SGDBR tớch hợp đơn khối; (b) Laser với khoang cộng hưởng ngoài (ECL).
Cỏc laser ECL, như trờn hỡnh 2.23 (b) sử dụng một đế laser chuẩn và một hoặc hai gương bờn ngoài để phản chiếu ỏnh sỏng trở lại khoang cộng hưởng. Để điều chỉnh bước súng lối ra, người ta sử dụng một hệ cỏch tử hoặc một hệ
cỏc gương nhỏ cú thể điều chỉnh theo yờu cầu để tạo ra bước súng mong muốn. Thực tế cỏc laser ECL sử dụng cỏc hệ cỏch tử nhiễu xạ và cỏc hệ phản xạ cú thể di chuyển được, sử dụng một hệ cỏch tử Bragg (SFBG) hoặc tớch hợp một mảng khuếch đại với một phần tử lựa chọn bước súng giống như bộ định tuyến AWG. Đối với cỏc laser khoang cộng hưởng ngoài SFBG, bước súng phỏt ra cú thể được điều chỉnh rất đơn giản, bằng cỏch thay đổi giỏ trị dũng điện. Cỏc laser ECL cú những đặc tớnh vượt trội như dải điều chỉnh rộng, mức cụng suất phỏt và độ đơn sắc của ỏnh sỏng phỏt cao, song vấn đề ở chỗ là độ tin cậy và tốc độ điều chỉnh thấp.
b. Bộ thu hoạt động chế độ thu chựm dữ liệu
Để thu nhận chựm dữ liệu tới, node biờn cần phải sử dụng cỏc bộ thu hoạt động chế độ chựm thay vỡ cỏc bộ thu thụng thường. Chỳng phải khụi phục lại tớn hiệu đồng hồ từ một phần nhỏ của chựm dữ liệu, và cần phải cú khả năng bự phần cụng suất thăng giỏng do cỏc đường truyền khỏc nhau. Ngày nay cỏc bộ thu chế độ chựm dữ liệu đó cú thể hoạt động với tốc độ thu cao (từ 10 Gbps đến 40 Gbps). Cỏc bộ thu hoạt động chế độ thu chựm dữ liệu phải cú khả năng đỏp ứng được: cỏc định dạng, độ dài, mức cụng suất khỏc nhau của cỏc chựm dữ liệu và sự thay đổi về khoảng cỏch giữa cỏc chựm dữ liệu.
c. Bộ khuếch đại quang sợi
Mạng thụng tin quang ngày nay sử dụng phổ biến cỏc bộ khuếch đại sợi quang pha tạp nguyờn tố đất hiếm Erbium (EDFA) để bự lại phần cụng suất suy hao trờn đường truyền. Cỏc bộ EDFA hoạt động trong miền bóo hồ khuếch đại. Khi cụng suất lối vào tăng, hệ số khuếch đại của cỏc bộ EDFA sẽ giảm do cỏc bức xạ kớch thớch tăng. Khi ở miền bóo hồ, cụng suất tớn hiệu lối ra là ổn định và độc lập với cụng suất lối vào. Ánh sỏng được điều chế theo cường độ ở tốc độ dữ liệu cao sẽ được cỏc bộ khuếch đại phỏt ra với mức cụng suất ổn định. Do đú, cỏc bộ EDFA với nhiều tớn hiệu WDM lối vào cú thể bỏ qua xuyờn õm giữa cỏc bit. Vấn đề sẽ hoàn toàn khỏc nếu cỏc bộ EDFA được sử dụng trong mạng OBS như là cỏc bộ khuếch đại đường hay cỏc bộ khuếch đại vào/ra của cỏc node mạng lừi. Mạng OBS khụng chỉ cỏc kờnh trong sợi thay đổi ngẫu nhiờn giống như chuyển mạch bước súng động mà cụng suất mỗi kờnh đơn cũn cú thể khụng là hằng số. Nú thay đổi theo tỷ lệ thời gian tương ứng với độ dài chựm dữ liệu và khoảng trống giữa cỏc chựm dữ liệu. Tớn hiệu quang được phỏt qua một chuỗi
cỏc bộ EDFA cho phộp thực hiện thay đổi động hệ số khuếch đại theo sự thay đổi cụng suất tớn hiệu lối vào. Sự thay đổi hệ số khuếch đại trờn băng tần khuếch đại sẽ đỏp ứng sự thay đổi hệ số khuếch đại và tỉ số tớn trờn tạp (SNR) của cỏc kờnh trong miền quang. Cỏc bộ EDFA với hệ số khuếch đại, cụng suất lối ra cú thể điều khiển là cần thiết để tối ưu tỉ số SNR và quản lý cỏc hiệu ứng, tương tỏc phi tuyến. Do yờu cầu thời gian đỏp ứng nhanh nờn việc điều khiển khuếch đại nhanh cũng là một trong những vấn đề thiết yếu trong cỏc mạng WDM sử dụng nhiều tầng khuếch đại EDFA. Đặc biệt trong cỏc mạng OBS, sự ổn định hệ số khuếch đại của cỏc bộ EDFA yờu cầu thời gian đỏp ứng cỡ μs [5].
Trong cỏc mạng OBS, ổn định hệ số khuếch đại cỏc bộ EDFA nhanh là một trong những yờu cầu quan trọng. Cú hai phương phỏp cơ bản để ổn định hệ số khuếch đại của cỏc bộ khuếch đại đú là phương phỏp ổn định bằng cỏch điều chỉnh cụng suất tớn hiệu bơm và điều chỉnh bằng cỏch sử dụng thờm một tớn hiệu trong cựng băng khuếch đại.
Điều khiển khuếch đại bằng cỏch điều chỉnh cụng suất tớn hiệu bơm. Việc điều khiển cụng suất tớn hiệu bơm cú thể dựa trờn tớn hiệu tới hoặc tớn hiệu thụng qua vũng lặp phản hồi. Trong lược đồ sử dụng tớn hiệu tới để điều chỉnh cụng suất tớn hiệu bơm, cần thiết phải tiến hành đo cụng suất tớn hiệu lối vào. Cụng suất bơm sẽ được điều chỉnh để đảm bảo hệ số khuếch đại khụng đổi sử dụng cụng suất tớn hiệu lối vào và dựa trờn đặc trưng tĩnh của bộ khuếch đại. Trờn hỡnh 2.23 (a) chỉ ra sơ đồ bộ khuếch đại EDFA cú thể điều khiển được hệ số khuếch đại. Tớn hiệu lối vào được tỏch ra một phần nhỏ để đưa tới một mạch điều khiển cụng suất bơm. Dựa trờn cụng suất tớn hiệu lối vào, mạch này sẽ điều chỉnh cụng suất bơm sao cho tớn hiệu khuếch đại lối ra là hằng số. Nhược điểm của lược đồ này là phần cứng phức tạp, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như đặc trưng của bộ khuếch đại, điều kiện mụi trường.
Hỡnh 2.24 Điều khiển khuếch đại bằng phương phỏp điều chỉnh cụng suất bơm. (a) dựa trờn tớn hiệu tới (b) dựa trờn tớn hiệu qua vũng lặp phản hồi.
Đối với lược đồ điều khiển khuếch đại sử dụng vũng lặp phản hồi (hỡnh 2.24 b), hệ số khuếch đại hoặc một số thụng số tỉ lệ sẽ được đo liờn tục và cụng suất bơm sẽ được điều chỉnh cho giỏ trị lối ra mong muốn dựa trờn giỏ trị đo được này. Hệ thực thi trờn hỡnh 2.24 (b) bao gồm một bộ EDFA với bước súng bơm 980 nm và sử dụng một tớn hiệu dũ probe đưa tới lối vào của bộ khuếch đại và được đo tại lối ra. Tớn hiệu dũ probe yờu cầu nằm ngoài cửa sổ của tớn hiệu truyền dẫn WDM. Cỏc phộp xử lý được thực hiện trờn tớn hiệu này và dựa trờn kết quả thu được để điều khiển tớn hiệu bơm đảm bảo ổn định khuếch đại trong cỏc bộ EDFA.
Một phương phỏp ổn định cỏc bộ EDFA thứ hai là sử dụng thờm một tớn hiệu quang nằm trong dải khuếch đại của bộ EDFA để điều khiển mức độ bóo hồ, do đú sẽ điều chỉnh được bộ khuếch đại. Để điều khiển được cụng suất kờnh tớn hiệu điều khiển phụ trợ này cú thể đạt được bằng cỏch điều khiển dũng điện như đó trỡnh bày ở trờn hoặc bằng cỏch sử dụng một tớn hiệu điều khiển phản hồi để thiết lập mức cụng suất tớn hiệu điều khiển phụ trợ tương ứng thay đổi theo mức cụng suất tớn hiệu lối vào. Tớn hiệu phản hồi cú thể thực thi trờn miền điện hoặc trờn miền tồn quang như đó được trỡnh bày trong phần trước. Nếu khuếch đại đối với kờnh tớn hiệu điều khiển phụ trợ bằng khuếch đại tớn hiệu dữ liệu thỡ phương phỏp điều khiển này sẽ giữ mức cụng suất tớn hiệu quang lối vào luụn là hằng số. Trong trường hợp đú, phương phỏp này cú thể được sử dụng để ổn định toàn bộ cỏc tầng khuếch đại trờn tuyến truyền dẫn.
Trong hệ chuyển mạch chựm quang, đặc tớnh động của cỏc bộ EDFA đó được nghiờn cứu chi tiết. Cỏc thớ nghiệm và mụ hỡnh mụ phỏng sử dụng để tớnh toỏn cỏc đỏp ứng tức thời cỏc bộ EDFA đó được thực hiện đối với một bộ EDFA đơn cũng như cỏc bộ nối tầng EDFA [5].
2.4.2. Một số giải phỏp chống xung đột trong node mạng lừi OBS
Khi cỏc gúi IP được liờn kết hợp thành cỏc chựm dữ liệu tại node mạng biờn, chỳng sẽ được truyền vào mạng OBS đi qua cỏc node mạng lừi OBS để tới đớch. Như ta đó biết chức năng chớnh của một node mạng lừi OBS là thực hiện chuyển mạch, chuyển tiếp cỏc chựm dữ liệu quang nhanh và đảm bảo mất dữ liệu là nhỏ nhất khi cú tắc nghẽn xảy ra. Cỏc tỡnh huống nghẽn trong mạng OBS
cú thể được giải quyết tại lớp quang trong một hoặc kết hợp cỏc miền gồm: miền khụng gian, thời gian và bước súng.
Miền bước súng – cụng nghệ truyền dẫn WDM sử dụng kỹ thuật chuyển đổi bước súng.
Trong miền bước súng, cụng nghệ WDM khụng chỉ tăng dung lượng truyền mà nú cũn cú thể giải quyết hiệu quả vấn đề tắc nghẽn. Nếu cỏc bộ chuyển đổi bước súng được thực hiện thỡ tất cả cỏc bước súng truyền trong sợi đều cú thể được sử dụng cho cỏc chựm dữ liệu. Về mặt lý thuyết, chỳng ta cú thể thấy rằng một tập gồm k kờnh truyền song song (mỗi kờnh cú
dung năng c) sẽ cú xỏc suất nghẽn thấp hơn khi truyền một kờnh dung năng
k.c. Với mạng OBS trờn nền hệ thống WDM, tỉ lệ mất chựm dữ liệu trong
trường hợp sợi truyền M kờnh bước súng tốc độ b sẽ thấp hơn so với sợi
truyền một bước súng tốc độ M.b. Giả sử hệ thống cú khả năng chuyển đổi từ một bước súng sang một bước súng truyền dẫn khỏc, khi đú cỏc chựm dữ liệu cú thể được truyền trờn một bước súng bất kỳ trờn sợi lối ra. Xung đột giữa cỏc chựm dữ liệu trờn cựng một lối ra cú thể được giải quyết bằng cỏch sử dụng một bước súng chưa sử dụng khỏc. Do đú vấn đề nghẽn đó được giải quyết hiệu quả mà khụng gõy mất, lưu trữ và sắp xếp lại cỏc chựm dữ liệu. Chớnh vỡ vậy, cỏc bộ chuyển đổi bước súng là một phần cần thiết, quan trọng trong cỏc mạng chuyển mạch chựm quang.
Miền thời gian - bộ đệm quang sợi FDL và sự phõn đoạn chựm dữ liệu. Dõy trễ quang sợi FDL cú thể thực hiện đệm tương tự như cỏc bộ đệm truy nhập ngẫu nhiờn trong miền điện. Một chựm dữ liệu cú thể được trễ trong trường hợp nghẽn nhờ sử dụng cỏc bộ trễ FDL với độ dài cho trước. Cỏc bộ đệm FDL cú thể cú cấu trỳc thực thi một tầng hay nhiều tầng. Trong mạng OBS cỏc bộ đệm cú thể khụng sử dụng hoặc sử dụng một tầng đơn giản hơn so với trong hệ thống OPS. Ngoài ra, cỏc hệ thống sử dụng cỏc bộ trễ quang vẫn phải sử dụng kốm theo nú là cỏc bộ chuyển đổi bước súng. Cú hai hỡnh thức sử dụng đệm quang trong hệ thống cỏc node mạng lừi:
Bộ đệm FDL khụng phản hồi, trong trường hợp này một chựm dữ liệu đi ra khỏi bộ đệm sẽ đi thẳng tới một cổng lối ra của node mạng lừi OBS;
Bộ đệm FDL phản hồi, khi chựm dữ liệu đi ra khỏi bộ đệm FDL cũng đi tới lối ra của node mạng lừi OBS và được phản hồi trở lại lối vào tầng chuyển mạch khụng gian sau đú được chuyển tới lối ra yờu cầu hoặc tới bộ trễ nếu cần thiết.
Do thực tế cỏc bộ FDL thực hiện đệm dựa trờn nguyờn lý trễ lan truyền của tớn hiệu trong sợi nờn chỳng cú nhiều hạn chế so với cỏc bộ đệm RAM trong miền điện. Để thực thi một bộ đệm quang dung lượng lớn sẽ cần nhiều sợi trễ, dẫn tới suy hao tớn hiệu. Nếu sử dụng cỏc bộ khuếch đại, cú thể bự lại được suy hao này nhưng một điều khụng thể trỏnh đú là sẽ khuếch đại cả tớn hiệu nhiễu. Phụ thuộc vào cấu trỳc mạng, vớ dụ như mức độ suy giảm tớn hiệu trong mạng sẽ giới hạn kớch thước, số node mạng. Hơn nữa kể cả trong trường hợp sử dụng cỏc bộ đệm cũng khụng thể giảm đỏng kể xỏc suất mất dữ liệu. Để giải quyết vấn đề xung đột nghẽn mạng, trong OBS sử dụng cỏc bộ đệm quang người ta cũn sử dụng kết hợp cỏc bộ chuyển đổi bước súng [6].
Một kỹ thuật khỏc để giải quyết vấn đề nghẽn dựa trờn miền thời gian là kỹ thuật phõn đoạn, chia nhỏ chựm dữ liệu thành cỏc đoạn khỏc nhau. Ở đõy một chựm dữ liệu được chia thành cỏc đoạn dữ liệu độc lập với nhau. Trong trường hợp nghẽn, một số đoạn của chựm dữ liệu cú thể bị rớt hoặc được chuyển hướng truyền khỏc nghĩa là một phần dữ liệu của chựm được truyền đi tới cỏc node kế tiếp. Phần dữ liệu bị mất cú thể là phần đầu hoặc cuối của chựm dữ liệu. Trường hợp mất phần đầu của chựm dữ liệu, cần phải bự thờm một độ trễ nhất định giữa tiờu đề và thời điểm bắt đầu của chựm dữ liệu. Trong trường hợp mất phần cuối của chựm dữ liệu, thỡ vấn đề là phải thực hiện truyền bổ xung thờm thụng tin tương ứng với phần đầu của chựm dữ liệu đó được truyền đi. Để truyền chựm dữ liệu này, chỳng ta thực hiện quỏ trỡnh truyền thụng tương tụ như truyền một chựm dữ liệu nhưng cú độ dài nhỏ hơn. Nhược điểm của kỹ thuật giải quyết nghẽn này là xuất hiện hai phần dữ liệu mào đầu bao gồm phần thờm vào cho mỗi đoạn dữ liệu và tiờu đề bào hiệu trong cỏc node mạng lừi OBS. Độ phức tạp xử lý trong cỏc node lừi tăng khi node xỏc định xử lý cỏc tỡnh huống nghẽn mạng trờn cỏc kờnh dữ liệu. Thực hiện phõn đoạn chựm dữ liệu là một giải
phỏp sẽ rất khú khăn đối với mạng OBS vỡ khi đú đoạn dữ liệu ngắn đi, tốc độ chuyển mạch yờu cầu nhanh hơn.
Miền khụng gian- định tuyến bước súng.
Trong cỏc mạng cú quy mụ lớn, cỏc trường hợp nghẽn mạng cú thể giải quyết trong miền khụng gian, định tuyến bước súng. Nếu xảy ra nghẽn trờn một sợi lối ra, chựm dữ liệu sẽ được định tuyến trờn một lối ra khỏc cũn trống và cũng cú thể đi qua cỏc node trung gian khỏc để tới đớch. Cú hai kỹ thuật định tuyến lại trong trường hợp nghẽn đú là định tuyến theo thuật toỏn nhất định và định tuyến ngẫu nhiờn. Đối với trường hợp định tuyến theo thuật toỏn, cỏc chựm dữ liệu quang sẽ được phỏt đi trờn cỏc cổng lối ra theo thuật toỏn định tuyến được tớnh toỏn sẵn trước đú. Nếu cỏc cổng được tớnh tương ứng đang phục vụ kờnh truyền khỏc thỡ chựm dữ liệu sẽ bị loại bỏ, mất dữ liệu. Nhược điểm của phương phỏp này là xỏc suất mất dữ liệu tại cỏc node biờn cao. Do nú khụng cú cơ chế biến đổi linh hoạt, nờn nếu một chựm dữ liệu thấy cổng lối ra bận thỡ chựm dữ liệu sẽ bị rớt, mất dữ liệu. Đối với định tuyến ngẫu nhiờn, chựm dữ liệu quang sẽ được phỏt trờn một cổng chọn ngẫu nhiờn lối ra. Nếu cỏc node lừi OBS cú cựng số cổng lối vào, ra thỡ phương phỏp này sẽ khụng gõy nghẽn, bởi vỡ chựm dữ liệu luụn tỡm thấy ớt nhất một cổng chưa sử dụng lối ra. Trường hợp node khụng cú khả năng khắc phục, ta cú thể định tuyến lại lưu lượng sang node kế cận. Tuy nhiờn, biện phỏp này phụ thuộc vào khả năng đỏp ứng của mạng, lưu lượng và kế hoạch định tuyến. Tham số quan trọng nhất trong trường hợp này là tham số chỉ thị khả năng kết nối cỏc chựm quang hay cũn gọi là khả năng mạng được tớnh bằng số liờn kết trung bỡnh mỗi node. Cụ thể nú chớnh là hai lần tỉ số giữa số liờn kết với tổng số node trong mạng. Với cỏc mạng lớn, cú thể xảy ra trường hợp cỏc chựm dữ liệu tới đớch khụng theo thứ tự yờu cầu và độ trễ lớn. Hơn nữa, kỹ thuật này cũn phụ thuộc vào khả năng nối tầng cỏc node mạng lừi OBS.
Để thực thi cỏc kỹ thuật giải quyết vấn đề nghẽn mạng tại cỏc node mạng lừi thỡ ta phải quan tõm đến cả khớa cạnh cụng nghệ và đặc tớnh lưu lượng. Về khớa cạnh lưu lượng, một tham số quan trọng đú là tỉ lệ mất chựm dữ liệu. Để giữ tỉ lệ mất chựm dữ liệu ở mức thấp cú thể, cú rất nhiều kỹ thuật kết hợp được sử dụng như kết hợp tối ưu giữa bộ chuyển đổi bước súng và cỏc bộ đệm trễ
quang sợi, hoặc sử dụng nối nhiều tầng cỏc bộ đệm trễ quang sợi… Tuy nhiờn