a. Đồng bộ gúi
Trong mạng chuyển mạch gúi đồng bộ tất cả cỏc gúi trong mạng cú cựng kớch thước. Mỗi gúi được sắp xếp vào một khe thời gian như hỡnh 3.4.
Hỡnh 3.4. Sắp xếp gúi trong khe thời gian
Khi gúi được truyền trong mạng cú nhiều yếu tố làm mất đồng bộ của gúi. Những nhõn tố ảnh hởng đến sự mất đồng bộ của gúi tin là:
+ Trễ khỏc nhau và biến đổi đối với cỏc đường đi khỏc nhau
Cỏc gúi tin truyền trờn cỏc đường khỏc nhau với cỏc khoảng cỏch khỏc nhau với tỏn sắc màu khỏc nhau do đú trễ sẽ khỏc nhau. Theo chuẩn G.652 tỏn sắc màu của sợi vào khoảng 20ps/nm/km nếu sử dụng WDM với độ rộng băng là 30 nm tương ứng với khoảng 1530-1560 nm của EDFA thỡ với khoảng cỏch 100km trễ là 60ns.
Một yếu tố khỏc ảnh hưởng tới trễ đú là nhiệt độ. Trễ biến đổi theo
nhiệt độ vào khoảng 40ps/ 0C/km. Như vậy với 100 km nhiệt độ biến đổi ở
Tải tin
Tiờu đề Tiờu đề Tải tin
Khe thời gian
trong khoảng -15 +10 0C thỡ trễ biến đổi khoảng 100ns. + Trễ biến đổi trong nỳt chuyển mạch
Trong cấu trỳc trường chuyển mạch hầu hết sử dụng bộ đệm là cỏc dõy trễ quang để trỏnh xung đột. Hơn nữa, cú thể sử dụng cỏc bộ biến đổi bước súng do đú trễ tại cỏc đầu ra của trường chuyển mạch sẽ khỏc nhau. Trong trường hợp này nhiệt độ biến đổi cũng ảnh hưởng tới trễ nhưng nú là rất nhỏ cú thể bỏ qua.
+ Sự lệch xung đồng bộ tại nỳt
Trong mạng chuyển mạch gúi quang mỗi nỳt chuyển mạch cú một đồng hồ tại bản thõn nỳt, nú cung cấp cỏc xung đồng bộ địa phương cho nỳt. Đồng hồ này hoạt động theo đồng hồ của mạng. Trong trường hợp tớn hiệu đồng bộ hoạt động khụng ổn định sẽ dẫn đến sự lệch xung đồng hồ tại nỳt. Như vậy, cú 2 trờng hợp xảy ra đối với gúi tin trước khi đồng bộ.
- Trường hợp 1
Tiờu đề lệch ra khỏi giới hạn khe thời gian (Wandering packet flow). Trường hợp này xảy ra do trễ truyền lan chậm của tớn hiệu và xung đồng bộ địa phương, thường xảy ra tại đầu vào chuyển mạch. Hỡnh 3.5.
Hỡnh 3.5. Tiờu đề lệch khỏi khe thời gian
Khe thời gian
- Trờng hợp 2
Tiờu đề và tải tin di động bờn trong khe thời gian (Jittering packet flow). Hỡnh 3.6
Trong trường hợp thứ nhất, việc sắp xếp gúi và điều khiển đồng bộ đầu vào là khỏ dễ dàng thực hiện do tiờu đề của mỗi gúi đầu vào cú trễ cố định (tương đương với một khe thời gian). Mạch đồng bộ như trờn hỡnh 3.6.
Hỡnh 3.7. Đồng bộ gúi trong trường hợp lệch gúi và tiờu đề được ghi lại ở khối giao diện đầu ra
KWR (Key Word Recogniser) mó nhận dạng gúi dựng để sắp xếp gúi. Tại đầu ra của nỳt, đồng bộ cũng cần thiết do gúi đi qua trường chuyển mạch bị rung pha. Quỏ trỡnh đồng bộ phụ thuộc vào gúi ban đầu, sự tớch luỹ rung pha khi gúi đi qua cỏc đường khỏc nhau (chiều dài và bước súng khỏc nhau) trong trường chuyển mạch và giải phỏp đồng bộ.
Tiờu Đề
Khe thời gian
Tải Tin KWR Đọc tiờu đề Đồng bộ chậm/ thụ Trường chuyển mạch Đồng
bộ nhanh Ghi lại tiờu đề
KWR
Điều khiển O
E OE
Giao diện đầu vào Giao diện đầu ra
Trong trường hợp thứ hai, khối điều khiển chuyển mạch phải đỏp ứng đồng bộ trong khoảng thời gian giữa 2 gúi. Khối KWR thỡ phức tạp hơn. Mạch đồng bộ như trờn hỡnh 3.7.
Hỡnh 3.8. Đồng bộ trong trường hợp rung pha và tiờu đề đợc ghi lại ở khối giao diện đầu vào
Trong cả hai trường hợp trờn, gúi đa vào trường chuyển mạch cú thể bị rung pha mà khụng ảnh hưởng tới cỏc quỏ trỡnh xử lý do khoảng bảo vệ giữa hai gúi đủ rộng để bự vào sự rung pha này thậm chớ cũn cú thể bự đắp sự tớch luỹ rung pha qua một vài nỳt. Chớnh bởi vỡ điều này mà trong cả hai mạch đều sử dụng khối đồng bộ thụ (khụng nhất thiết phải sử dụng khối đồng bộ chớnh xỏc) .
Sau đõy ta tỡm hiểu cấu trỳc của từng khối đồng bộ.
Khối đồng bộ gồm tập hợp dõy trễ quang với thời gian trễ giảm theo
hàm số mũ từ T/2 đến T/2n với T là 1 khe thời gian, và cỏc chuyển mạch như
trờn hỡnh 3.9. Phần đầu của dõy trễ quang cú thời gian bự trễ cố định nờn gọi là phần tĩnh. Phần tĩnh chủ yếu bự trễ do tỏn sắc màu. Phần động là phần bự trễ do sự rung pha trong gúi. Thời gian đồng bộ của phần động phải nhỏ hơn khoảng bảo vệ của gúi
Cấu trỳc của khối đồng bộ phụ thuộc vào khe thời gian T và định dạng gúi. KWR nhanh Đọc tiờu đề Đồng bộ thụ Điều khiển O E Đồng bộ nhanh KWR nhanh O E Ghi lại tiờu đề Trường chuyển mạch
Cấu trỳc khối đồng bộ
Hỡnh 3.9. Cấu trỳc khối đồng bộ
Một vấn đề cần quan tõm khi đồng bộ gúi là ghi lại tiờu đề cho gúi tin. Ghi lại tiờu đề gúi tin cú thể cần hoặc khụng cần phụ thuộc vào phương phỏp định tuyến gúi của mạng. Vớ dụ như trong mạng khụng đồng bộ, ghi lại tiờu đề gúi tại mỗi nỳt để cập nhật địa chỉ đớch là điều rất cần thiết cũn trong mạng đồng bộ thỡ khụng nhất thiết phải cú. Trong mạng đồng bộ, ghi lại tiờu đề gúi cú thể đặt tại giao diện đầu ra hoặc giao diện đầu vào của trường chuyển mạch. Mặc dự, ghi lại tiờu đề hoàn toàn khụng liờn quan đến đồng bộ gúi nhưng nú cú tỏc động lớn tới việc đạt được hiệu quả đồng bộ.
Nếu tiờu đề được ghi lại tại đầu ra, gúi đi ra khỏi trường chuyển mạch khụng cũn sự rung pha. Do đú, khối điều khiển dễ dàng ghi lại tiờu đề gúi. Trong trường hợp tiờu đề được ghi lại tại đầu vào thỡ khi gúi đi qua trường chuyển mạch vẫn cũn sự rung pha ỏ phần tải tin. Dẫn đến tiờu đề cú thể chốn lờn tải tin. Nờn bắt buộc phải sử dụng khối đồng bộ chớnh xỏc trước khối ghi lại tiờu đề.
b. Sắp xếp gúi
Sắp xếp gúi theo thứ tự là chức năng khụng liờn quan tới đồng bộ gúi nhưng lại cực kỳ quan trọng đối với chức năng đọc và ghi lại tiờu đề. Chức năng này thực hiện sắp xếp xung đồng hồ địa phương với dữ liệu vào. Cú thể là sắp xếp chậm hoặc sắp xếp nhanh tuỳ thuộc vào mạng. Sắp xếp cực nhanh
X X X
X X
FDL FDL
T/2 T/4 T/2n-1 T/2n
FDL FDL
Khối điều khiển
Phần Động Phần tĩnh
Tới trường chuyển mạch
KWR
O E
thường sử dụng trong trường hợp tiờu đề và tải tin di động trong khe thời gian (Jittering Flow) với thời gian thực hiện là thời gian 1 bit hoặc vài bớt. Chức năng này cú cả ở mạng đồng bộ và mạng khụng đồng bộ.
Trong mạng khụng đồng bộ, giải phỏp được đa ra là sử dụng chuỗi bớt kiểm tra lỗi tiờu đề HEC (Header Error Check). Phương phỏp này cũng giống như trong chuyển mạch gúi điện.
Trong mạng đồng bộ, phương phỏp sắp xếp gúi tiờu biểu là cho dữ liệu vào đi qua một khối nhận dạng mẫu. Tại đõy sẽ so sỏnh một phần tiờu đề gúi với mó nhận dạng gúi KW (Key Word). Phương phỏp này đảm bảo tớnh trong suốt cho tải tin. Nhưng trong trường hợp cú một hay một số chuỗi bớt nằm trong gúi (tiờu đề hoặc tải tin) giống với mó nhận dạng gúi sẽ dẫn đến sắp xếp sai. Để loại bỏ khả năng này, ta dựng thuật toỏn như sau: So sỏnh mó nhận dạng gúi với cựng một vị trớ của n gúi liờn tiếp. Thuật toỏn này thực sự cú hiệu quả khi dữ liệu trong gúi là ngẫu nhiờn và cỏc gúi liờn tiếp thờng cú sự thay đổi. Khụng may trong thực tế, trường hợp chuỗi giống với mó nhận dạng cú thể xảy ra theo chu kỳ nờn cú thể dẫn đến đồng bộ gúi sai.
Phương phỏp được đa ra là sử dụng 2 mó nhận dạng gúi khỏc nhau (KW1, KW2) như hỡnh 3.10. Trong đú dõy trễ quang làm trễ một khoảng thời gian bằng một khe thời gian. Khối KWR cú thể thực hiện được với cổng điện. Hoạt động của mạch như sau:
Gúi đi vào mạch đầu tiờn được cho qua khối nhận dạng gúi thứ nhất và được so sỏnh với KW1. Nếu KW1 được tỡm thấy ở gúi, thỡ KW2 sẽ được so sỏnh ở gúi tiếp theo. Nếu chuỗi “KW1-KW2-KW1…” được tỡm ra với tốc độ phự hợp thỡ chỳng ta hoàn thành việc tỡm kiếm vị trớ của KW. Khi một KW được xỏc định, tiờu đề của gúi mới được đọc (sau khi khụi phục xung đồng hồ tại đầu vào) để xỏc định thụng tin cần thiết cho khối điều khiển chuyển mạch. Tại đầu ra của trường chuyển mạch, KW sẽ được đa vào một cỏch thớch hợp.
Ta cần chỳ ý rằng, phương phỏp này tăng gấp đụi đối kớch thước của mó nhận dạng gúi trong trường hợp gúi mang dữ liệu ngẫu nhiờn nhưng nú cú
độ tin cậy cao trong trường hợp gúi mang dữ liệu cú tớnh chu kỳ.
Hỡnh 3.10. Sắp xếp gúi trong mạng đồng bộ
3.3.4 Xử lý tiờu đề
Để dễ dàng cho việc xử lý tiờu đề, cú một số cụng nghệ được đa ra. + Sử dụng chuỗi bớt (Bit serial)
Bit serial cú thể thực hiện ở mức độ bớt (Bit level) và cú thể thực hiện ở mức độ gúi (Packet level). Ở mức độ bớt mỗi bớt đều mang thụng tin định tuyến. Ở mức độ gúi một chuỗi bớt mang một phần tải tin sắp xếp trước khối định tuyến của tiờu đề. Mó hoỏ sử dụng ở mức độ bớt là ghộp kờnh phõn chia theo mó (OCDM-Optical Code Division Multiplexing) cũn ở mức độ bớt sẽ sử dụng khoảng cỏch giữa cỏc xung quang (OPI- Optical Pulse Interval) và trộn tốc độ (Mixed Rate). Trộn tốc độ sử dụng xử lý điện cho tiờu đề và định tuyến tải tin. Thụng tin tiờu đề được truyền ở tốc độ thấp hơn tải tin nờn điều khiển điện dễ dàng thực hiện.
+ Sử dụng bỏo hiệu ngoài băng (Out-of-Band-Signaling)
Trong cụng nghệ này, truyền dẫn của một kờnh tớn hiệu hay kờnh điều khiển nằm trờn một dải tần số riờng biệt với kờnh dữ liệu. Cú hai cỏch thực hiện với cụng nghệ bỏo hiệu ngoài băng như trờn hỡnh 3.9. Trong cả hai cỏch
Khối đồng bộ Điều khiển điện KWR1 KWR1 KWR2 KWR2 O E O E Dõy trễ
Khởi đầu gúi
Sự tham khảo đồng bộ
được đa ra thỡ tải tin và tiờu đề đều được truyền trờn kờnh song song riờng biệt trong cựng một sợi quang.
+ Sử dụng bớt song song (Bit-Parallel)
Cỏc bớt của tiờu đề và tải tin được truyền song song. Cả tiờu đề và tải tin đều được truyền trờn nhiều bước súng khỏc nhau nhưng phổ của tiờu đề thỡ rất nhỏ so với phổ của tải tin. Cụng nghệ này cho phộp dễ dàng xoỏ và ghi lại tiờu đề, tuy nhiờn sẽ làm mất đối xứng giữa tiờu đề và tải tin hoặc cỏc bớt của tiờu đề cú thể bị xúa bỏ do tỏn sắc màu trong sợi quang.
Hỡnh 3.11. Cỏc cụng nghệ mó húa tiờu đề trong mạng chuyển mạch gúi quang
3.3.5 Định tuyến gúi
Để gúi tin cú thể truyền từ nguồn tới đớch ta cần phải định tuyến cho gúi. Cũng giống như trong chuyển mạch gúi điện ta cần phải điều khiển để chọn một đường đi thớch hợp nhất cho gúi. Phương phỏp định tuyến cú thể dựa vào topo mạng hoặc cấu trỳc nỳt chuyển mạch. Nhưng khụng giống như trong chuyển mạch gúi điện trong mạng chuyển mạch gúi quang định tuyến cú thể đạt được ngay ở lớp quang. Với sự phỏt triển vượt bậc của cụng nghệ,
Optical Code Division (OCD) Optical Pulse Interval (OPI) Mix Rate Optical Subcarries Multiplexing Dual Wavelength Multiwavelength Bit Serial Out-of-Band In Fiber Signaling Bit Parallel Bit Level Packet Level Packet Level Packet Level Tb Tc Tp
Data length Address
Data length Address
Header
Header
Data (base band)
Data Header Data λ1 λ2 λ3
định tuyến cú thể thực hiện được với bộ phối ghộp phương hướng LiNbO3, khúa quang InP hoặc sử dụng bộ biến đổi bước súng, cỏc bộ lọc quang, lới dẫn súng quang (AWG)… hoặc cụng nghệ xử lý cực nhanh tớn hiệu quang dựa trờn hiệu ứng phi tuyến. Ta sẽ tỡm hiểu kỹ hơn trong phần kiến trỳc trường chuyển mạch.
3.3.6 Giải phỏp chống xung đột
Như phần trờn đó đề cập tới, xung đột tại mặt phẳng truyền dẫn cú thể được giải quyết theo 3 phơng phỏp hoặc kết hợp giữa chỳng. Đú là: bộ đệm quang, bộ biến đổi bước súng, và định tuyến mềm. Sau đõy ta đi tỡm hiểu từng phương phỏp.
a. Bộ đệm quang
Đõy là phương phỏp giải quyết xung đột tại đầu ra khai thỏc sự phõn chia thời gian. Nghĩa là, khi cú nhiều gúi tin đến từ cựng một bước súng tại cựng một thời điểm và yờu cầu tới cựng một cổng ra thỡ giải phỏp chống xung đột được đa ra là: sắp xếp cỏc gúi tin theo thứ tự ưu tiờn, gúi nào cú độ ưu tiờn cao hơn sẽ đợc định tuyến qua trường chuyển mạch trước, cỏc gúi cũn lại sẽ được lưu lại trong bộ đệm để chờ xử lý.
Hiện nay, sự thiếu một bộ nhớ để lưu dữ liệu trong miền quang cú hiệu quả như trong miền điện là một khú khăn lớn đối với việc thiết kế nỳt chuyển mạch gúi quang. Nghiờn cứu đang tập trung vào sử dụng dõy trễ sợi quang (FDL) để làm trễ tớn hiệu. FDL là một đoạn sợi quang cú chiều dài xỏc định, nú cú thể giữ gúi trong một khoảng thời gian xỏc định (khoảng thời gian này phụ thuộc vào bước súng truyền trong FDL và chiều dài FDL). Do đú, FDL khụng giống như RAM điện, nú khụng chứa gúi khụng xỏc định và khi một gúi đó đi vào FDL ta sẽ khụng thu lại được cho đến khi nú đi ra đầu kia của FDL. Hơn nữa, FDL cú giỏ thành đắt và kớch thước của thiết bị cú thể khỏ lớn. Đồng thời, FDL làm giảm chất lượng của tớn hiệu quang cũng như gõy trễ sẽ khú khăn cho việc đồng bộ gúi. Như vậy, sử dụng FDL sẽ làm giảm tỏc dụng của bộ đệm quang.
Khi thiết kế cấu trỳc FDL phải quan tõm tới những vấn đề quan trọng bao gồm mất gúi, giỏ thành, điều khiển phức tạp, sắp xếp gúi và mất tớn hiệu trong FDL.
Một số cỏch sắp xếp FDL để tạo ra bộ đệm quang được đa ra là: FDL đơn tầng, FDL đa tầng, sắp xếp FDL nối tiếp hoặc hồi tiếp. Mỗi cỏch sắp xếp được sử dụng với cỏc kiến trỳc trường chuyển mạch khỏc nhau. Điều này sẽ được núi đến kĩ hơn ở phần kiến trỳc trường chuyển mạch.
b. Bộ biến đổi bước súng
Trong phương phỏp này, khi cú hai hay nhiều hơn gúi tin cựng muốn tới một cổng ra tại cựng một bước súng, nhng một gúi sẽ được biến đổi sang bước súng khỏc thỡ sẽ giải quyết được xung đột.
Bộ biến đổi bước súng cú thể thực hiện được bằng biến đổi OEO. Nhưng hiện nay, nghiờn cứu đang tập trung vào bộ biến đổi bước súng quang. Một số loại bộ biến đổi bước súng được đưa ra như dựng đặc tớnh điều chế tăng ớch chộo nhau của bộ khuếch đại bỏn dẫn (SOA-XGM) hoặc dựng điều chế pha của bộ khuếch đại quang bỏn dẫn (SOA-XPM) hay cụng nghệ trộn tần.
Qua nghiờn cứu về bộ biến đổi bước súng người ta thấy rằng bộ biến đổi bước súng lý tởng phải cú những đặc tớnh.
- Phải cú tớnh trong suốt về tốc độ bớt và về định dạng tớn hiệu - Tốc độ biến đổi nhanh (trờn 10 Gbit/s)
- Cú thể biến đổi theo hướng bước súng ngắn cũng cú thể biến đổi theo hướng bước súng dài
- Cụng suất vào thớch hợp (khụng lớn hơn 0dBm) - Phạm vi biến đổi tương đối rộng
- Cú thể làm cho bước súng đầu vào khụng biến đổi - Khụng nhạy cảm với phõn cực quang
- Dao động phụ rất nhỏ, cú tỷ số tớn hiệu trờn tạp õm, tỷ lệ tiờu cao - Thực hiện đơn giản.
Sau đõy sẽ tỡm hiểu một số bộ biến đổi bước súng hiện đang được