CHUYỂN ĐỔI BƯỚC SểNG
3.1. Vai trũ bộ chuyển đổi bước súng
Mạng WDM toàn quang định tuyến bằng bước súng (Wavelength- routed all-optical WDM) được coi là ứng cử viờn cho mạng đường trục diện rộng thế hệ thiếp theo. Mạng này được hỡnh thành từ một tập cỏc bộ định tuyến bước súng (kớ hiệu là WR- Wavelength Router)nối trực tiếp với nhau bằng tuyến sợi quang. Trờn mỗi tuyến này cú thể cú hàng vài trục bước súng truyền đồng thời trờn đú nhờ sử kỹ thuật ghộp kờnh theo bước súng WDM. Cỏc WR cú thể chuyển mạch cỏc tớn hiệu quang đầu vào dựa trờn bước súng của chỳng. Hai bộ định tuyến bước súng về mặt vật lý kết nối trực tiếp hoặc khụng, cú thể trao đổi thụng tin với nhau bằng cỏch thiết lập một lightpath
giữa chỳng (là một kết nối quang trực tiếp khụng qua bất kỡ một phần tử điện tử trung gian nào).
Trong mạng WDM định tuyến bằng bước súng, một chuỗi cỏc yờu cầu thiết lập lightpath đến node, mỗi lightpath cú một khoảng thời gian tồn tại (holding time) ngẫu nhiờn. Do hạn chế về dung lượng của mạng nờn một số yờu cầu lightpath khụng được đỏp ứng, gõy ra nghẽn. Một trong những mục tiờu của bài toỏn thiết kế mạng AON là giảm tối thiểu xỏc suất nghẽn này.
Trong mạng WDM, để thiết lập một lightpath, mạng yờu cầu cỏc tuyến truyền dẫn(link) dọc theo đường đi (path/route)từ nguồn đến đớch phải tồn tại cựng một bước súng cũn rỗi trờn đú. Yờu cầu này được gọi là ràng buộc về tớnh liờn tục của bước súng. Mạng định tuyến bằng bước súng nhu vậy được gọi là mạng liờn tục bước súng (Wavelength- continuous network). Nú khỏc với mạng chuyển mạch kờnh truyền thống (Circuit-switched network) chỉ từ chối phục vụ cuộc gọi khi khụng cũn tài nguyờn (timeslot) trờn tất cả cỏc tuyến cú thể thiết lập được kết nối. Do đú so với mạng chuyển mạch kờnh truyền thống, xỏc suất nghẽn cuộc gọi (hay kết nối) trong mạng WDM cao hơn rất nhiều do ràng buộc về tớnh liờn tục bước súng- “một lightpath phải sử dụng cựng một bước súng từ nguồn đến đớch “ Vớ dụ sau sẽ giải thớch rừ hơn về khả năng xảy ra khụng thể thiết lập lightpath.
Xột vớ dụ ở hỡnh trờn, ta cú 3 nodes định tuyến bước súng (WR) được nối với nhau bằng hai tuyến sợi quang Link 1 và Link 2. Giả sử trờn Link 1 cỏc bước súng λ1 và λ2đều bận, trờn Link 2 cỏc bước súng λ2 và λ3cũng đang bận. Bõy giờ cú một yờu cầu thiết lập lightpath giữa node 2 và node 3 cần định tuyến qua Link 1 và Link 2. Rừ ràng, yờu cầu này sẽ bị từ chối vỡ cỏc bước súng cũn rỗi trờn hai tuyến Link 1 và Link 2 là khỏc nhau, và ta núi mạng xảy ra nghẽn. Do vậy mạng liờn tục bước súng cú xỏc suất nghẽn cao hơn so với mạng chuyển mạch kờnh truyền thống.
Để giảm ảnh hưởng của điều kiện ràng buộc trờn lờn xỏc suất nghẽn, người ta loại bỏ yờu cầu ràng buộc này bằng cỏch sử dụng bộ chuyển đổi bước súng (WC- Wavelength Converter) tại cỏc node mạng. Bộ chuyển đổi bước súng cú thể chuyển đổi tớn hiệu quang từ một bước súng sang bước súng khỏc. Trong vớ dụ ở trờn nếu node 2 cú khả năng chuyển đổi tớn hiệu cú bước súng λ3 trờn Link 1 thành tớn hiệu cú bước súng λ1 phỏt trờn Link 2, thỡ yờu
cầu thiết lập lighpath cho kết nối node 1 và node 3 sẽ được chấp nhận, vỡ vậy sẽ làm giảm xỏc suất nghẽn.
Một node cú khả năng chuyển đổi bước súng được gọi là router cú thể chuyển đổi bước súng (WCR-Waveleng Convertible Router). Cỏc mạng quang định tuyến bước súng với khả năng chuyển đổi bước súng được gọi là mạng cú thể chuyển đổi bước súng (Wavelength -convertible Networks). Khả năng chuyển đổi của một node WCR được đỏnh giỏ bằng số bộ WC mà nú cú. Tại một thời điểm một bộ WC chỉ cho phộp chuyển đổi được một bước súng sang bước súng khỏc. Vỡ vậy số chuyển đổi bước súng đồng thời được thực hiện trong WCR được xỏc định bằng số bộ WC mà nú cú. Tuy nhiờn hiện nay giỏ thành của cỏc bộ WC cũn rất đắt, vỡ vậy cú nhiều cấu trỳc WCR được đề xuất để giảm chi phớ chi phớ thiết bị:
Hỡnh 3.2 là vớ dụ về bộ vWCR với khả năng chuyển đổi bước súng đầy đủ, ở đú mỗi đầu ra của khối chuyển mạch quang gắn với với một bộ chuyển đổi bước súng riờng. Loại WCR được coi là lý tưởng vỡ nú cú khả năng chuyển đổi đồng thời tất cả cỏc bước súng đầu vào sang bất kỳ bước súng đầu ra nào. Chỳ ý rằng, số lượng bộ WC bằng số sợi quang nhõn với số bước súng trờn một sợi quang. Vỡ số bước súng trờn mỗi sợi quang cú thể lờn đến hàng trăm hoặc nhiều hơn, nờn số lượng bộ WC trong mỗi node WCR rất lớn, kộo theo giỏ thành của node cấu trỳc đú rất cao.
• WCR chuyển đổi bước súng một phần (Partial Wavelength Conversion)
Hỡnh 3.3 là cấu trỳc WCR với số lượng bộ chuyển đổi hạn chế và được dựng chung cho tất cả cỏc cổng ra. Cấu trỳc này cần rất ớt số bộ chuyển đổi bước súng mà mạng vẫn cú thể đạt chất lượng gần bằng với cấu trỳc chuyển đổi bước súng đầy đủ nhờ việc phõn bổ tối ưu bộ chuyển đổi tại cỏc node mạng. Mặc dự vậy nú lại phức tạp hơn so với bộ định tuyến bước súng khụng cú WC, vỡ nú phải cần đến một khối chuyển mạch quang nhỏ (OSW). Vấn đề cần phải biết bao nhiờu bộ WC phải đặt ở mỗi node WCR để đạt được chất lượng mong muốn.
Hình 3.3: Cấu trỳc node chuyển đổi bước súng một phần Cỏc mạng toàn quang WDM định tuyến bằng bước súng thường được phõn loại theo đặc điểm chuyển đổi bước súng của toàn mạng. Cú thể xem xột và đỏnh giỏ theo khả năng chuyển đổi bước súng của từng node hoặc cả mạng. Khả năng chuyển đổi của node được chia thành 3 loại: đầy đủ, giới hạn, hoặc khụng cú (complete, limited, no). Node được cho là cú khả năng chuyển đổi đầy đủ (complete conversion capability) khi nú cú thể chuyển đổi đồng thời tất cả cỏc bước súng đầu vào sang bất kỳ bước súng khỏc ở đầu ra. Trong khi đú, nếu node chỉ cú thể chuyển đổi một vài bước súng tại một thời điểm, thỡ WCR được gọi là cú khả năng chuyển đổi một phần (Partial
conversion capability). Nếu xột tất cả cỏc node của mạng quang, ta cú thể
chia ra làm hai loại mạng: mạng cú tất cả cỏc node là WCR (full), và mạng cú một số node là WCR (Sparse). Loại mạng sau được để ý nhiều hơn vỡ nú cú thể tiết kiệm đỏng kể số bộWC, và là giải phỏp mềm dẻo vỡ nú cho phộp mạng được nõng cấp dần lờn để cú khả năng hỗ trợ chuyển đổi bước súng. Kết hợp về phõn bố WCR trờn toàn mạng và khả năng chuyển đổi bước súng của mỗi bộ WCR tại node, ta cú một số cấu trỳc mạng cỏc node WC/WCR: full- complete, full-partial, sparse-complete, sparse-partial. Một mạng được gọi
là cú khả năng chuyển đổi full-complete khi tất cả cỏc tuyến dọc theo mỗi lightpath khụng bị mạng bị từ chối thiết lập do ràng buộc liờn tục bước súng.
Với đặc tớnh đú, mạng sẽ đạt được xỏc suất nghẽn thấp nhất (giới hạn dưới) trong trường hợp tải lưu lượng động. Trong mạng với khả năng chuyển đổi full-partial, tất cả cỏc node đều là WCR, với khả năng chuyển đổi bước súng partial. Khi mạng chỉ cú một số node của mạng là WCR cú khả năng chuyển đổi complete ta gọi mạng này là sparse-complete. Nếu một mạng cỏc cỏc node WCR phõn bố rải rỏc với khả năng chuyển đổi bước súng partial, thỡ mạng này được gọi là mạng SPWC (Sparse –Partial Wavelength Conversion)
Mặc dự cú những tiến bộ đỏng kể trong cụng nghệ chế tạo bộ chuyển đổi bước súng WC, nhưng giỏ thành vẫn cũn rất cao. Chớnh vỡ vậy yờu cầu đối với bài toỏn thiết kế mạng quang là phải đưa ra phương phỏp phõn bổ tối ưu WC trờn toàn mạng sao cho chất lượng của mạng đạt được tiến gần đến chất lượng mạng full-complete với yờu cầu sử dụng số WC cho toàn mạng là ớt nhất.
Theo kết quả của nhiều cụng trỡnh nghiờn cứu, hiệu quả của việc sử bộ chuyển đổi bước súng trong mạng truyền dẫn quang phụ thuộc vào rất nhiều yờu tố. Cụ thể đú là: cấu trỳc mạng (network topology), thuật toỏn RWA được sử dụng, số bước súng, khả năng chuyển đổi bước súng, và đặc tớnh của lưu lượng chạy trờn mạng.