II. CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC LOẠI CHUYỂN MẠCH QUANG
3.Chuyển mạch quang phân chia theo thời gian
Chuyển mạch quang phân chia theo thời gian chuyển tạm thời các tín hiệu quang đã ghép giữa các khe thời gian ti và tj. Chuyển từng bít của tín hiệu 10Gbit/s cần một thời gian chuyển mạch tối thiểu là 100ps. Tuy nhiên đòi hỏi thời gian chuyển mạch phải được điều tiết trong trường hợp chuyển gói tin chứa hàng trăm bít. Chuyển mạch phân chia thời gian rất hấp dẫn đối với đa truy nhập phân chia thời gian, trong đó lưu lượng được ghép theo thời gian. Vì các photon không thể dễ dàng lưu giữ và hồi phục sau khi trễ lập trình nên việc thực hiện chuyển mạch phân chia thời gian hoặc trao đổi khe thời gian là không dễ dàng. Dây trễ lập trình gồm các vòng sợi và một chuyển mạch 2x2 như hình 5a. Thời gian trễ của một vòng sợi là T lấy bằng chu kỳ của một gói, thời gian trễ lập trình kT (k là số lần mà gói tin đi qua vòng sợi trong một dây trễ) được thực hiện bằng cách thay đổi trạng thái của chuyển mạch 2x2. Trước tiên đặt chuyển mạch ở trạng thái “chéo” trong thời hạn T để chuyển gói tin đầu vào tới vòng sợi. Sau đó đặt chuyển mạch ở trạng thái “ngang” trong thời hạn (k-1)T. Cuối cùng đặt lại chuyển mạch ở trạng thái “chéo” và thời gian trễ tổng là kT.
Sử dụng các dây trễ lập trình, TSI được thực hiện theo sơ đồ trong hình 5b. Tầng đầu tiên là bộ tách khe thời gian (TSDEMUX). Hoạt động của TSDEMUX như hình 5c, trong đó các khe thời gian được sắp xếp trong miền thời gian. Tại các đầu ra của TSDEMUX, các khe thời gian xuất hiện đồng thời và đi vào dây trễ tương ứng. Bộ ghép khe thời gian như hình 5d.
Một Số Bài Viết Trên Tạp Chí Bưu Chính Viễn Thông Trang 34
Hình 5. Chuyển mạch phân chia thời gian
Trong thực tế chuyển mạch phân chia thời gian kết hợp với chuyển mạch phân chia không gian và/ hoặc chuyển mạch phân chia bước sóng.
Vì các dây trễ lập trình đã đề cập trên đây có suy hao công suất quang đáng kể và gây ra lỗi thời gian sau một quá trình trễ dài, vì vậy đòi hỏi thiết kế phải rất chính xác. Khi chuyển mạch nhiều chiều có thể không cần dùng các dây trễ và chuyển mạch phân chia thời gian được thực hiện theo một số phương pháp khác nhau. Chẳng hạn chuyển mạch T- S -T được thực hiện nhờ sử dụng kết hợp WC-WGR-WC như hình 6.
Hình 6. Chuyển mạch quang T - S - T sử dụng WC-WGR-WC
Laser hai trạng thái cũng là một trong những bộ nhớ bít của chuyển mạch số, nhưng yêu cầu nghiêm ngặt về cải thiện tốc độ hoạt động và dung lượng.
Một Số Bài Viết Trên Tạp Chí Bưu Chính Viễn Thông Trang 35 4. Chuyển mạch quang phân chia theo mã
Trong xã hội xử lý thông tin hiện đại của thế kỷ 21, tốc độ terabit/s (Tbit/s) của các mạng băng rộng và tốc độ siêu cao trở nên cần thiết để thực hiện thông tin đa phương tiện, chẳng hạn video theo yêu cầu, chữa bệnh từ xa, hiện thực ảo v.v. Trong mạng thông thường, sợi quang được sử dụng làm đường dây truyền dẫn, nhưng các nút chuyển mạch lại gồm các mạch điện tử phức tạp. Vì vậy chuyển đổi O/E và E/O là không tránh khỏi tại mỗi nút và các mạch điện tử hạn chế tốc độ của mạng. Vì vậy các mạng quang hoàn toàn, trong đó các tín hiệu quang được chuyển mạch nhờ các tín hiệu điều khiển quang là rất cần thiết để thực hiện các mạng thế hệ sau có dung lượng cỡ terabít. Các mạng quang hoàn toàn tốc độ siêu cao đòi hỏi định tuyến tự động, do các chức năng thiết lập cuộc gọi và đồng bộ trong mỗi nút làm cho cấu hình nút chuyển mạch trở nên phức tạp và đắt.
Các phương pháp ghép quang như phân chia theo thời gian (OTDM) và phân chia theo bước sóng (WDM) đã được ứng dụng vào thực tế. Phương pháp OTDM sử dụng các thiết bị nhớ quang tốc độ cao và dung lượng lớn, và cũng cần đồng bộ thời gian nghiêm ngặt giữa các nút thông tin. Phương pháp WDM không yêu cầu đồng bộ thời gian giữa các nút, nhưng phải sử dụng các thiết bị quang phức tạp như các bộ chuyển đổi bước sóng và các bộ lọc. Tuy nhiên nếu cả công nghệ OTDM và WDM đều được chấp nhận thì dung lượng ghép thực tế cũng chưa đủ.
Mặt khác, phương pháp truy nhập ghép phân chia mã quang (CDMA) đang thu hút sự tập trung nghiên cứu. Mặc dù CDMA được đặc trưng bởi phương pháp truy nhập theo yêu cầu, việc nghiên cứu nó sẽ có liên quan đến phương pháp nối định hướng và gọi là ghép phân chia mã quang (OCDM). Phương pháp này có các đặc điểm như : thứ nhất, các bộ giải mã và lập mã trong OCDM có thể được thực hiện nhờ các thiết bị quang đơn giản hơn so với các phương pháp OTDM và WDM. Thứ hai, không yêu cầu hệ thống điều khiển đồng bộ thời gian như phương pháp OTDM. Thứ ba, có khả năng nối tới mạng không dây và có dây.
Mạng chuyển mạch OCDM dựa trên nguyên tắc tự định tuyến và cấu trúc thiết bị chuyển mạch quang hoàn toàn không tuyến tính là một trong những thành phần chủ yếu của mạng. Phương pháp tập hợp gói thích hợp cho truyền dẫn tự định tuyến, cấu hình của chuyển mạch OCDM và cấu trúc mạng sẽ được trình bày sau đây.
- Phương pháp tập hợp gói
Một Số Bài Viết Trên Tạp Chí Bưu Chính Viễn Thông Trang 36
Hình 7. Format gói quang
Thẻ định tuyến có chiều dài thay đổi, chứa thông tin định tuyến đầy đủ, gồm một dãy số thứ tự cổng ra của tất cả các nút đi qua để tới địa chỉ thu. Để việc xử lý định tuyến được đơn giản, mỗi bít tham chiếu tương ứng với mỗi kênh ra của chuyển mạch, nghĩa là chỉ một bít đại diện cho kênh ra yêu cầu được đặt bằng “1” và các bít khác đặt bằng “0”. Khi các gói được chuyển đi từ chuyển mạch, các bít tham chiếu tại đầu đề của các thẻ định tuyến được loại bỏ nên tăng tỷ lệ chiếm giữ tải trọng trong các gói và đảm bảo rằng thông tin định tuyến cho nút tiếp theo đã xuất hiện tại phần đầu của thẻ định tuyến.
Trong phần trên của hình 7 chỉ rõ gói như là một dãy của các trường đầu đề. Chú ý là gói được chuyển đi từ trái qua phải. Bít tách gói chỉ thị rằng gói được chuyển đi bắt đầu từ bít này. Trong format này giả thiết bít tách gói là “1”. Đầu đề chứa các thông tin thẻ như nguồn địa chỉ của thẻ lớp cao hơn.
- Cơ cấu chuyển mạch OCDM
Hình 8 là cấu hình của chuyển mạch OCDM, trong đó các gói đã được mô tả trong phần trên đây được chuyển mạch dựa trên nguyên tắc tự định tuyến. Chuyển mạch gồm các modul như: nối, giải mã, tái tạo tín hiệu, xử lý định tuyến và lập mã. Chuyển mạch OCDM được thực hiện nhờ chuyển đổi mã OCDM của tín hiệu vào thành mã OCDM của tín hiệu ra phù hợp với thẻ định tuyến.
Một Số Bài Viết Trên Tạp Chí Bưu Chính Viễn Thông Trang 37
Hình 8. Cấu tạo của chuyển mạch OCDM
Các tín hiệu ghép phân chia mã quang tại đầu vào khối phân chia được chuyển tới n đường dây ra, trong đó n là số kênh. Các bộ giải mã trong OCDM giải mã tín hiệu nhờ các dây trễ. Các tín hiệu sau giải mã được gửi tới bộ tái tạo tín hiệu để gạt bỏ nhiễu giao thoa nhờ bộ hạn chế quang. Các tín hiệu của bít tách gói được lấy ra từ tín hiệu đã tái tạo đưa tới bộ xử lý định tuyến.Các tín hiệu đã được tái tạo, trừ bít tách gói được phân chia thành các phần đầu đề của cờ định tuyến và các phần khác để gửi tới bộ xử lý định tuyến và bộ lập mã tương ứng. Để phân phối các dãy bít cần sử dụng hoặc chuyển mạch quang hoặc bộ chia có điều khiển thu thông báo. Tại đầu vào bộ lập mã, tín hiệu bít tách gói được bổ sung vào tín hiệu gói. Căn cứ vào phần đầu đề của thẻ định tuyến, bộ xử lý định tuyến tạo ra mã OCDM và điều khiển bộ lập mã. Các tín hiệu đã lập mã được kết hợp lại nhờ bộ kết hợp và gửi tới đầu ra chuyển mạch.