Ngoài cỏc thành phần trờn node mạng cú thể bao gồm cỏc bộ trễ FDL đặt tại cỏc lối vào của trường chuyển mạch để trễ cỏc chựm dữ liệu. Cỏc tớn hiệu lối vào sẽ được phõn kờnh thành M bước súng nhờ cỏc bộ phõn kờnh tại cỏc giao
diện lối vào và tương ứng sẽ hợp kờnh tại cỏc giao diện lối ra. Để bự lại phần năng lượng mất do cỏc bộ chia, chuyển mạch và khi đi qua node cần phải sử dụng cỏc bộ khuếch đại EDFA tại cỏc giao diện lối vào ra. Phần chuyển mạch quang và cỏc bộ chuyển đổi bước súng, được điều khiển bởi đơn vị điều khiển chuyển mạch, thực hiện chuyển cỏc chựm dữ liệu tới sợi lối ra mong muốn. Với một hệ N sợi và M bước súng trờn mỗi sợi sẽ yờu cầu kớch thước của trường
chuyển mạch quang là NM x NM. Nếu cỏc bộ chuyển đổi bước súng được đặt tại lối ra, cỏc bước súng lối ra của chỳng cú thể khụng đổi, trừ khi cỏc bộ này được
đặt tại lối vào thỡ cỏc bước súng sẽ phải điều chỉnh. Cỏc bộ chuyển đổi bước súng phải cú dải hoạt động trờn toàn bộ M bước súng hoạt động của hệ thống.
Để đạt được một tỷ lệ mất chựm dữ liệu cú thể chấp nhận được, cỏc bộ trễ FDL được yờu cầu [5].
2.4.3. Cỏc thành phần chớnh trong node mạng OBS
Phần này sẽ đề cập đến cỏc thành phần chủ yếu thực thi sơ đồ cấu trỳc chung node mạng OBS trong hỡnh 2.25. Cỏc cụng nghệ hiện tại sẽ được giới thiệu và thảo luận, đề cập cỏc thụng số quan trọng như xuyờn õm, suy hao, tốc độ chuyển mạch…
a. Yờu cầu thực thi hệ chuyển mạch
Phần chuyển mạch quang được chỉ ra trong hỡnh 2.25 là một thành phần chủ chốt trong node mạng lừi OBS. Trường chuyển mạch quang với kớch cỡ NM x NM được yờu cầu đối với một hệ thống N sợi vào ra và M bước súng trờn mỗi sợi. Phần tử chớnh yếu của đế chuyển mạch này là trường chuyển mạch khụng gian quang. Chức năng cơ bản của trường chuyển mạch khụng gian là cho phộp cỏc chựm dữ liệu đi vào trường chuyển mạch và lựa chọn lối ra theo yờu cầu. Dưới đõy là một số yờu cầu đối với một trường chuyển mạch trong mạng chuyển mạch OBS [6]:
Cú khả năng đỏp ứng số lượng cổng vào ra của hệ thống,
Tốc độ chuyển mạch nhanh, thời gian kộo dài chựm dữ liệu là cỡ μs nờn
sẽ yờu cầu thời gian chuyển mạch phải trong dải μs thậm chớ phải ở mức ns. Cú mức suy hao thấp, khi đi qua trường chuyển mạch quang, yờu cầu hệ thống phải cú mức suy hao thấp hoặc cú thể khuếch đại tớn hiệu. Ngoài ra, hệ thống cú thể yờu cầu bộ suy hao để cõn bằng mức cụng suất giữa cỏc lối vào. Mức xuyờn õm thấp,
Khụng phụ thuộc vào bước súng,
Khụng phụ thuộc vào độ phõn cực (suy hao phụ thuộc vào phõn cực PDL thấp ),
Tỉ số phõn biệt trạng thỏi on/off cao (tỉ số cụng suất lối ra của hệ giữa trạng thỏi on và trạng thỏi off),
Hoạt động đa bước súng và mọi tốc độ bit, Thực thi đơn giản và độ bền vững cao.
Trong bảng dưới đõy cho ta cỏi nhỡn tổng quan cỏc cụng nghệ khỏc nhau thực hiện trường chuyển mạch quang [5].
Cụng nghệ Thụng số Kớch cỡ Thời gian chuyển mạch Suy hao (dB) Xuyờn õm (dB) Suy hao PDL (dB) Optomechanical 16 x 16 < 10 ms 3 < -55 0.2 2D MEMS 32 x 32 < 10 ms 1.7-6.9 < -60 0.11–0.16 3D MEMS 350 x 350 160 x 160 < 10 ms < 10 ms 6 1 < 2 < -60 < -55 0.4 0.5 Thermo-optic Silica Polymer 8 x 8 16 x 16 < 10 ms < 10 ms 8 6 < -35 < -30 0.5 0.4 Liquid Crystal 2 x 2 < 10 ms 1.5 < -30 0.1 Bubble 32 x 32 < 10 ms 7.5 < -50 0.3 Acousto-optic 1 x N 3 μs 6 < -35 Electro-optic LiNbO3 InP 8 x 8 1 x 2 < 10 ns < 10 ns 9 < -35 < -25 0.5 SOA < 1 ns ~ 0 < -50 < 1 Bảng 2 Một số cụng nghệ chuyển mạch quang.
Như vậy để cú thể đỏp ứng thời gian chuyển mạch của hệ thống OBS, chỉ cú cỏc hệ chuyển mạch bao gồm hệ quang õm acoustic-optic, hệ quang điện tớch hợp (sử dụng LiNbO3 hoặc InP) và hệ khuếch đại laser bỏn dẫn SOA.
b. Khả năng tỏi tạo và chuyển đổi bước súng
Ngoài hệ chuyển mạch quang, thành phần quan trọng khỏc trong hệ chuyển mạch OBS là bộ chuyển đổi bước súng. Một bộ chuyển đổi bước súng thực hiện
chuyển đổi dữ liệu từ một bước súng lối vào và cho một bước súng khỏc ở lối ra. Sử dụng cỏc bộ chuyển đổi bước súng khụng những giải quyết hiệu quả nghẽn mà cũn cho phộp quản lý mạng mềm dẻo và hiệu quả hơn đối với cỏc cơ chế chuyển mạch bảo vệ. Cỏc bộ chuyển đổi bước súng cú thể được sử dụng bao gồm:
Bộ chuyển đổi bước súng với bước súng lối vào và lối ra cố định,
Bộ chuyển đổi bước súng với bước súng lối vào thay đổi và lối ra cố định, Bộ chuyển đổi bước súng với bước súng lối vào cố định và lối ra thay đổi, Bộ chuyển đổi bước súng với bước súng lối vào thay đổi và lối ra thay
đổi.
Phụ thuộc vào cấu trỳc node mạng mà cỏc bộ chuyển đổi được yờu cầu. Dải chuyển đổi của cỏc bộ chuyển đổi cú thể trờn toàn dải bước súng sử dụng hoặc chỉ trong một nhúm cỏc bước súng nhất định. Một đặc điểm quan trọng đỏng chỳ ý khỏc đú là sự khụng đồng nhất về mức cụng suất thu, do cỏc tớn hiệu truyền trờn cỏc quóng đường và cỏc tớn hiệu sử dụng cỏc bộ khuếch đại EDFA là khỏc nhau. Cỏc tham số như mức cụng suất phỏt, tỉ số tớn trờn tạp SNR, độ lệch định thời, tỏn sắc sẽ khỏc nhau đối với cỏc tớn hiệu lối vào khỏc nhau.
Cú hai phương thức thực hiện chuyển đổi bước súng quang là: cỏc bộ chuyển đổi bước súng trong đú cú chuyển đổi O/E/O và bộ chuyển đổi bước súng hoàn toàn trờn miền quang. Cỏc bộ chuyển đổi bước súng trờn miền quang núi chung dựa trờn cỏc hiệu ứng như hiệu ứng điều chế chộo và hiệu ứng phi tuyến.
Bộ chuyển đổi bước súng sử dụng biến đổi O/E/O
Về nguyờn lý, phương phỏp này là đơn giản, rừ ràng và thụng dụng nhất. Tớn hiệu lối vào được thu, chuyển đổi và khuếch đại trong miền điện sau đú được đưa tới điều chế trờn một bộ phỏt quang với bước súng mong muốn. Cỏc bộ chuyển đổi ngày nay được tớch hợp mật độ cao. Nú bao gồm cỏc diode phỏt quang, photo diode và cỏc phần chuyển đổi quang điện, điện quang. Laser phỏt quang thường sử dụng là laser với bước súng phỏt khụng đổi nờn cỏc bộ chuyển đổi là cỏc bộ cú bước súng lối vào thay đổi và lối ra khụng đổi. Trường hợp bước súng laser phỏt cú thể điều chỉnh được sẽ cho ta bộ chuyển đổi với bước súng lối ra cú thể điều chỉnh được. Cỏc cấu trỳc của bộ thu và cỏc bộ điều chế
cho phộp lựa chọn cỏc phương thức điều chế (điều chế theo cường độ IM, khoỏ dịch pha vi phõn DPSK) tại phớa cỏc bộ phỏt và cỏc bộ thu. Cỏc bộ phỏt đỏp hiện nay cú giỏ thành thấp, cho phộp truyền tốc độ lờn tới 10 Gb/s.
Cỏc bộ chuyển đổi bước súng trờn miền quang
Tại cỏc bộ chuyển đổi này, tớn hiệu luụn tồn tại trờn miền quang trong suốt quỏ trỡnh chuyển đổi bước súng. So với cỏc bộ chuyển đổi bước súng cú sử dụng biến đổi quang điện thỡ cỏc bộ chuyển đổi bước súng trờn miền quang thực hiện ưu việt hơn đặc biệt là độ trễ nhỏ. Tuy nhiờn, giải phỏp cụng nghệ này hiện nay vẫn cũn đang được nghiờn cứu phỏt triển.
Chuyển đổi bước súng nhờ quỏ trỡnh khuếch đại chộo và điều chế pha trong cỏc bộ khuếch đại quang bỏn dẫn SOA.
Trong cỏc bộ chuyển đổi bước súng sử dụng điều chế cường độ, khi phỏt hiện tớn hiệu thụng tin lối vào sẽ cú tớn hiệu lối vào thứ hai được điều chế dựa trờn những thụng tin thu được này. Miền khuếch đại của cỏc bộ SOA được sử dụng để phỏt hiện tớn hiệu vào và đồng thời điều chế tớn hiệu lối ra. Cỏc bộ chuyển đổi này chỉ cú thể được sử dụng cho cỏc tớn hiệu điều chế cường độ, chỳng hoạt động dựa trờn đường cong phi tuyến SOA trong bộ chuyển đổi điều chế khuếch đại chộo (XGM) và hàm truyền phi tuyến trong cỏc bộ chuyển đổi điều chế pha chộo (XPM).
Bộ chuyển đổi bước súng điều chế chộo XGM. Chuyển đổi dựa trờn nguyờn lý điều chế khuếch đại chộo (XGM) trong cỏc bộ SOA đõy là kỹ thuật đơn giản nhất để thực hiện chuyển đổi bước súng trờn miền toàn quang. Nú dựa trờn sự bóo hồ khuếch đại khi cụng suất lối vào SOA tăng. Tớn hiệu thụng tin lối vào tại bước súng λin , và một tớn hiệu liờn tục λout , được đưa vào bộ SOA. Cỏc mức tớn hiệu λin cao sẽ giải phúng cỏc phần tử mang điện trong SOA dẫn tới bóo hồ khuếch đại và ngược lại. Theo đú, ỏnh sỏng liờn tục λout cú thể được khuếch đại hay khụng được khuếch đại. Như vậy thụng tin được chuyển từ bước súng λin sang bước súng λout với mức cụng suất bị đảo ngược so với λin (hỡnh 2.26). Cỏc bộ chuyển đổi cú thể cho phộp hai ỏnh sỏng λin và λout truyền trờn cựng một hướng hoặc ngược hướng. Băng thụng điều chế trong trường hợp cựng hướng sẽ yờu cầu lớn hơn so với trường hợp ngược hướng. Nhiễu nền đối với trường hợp ngược hướng sẽ lớn hơn so với trường hợp cựng
hướng. Nhược điểm của cỏc bộ chuyển đổi bước súng điều chế khuếch đại chộo là chất lượng tớn hiệu lối ra. Tớn hiệu ra bị đảo cực so với tớn hiệu vào, sẽ dẫn tới phải bổ xung cỏc thành phần chức năng để trả lại định dạng điều chế cũ. Một hạn chế khỏc của cỏc bộ chuyển đổi XGM là sự chuyển đổi phụ thuộc vào bước súng do sự khuếch đại là khỏc nhau đối với cỏc tần số (bước súng) khỏc nhau. Do kỹ thuật này thực hiện điều khiển trờn miền quang nờn yờu cầu mức cụng suất quang phải đủ lớn để đảm bảo hoạt động trong miền khuếch đại. Mức cụng suất quang cao cú thể dẫn tới tớn hiệu chuyển đổi thu được sẽ bị nhiễu ồn, nờn giảm khoảng cỏch truyền. Bởi vậy, cỏc bộ chuyển đổi XGM khụng thể sử dụng trong cỏc mạng quang.
Bộ chuyển đổi bước súng điều chế pha chộo XPM. Bộ chuyển đổi này hoạt động dựa trờn hiệu ứng điều chế pha chộo trong SOA. Để sử dụng điều chế chộo pha XPM, cỏc bộ SOA phải được đặt trong cấu trỳc một bộ giao thoa kế. Hai cấu trỳc thực hiện cỏc bộ chuyển đổi bước súng bao gồm IWC (Interferometric Wavelength Converter) và MI (Michelson Interferometer) được chỉ ra trong hỡnh 2.26 dưới đõy. Cấu trỳc bộ chuyển đổi IWC bao gồm cỏc bộ SOA được tớch hợp trong giao thoa kế Mach-Zehnder (M-Z), cũn bộ MI cũng bao gồm cỏc bộ SOA được tớch hợp trong giao thoa kế Michelson [5].