CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.6 NHẬN XÉT VỀ CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU CỦA CÁC TÁC GIẢ KHÁC VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN
1.6.1 Nhận xét về công trình nghiên cứu của các tác giả khác
Qua khảo sát và phân tích ở trên, nghiên cứu sinh nhận thấy vẫn còn những vấn đề tồn tại trong các nghiên cứu trước đây, cụ thể như sau:
a) Trong các chuyển mạch toàn quang cực nhanh (UF-OSW):
(i) Đối với UF-OSW sử dụng thành phần phi tuyến thụ động đòi hỏi công suất quang bơm vào lớn và cấu trúc không nhỏ gọn nên khả năng tích hợp không hiệu quả.
(ii) Đối với UF-OSW sử dụng thành phần phi tuyến tích cực:
Với UNI: phải yêu cầu chiều dài BRF lớn hơn 15m để tạo ra trễ thời gian giữa hai tín hiệu phân cực, do đó có khả năng tích hợp kém [87].
Với chuyển mạch TOAD: hiệu năng chuyển mạch của TOAD trong các ứng dụng tốc độ cực cao (> 100Gbit/s) bị hạn chế bởi vì mặt cắt cửa sổ chuyển mạch (SW- Switching Window) cố định và không đối xứng do vị trí SOA cố định và ảnh hưởng truyền ngược chiều kim đồng hồ giữa tín hiệu vào và tín hiệu điều khiển tương ứng trong SOA [96], [110].
Với chuyển mạch SMZ: mặc dù có cửa sổ chuyển mạch (SW) hẹp và đối xứng [8], [34], khả năng tích hợp tốt hơn, ổn định nhiệt độ và hoạt động với công suất điều khiển tương đối thấp (< 1pJ) [34], [106], nhưng xuyên âm dư còn tương đối cao và xung điều khiển sử dụng vẫn chưa hiệu quả.
b) Trong các giải pháp xử lí mào đầu gói trong miền điện:
Trong tất cả các dự án đã đề cập ở trên, do xử lí mào đầu gói trong miền điện sử dụng kỹ thuật khóa ON-OFF nên có nhiều hạn chế: Thời gian xử lí lâu (xấp xỉ 10
s) gây trễ lớn [86]. Để phù hợp với hoạt động của mạch tách mào đầu (O/E/O) nên tốc độ mào đầu gói thường nhỏ hơn rất nhiều so với tốc độ tải trọng. Do đó, giải pháp xử lý mào đầu gói trong miền điện chỉ phù hợp với mạng yêu cầu thông lượng không quá lớn.
c) Trong các giải pháp xử lí mào đầu gói trong miền quang:
(i) Xử lý mào đầu gói toàn quang tự định tuyến:
Do chiều dài của trường địa chỉ mào đầu gói phụ thuộc vào số chặng trên tuyến kết nối, nên đối với một mạng OPS khi số chặng tăng thì chiều dài của trường địa chỉ mào đầu gói cũng phải tăng tỉ lệ theo. Giải pháp xử lý này không phù hợp với các mạng có kích cỡ lớn. Ngoài ra, khi chiều dài của trường địa chỉ mào đầu tăng sẽ làm tăng thời gian tách các nhãn trong mào đầu và làm cho thời gian xử lý mào đầu tăng lên.
(ii) Xử lý mào đầu gói toàn quang dựa trên bộ tương quan quang bằng cách tử Bragg sợi quang (FBG):
Đối với giải pháp xử lý mào đầu dựa trên bộ tương quan quang bằng cách tử Bragg sợi quang (FBG) có hạn chế là khi chiều dài của địa chỉ mào đầu tăng lên, yêu cầu số lượng bộ tương quan cũng tăng theo hàm mũ nên làm cho cấu trúc khối xử lý mào đầu trở nên phức tạp hơn và thời gian xử lý yêu cầu cũng tăng lên.
(iii) Xử lý mào đầu gói toàn quang dựa trên bộ tương quan quang bằng các cổng logic XOR hoặc AND:
Hạn chế của giải pháp xử lý mào đầu gói toàn quang dựa trên bộ tương quan quang bằng các cổng logic XOR hoặc AND chính là ở khối nhận dạng địa chỉ: Khi chiều dài địa chỉ mào đầu tăng lên làm cho khối nhận dạng địa chỉ càng phức tạp do số lượng khối nhận dạng địa chỉ tăng theo hàm mũ (kích cỡ bảng định tuyến lớn). Khi đó sẽ làm tăng thời gian xử lý mào đầu.
d) Xử lý mào đầu gói toàn quang dựa trên kỹ thuật điều chế vị trí xung PPM:
Hạn chế của giải pháp xử lý mào đầu gói toàn quang dựa trên kỹ thuật tương quan mào đầu dựa vào điều chế vị trí xung PPM là chiều dài địa chỉ mào đầu trong bảng định tuyến vẫn còn lớn [22], [25]. Do đó, cấu trúc khối chuyển đổi địa chỉ PPM còn khá phức tạp ảnh hưởng đến thời gian tương quan quang.
1.6.2 Hướng nghiên cứu và bố cục của luận án
Trong luận án này chỉ tập trung nghiên cứu mạng chuyển mạch gói đồng bộ phân khe, do mạng chuyển mạch gói không đồng bộ khó được hiện thực hóa trong thực tế và khi hoạt động chuyển mạch gói khả năng xẩy ra tranh chấp lớn hơn so với
mạng chuyển mạch gói phân khe đồng bộ. Để nâng cao hiệu năng của mạng OPS, cần phải giảm thiểu thời gian xử lí gói tại các nút đến từ việc giảm thời gian xử lí mào đầu gói quang cũng như xây dựng các mô hình kiến trúc chuyển mạch quang cực nhanh để giảm thiểu thời gian chuyển mạch các gói quang.
Trên cở sở phân tích các hạn chế của các nghiên cứu liên quan trước đây, hướng nghiên cứu được đề xuất trong luận án này là (1) Phát triển chuyển mạch cực nhanh SMZ với coupler đầu ra không đối xứng và xung điều khiển công suất khác nhau ở hai nhánh nhằm cải thiện hiệu năng chuyển mạch, (2) Phát triển giải pháp xử lý mào đầu gói toàn quang dựa trên kỹ thuật điều chế vị trí xung sửa đổi (MPPM- Modified Pulse Position Modulation) nhằm giảm chiều dài các địa chỉ mào đầu trong bảng định tuyến và giảm thời gian xử lý mào đầu, (3) Xây dựng khối xử lý mào đầu toàn quang mới dựa trên kỹ thuật điều chế vị trí xung sửa đổi (MPPM) được sử dụng trong các nút chuyển mạch gói toàn quang (OPS) nhằm cải thiện hiệu quả sử dụng mạng, giảm xác suất mất gói tin và cải thiện tỉ số tín hiệu trên nhiễu quang.
Phần tử chuyển mạch quang cực nhanh đóng một vai trò rất quan trọng trong nghiên cứu và xây dựng các khối chức năng quang quan trọng trong các mạng toàn quang như: đồng bộ toàn quang, nhận dạng mào đầu, chuyển mạch quang, chuyển đổi bước sóng, ghép/tách quang... Đã có nhiều nghiên cứu được đề xuất về chuyển mạch toàn quang như: Gương vòng quang phi tuyến (NOLM) [31], [107], bộ ghép không đối xứng quang terahertz (TOAD) [64], [99], bộ giao thoa phi tuyến cực nhanh (UNI) [87], bộ giao thoa Mach-Zehnder đối xứng (SMZ) [60], [79], [114]. Tuy nhiên, để đáp ứng được yêu cầu đáp ứng nhanh, cửa sổ chuyển mạch hẹp, công suất điều khiển yêu cầu thấp thì cần phải nghiên cứu cải thiện thêm. Trong nội dung nghiên cứu (1) của luận án này, chuyển mạch SMZ với coupler đầu ra không đối xứng và xung điều khiển công suất khác nhau ở hai nhánh được đề xuất nhằm cải thiện thời gian chuyển mạch, giảm xuyên âm dư và cải thiện BER. Mô hình phân tích nhận được trong nội dung nghiên cứu này sẽ được sử dụng làm cơ sở cho nội dung nghiên cứu (3).
Hạn chế lớn nhất hiện nay của giải pháp xử lý mào đầu gói toàn quang là thời gian xử lý mào đầu. Để giảm thời gian xử lý mào đầu đòi hỏi phải sử dụng các chuyển mạch quang cực nhanh, kích cỡ của bảng định tuyến trong các nút OPS phải nhỏ và chiều dài các mẫu địa chỉ trong bảng định tuyến phải bé. Trong nhiều nghiên cứu được đề xuất đó xỏc định được thời gian xử lý mào đầu là 10às [86] (đối với giải pháp xử lý mào đầu trong miền điện) và vài trăm đến vài nghìn ps [22], [53], [58], [72] (đối với giải pháp xử lý mào đầu quang đã công bố). Do đó, nội dung nghiên cứu (2) trong luận án này, đề xuất giải pháp xử lý mào đầu gói toàn quang dựa trên kỹ thuật điều chế vị trí xung sửa đổi (MPPM) thông qua việc phát triển giải pháp xử lý mào đầu toàn quang dựa trên kỹ thuật điều chế vị trí xung (PPM). Việc phân tích dựa trên mô hình giải tích được thực hiện để làm cơ sở cho nội dung nghiên cứu (3).
Để đánh giá một cách đầy đủ về giải pháp cải thiện hiệu năng mạng chuyển mạch gói quang, dựa trên nội dung nghiên cứu (1) và (2) trong luận án này, xây dựng một khối xử lý mào đầu toàn quang mới dựa trên kỹ thuật điều chế vị trí xung sửa đổi (MPPM) được sử dụng để xây dựng nút chuyển mạch gói toàn quang (OPS) nhằm cải thiện hiệu quả sử dụng mạng, giảm tỷ lệ tổn thất gói tin và cải thiện tỉ số tín hiệu trên nhiễu quang. Hiệu năng của nút và mạng chuyển mạch gói OPS dựa trên giải pháp xử lý mào đầu toàn quang MPPM sẽ được phân tích, đánh giá và so sánh với các giải pháp xử lý mào đầu trong miền điện và miền quang đã công bố.