♣ Khái niệm
Để xây dựng các hệ thống truyền dẫn toàn quang nhằm lợi dụng được các ưu điểm của truyền dẫn quang thì ngoài phần truyền dẫn là các sợi quang, các thiết bị chuyển
mạch cũng phải làm việc ở miền quang. Các ma trận chuyển mạch được sử dụng để cấu tạo nên các thiết bị chuyển mạch quang dùng thay thế cho các thiết bị chuyển mạch điện tử, sẽ khắc phục giới hạn “nút cổ chai” trong các mạch điện tử và làm tăng khả năng trong suốt của mạng quang. Ngoài ra, các ma trận chuyển mạch quang cũng là một trong các thành phần lõi của các thiết bị điểm node trong mạng WDM.
Hệ thống chuyển mạch quang là một hệ thống cho phép các tín hiệu bên trong các sợi cáp quang hay các mạch tích hợp quang (IOC) được chuyển mạch có lựa chọn từ một cáp (mạch) này tới một cáp (mạch) khác.
Một hệ thống chuyển mạch quang có thể được vận hành nhờ các phương tiện cơ như dịch chuyển sợi quang này tới sợi quang khác, hay nhờ các hiệu ứng điện – quang, từ - quang, hay bằng các phương pháp khác.
♣ Phân loại
Có 4 loại chuyển mạch quang là: chuyển mạch phân chia theo thời gian, chuyển mạch phân chia theo không gian, chuyển mạch phân chia theo bước sóng và chuyển mạch phân chia theo mã. Trong hệ thống WDM chỉ dùng hai loại chuyển mạch là: chuyển mạch phân chia theo không gian và chuyển mạch phân chia theo bước sóng. Còn chuyển mạch quang phân chia theo thời gian và chuyển mạch quang phân chia theo mã đã được ứng dụng vào chuyển mạch gói quang ATM.
Sau đây, ta sẽ tìm hiểu hai loại chuyển mạch này
a, Chuyển mạch quang phân chia theo không gian
Chuyển mạch quang phân chia theo không gian là loại chuyển mạch cơ bản. Nó có thể chia thành hai loại: loại sợi quang và loại không gian tự do. Trong đó, loại sợi quang là phổ biến. Cấu trúc của loại này: đầu vào và đầu ra có các sợi quang có thể hoàn thành hai trạng thái kết nối song song và kết nối chéo. Trong kết cấu kiểu này, các sợi đến và đi có thể phải giao nhau tại các điểm chuyển mạch nên phải đặt gần nhau về mặt vật lý. Hình 2.11 là một ví dụ về loại chuyển mạch này.
Đây là các chuyển mạch quang kiểu ống dẫn sóng, hoạt động nhờ sự thay đổi hiệu suất khúc xạ của ống dẫn sóng được điều khiển từ bên ngoài để chọn ống dẫn sóng đầu ra. Điều khiển hiệu suất khúc xạ bằng cách đưa điện áp bên ngoài vào để hình thành điện trường, hoặc thông qua đốt nóng.
Công nghệ hiện nay cho phép sử dụng các vi gương để tạo nên cấu trúc của ma trận chuyển mạch. Các vi gương chính là các gương có kích thước nhỏ hơn cả đầu của chân cắm IC, được chế tạo từ silicon – crystal đơn để chuyển mạch luồng tín hiệu quang. Để thực hiện chuyển mạch tín hiệu quang từ đầu vào đến đầu ra tương ứng thì góc nghiêng của các vi gương được điều chỉnh thích hợp sao cho tia sáng từ sợi đầu vào phản xạ trên gương để đến đầu ra yêu cầu. Các ma trận chuyển mạch thường được cấu tạo từ nhiều modul. Trên mỗi modul có một số lượng vi gương nhất định và bằng nhau theo nhà sản xuất, thường là 512 vi gương. Hình 2.12 là cấu tạo của modul chuyển mạch loại này.
Hình 2.12: Cấu trúc modul vi gương.
Nhược điểm của chuyển mạch quang phân chia theo không gian là khi chuyển mạch với dung lượng lớn, số lượng các giao điểm quang tăng lên nhanh và cần một số lượng lớn các sợi quang cho đầu vào và đầu ra.
b, Chuyển mạch quang phân chia theo bước sóng
Chuyển mạch bước sóng tức là bước sóng λi bất kỳ trong các tín hiệu ghép kênh bước sóng được biến đổi thành bước sóng λj khác theo nhu cầu. Chuyển mạch bước sóng quang cần bộ biến đổi bước sóng.Thực hiện chuyển mạch bước sóng là tách kênh
để chia cắt các kênh tín hiệu về không gian, tiến hành chuyển đổi bước sóng đối với mỗi kênh rồi ghép lại và đưa ra sợi quang.
Cần phân biệt giữa chuyển mạch bước sóng với định tuyến bước sóng. Định tuyến bước sóng là lợi dụng sự khác nhau giữa các bước sóng để thực hiện chọn đường tức là, chuyển mạch không gian trong đó không bao gồm chuyển đổi bước sóng.
Để thực hiện biến đổi bước sóng phải sử dụng các bộ biến đổi bước sóng (WC). Chức năng của bộ này là biến đổi bước sóng mang dữ liệu đầu vào thành một bước sóng đầu ra trong dải thông của hệ thống. Một bộ WC lý tưởng sẽ trong suốt đối với tốc độ bit BR và khuôn dạng tín hiệu. Các thiết bị WC có thể là thiết bị quang - điện hay hoàn toàn là quang. Sử dụng loại thiết bị nào phụ thuộc vào yêu cầu của hệ thống. Tuy nhiên, WC hoàn toàn quang có nhiều ưu điểm vượt trội hơn và có xu hướng được sử dụng rộng rãi.
Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu chuyển mạch quang đã đạt được nhiều thành tựu. Các loại cấu hình chuyển mạch quang đã được thử nghiệm trên các tuyến thực tế. Chuyển mạch quang theo không gian kết hợp chặt chẽ với định tuyến bước sóng đã được sử dụng vào các nút xen/rẽ quang (OADM) và nối chéo quang (OXC) trên các tuyến thông tin quang DWDM. Chuyển mạch quang sẽ đóng vai trò hết sức quan trọng trong mạng quang thế hệ sau.