ trợ một kênh thông tin hoạt động tại bất kỳ tốc độ đợc thiết kế này.

Ghép kênh phân chia theo bớc sóng (WDM) xuất hiện nh một giải pháp đợc lựa chọn để cung cấp một cơ sở hạ tầng mạng nhanh hơn, đáp ứng đợc sự bùng nổ của Internet Thế hệ đầu tiên của WDM chỉ cung cấp các liên kết vật lý điểm tới điểm đợc sử dụng hạn chế trong các trung kế WAN Các cấu hình mạng WDM, WAN là các cấu hình tĩnh.

Thế hệ thứ hai của WDM có khả năng thiết lập các tuyến quang kết nối từ đầu cuối tới đầu cuối trong lớp quang sử dụng kết nối chéo lựa chọn bớc sóng WSXC Các tuyến quang tạo ra một tôpô ảo trên tôpô sợi quang vật lý Cấu hình bớc sóng ảo có thể thay đổi động theo sự thay đổi quy hoạch mạng.

Kỹ thuật sử dụng trong thế hệ WDM thứ hai bao gồm các thiết bị kết nối chéo và bộ tách ghép bớc sóng với khả năng chuyển đổi bớc sóng, định tuyến động và phân bố bớc sóng tại các node nối chéo.

WDM thế hệ thứ ba đợc sử dụng trong các mạng quang chuyển mạch gói phi kết nối, trong đó các tiêu đề hay các nhãn đợc gắn với dữ liệu, truyền đi cùng với tải và đ-ợc xử lý tại mỗi chuyển mạch quang WDM Dựa trên tỷ lệ giữa thời gian xử lý tiêu đề gói và chi phí truyền dẫn gói, chuyển mạch WDM có thể đợc sử dụng hiệu quả bằng cách sử dụng chuyển mạch nhãn hay chuyển mạch burst quang Chuyển mạch gói quang vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu

Sự phát triển mạng của WDM đợc chỉ ra nh hình vẽ

Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 1: Giới thiệu chung

1.2 Chuyển mạch quang

Chuyển mạch là từ dùng để chỉ hai nghĩa khác nhau Một là để định nghĩa tóm tắt khái niệm chuyển mạch tức là thiết bị sử dụng chuyển mạch các tín hiệu từ các cổng đầu vào tới các cổng đầu ra Hai là chuyển mạch chỉ một thiết bị với một vài thiết bị hoặc là một thiết bị phức hợp mà gồm khối điều khiển phức tạp, các bộ đệm đờng dây trễ, các bộ lọc, các bộ chuyển đổi bớc sóng và các chuyển mạch đơn giản

Các chuyển mạch không gian và các bộ định tuyến bớc sóng là các thành phần cơ bản của một chuyển mạch quang Một chuyển mạch không gian chỉ chuyển theo cách đơn giản các tín hiệu từ mỗi đầu vào tới một đầu ra Có một vài cách để thực hiện một chuyển mạch không gian nhng lựa chọn tốt nhất là sử dụng các SOA (các bộ khuyếch đại quang bán dẫn) Nh hình 1.3 mô tả một chuyển mạch không gian.

Thế hệ thứ 3Thế hệ thứ 1 Thế hệ thứ 2

Chuyển mạch kênh WDM Chuyển mạch burst quang Chuyển mạch gói quang

OLS

Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 1: Giới thiệu chung

Cổng SOA1

Hình 1.3: Chuyển mạch dựa trên cổng SOA.

mở và các cổng khác ở trạng thái đóng Tất cả các cổng có cùng chỉ mục sẽ đợc kết nối tới một bộ trộn

Một bộ định tuyến bớc sóng có thể đợc cấu hình trớc hoặc không Nh hình 1.4 mô tả bộ định tuyến bớc sóng không cấu hình trớc Mỗi tín hiệu từ đầu vào i với bớc sóng j luôn đợc truyền trực tiếp tới đầu ra k Một ví dụ của bộ định tuyến lại này là AWGM Một AWGM gồm hai coupler sao và một AWG giữa chúng Coupler sao tách các tín hiệu từ các cổng đầu vào và đa tới tất cả các lới ống dẫn sóng mà các lới ống dẫn sóng này có độ dài khác nhau Độ trễ tín hiệu phụ thuộc vào độ dài của ống dẫn sóng và bớc sóng Coupler sao thứ hai chỉ phối hợp theo cấu trúc các tín hiệu có pha khác nhau tại một cổng đầu ra đơn

Mặc dù một bộ định tuyến bớc sóng không cấu hình trớc không có thuộc tính chuyển mạch thì vẫn đợc sử dụng rộng rãi trong các chuyển mạch gói quang định tuyến theo bớc sóng Y tởng chính để mọi gói đợc chuyển đổi đầu tiên thành một bớc sóng chính xác và sau đó truyền trực tiếp tới AWGM Bởi vì AWGM chọn cổng ra của mỗi gói tuỳ thuộc cổng ra và bớc sóng, mỗi gói sẽ đợc chuyển tới cổng ra đã định.

Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 1: Giới thiệu chung

1.2.1 Phân loại chuyển mạch quang

Chuyển mạch có thể đợc chia thành chuyển mạch điện và chuyển mạch quang Các chuyển mạch điện có thiết bị phát triển hơn chuyển mạch quang và việc thực thi chúng dễ dàng hơn Chuyển mạch quang lại đợc chia thành:

 Chuyển mạch kênh quang. Chuyển mạch gói quang. Chuyển mạch burst quang.

1.2.1.1 Kỹ thuật chuyển mạch kênh quang

Chuyển mạch kênh quang hoạt động theo kiểu định tuyến theo bớc sóng Trong mạng chuyển mạch kênh quang, một đờng dẫn bớc sóng riêng đợc thiết lập trong khoảng thời gian kết nối Để một mạng chuyển mạch kênh hoạt động, một kênh sẽ đợc ấn định từ đầu tới cuối cho một kết nối Kênh này sau đó chỉ đợc đăng ký phục vụ cho một kết nối

AR 1

Hình 1.5 Mạng chuyển mạch kênh.

Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 1: Giới thiệu chung

Trong mạng chuyển mạch kênh trên đây yêu cầu nối giữa điểm A và B Một kênh ợc thiết lập thông qua các node R1, R3, R4 và R5 Ta cũng có thể thành lập các tuyến liên kết khác giữa A và B Giữa các node chuyển mạch có thể cho phép nhiều kênh đợc thiết lập

Chuyển mạch kênh gồm có 3 giai đoạn: Thiết lập kênh, truyền dữ liệu, và giải phóng kênh.

 Thiết lập kênh: Đăng ký một bớc sóng cố định theo đờng dẫn lựa chọn, mỗi liên kết trên đờng dẫn đợc định hớng từ nguồn tới đích tơng ứng của nó.

 Truyền dữ liệu: Dữ liệu đợc gửi trên một đờng riêng Khi phân phối điều khiển đợc sử dụng trong giai đoạn định tuyến, một khoảng thời gian yêu cầu giữa giai đoạn thiết lập và giai đoạn truyền dẫn là T, có giá trị T=2p+delta (p là thời gian truyền một chiều), delta là tổng trễ xử lý do yêu cầu thiết thiết lập trên đờng truyền) Dữ liệu trong chuyển mạch kênh không cần đệm ở các node trung gian do kênh chỉ sử dụng phục vụ cho việc truyền dữ liệu này tại thời điểm cụ thể  Giải phóng kênh: Sau khi dữ liệu gửi đi tới đích, kênh truyền dẫn sẽ đợc giải

phóng Đích gửi về nguồn một bản tin xác nhận Các node trên đờng truyền lần lợt đợc giải phóng để phục vụ cho kết nối khác.

1.2.1.2 Chuyển mạch gói quang

truyền tải dữ liệu qua WDM Hoạt động trong chuyển mạch gói: Các gói thông tin đợc gửi đi trên tuyến thích hợp đợc lựa chọn bởi bộ định tuyến tại node khi gói đến Trong chuyển mạch gói, mỗi gói có một tiêu đề tơng ứng mang thông tin về gói cũng nh địa chỉ của gói, và mỗi node chuyển mạch trong mạng (các bộ định tuyến) sẽ nhận thông tin này và gửi đi trên tuyến thích hợp

Lê Tiến Trung D2001VT–

Giữ liệu người dùng

ACKTín hiệu chấp nhận cuộc gọi Trễ xử lý

Trễ đường truyềnYêu cầu

cuộc gọi

10

Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 1: Giới thiệu chung

Hình 1.7 Mạng chuyển mạch gói

Hình vẽ 1.7 mô tả một mạng chuyển mạch gói Gói đợc gửi từ điểm C tới đích D Một gói thông tin rời C và đợc gửi đi trên tuyến R1 tới R3, sau đó từ R3 gửi tới R4 và tới D Tuy nhiên gói cũng có thể đợc truyền tới D theo hớng khác Nếu việc truyền dẫn từ R1 tới R3 chậm hoặc bị mất, gói từ R1 sẽ đợc gửi tới R2, từ R2 tới R5 và cứ tiếp tục cho tới khi tới đích

Trong chuyển mạch gói, độ dài mỗi gói là Lp, có thể cố định hoặc thay đổi từ giá trị nhỏ nhất Smin tới giá trị lớn nhất S max Trờng hợp gói có độ dài cố định, một bản tin kích thớc Lb sẽ đợc chia thành các gói nhỏ hơn có kích thớc giống nhau Trờng hợp

với gói nhỏ hơn Smin

Một đặc điểm chính của chuyển mạch gói là lu giữ và chuyển tiếp Tức là một gói

cần phải đợc tập hợp đầy đủ tại một node nguồn và mỗi node trung gian trớc khi nó ợc chuyển đi Đặc điểm này sẽ dẫn đến gói phải trải qua một khoảng thời gian trễ tơng ứng với Lb tại mỗi node, khi đó cần phải có bộ đệm tại mỗi node trung gian của mạng có kích thớc nhỏ nhất là Smax.

Mặc dù vậy với công nghệ hiện tại cha thể thực hiện chuyển mạch quang một cách

có hiệu quả do:

 Chuyển mạch gói quang thờng sử dụng cho trờng hợp không đồng bộ Ví dụ, các gói tới tại các cổng đầu vào khác nhau phải đợc xếp hàng trớc khi truy nhập vào trờng chuyển mạch Tuy nhiên để ứng dụng cho trờng hợp không đồng bộ là rất khó và chi phí cao.

 Một khó khăn nữa đối với chuyển mạch gói quang là sự thiếu vắng các bộ đệm quang Đặc điểm chính của chuyển mạch gói là lu đệm và chuyển tiếp Đặc điểm này cần thiết để giải quyết vấn đề tranh chấp cổng đầu ra Tuy nhiên hiện tại cha có các bộ đệm truy nhập quang ngẫu nhiên cần thiết để thực hiện lu giữ và chuyển tiếp.

 Khó khăn nữa cho việc sử dụng chuyển mạch gói quang là thời gian yêu cầu để định cấu hình cơ cấu chuyển mạch quang

Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 1: Giới thiệu chung

1.2.1.3 Chuyển mạch burst quang

Khái niệm chuyển mạch quang xuất hiện từ đầu những năm 1980 Gần đây, chuyển mạch burst quang đợc nghiên cứu trở lại và đợc biết đến nh một giải pháp kế tiếp của chuyển mạch gói quang Thực chất chuyển mạch burst quang đợc xem xét trong tầng quang đơn thuần nh một môi trờng truyền dẫn trong suốt không bộ đệm cho các ứng dụng Tuy nhiên không có một định nghĩa tổng quát cho chuyển mạch burst quang

Sự bùng nổ lu lợng mạnh mẽ trong mạng Internet, sự phát triển nhanh chóng các lớp lu lợng là những vấn đề quan trọng cần phải đợc xử lý Để hỗ trợ cho việc sử dụng độ rộng băng có hiệu quả, phơng pháp truyền tải toàn quang cho phép đệm quang trong khi vẫn xử lý sự bùng nổ lu lợng, và hỗ trợ cho việc cung cấp tài nguyên nhanh và truyền dẫn không đồng bộ các gói có kích thớc khác nhau cần phải đợc phát triển Chuyển mạch burst quang (OBS) nh một giải pháp cho sự truyền tải lu lợng trực tiếp qua mạng WDM quang mà không cần bộ đệm.

Chuyển mạch burst quang là phơng pháp kết hợp cả hai kỹ thuật chuyển mạch kênh quang và chuyển mạch gói quang Nó đợc thiết kế đạt đợc cân bằng giữa những u điểm của chuyển mạch kênh quang và nhợc điểm của chuyển mạch gói quang

1.3 So sánh

1.3.1 Giữa chuyển mạch kênh và gói

Các mạng toàn quang hiện nay là các chuyển mạch kênh Các mạng chuyển mạch gói quang vẫn đang tiếp tục nghiên cứu và trên thế giới chuyển mạch kênh quang là lựa chọn thích hợp hơn chuyển mạch gói quang Nói cách khác, lu lợng viễn thông trong t-ơng lai vẫn còn tiếp tục bùng nổ Trong bất cứ trờng hợp nào, thì lu lợng dạng gói sẽ ở mức lựa chọn cao hơn Nếu tìm thấy một cách để thực hiện thơng mại chuyển mạch gói quang, thì rõ ràng đó có thể là một kỹ thuật tốt hơn Tuy nhiên, chừng nào mà các thiết bị quang cũng nh kỹ thuật chuyển mạch vẫn cha đáp ứng đợc yêu càu thì chuyển mạch kênh vẫn là lựa chọn số 1.

1.3.2 Giữa chuyển mạch gói và chuyển mạch burst

Ưu điểm của chuyển mạch gói là một gói bao gồm cả tiêu đề và tải gửi đi mà

không cần thiết lập kênh và chúng chia sẻ các bớc sóng liên kết giữa các gói với các nguồn và các đích khác nhau Tuy nhiên do cơ cấu lu đệm và chuyển tiếp, mọi node đều phải xử lý tiêu đề của gói tới để xác định tuyến truyền của gói, vì vậy cần phải sử dụng bộ đệm tại các node.

Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 1: Giới thiệu chung

Chuyển mạch burst quang không cần phải có bớc sóng riêng cho mỗi kết nối đầu cuối tới đầu cuối vì vậy ngay sau khi burst đi qua một tuyến liên kết thì bớc sóng sẽ đ-ợc giải phóng ngay Khác với chuyển mạch gói, chuyển mạch burst không nhất thiết phải sử dụng các bộ đệm.

Chuyển mạch burst quang là chuyển mạch hứa hẹn nhiều triển vọng, nó sẽ thay thế các chuyển mạch hiện tại, và sẽ mang tính thơng mại cao hơn chuyển mạch gói quang, nó tránh đợc hai vấn đề chính là: Tốc độ chuyển mạch cao và bộ đệm quang Nghẽn cổ chai trong mạng chuyển mạch gói quang khi xử lý tiêu đề gói tin trong trờng chuyển mạch Bởi vì dữ liệu đợc móc nối vào nhau bên trong các phần tử lớn hơn trong các mạng chuyển mạch burst, có nhiều dữ liệu / tiêu đề hơn so với các mạng chuyển mạch gói Trớc tiên, là đạt đợc tốc độ dữ liệu cao hơn với cùng một tốc độ xử lý tiêu đề hơn nữa, không cần thiết phải triển khai các bộ đệm quang phức tạp Các burst có thể đợc đệm trong miền điện tại cạnh của mạng thay cho bộ đệm tại mỗi node vì thời gian mao đầu đã đợc xử lý Các trờng chuyển mạch có thể đợc triển khai mà không cần bộ đệm hoặc với một vài đờng trễ để giải quyết xung đột Chuyển mạch burst đã tránh đợc những vấn đề của chuyển mạch gói, và phù hợp cho yêu cầu lu lợng hiện nay Trong thời gian tới, chuyển mạch burst rõ ràng sẽ hấp dẫn hơn chuyển mạch gói quang, và trong cuộc đua đờng dài chuyển mạch burst dờng nh là đối thủ mạnh nhất của chuyển mạch gói quang

Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 2: Một số phần tử quang điện tử

CHƯƠNG 2: MộT Số Phần tử QUANG điện tử

2.1 Trờng chuyển mạch quang

2.1.1 Trờng chuyển mạch không gian

Chuyển mạch quang phân chia theo không gian (còn gọi là chuyển mạch không gian) là loại chuyển mạch đợc sử dụng phổ biến nhất, đó là quá trình kết nối vật lý đ-ờng dẫn sóng ánh sáng, kết nối từ một sợi đầu vào tới sợi đầu ra.

Theo kiểu chuyển mạch này thì các kết nối vật lý giữa các sợi đầu vào và các sợi đầu ra đợc tạo ra theo yêu cầu; các kết nối khác nhau sử dụng các đờng khác nhau và mỗi kết nối mới yêu cầu thêm một không gian vật lý trong trờng chuyển mạch Dới đây là một khái niệm cơ bản về chuyển mạch phân chia theo không gian (Hình 2.1).

(a) Chuyển mạch lựa chọn (b) Chuyển mạch cổngHình 2.1: Chuyển mạch quang không gian

Hình 2.1 a là kiểu chuyển mạch không gian lựa chọn, cổng ra đợc lựa chọn một cách trực tiếp, do đó về nguyên tắc là không có tổn hao về chuyển mạch, cổng ra có thể lựa chọn bằng cách điều khiển chiết suất của ống dẫn sóng.

Cấu trúc trong hình 2.1b là kiểu chuyển mạch cổng, các tín hiệu đầu vào đợc phân chia và chọn các cổng thiết bị để đến đầu ra Trong trờng hợp này, năng lợng tín hiệu phân chia vào các đờng dẫn mà không đợc lựa chọn sẽ gây tổn hao trong chuyển mạch, nhng lại có u điểm là có thể nối tất cả các đờng ra đồng thời để thực hiện Multicast và Broadcast Cổng thiết bị có thể đợc thực hiện bởi bộ khuyếch đại quang bán dẫn và các modul hấp thụ.

Phần tử chuyển mạch không gian cơ bản là phần tử 2x2 Một phần tử chuyển mạch 2x2 định tuyến các tín hiệu quang từ sợi đầu vào tới sợi đầu ra và có hai trạng thái: Trạng thái nối chéo (Cross) và trạng thái song song (Bar), nh đợc mô tả trong hình 2.2.

Lê Tiến Trung D2001VT–I1

4

Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 2: Một số phần tử quang điện tử

(a) Trạng thái nối chéo (b) Trạng thái song songHình 2.2 Trạng thái của phần tử chuyển mạch không gian 2x2

Trạng thái nối chéo đợc mô tả trong hình 2.2(a), trong trạng thái này nếu I1 có tín hiệu đến thì sẽ đợc chuyển mạch tới đầu ra O2; và nếu đầu vào I2 có tín hiệu đến thì tín hiệu này đợc chuyển tới cổng đầu ra O1 Còn đối với trạng thái song song hình 2.2(b), tín hiệu ở đầu vào I1 sẽ đợc chuyển tới đầu ra O1 và tín hiệu ở đầu vào I2 sẽ đ-ợc chuyển tới đầu ra O2.

Ma trận chuyển mạch không gian đợc tạo thành từ các phần tử chuyển mạch cơ bản 2x2 Chuyển mạch quang không gian chia thành hai loại: loại sợi quang và loại không gian tự do Loại cơ bản là loại sợi quang, ở đầu vào và đầu ra có hai sợi quang, có thể hình thành hai trạng thái kết nối đó là kết nối chéo và kết nối song song (hình 2.3).

(a) (b) (a) Dựa vào phối ghép phơng hớng

(b) Dùng sợi quang nối liền 4 khoá quang 1x2

Hình 2.3 Phơng án thực hiện phần tử chuyển mạch quang không gian 2x2

Hai loại phần tử chuyển mạch 2x2 trong hình 2.3 thuộc loại chuyển mạch ống dẫn sóng, sử dụng phơng pháp điều khiển ngoài hiệu suất khúc xạ ống dẫn sóng để chọn ống dẫn sóng đầu ra Điều khiển hiệu suất khúc xạ có hai loại: Do điện áp bên ngoài đa vào (kiểu điện-quang), do đốt nóng (kiểu nhiệt-quang) Suy hao của thiết bị chuyển mạch ống dẫn sóng rất lớn, bao gồm tổn hao của bản thân nó và tổn hao một nửa năng lợng để thực hiện chuyển mạch công suất tín hiệu tới các sợi đầu ra.

Ngoài ra, các phần tử chuyển mạch cơ bản 2x2 còn đợc thực hiện bằng chuyển mạch cơ khí hoặc chuyển mạch vi gơng Chuyển mạch cơ khí có u điểm là tổn hao

chuyển mạch chậm, kiểu chuyển mạch này đã đợc sử dụng trong thực tế Hình 2.4 mô tả ma trận chuyển mạch vi gơng.

Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 2: Một số phần tử quang điện tử

Vi guơngĐầu

Đầu ra

Hình 2.4 Ma trận chuyển mạch vi gơng.

Ma trận chuyển mạch vi gơng bao gồm các vi gơng đợc đặt tại các giao điểm giữa

Công suất quang đến sẽ đợc truyền thẳng nếu gơng quay đi khỏi điểm giao nhau của các ống dẫn sóng (trạng thái ngắt) Nếu gơng quay về mặt giao điểm (trạng thái dẫn), thì công suất quang tới sẽ đợc phản xạ vào đờng vuông góc với nó tại vị trí gơng đó Hoạt động của các gơng đợc điều khiển bằng điện, dùng một tín hiệu điện để điều khiển hoạt động của gơng Tốc độ chuyển mạch và kích thớc ma trận chuyển mạch phụ thuộc vào loại chuyển mạch, sự phụ thuộc này đợc chỉ ra ở hình 2.5.

Tốc độ chuyển mạch (giây).

Kích thuớc ma trận chuyển mạch10

thể lỏngĐuờng dẫn

Đuờng dẫn sóng LiNbO3

Hình 2.5 Tốc độ và kích cỡ của một số ma trận chuyển mạch.

Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 2: Một số phần tử quang điện tử

2.1.2 Trờng chuyển mạch thời gian

Giả định tín hiệu ghép theo thời gian trong mỗi khung ghép có T khe thời gian, các khe thời gian rộng bằng nhau và là một kênh tín hiệu Kiểu chuyển mạch theo thời gian đợc sử dụng cho hệ thống ghép kênh theo thời gian, đó là quá trình chuyển đổi tín

chuyển mạch phân chia theo thời gian chính là chuyển mạch theo thời gian, nó phải chuyển mạch bất kỳ khe thời gian nào trong một khung tín hiệu đầu vào đến một khe thời gian khác ở đầu ra.

Có thể ghép kênh theo bit hoặc nhóm bit (khối), do phần tử chuyển mạch cần có tín hiệu điều khiển nên ở giữa các tín hiệu ghép phải có vùng bảo vệ để hoàn thành việc chuyển đổi trạng thái nên ghép theo khối có hiệu suất cao hơn ghép theo bit.

Chuyển mạch quang theo thời gian tạm thời ghép kênh các tín hiệu quang giữa

chuyển mạch nhỏ hơn 100ps Tuy nhiên, những yêu cầu về thời gian chuyển mạch sẽ giảm đi trong trờng hợp chuyển mạch theo khối (hàng trăm bit).

Do các photon không dễ lu trữ và phục hồi sau trễ nên việc chuyển mạch phân chia theo thời gian hay là trao đổi khe thời gian cần phải có bộ nhớ quang (bộ trễ quang) Sợi quang có thể làm bộ trễ quang trong chuyển mạch quang phân chia theo thời gian, lấy độ rộng một khe thời gian làm đơn vị, nếu tín hiệu quang cần trễ bao nhiêu khe thời gian độ dài sợi quang có đơn vị chiều dài tơng ứng Hoặc là một kiểu bộ trễ quang khác đợc thực hiện kết hợp giữa sợi quang và phần tử chuyển mạch 2x2 Hiện nay, các bộ chuyển mạch theo thời gian đều do khoá quang không gian và các dây trễ quang tạo thành.

Bộ táchtheo thời gian

Bộ ghép

theo thời giantj

Đừơng dây trễ

Hình 2.6 Sơ đồ khối chuyển mạch theo thời gian.

Sơ đồ khối chuyển mạch quang nh trong hình 2.6, tầng đầu tiên là bộ tách khe thời gian, thực hiện tách các khe thời gian trên từng đầu ra của bộ nhớ, tại các đầu ra của bộ tách này các dữ liệu xuất hiện đồng thời và đi vào dây trễ tơng ứng Tiếp đó các

Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 2: Một số phần tử quang điện tử

dữ liệu này sẽ đợc làm trễ theo yêu cầu và đi vào bộ ghép thời gian để ghép thành khung tín hiệu theo thời gian.

Chuyển mạch quang cần phân chia theo thời gian (TD) có u điểm là có thể tơng thích với các hệ thống truyền dẫn sợi quang TDM Khi các hệ thống chuyển mạch đợc kết nối với các hệ thống truyền dẫn quang thì cần phải có đờng kết nối số tốc độ cao Tuy nhiên, trong hệ thống chuyển mạch băng rộng phân chia theo thời gian đòi hỏi tốc độ hoạt động của bộ nhớ cũng nh bộ tách ghép thời gian phải rất nhanh, đồng thời cũng đòi hỏi khắt khe về sự đồng bộ các bit/frame.

2.1.3 Trờng chuyển mạch bớc sóng

Chuyển mạch quang phân chia theo bớc sóng (còn gọi là chuyển mạch bớc sóng), kiểu chuyển mạch này đợc áp dụng nhiều trong mạng ghép kênh phân chia theo bớc sóng(WDM).

Chuyển mạch theo bớc sóng khác với định tuyến theo bớc sóng (WLR) Định tuyến theo bớc sóng là lợi dụng sự khác nhau của bớc sóng để thực hiện chọn đờng, tức là thực hiện chuyển mạch không gian, không có biến đổi bớc sóng Còn chuyển mạch theo bớc sóng quang thì cần có bộ biến đổi bớc sóng quang, dùng bộ tách kênh để chia cắt các kênh tín hiệu về không gian, tiến hành chuyển đổi bớc sóng đối với mỗi kênh, rồi đợc ghép lại nhờ bộ ghép.

λ1 λN

Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 2: Một số phần tử quang điện tử

Tín hiệu đầu ra

Tín hiệu WDM đầu vào

ánh sáng buớc sóng

Bộ lọc buớc sóng cố định

Bộ lọc bớc sóng khả chỉnh

tơng ứng mà không có tổn hao trong quá trình biến điệu cờng độ Sau đó các bớc sóng

bộ lọc điều chỉnh đợc để chọn tín hiệu có cùng bớc sóng, khi đó có thể thực hiện đợc truyền thông đa hớng (Multicast).

Chuyển mạch bớc sóng có hai loại: quảng bá lựa chọn và định tuyến theo bớc sóng Chuyển mạch phân chia theo bớc sóng quảng bá và lựa chọn đợc mô tả trong hình 2.9.

Bộ lọc điều chỉnh đuợcCoupler hình

Hình 2.9 Chuyển mạch theo bớc sóng sử dụng trong mạng quảng bá và lựa chọn WC bộ chuyển đổi bớc sóng

Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 2: Một số phần tử quang điện tử

λ1, λ2,…,λN là các bớc sóng lựa chọn trong hệ thống.

Coupler hình sao thực hiện ghép các bớc sóng vào và phát quảng bá chúng tới các đầu ra Các bộ lọc quang điều chỉnh đợc tại các đầu ra coupler hình sao lọc lấy một bớc sóng nhất định, bộ lọc này cho phép chuyển mạch bớc sóng không tắc nghẽn Sau đó là các bộ biến đổi bớc sóng thực hiện chuyển đổi bớc sóng để đa thông tin tới ngời sử

Bộ định tuyến lứơi ống dẫn sóng

Hình 2.10 Chuyển mạch định tuyến bớc sóng

Kiểu chuyển mạch định tuyến theo bớc sóng đợc mô tả trong hình 2.10, gồm hai dãy các bộ chuyển đổi bớc sóng đặt tại hai phía và bộ định tuyến lới ống dẫn sóng (WGR).

Hình 2.11, bộ định tuyến lới ống dấn sóng WGR bao gồm hai coupler hình sao và một lới dựa trên bộ giao thoa kế Mach-Zehnder (MZI).

Nguyên lý của bộ WGR đợc hiểu nh sau: Tại coupler sao đầu tiên, đầu vào kênh bớc sóng đợc chia thành các phần công suất giống nhau tới tất cả các cổng đầu ravới các dịch pha khác nhau Đặc biệt, nếu sóng tới ở cổng đâu vào p của coupler sao đầu

đầu ra s Khi tín hiệu ánh sáng từ cổng đầu ra s của coupler sao đầu tiên đi vào ống dẫn sóng thứ s, nó sẽ bị dịch pha đi một lợng khác tỷ lệ với chiều dài của ống dẫn sóng

giữa các ống dẫn sóng kề nhau Khi đó ống dẫn sóng gây dịch pha:

Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 2: Một số phần tử quang điện tử

Luới ống

sóngống dẫn

của các tín hiệu qua các ống dẫn sóng khác nhau cũng phải giống nhau Với kết quả tính toán trong [1] cho thấy rằng để định tuyến kênh bớc sóng ở đầu vào p tới đầu ra q của WGR thì bớc sóng của ánh sáng tới ở cổng đầu vào p coupler sao đầu tiên phải đợc điều chỉnh tới:

λp.q =λ0 –(p+q).∆λ

Bộ WGR tạo ra sự định tuyến cố định của tín hiệu quang từ một cổng đầu vào xác định tới một cổng đầu ra xác định dựa vào bớc sóng của tín hiệu Các tín hiệu có các b-ớc sóng khác nhau của một cổng vào sẽ đợc định tuyến tới các cổng đâu ra khác nhau mà không bị ảnh hởng lẫn nhau (mỗi bớc sóng đợc chuyển tới một cổng đầu ra xác định) Khi đó các tín hiệu khác nhau sử dụng sử dụng cùng một bớc sóng ở các cổng đầu vào khác nhau sẽ không bị ảnh hởng lẫn nhau tại các cổng đầu ra.

Nh vậy, các bộ WC trong tầng đầu (hình 2.10) dùng để chuyển đổi các bớc sóng vào, nếu bớc sóng tại cổng p cần định tuyến tới cổng ra q thì bớc sóng của nó trớc tiên

nữa nhờ bộ biến đổi WC tại tầng hai để trở thành bớc sóng ban đầu.

Trong hai phơng pháp chuyển mạch trên, thấy rằng phơng pháp quảng bá và lựa chọn thực hiện đơn giản hơn nhng bị suy hao phân tán lớn hơn phơng pháp định tuyến bớc sóng có suy hao công suất thấp nhng lại yêu cầu điều khiển và chuyển đổi bớc sóng chính xác Với cả hai phơng pháp chuyển mạch các kênh bớc sóng đều đợc định

Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 2: Một số phần tử quang điện tử

tuyến trong miền không gian Một giải pháp lựa chọn khác là chuyển mạch bớc sóng có thể đợc thực hiện trong miền bớc sóng, phơng pháp này đợc gọi là trao đổi kênh bớc sóng(WCI) Hình 2.12, một WCI gồm một bộ tách kênh bớc sóng, một dãy WC và một coupler.

Bit/frame cho các kênh khác nhau phân chia theo bớc sóng là độc lập.

l-u lợng, hệ thống trl-uyền dẫn kép bớc sóng WDM đã đạt đợc hàng trăm kênh tốc độ cỡ hàng Tb/s Do đó, mạng chuyển mạch quang phân chia theo bớc sóng sẽ là ứng dụng tuyệt vời để mở rộng hệ thống chuyển mạch băng rộng và dễ dàng kết nối với hệ thống truyền dẫn WDM.

2.1.4 Trờng chuyển mạch mã quang

Phơng pháp truy nhập phân chia theo mã quang (CDMA) đang đợc nghiên cứu Nó liên quan đến việc ghép phân chia theo mã quang (OCDM) Phơng pháp này có đặc điểm:

Các bộ giải mã và lập trình mã quang thực hiện bằng các thiết bị quang đơn giản hơn so với các phơng pháp OTDM và WDM.

Không yêu cầu hệ thống điều khiển đồng bộ thời gian nh phơng pháp OTDM.Có khả năng nối tới mạng không dây và có dây.

Mạng chuyển mạch phân chia theo mã quang OCDM hoàn toàn dựa trên nguyên tắc tự định hớng và cấu trúc thiết bị chuyển mạch quang không tuyến tính Tuy nhiên chuyển mạch phân chia theo mã không đợc a chuộng về mặt cấu trúc, cho nên kiểu chuyển mạch này ít đợc sử dụng.

Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 2: Một số phần tử quang điện tử

2.2 Coupler quang

Coupler quang là một thiết bị phổ dụng nhất trong mạng thông tin quang Các coupler quang có thể sử dụng để chia công suất quang từ một sợi quang đầu vào tới nhiều sợi ở đầu ra Hoặc nó có thể hợp các tín hiệu ánh sáng từ hai sợi vào một sợi đầu ra nh hình 2.13.

Một coupler tổng quát bao gồm n đầu vào và m đầu ra, nếu là coupler 1 xn thì gọi là bộ chia quang, và nếu là coupler n x1 thì gọi là bộ kết hợp quang Ví dụ trong coupler quang 2x2 (hình 2.14), một phần tín hiệu đầu vào phía trên định hớng tới cổng đầu ra phía trên, và phần còn lại định hớng tới cổng đầu ra phía dới Tín hiệu đầu vào phía dới cũng tơng tự Các phần định hớng tới các cổng đầu ra có thể là tơng đơng, và cũng có thể là khác nhau.

oupler quang có thể thực hiện bằng cách ghép hai sợi đơn mode thông qua xử lí hai đầu sợi hình nón nh hình 2.15.

Dạng hình học của hình nón có thể điều chỉnh để đạt đợc tỉ lệ phân chia theo yêu cầu Các coupler bốn cổng có thể đợc liên kết với nhau để tạo ra các coupler sao với n đầu vào và n đầu ra, hoặc couper sao lên tới 128 cổng có thể sản suất nh một thiết bị tích hợp Ưu điểm của coupler là không cần cung cấp nguồn, hoạt động tin cậy, không đắt, mức suy hao thấp Ta có thể mô tả một coupler sao 16 x16 nh hình 2.16.

Hình 2.13: Mô hình các coupler quang.

1/ 2 (λ1 + λ2)1/ 2 (λ1 + λ2)Coupler quang

2 x2λ1

Hình 2.14: Coupler 2x2 (3 dB)

Hình 2.15: Coupler 4 cổng

Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 2: Một số phần tử quang điện tử

2.3 Bộ chuyển đổi bớc sóng khả chỉnh (TWC)

TWC là thiết bị chuyển đổi từ một bớc sóng vào, sang một bớc sóng ra khác TWC có thể điều khiển đợc nhóm bớc sóng đầu vào để thay đổi bớc sóng đầu ra TWC rất hữu dụng trong chuyển mạch gói vì những lí do sau:

+ Có tác dụng giảm rõ rệt số lợng đờng dây trễ vì TOWC cho phép lu chuyển nhiều gói quang ở nhiều bớc sóng khác nhau trên cùng một đờng dây trễ Mặc dù sử dụng TOWC có thể làm đảo lộn thứ tự gói, song ta có thể bỏ qua vì ảnh hởng lên lu l-ợng là rất nhỏ, ngay cả trong trờng hợp xấu nhất.

+ Dữ liệu đi vào mạng đa bớc sóng cần phải biến đổi bớc sóng để phù hợp với ớc sóng của mạng Ví dụ trong thời gian đầu, mạng cáp quang thờng dùng bớc sóng 850nm để mang tín hiệu, nhng khi phát triển hệ thống mạng sang hoạt động ở bớc sóng 1550 nm để giảm suy hao, khi đó sẽ không tơng thích giữa các hệ thống vì hai bớc sóng này có những tính chất khác nhau Do vậy, các bộ TWC đã nâng hiệu quả sử dụng các bớc sóng.

b-Có nhiều phơng pháp công nghệ để tạo ra thiết bị chuyển đổi bớc sóng nh dùng

chuyển đổi bớc sóng quang/điện và chuyển đổi bớc sóng toàn quang Công nghệ chuyển đổi bớc sóng toàn quang lại đợc chia làm hai loại đó là công nghệ hiệu ứng kết hợp và công nghệ điều chế chéo.

2.3.1 Chuyển đổi bớc sóng quang/điện

Trong chuyển đổi bớc sóng quang/điện, trớc hết, tín hiệu quang đợc biến đổi thành tín hiệu điện nhờ PD Luồng bit điện sẽ đợc lu trong bộ đệm Tín hiệu điện sẽ điều khiển đầu vào của Laser khả chỉnh để có đầu ra là bớc sóng yêu cầu Phơng pháp này đợc thử nghiệm ở tốc độ 10 Gb/s Tuy nhiên phơng pháp này phức tạp hơn và cũng tốn nguồn hơn so với các phơng pháp khác Hơn nữa, quá trình xử lý chuyển đổi

Lê Tiến Trung D2001VT–Bộ kết hợp

Bộ kết hợp Bộ kết hợp Bộ kết hợp

Bộ kết hợp Bộ kết hợp Bộ kết hợp Bộ kết hợp

Bộ kết hợp Bộ kết hợp Bộ kết hợp

Bộ chia Bộ chia Bộ chia Hình 2.16: Coupler sao 16 x 16

14

Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 2: Một số phần tử quang điện tử

quang/điện ảnh hởng tới tính trong suốt của tín hiệu vì nó yêu cầu tín hiệu quang phải đợc điều chế theo khuôn dạng nhất định và tốc độ bit nhất định Toàn bộ thông tin dới dạng pha, tần số hay biên độ cũng bị suy hao trong quá trình xử lí chuyển đổi.

2.3.2 Chuyển đổi bớc sóng bằng hiệu ứng kết hợp

Phơng pháp này chủ yếu dựa trên đáp ứng phi tuyến để tạo hiệu ứng trộn sóng giữa nhiều bớc sóng Trộn bớc sóng có thể duy trì đợc pha và biên độ thông tin, do đó không làm mất tính trong suốt Cách thức này cũng có thể đổi cả một tập bớc sóng đầu vào sang một tập bớc sóng khác và có khả năng phù hợp với tín hiệu có tốc độ bit quá 100 Gb/s Trong hình 5, giá trị n = 3 tơng ứng trộn bốn bớc sóng (FWM) và n = 2 tơng ứng tạo ra sai khác hai tần số (DFG Difference Frequency Generation) Các kỹ thuật này đợc mô tả nh hình 2.17

2.3.2.1 Trộn bốn bớc sóng (FWM)

Trộn 4 bớc sóng dựa trên hiệu ứng phi tuyến bậc ba trong sợi silica, từ 3 bớc sóng có tần số fi, fj, và fk tơng tác trong hệ thống WDM đa kênh tạo thành 4 bớc sóng nh sau:

FWM cũng có thể tạo ra trong các thiết bị dẫn sóng thụ động nh thiết bị dẫn sóng bán dẫn hay trong thiết bị tích cực nh khuyếch đại quang bán dẫn (SOA Semiconductor Optical Amplifier) Công nghệ này có khả năng cho tốc độ bit cao, tuy nhiên hiệu ứng chuyển đổi từ năng lợng bơm thành năng lợng tín hiệu không cao, do đó làm giảm độ nhạy.

2.3.2.2 Tạo tần số vi sai

DFR là kết quả của sự tơng tác phi tuyến bậc hai giữa 2 bớc sóng quang: Bớc sóng bơm và bớc sóng tín hiệu Kỹ thuật này hoàn toàn đảm bảo tính trong suốt mà không có nhiễu với tín hiệu Nó cũng có thể thực hiện theo hai hớng tốc độ cao, nhng

Tín hiệu đã chuyển đổiTín hiệu vào

λcΧ (n)

fc = (n-1) fp - fs

Hình 2.17: Chuyển đổi bước sóng dựa trên hiệu ứng trộn phi tuyến.

Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 2: Một số phần tử quang điện tử

hiệu quả không cao và độ nhạy lỡng cực cao Khó khăn chủ yếu của công nghệ này là cần thích ứng pha giữa các bớc sóng tơng tác và cần bộ dẫn sóng suy hao thấp để đạt hiệu suất chuyển đổi cao

2.3.3 Chuyển đổi bớc sóng bằng công nghệ điều chế chéo

Phơng pháp này sử dụng các linh kiện quang tích cực nh bộ khuyếch đại quang bán dẫn và laser Kỹ thuật này còn gọi là chuyển đổi bớc sóng cổng quang

2.3.3.1 Khuyếch đại quang bán dẫn trong chế độ XGM và XPM:

Công nghệ điều chế hệ số chéo bằng SOA nh hình 2.18 sau:

Tín hiệu đầu vào đã điều chế cờng độ sẽ điều chế hệ số khuyếch đại của SOA tới hệ số bão hòa Sự thay đổi hệ số sẽ tạo ra tín hiệu sóng liên tục (CW Continuous-

theo thông tin đầu vào Tín hiệu CW có thể hoặc đa vào SOA cùng hớng với tín hiệu vào (gọi là cùng hớng) hoặc theo hớng đối diện với tín hiệu đầu vào (gọi là bù hớng) Mặc dù XGM rất đơn giản và có thể chuyển đổi ở tốc độ 10 Gb/s, song có nhợc điểm là luồng bit của tín hiệu đầu ra bị đảo cực so với tín hiệu đầu vào và làm suy giảm chất lợng tín hiệu chuyển đổi

Hoạt động chuyển đổi bớc sóng điều chế pha chéo (XPM Cross-Phase Modulation) bằng SOA dựa trên nguyên tắc: hệ số khúc xạ độc lập với mật độ sóng

Lê Tiến Trung D2001VT–

Bộ Lọc

Hình 2.18: Chuyển đổi bước sóng trễ kết

Hình 2.19: Chuyển đổi bước sóng giao thoa XPM trong SOAs.

16

Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 2: Một số phần tử quang điện tử

mang trong miền hoạt động tích cực Một tín hiệu đầu vào đã làm suy yếu mật độ sóng mang sẽ điều chế hệ số khúc xạ, do đó pha của tín hiệu CW đợc điều chế SOA cũng có thể kết hợp với giao thao kế để điều chế cờng độ Hình 2.19 trình bày chuyển đổi b-ớc sóng MIZ, không đối xứng dựa trên SOA trong chế độ XPM nh sau:

Với cấu hình XPM, tín hiệu đầu ra có thể đảo cực hoặc không đảo cực so với tín hiệu đầu vào và cũng rất hiệu quả về nguồn so với cấu hình XGM.

2.3.3.2 Sử dụng Laser bán dẫn

Theo phơng pháp này, cờng độ của laser sẽ đợc điều chế theo tín hiệu quang đầu vào ở chế độ bão hòa hệ số Tín hiệu đầu ra bị đảo cực so với tín hiệu đầu vào Cơ cấu chặn hệ số này đợc thực hiện trong laser tán xạ phân tán Bragg có thể chuyển đổi với tín hiệu 10 Gb/s

2.4 Bộ định tuyến bớc sóng (Wavelength Router)

Bộ định tuyến bớc sóng là thiết bị dựa trên bớc sóng của tín hiệu để gửi một tín hiệu từ một đầu vào tới một đầu ra xác định Bộ định tuyến bớc sóng đợc tổng quát hoá từ bộ tách kênh phân chia theo bớc sóng và thực tế bộ định tuyến bớc sóng có thể là một mạng các thiết bị tách kênh theo bớc sóng Các bộ định tuyến bớc sóng thông thờng rất hiếm khi truyền trên một bớc sóng từ một cổng đầu vào tới một cổng đầu ra, mà thờng có chuyển đổi bớc sóng để giảm sự tranh chấp bớc sóng, khi đó nó đợc coi là bộ định tuyến bớc sóng chuyển đổi, và nó tăng hiệu quả sử dụng bớc sóng

2.5 Bộ lọc quang âm khả chỉnh

Bộ lọc quang khả chỉnh cho phép ta lựa chọn một hay nhiều bớc sóng từ nhiều ớc sóng của tín hiệu tổng Khi sóng âm đi qua vật liệu quang sẽ tơng tác với sóng ánh sáng qua hiệu ứng đàn hồi quang, và sẽ làm thay đổi đặc tính ánh sáng tới ánh sáng tới bộ lọc này sẽ bị nhiễu xạ một góc tuỳ thuộc vào góc tới và bớc sóng, do đó dới tác dụng điều khiển của sóng âm thanh, ta sẽ lựa chọn đợc một hoặc nhiều bớc sóng yêu

ta có thể minh họa sơ đồ khối của bộ lọc quang khả chỉnh nh hình 2.20.

Wi W

j …W

Bộ lọc quang khả chỉnh

I, j, k…

Hình 2.20: Sơ đồ khối bộ lọc quang khả chỉnh.

Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 3: Chuyển mạch gói quang

CHƯƠNG 3: CHUYểN MạCH Gói QUANG

3.1 Giới thiệu chung

Mạng với các thiết bị quang hiện đang có triển vọng lớn trong việc cung cấp các ứng dụng đa phơng tiện thời gian thực cao, vì nó có khả năng truyền dẫn ở tốc độ cao hơn rất nhiều với độ tin cậy lớn hơn so với mạng điện thông thờng Hiện nay, các liên kết quang đã thay thế cho cáp đồng trong rất nhiều mạng, tuy nhiên mạng quang theo đúng nghĩa mới chỉ đợc bắt đầu phát triển, nó bao gồm truyền dẫn quang, chuyển mạch quang và cả khả năng xử lí gói tin bằng công nghệ quang Dới đây sẽ nghiên cứu một kĩ thuật mới, hiện cha đợc triển khai trên thực tế, song lại là một giải pháp có rất nhiều u điểm, và có khả năng đáp ứng đợc các yêu cầu của mạng thế hệ mới về mọi mặt, đó là "chuyển mạch gói quang" Chuyển mạch gói quang là kĩ thuật chuyển mạch gói đợc thực hiện bởi hoàn toàn công nghệ quang thông qua các thiết bị quang Mạng chuyển mạch gói quang hoàn toàn có khả năng truyền tải mọi loại thông tin, từ tốc độ bit thấp nh thoại cho tới tốc độ bit cao là video rõ nét, và có thể đáp ứng các yêu cầu khác nhau của mỗi loại dịch vụ có về tốc độ bit, đặc tính, kiểu tốc độ (cố định hay thay đổi), độ chính xác thông tin (nh độ mất gói và tỉ lệ lỗi bit) và đảm bảo thời gian (độ trễ và jitter).

Chuyển mạch gói quang có thể đáp ứng mọi yêu cầu và ta có thể phân loại các yêu cầu thông tin của chuyển mạch đó là:

 Có thể chuyển mạch đa phơng hoặc quảng bá.

 Có hiệu năng cao về độ trễ, khả năng thông qua và tỉ lệ lỗi bit (BER)

Hiện nay mạng chuyển mạch gói quang vẫn cha hoàn toàn quang, các tín hiệu đều cần chuyển đổi trở lại dạng điện trớc khi chuyển mạch và xử lí Nh vậy, các u điểm lớn của thông tin quang nh tốc độ và hiệu quả vẫn cha đợc phát huy cao do độ trễ vẫn lớn Mạng chuyển mạch gói quang có thể cha đợc áp dụng vào cuộc sống trong một vài năm tới do giới hạn về công nghệ quang Tuy nhiên với sự phát triển nhanh chóng và rất nhiều các mô hình nghiên cứu chuyển mạch gói quang, mạng viễn thông sẽ có thể áp dụng công nghệ này vào thực tiễn để đáp ứng đợc đòi hỏi ngày càng cao của các dịch vụ ngời dùng

3.2 Vai trò của mạng chuyển mạch gói quang

Sự phát triển của các dịch vụ hiện có và các dịch vụ mới băng thông cao đã làm cho lu lợng viễn thông không ngừng tăng nhanh, và từ đó băng thông yêu cầu cũng tăng lên ngày càng lớn Bớc đầu để đáp ứng băng thông là sự triển khai hệ thống truyền

Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 3: Chuyển mạch gói quang

dẫn WDM Và bớc tiếp theo, mạng thế hệ mới cần phải tận dụng đợc kĩ thuật WDM bằng cách thực hiện các chức năng quang trong điều khiển và quản lí các tín hiệu hàng megabit, nh thế sẽ làm giảm sự phức tạp trong hệ thống điện và giảm giá thành.

Sự nâng cấp mạng từ điện sang quang làm phát sinh vấn đề nghẽn cổ chai về khả năng thông qua Vấn đề này đã thấy đợc trên mạng đờng trục kết nối chéo quang, và ngời ta cần sử dụng tầng chuyển mạch gói quang giữa tầng chuyển mạch điện và tầng truyền dẫn Nh vậy tầng chuyển mạch gói quang sẽ kết nối, lấp khe trống giữa tầng điện đang tồn tại và các kênh quang ở đờng trục, đồng thời cho phép chuyển mạch gói nhanh các kết nối đổi tần ở tốc độ cao hơn nhiều so với tầng điện mà không ảnh hởng trực tiếp lên kết nối chéo Ta có mô hình phân tầng tham khảo nh hình 3.1.

Các xu hớng phát triển của các mạng viễn thông chủ yếu phụ thuộc vào những yêu cầu của các dịch vụ tơng lai Qua thực tế ngời ta dự đoán môi trờng mạng sẽ biến đổi hoàn toàn theo những xu hớng chủ đạo là:

 Lu lợng internet trong đó thông tin dữ liệu chiếm u thế.

Lê Tiến Trung D2001VT–

Chuyển mạch gói quang

Tầngtruyền dẫn quangTầng chuyển mạch điện

Truy nhậpTruy nhập

ATM - ADM

ATM - ADM

Tầng gói quang

Xen rẽ ATM điện

ATM -

Hình 3.1: Mô hình mạng phân tầng tham chiếu

20

Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 3: Chuyển mạch gói quang

thông cũng nh số lợng kênh bớc sóng và tốc độ bít trên một kênh. Mạng truyền tải WDM kết nối chéo quang có độ linh hoạt cao.

Các nghiên cứu cho thấy mạng chuyển mạch gói là mạng chủ đạo trong tơng lai và có thể đáp ứng đợc các yêu cầu dịch vụ, một trong số đó có mạng chuyển mạch gói quang Mạng chuyển mạch gói quang đã đợc nghiên cứu cách đây khoảng chục năm Từ đó đến nay có rất nhiều thay đổi, các thiết bị đã đợc cải thiện cũng nh đặc tính lu l-ợng có nhiều biến đổi Có rất nhiều vấn đề cha đợc giải quyết, song công nghệ quang đã bắt đầu có những dấu hiệu trởng thành Mạng quang có thể đợc trải rộng từ mạng đ-ờng trục với khoảng cách lớn tới mạng truy cập, và mạng đã càng ngày càng phức tạp hơn, hiệu quả hơn và độ tin cậy cao hơn trớc đây Chuyển mạch gói quang có thể vẫn chỉ trong phòng thí nghiệm nhiều năm nữa, song với công nghệ phát triển ngày càng cao để đáp ứng cho các phơng thức chuyển mạch hiện có nh chuyển mạch kênh quang, sẽ tạo bớc xúc tiến cho mạng chuyển mạch gói quang ra đời.

3.3 Đặc tính lu lợng của chuyển mạch gói quang

3.3.1 Đặc tính lu lợng của chuyển mạch không có chức năng tách - ghép

3.3.1.1 Mạng và kiến trúc chuyển mạch của hệ thống WDM

Mạng gói quang WDM xác định ở đây đợc chỉ ra trong hình 3.2.

Mạng conMạng con

Mạng conMạng con Chuyển mạch gói của hệ

thống WDM

Hình 3.2 : Chuyển mạch gói của hệ thống WDM

Chuyển mạch gói quang chuyển dữ liệu giữa các mạng con nh MAN, LAN

các bớc sóng này đợc sử dụng để mang lu lợng mạng.

Kiến trúc chuyển mạch ATMOS và KEOPS với các cổng đầu vào kênh đơn đợc mô tả Ơ đây, thực hiện chung của một node chuyển mạch gói WDM đợc xác định nh trong hình 3.3

Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 3: Chuyển mạch gói quang

đánh địa chỉ các gói theo không gian trống trong bộ đệm đầu ra đờng dây trễ. Khối chuyển mạch không gian không nghẽn (nonblocking) có chức năng

chuyển gói tới đầu ra yêu cầu cũng nh đệm đầu ra đờng dây trễ thích hợp.

 +1

NBM x

M là số đầu vào và đầu ra, B/N là số lợng đờng dây trễ Các kết nối cuối B/N +1 từ chuyển mạch không gian qua bộ đệm tới đầu ra là một đoạn cáp có chiều dài

Kiến trúc này không thể hiện giao diện quang/điện đặt ngay sau bộ tách kênh ở đầu vào của chuyển mạch Giao diện này đợc dùng để tách tiêu đề mỗi gói tìm đầu ra, sau đó xác định vị trí hay trạng thái hàng đợi để điều khiển bộ chuyển đổi bớc sóng cũng nh trạng thái cổng ở chuyển mạch không gian

3.3.1.2 ảnh hởng của các bộ chuyển đổi bớc sóng khả chỉnh

1 Lu lợng kiểu ngẫu nhiên

Bộ biến đổi bớc sóng khả chỉnh TOWC (Tunable Optical Wavelength Converter) làm giảm rõ rệt số lợng đờng dây trễ vì TOWC cho phép lu chuyển nhiều gói quang ở nhiều bớc sóng khác nhau trên cùng một đờng dây trễ Mặc dù sử dụng TOWC có thể làm đảo lộn thứ tự gói, song ta có thể bỏ qua vì ảnh hởng lên độ lu thoát lu lợng là rất

Lê Tiến Trung D2001VT–λN

Vị trí

Chuyển mạchkhông gian

Hình 63.3: Khối chuyển mạch gói quang WDM.

22

Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 3: Chuyển mạch gói quang

nhỏ, ngay cả trong trờng hợp xấu nhất Hình 3.4 trình bày việc xử lí đệm trong trờng hợp có và không có bộ biến đổi bớc sóng TOWC.

Có thể minh họa tác dụng giảm số lợng đờng dây trễ trên hình 3.5, mẫu lu lợng đã đợc công nhận và đang đợc phát triển cho một số mô hình khác

Đồ thị chỉ ra xác xuất mất gói với số đờng dây trễ là B/N, trong đó B là số lợng gói tin lớn nhất có thể lu trên bộ đệm, N là số lợng bớc sóng Trờng chuyển mạch 16 x 16, tải 0,8 cho mỗi kênh trên N kênh đầu vào Nếu không có bộ biến đổi bớc sóng, hiệu năng là độc lập với N, hàng đợi có thể coi nh gồm N hàng riêng biệt và độc lập,

Không chuyển đổi bước sóng

Có chuyển đổi bước sóngλ1

λ1Gói 1:Gói 2:

λ1λ1Gói 1:Gói 2:

Xác suất mất gói tin

0 2 4 6 8 10 12 14 16Không có TOWC's

(độc lập với N)

N = 4

N = 8

Có TOWC''s

Hình 3.5: Xác suất mất gói tin khi có và không có TOWC's.

Số đường dây trễ

Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 3: Chuyển mạch gói quang

mỗi hàng chỉ tơng ứng với 1 bớc sóng, và các tính toán chỉ cần đặt N=1 Khi có bộ biến đổi, xác suất mất gói PLR đợc cải thiện khi số lợng bớc sóng tăng tức là khi N tăng, tổng số lợng kênh đầu vào và đầu ra cũng tăng do đó dung lợng chuyển mạch không gian tăng làm giảm tỉ lệ mất gói tin Mặc dù số kênh đầu vào tăng, nhng mỗi đầu ra có

độ sâu bộ đệm không đổi Mặt khác nếu B/N cố định, thì độ sâu bộ đệm sẽ tăng theo N Do vậy, xác suất mất gói giảm với số kênh bớc sóng khi TOWC's đợc sử dụng Ta

đ-ờng dây trễ là 12/6, trong khi đó nếu không có bộ chuyển đổi thì cần số đđ-ờng dây trễ là 48.

2 Lu lợng biến đổi đột ngột

Mô hình tính toán cho lu lợng biến đổi đột ngột đã đợc thực hiện và xác nhận Các tính toán cơ bản khi áp dụng trên đơn kênh, đã chỉ ra rằng tải chấp nhận đợc thấp hơn nhiều khi so sánh với lu lợng ngẫu nhiên Tuy nhiên, với hệ thống WDM thì vấn đề này cũng đợc giản quyết nh trờng hợp tải ngẫu nhiên.

Hình 3.6 (a) mô tả số lợng đờng dây trễ giảm nhờ có TOWC's trong chuyển mạch

Ta thấy rất rõ số lợng đờng dây trễ giảm khi số bớc sóng tăng lên Một điểm quan trọng khác là cấu hình chuyển mạch không gian gần nh không đổi, đợc minh họa trong

Lê Tiến Trung D2001VT–

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Tải trên mỗi kênhS

Không đổi bước sóng

Có đổi bước sóngN = 2

N = 4

90 80 70 60 50 40 30 20 10

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Tải trên mỗi kênh

N = 2N = 4N = 1

24

Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 3: Chuyển mạch gói quang

ứng với số kênh bớc sóng là 1, 2 & 4 Do đó, khả năng thông qua đợc tăng khi tăng số kênh bớc sóng mà không cần tăng số cổng

Gọi burstness là số gói thành công trung bình từ nguồn lu lợng Nếu burstness tăng thì số đờng dây trễ cũng cần tăng Nếu giữ số đờng dây trễ không đổi thì tỉ lệ tải có thể giảm khi burstness tăng Đối với chuyển mạch 4 x 4, số đờng dây trễ không đổi bằng 7, hình 3.7 chỉ ra vai trò quan trọng của TOWC khi tốc độ kênh là10 Gb/s

Nếu không có TOWC, thì tỉ lệ tải trên mỗi kênh là hàm số của burstness, khả

bustness tăng thì tỉ lệ tải lớn hơn nhiều, khả năng thông qua lên tới 60 Gb/s

3.3.2 Đặc tính lu lợng của chuyển mạch với chức năng tách ghép

Nh mô tả trong hình 3.8, các node chuyển mạch gói tách ghép đợc sử dụng từ cấu trúc của node mạng con hoặc phân chia thì nhận đợc các mạng khác nhau ví dụ MAN, WAN Kiến trúc chuyển mạch gói cũng đợc chuyển đổi trực tiếp thành chuyển mạch tách ghép bằng cách dành ghép một số đầu vào và tách ở phía đầu ra Tuy nhiên, có vài điểm khác nhau trong kiến trúc xuất hiện nh trình bày dới đây.

Ví dụ một mạng sử dụng chuyển mạch tách ghép là Shufflenetwork nh chỉ trong hình 3.8.1,0

1.0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0

Tải cho phép

Burstiness , β

Có TOWC's

Không có TOWC's

Hình 3.7 : Đồ thị tải kênh lớn nhất với số burstiness.

Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 3: Chuyển mạch gói quang

λ1 λΝ

λ1 λΝ

λ1 λΝ λ1 λΝ λ1 λΝ

λ1 λΝ

Hình 3.8: Chuyển mạch tách ghép Shufflenetwork

Hình vẽ mô tả Shufflenetwork WDM thông thờng với 8 node chuyển mạch tách

không tính khi nó là mô hình của cột đầu tiên) Chú ý tới các Shufflenetwork tổng quát

node là 32 khi k = 2 và 192 khi k = 3 Tính modul nhận đợc bằng cách thêm cột vào Shufflenet chuẩn nghĩa là có k và M thì khi thêm cột thì nhận đợc tổng số node là (k +

Kiểu kết nối theo hình trụ của Shufflenetworks nhận đợc sự phối hợp địa chỉ theo cách thông thờng, cho phép khả năng tự định tuyến và lựa chọn định tuyến trả lời từ tắc nghẽn và lỗi mạng Hơn nữa, vấn đề quan trọng của đặc tính lu lợng sẽ trình bày ở sau Các mạng đó đảm bảo số lợng nhỏ các hop giữa các node thu và phát.

Trớc khi truyền sự mô tả, phân tích rất quan trọng để xác định mạng và kích cỡ chuyển mạch a thích Mạng nội hạt và mạng trung tâm ít khi có hơn 250 node Tham khảo mạng RAINBOW II , nó nh một WDM MAN, gồm 32 node hoạt động tại 800Mb/s trong khi mạng STARNET (nh LAN) hỗ trợ tới gần 200 node, có tốc độ 1Gb/s hoặc 80 node tại tốc độ 2,5 Gb/s Thông qua các ví dụ đó chúng chỉ ra kích cỡ mạng -a dùng.

Liên quan tới kích cỡ của các chuyển mạch gói tách ghép quang, kích cỡ quan

= 8), để đảm bảo nh là số bớc sóng yêu cầu đợc hoạt động và cũng chắc chắn mức độ phức tạp của thực thể mạng thấp.

Một kiến trúc chung của chuyển mạch gói tách ghép quang nh hình 3.9.

Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 3: Chuyển mạch gói quang

O/EChuyển mạch

khụng gian

Các bộ chuyển đổi

buớc sóng khả chỉnhCác bộ đệm quang.

Tồn tạ i M.NTồn tạ i B/ N + 1

Bộ đệm điệnM sợi

Hình 3.9: Chuyển mạch tách ghép gói quang.

Tại mỗi M đầu vào các gói đến từ các node mạng khác nhau trong khi các đầu vào

chọn các gói đến tại N bớc sóng, λ1 λN-1,λN trong khi đó Nadd các kênh mang các gói đợc ghép lu lợng nội hạt Tiếp theo, các bộ chuyển bớc sóng khả chỉnh đợc sử dụng để đánh điạ chỉ không gian trống trong các bộ đệm đầu ra đờng trễ sợi Một chuyển mạch không gian đợc sử dụng để truy cập các đờng trễ sợi quang và để định tuyến các gói tới các đầu ra thích hợp Một gói phải bị tách ra để định tuyến tới đầu ra tách sau đó thực hiện chuyển đổi quang thành điện và bộ đệm điện (các đầu ra khác đợc tham chiếu nh các đầu ra của mạng) Chú ý rằng trong nguyên lý bộ đệm tại đầu ra tách có thể là quang và đợc thực hiện nh một bộ đệm WDM.

3.3.2.1 Lu lợng của mạng chuyển mạch gói tách- ghép WDM

Để có đợc sự nhận dạng các kiến trúc chúng ta cần tiếp tục phát triển một kiểu lu lợng để tính toán cho các bộ chuyển đổi bớc sóng, WDM và quan trọng là số các hop giữa các node.

Sự phân tích kiểu lu lợng đợc dựa trên kiểu chuyển mạch gói WDM Phải chỉ ra đợc những gì đã xem xét trong Shufflenetworks, kiểu ứng dụng với bất cứ mạng gói tách ghép nào cung cấp theo giả thuyết :

phân phối một cách ngẫu nhiên

Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 3: Chuyển mạch gói quang

Nếu giả sử lu lợng đợc phân phối một cách ngẫu nhiên Vẫn còn lu lợng burstiness trong lớp gói quang khi so sánh với lớp chuyển mạch ATM bằng điện thờng thấp vì vậy giải thích cho giả định Với liên quan tới giả thuyết thứ hai, chỉ ra sự phối hợp định tuyến thích ứng đơn giản cho điều khiển tắc nghẽn ở mạng sóng ánh sáng đa hop Shufflenet mà ở đó giả sử đúng nếu thuật toán định tuyến thích ứng đợc thực hiện với Shufflenetwork.

trọng trên đầu vào ghép, toàn bộ gói mất trên mạng sẽ là

vụ để từ kết quả ρdrop thu đợc giá trị của ρadd

Thông lợng của các hàng đợi mạng (tất cả các hàng đợi khác nhiều hơn hàng đợi tách) là N - ρoλ với ρoλ là số trung bình của số bớc sóng đợc sử dụng Với giả định ở trên , tải

giả định tải trọng trên mỗi kênh trong mạng bằng nhau

O/EChuyển mạch

Hình 3.10: Các tham số lu lợng của node chuyển mạch tách ghép quang.

Để sử dụng kiểu hàng đợi mô tả trong kiến trúc chuyển mạch gói WDM và sự phân tích ảnh hởng của các bộ chuyển đổi bớc sóng khả chỉnh lên hiệu năng, mà đợc ứng dụng cho hàng đợi đầu ra WDM quang, việc xử lý gói đến tới mỗi hàng đợi mạng phải đợc tìm thấy Có hai điều kiện:

Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 3: Chuyển mạch gói quang

 các gói từ N.M kênh khởi nguồn từ các đầu vào mạng

Nếu số trung bình các hop giữa các node là E sau đó xác xuất của một gói từ đầu

đầu ra là

 −⋅1 1ρ

giả thiết rằng các gói bằng nhau và tới M đầu ra có xác xuất

 −−

 −⋅⋅

= ∑

Biểu thức cuối cùng là số trung bình của các gói đến Nh thế, các gói đến từ các đầu vào ghép Nadd tới hàng đợi đầu ra mạng có tải trọng là ρadd /M và xác xuất cadd,i của i gói đến từ các đầu vào đó là:

 −

−= min(, , )

 −+

1vì vậy xác xuất cdrop,p của p gói tách là:

Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 3: Chuyển mạch gói quang

 −=

tắt lại vấn đề đối với hàng đợi: Trong mỗi bớc, một giá trị mới cho thông lợng của hàng đợi mạng đợc tìm thấy bằng cách tính toán PLR cho các hàng đợi đó

3.3.2.2 Thuật toán định tuyến và kiểu kiểm tra

Sự chính xác của kiểu phân tích thì đã đợc kiểm tra với hai kích cỡ khác nhau của Shufflenetwork Tuy nhiên, trớc khi mô tả kết quả cần giải thích về thuật toán định tuyến sử dụng Thuật toán định tuyến phải kết nối các node mà tài nguyên mạng đợc tận dụng tốt nhất và trễ đầu cuối là nhỏ nhất Để giữ trễ thấp nhất chỉ có cách sử dụng kênh ngắn nhất tức là các kênh mà sử dụng số lợng các hop ít nhất Cũng cần chú ý trong một vài trờng hợp sử dụng các kênh lớn hơn có thể cải thiện đợc đặc tính lu lợng.

Trong các kiểu mô phỏng, hai thuật toán định tuyến đợc xem xét Thuật toán hữu dụng nhất là thuật toán có nhiều hơn một đờng ngắn nhất giữa hai node Thuật toán đầu tiên chọn các đờng một cách đều đặn Thuật toán thứ hai rắc rối hơn và liên quan chặt chẽ với định toán thích ứng đơn giản để điều khiển tắc nghẽn trong mạng sóng ánh sáng đa hop Shufflenet Dựa vào tình hình lu lợng truyền , các gói đợc định tuyến dọc theo đờng nơi có trễ hàng đợi lớn nhất trên một node thuộc về đờng ngắn nhất (xem hình 3.11) Phơng pháp này giống với thuật toán định tuyến lớn nhất – nhỏ nhất.