Chương 2 Hệ thống chuyển mạch chựm quang
2.4. Thiết kế thựcthi lớp vật lý cỏc node mạng lừi OBS
2.4.4. Xõy dựng phần chuyển mạch quang
Như đó trỡnh bày trong phần trước, kỹ thuật chuyển mạch quang sử dụng cỏc bộ SOA là một trong những giải phỏp đỏp ứng được cỏc yờu cầu để xõy dựng trường chuyển mạch quang trong cỏc node mạng lừi OBS. Cỏc cổng SOA cú thể thực hiện đảm bảo thời gian chuyển mạch quang cỡ 1 đến 10 ns, hệ số tỉ lệ on/off cao và do bản thõn là bộ khuếch đại nờn chỳng cú thể thực hiện khuếch đại để bự vào phần năng lượng mất mỏt khi tớn hiệu đi vào node mạng. Hơn nữa cỏc bộ SOA cú thể thực thi khụng phụ thuộc vào phõn cực của tớn hiệu dữ liệu vào và nú cũng cho phộp băng thụng quang lớn (hơn 50 nm). Phần này sẽ giới thiệu, xõy dựng cấu trỳc trường chuyển mạch quang trong cỏc node mạng lừi OBS sử dụng cỏc cổng khuếch đại laser bỏn dẫn SOA.
Để đảm bảo khụng bị mất cỏc chựm dữ liệu trong node mạng lừi thỡ trường chuyển mạch quang phải là trường chuyển mạch khụng nghẽn. Nghĩa là một cổng lối vào khụng được sử dụng luụn cú khả năng kết nối tới cổng lối ra khụng sử dụng bất kỳ. Hệ chuyển mạch khụng nghẽn cú thể là khụng nghẽn tuyệt đối hoặc hệ khụng nghẽn với khả năng sắp xếp lại. Hệ khụng nghẽn tuyệt đối nghĩa là mọi cổng lối vào khụng sử dụng cú thể nối tới cổng lối ra khụng sử dụng bất kỳ mà khụng cần định tuyến lại cỏc kết nối khỏc. Cũn hệ khụng nghẽn cú khả năng sắp xếp lại là cấu trỳc sử dụng một số hệ chuyển mạch, khi đú hệ yờu cầu cỏc thuật toỏn điều khiển thiết lập kết nối phức tạp hơn. Một nhược điểm khỏc của hệ chuyển mạch khụng nghẽn cú khả năng sắp xếp lại là cỏc kết nối đang hoạt động cú thể bị ngắt tạm thời để đỏp ứng cho kết nối mới, dẫn tới mất dữ liệu. Trong node mạng lừi OBS chỳng ta chỉ đề cập đến cỏc hệ chuyển mạch quang khụng nghẽn tuyệt đối. Hai cấu trỳc thực thi hệ chuyển mạch quang khụng nghẽn tuyệt đối kớch thước NM x NM lớn được trỡnh bày dưới đõy:
2.4.4.1 Xõy dựng hệ chuyển mạch bằng cỏch nối tầng cỏc phần tử chuyển mạch
Phần này sẽ xõy dựng một hệ chuyển mạch dung lượng lớn từ cỏc phần tử chuyển mạch cơ sở kớch thước 2 x 2 sử dụng 4 bộ SOA (hỡnh 2.28.a). Cỏc hệ chuyển mạch dung lượng lớn trong node mạng lừi OBS được xõy dựng theo cấu trỳc đa tầng khụng nghẽn, tương tự như hệ chuyển mạch ma trận trong miền điện. Trong hỡnh 2.28 (b) chỉ ra một hệ chuyển mạch khụng nghẽn 4 x 4 với cỏc thanh liờn kết ngang sử dụng 16 phần tử chuyển mạch cơ sở 2 x 2. Sự liờn kết giữa lối vào và lối ra được thực hiện bằng cỏch thiết lập trạng thỏi cảu cỏc phần tử chuyển mạch cơ sở. Một hệ chuyển mạch NM x NM với cỏc thanh liờn kết ngang được xõy dựng từ (NM)2 phần tử chuyển mạch cơ sở 2 x 2 tương ứng sử dụng 4.(NM)2 bộ SOA.
Hỡnh 2.28 Hệ chuyển mạch sử dụng cỏc bộ SOA; (a) phần tử chuyển mạch cơ sở 2x2; (b) hệ chuyển mạch 4x4, nối tầng 16 phần tử chuyển mạch cơ sở. sở 2x2; (b) hệ chuyển mạch 4x4, nối tầng 16 phần tử chuyển mạch cơ sở.
Trong hệ chuyển mạch này, tuỳ theo cỏc yờu cầu vào ra mà cỏc đường tớn hiệu cú thể cú độ dài (số tầng chuyển mạch tớn hiệu đi qua) khỏc nhau, ngắn nhất là 1 và dài nhất là 2.NM-1. Ngoài ra, do chuyển mạch quang ở đõy là chuyển mạch tương tự và việc tỏi tạo lại tớn hiệu khụng được thực hiện nờn suy hao, ồn nhiễu của tớn hiệu khi qua cỏc tầng được tớch luỹ. Bởi vậy, kớch thước của hệ chuyển mạch sẽ bị giới hạn. Để khắc phục nhược điểm này, yờu cầu cỏc đường tớn hiệu ngắn tới mức yờu cầu, nờn sẽ sử dụng cấu trỳc trường chuyển mạch chỉ với một tầng cỏc cổng SOA.
2.4.4.2 Cấu trỳc lựa chọn và quảng bỏ (BAS) đơn tầng
Hệ chuyển mạch lựa chọn và quảng bỏ cổ điển dựa trờn một phần tử thụ động chọn một bước súng từ tớn hiệu tổng NM tớn hiệu thành phần (tớn hiệu tổng
lối vào gồm N tớn hiệu WDM, mỗi tớn hiệu ghộp M bước súng) và chuyển chỳng tới một hoặc cỏc lối ra (trong NM lối ra) yờu cầu. Hệ chuyển mạch lựa chọn và quảng bỏ cú khả năng thực hiện cỏc kết nối điểm-điểm hoặc quảng bỏ tới cỏc lối ra khỏc nhau. Nhược điểm của hệ chuyển mạch này là tớn hiệu suy giảm nhiều khi đi qua cỏc bộ chia, giảm chất lượng tớn hiệu. Hỡnh vẽ 2.29 dưới đõy chỉ ra hai cấu trỳc hệ chuyển mạch quang cú thể thựcthi trong cỏc node mạng lừi OBS. Node mạng cú N sợi vào ra, mỗi sợi truyền M bước súng. Cỏc hệ này là cỏc hệ chuyển mạch chựm quang khụng nghẽn tuyệt đối và cú khả năng chuyển mạch quảng bỏ. Để xõy dựng một hệ yờu cầu phải sử dụng N2M bộ SOA.
Hỡnh 2.29 Cấu trỳc trường chuyển mạch trong node mạng lừi OBS. (a) node mạng lựa chọn và quảng bỏ BAS; (b) node mạng điều chỉnh và lựa chọn TAS.
Trong node mạng cú trường chuyển mạch quang BAS, cỏc module chuyển mạch quang được xõy dựng từ cỏc cổng SOA và cỏc bộ lọc cú thể lựa chọn bước súng để chọn lấy một bước súng mong muốn. Đối với node mạng cú kớch thước
N sợi vào ra, mỗi sợi truyền M tớn hiệu, tớn hiệu tổng lối vào cú thể được chia nhỏ thành NM thành phần. Cỏc tớn hiệu được đưa tới cỏc cổng SOA, trờn cơ sở tớn hiệu điều khiển mà bộ điều khiển sẽ đúng hoặc mở cỏc cổng SOA để tớn hiệu đi qua. Sau đú bộ lọc cú thể điều chỉnh được sẽ lựa chọn bước súng cần thiết và chuyển tới một bộ chuyển đổi bước súng với lối vào cú thể điều chỉnh, lối ra cố định. Bộ chuyển đổi này sẽ cho tớn hiệu lối ra cú bước súng mong muốn. Cũng giống như cỏc bộ SOA, cỏc bộ lọc NM cũng phải cú thời gian điều chỉnh nhỏ
hơn 1 μs. Cuối cựng cỏc tớn hiệu này sẽ được ghộp kờnh chuyển tới cỏc sợi lối ra tương ứng [5].
Trong cấu trỳc node mạng sử dụng chuyển mạch quang TAS, cỏc module chuyển mạch quang là cỏc bộ chuyển đổi bước súng cú thể điều chỉnh và cỏc cổng SOA. Cỏc bộ chuyển đổi bước súng cú thể điều chỉnh sẽ được đặt trước cỏc cổng SOA (hỡnh 2.29 b). Tớn hiệu lối vào được phõn kờnh thành cỏc bước súng thành phần và cỏc chựm dữ liệu được chuyển đổi tới bước súng lối ra mong muốn nhờ cỏc bộ chuyển đổi bước súng cú thể điều chỉnh được. Với cấu trỳc BAS, tớn hiệu được chia nhỏ thành cỏc tớn hiệu thành phần và được chuyển tới tất cả cỏc lối ra. Cỏc chựm dữ liệu được đưa tới lối ra mong muốn thụng qua điều khiển trạng thỏi đúng mở của cỏc cổng SOA. Tại lối ra của node mạng, cỏc tớn hiệu được đưa tới một lối ra sẽ được tập hợp, ghộp kờnh lại. Như vậy, với mỗi node mạng N sợi vào ra, mỗi sợi truyền M bước súng sẽ cần sử dụng N2M
cổng SOA và NM bộ chuyển đổi bước súng cú thể điều chỉnh được, với thời gian điều chỉnh nhỏ hơn 1 μs.
Như vậy cả hai cấu trỳc chuyển mạch quang này đều yờu cầu sử dụng cỏc bộ chuyển đổi bước súng. Trong cấu trỳc BAS bộ phỏt lối ra cú bước súng phỏt ra khụng đổi, nhưng lại yờu cầu cỏc bộ chia quang cú thể điều chỉnh để lựa chọn bước súng mong muốn với thời gian điều chỉnh yờu cầu nhỏ hơn 1μs. Cỏc bộ lọc quang õm với thời gian điều chỉnh trong dải 10μs là khụng thể sử dụng, cỏc bộ lọc quang điện LiNbO3 điều chỉnh nhanh cũn đang nghiờn cứu phỏt triển. Trong cấu trỳc TAS, bước súng lối ra của cỏc bộ chuyển đổi bước súng là cú thể điều chỉnh. Để thực thi, yờu cầu cỏc laser phỏt quang với bước súng phỏt cú thể điều chỉnh được với thời gian điều chỉnh nhỏ hơn 1 μs đó được giới thiệu trong phần II.4.1.1.