Chuyển mạch quang phân chia theo b−ớc sóng (còn gọi là chuyển mạch b−ớc sóng), kiểu chuyển mạch này đ−ợc áp dụng nhiều trong mạng ghép kênh phân chia theo b−ớc sóng(WDM).
Chuyển mạch theo b−ớc sóng khác với định tuyến theo b−ớc sóng (WLR). Định tuyến theo b−ớc sóng là lợi dụng sự khác nhau của b−ớc sóng để thực hiện chọn đ−ờng, tức là thực hiện chuyển mạch không gian, không có biến đổi b−ớc sóng. Còn chuyển mạch theo b−ớc sóng quang thì cần có bộ biến đổi b−ớc sóng quang, dùng bộ tách kênh để chia cắt các kênh tín hiệu về không gian, tiến hành chuyển đổi b−ớc sóng đối với mỗi kênh, rồi đ−ợc ghép lại nhờ bộ ghép.
Hình 2.7 Cấu trúc cơ bản của bộ trao đổi b−ớc sóng WC là bộ biến đổi b−ớc sóng
Sơ đồ nguyên lý chuyển mạch theo b−ớc sóng đ−ợc chỉ ra trong hình 2.8, bao gồm các bộ chuyển mạch b−ớc sóng và các bộ tách/ghép kênh theo b−ớc sóng.
Hình 2.8 Bộ chuyển mạch b−ớc sóng
Tín hiệu WDM đầu vào qua bộ chia công suất đ−ợc dẫn đến các bộ lọc b−ớc sóng có khả năng điều chỉnh riêng biệt, mỗi bộ lọc này sẽ tách lấy một tín hiệu có b−ớc sóng riêng biệt ra khỏi tín hiệu WDM. Tín hiệu quang đầu ra bộ lọc b−ớc sóng có khả năng điều chỉnh đ−ợc đ−a vào một bộ điều biến điều khiển bằng quang và thực hiện điều biến c−ờng độ vào sóng mang quang có b−ớc sóng xác định tr−ớc, sóng mang quang này đ−ợc tách ra khỏi ánh sáng chuẩn bằng một bộ lọc b−ớc sóng cố định. Qua
bộ biến điệu điều khiển bằng quang các b−ớc sóng λa,λb ,…, λz đ−ợc chuyển đổi thành
b−ớc sóng λ1, λ2,…,λN t−ơng ứng mà không có tổn hao trong quá trình biến điệu c−ờng
độ. Sau đó các b−ớc sóng λ1, λ2,…,λN lại đ−ợc ghép thành tín hiệu WDM đầu ra. Ngoài
ra, bằng cách điều khiển bộ lọc điều chỉnh đ−ợc để chọn tín hiệu có cùng b−ớc sóng, khi đó có thể thực hiện đ−ợc truyền thông đa h−ớng (Multicast).
Chuyển mạch b−ớc sóng có hai loại: quảng bá lựa chọn và định tuyến theo b−ớc sóng. Chuyển mạch phân chia theo b−ớc sóng quảng bá và lựa chọn đ−ợc mô tả trong hình 2.9.
Hình 2.9 Chuyển mạch theo b−ớc sóng sử dụng trong mạng quảng bá và lựa chọn. WC bộ chuyển đổi b−ớc sóng
λ1, λ2,…,λN là các b−ớc sóng lựa chọn trong hệ thống.
Coupler hình sao thực hiện ghép các b−ớc sóng vào và phát quảng bá chúng tới các đầu ra. Các bộ lọc quang điều chỉnh đ−ợc tại các đầu ra coupler hình sao lọc lấy một b−ớc sóng nhất định, bộ lọc này cho phép chuyển mạch b−ớc sóng không tắc nghẽn. Sau đó là các bộ biến đổi b−ớc sóng thực hiện chuyển đổi b−ớc sóng để đ−a
thông tin tới ng−ời sử dụng dịch vụ có b−ớc sóng λ1 cố định.
Hình 2.10 Chuyển mạch định tuyến b−ớc sóng
Kiểu chuyển mạch định tuyến theo b−ớc sóng đ−ợc mô tả trong hình 2.10, gồm hai dãy các bộ chuyển đổi b−ớc sóng đặt tại hai phía và bộ định tuyến l−ới ống dẫn sóng (WGR).
Hình 2.11, bộ định tuyến l−ới ống dấn sóng WGR bao gồm hai coupler hình sao và một l−ới dựa trên bộ giao thoa kế Mach-Zehnder (MZI).
Nguyên lý của bộ WGR đ−ợc hiểu nh− sau: Tại coupler sao đầu tiên, đầu vào kênh b−ớc sóng đ−ợc 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 tiên là Ein , thì sóng ánh sáng sau khi chia đi vào cổng đầu vào s là:
s p j in s e N E E ⋅ϕ , =
Trong đó ϕp,s là dịch pha trong coupler sao đầu tiên từ cổng đầu vào p tới cổng
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 l−ợng khác tỷ lệ với chiều dài của ống dẫn sóng.
Nếu ống dẫn sóng có chiều dài Ls =s. ∆L+L, trong đó ∆L là sự chênh lệch về chiều dài
giữa các ống dẫn sóng kề nhau. Khi đó ống dẫn sóng gây dịch pha:
(s L L)
nwgr
s = Π⋅ ⋅∆ +
λ
Trong đó, nwgr là chỉ số khúc xạ của các ống dẫn sóng
Hình 2.11 Bộ định tuyến l−ới ống dẫn sóng
Khi tín hiệu đến ở coupler sao thứ hai, nó sẽ đ−ợc chia vào các cổng đầu ra. T−ơng tự coupler sao đầu, ánh sáng tín hiệu cũng bị dịch pha khi đi từ ống dẫn sóng s tới cổng đầu ra q của coupler sao thứ hai. Do đó các tín hiệu đi qua các ống dẫn sóng khác nhau sẽ có các dịch pha khác nhau, và để công suất tín hiệu ở cổng đầu ra Pra
≈Pvao thì pha 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 b−ớc sóng ở đầu vào p tới đầu ra q của WGR thì b−ớc sóng của ánh sáng tới ở cổng đầu vào p coupler sao đầu tiên phải đ−ợc điều chỉnh tới:
λp.q =λ0 –(p+q).∆λ
Trong đó λ0 là b−ớc sóng tham chiếu đ−ợc xác định bởi WGR
∆λ là khoảng cách giữa hai b−ớc sóng kề nhau
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 b−ớc sóng của tín hiệu. Các tín hiệu có các b−ớc sóng khác nhau của một cổng vào sẽ đ−ợc định tuyến tới các cổng đâu ra khác nhau mà không bị ảnh h−ởng lẫn nhau (mỗi b−ớc sóng đ−ợc chuyển tới một cổng đầu ra xác định). Khi đó các tín hiệu khác nhau sử dụng sử dụng cùng một b−ớc sóng ở các cổng đầu vào khác nhau sẽ không bị ảnh h−ởng lẫn nhau tại các cổng đầu ra.
Nh− vậy, các bộ WC trong tầng đầu (hình 2.10) dùng để chuyển đổi các b−ớc sóng vào, nếu b−ớc sóng tại cổng p cần định tuyến tới cổng ra q thì b−ớc sóng của nó
tr−ớc tiên đ−ợc chuyển thành λp.q . Sau đó tại đầu ra của WGR các b−ớc sóng lại đ−ợc
chuyển đổi lần nữa nhờ bộ biến đổi WC tại tầng hai để trở thành b−ớc sóng ban đầu. Trong hai ph−ơng pháp chuyển mạch trên, thấy rằng ph−ơng pháp quảng bá và lựa chọn thực hiện đơn giản hơn nh−ng bị suy hao phân tán lớn hơn. ph−ơng pháp định tuyến b−ớc sóng có suy hao công suất thấp nh−ng lại yêu cầu điều khiển và chuyển đổi b−ớc sóng chính xác. Với cả hai ph−ơng pháp chuyển mạch các kênh b−ớc sóng đều
đ−ợc định tuyến trong miền không gian. Một giải pháp lựa chọn khác là chuyển mạch b−ớc sóng có thể đ−ợc thực hiện trong miền b−ớc sóng, ph−ơng pháp này đ−ợc gọi là trao đổi kênh b−ớc sóng(WCI). Hình 2.12, một WCI gồm một bộ tách kênh b−ớc sóng, một dãy WC và một coupler.
Hình 2.12 Bộ trao đổi kênh b−ớc sóng.
Khi sử dụng WCI kết hợp với WGR có thể hình thành các tr−ờng chuyển mạch
λ-S-λ và S-λ-S.
So với hệ thống chuyển mạch phân chia thời gian (TD), hệ thống chuyển mạch WD quang có hai −u điểm:
Bit/frame cho các kênh khác nhau phân chia theo b−ớc sóng là độc lập.
Tốc độ của hệ thống chuyển mạch không cần cao nhờ có sử dụng chuyển mạch
l−u l−ợng, hệ thống truyền dẫn kép b−ớc sóng WDM đã đạt đ−ợc hàng trăm kênh tốc độ cỡ hàng Tb/s. Do đó, mạng chuyển mạch quang phân chia theo b−ớc 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.