Các kiến trúc chuyển mạch định tuyến bƣớc sóng là các chuyển mạch mà cổng đầu ra đƣợc đánh dấu bởi bộ chuyển đổi bƣớc sóng ở đầu vào. Mỗi gói tin đều đƣợc nhận một bƣớc sóng tƣơng ứng với cổng đầu ra và đƣợc chuyển mạch theo bƣớc sóng.
2.4.2.1 Chuyển mạch định tuyến bước sóng đệm đầu ra
Kiến trúc chuyển mạch định tuyến bƣớc sóng đệm đầu ra đã đƣợc Gabriagues và Jacob nghiên cứu từ những năm 1992 , hình 2.47 mô tả kiến trúc này.
Bộ lọc thông giải qi 0
(K-1).T TWC
Điều khiển điện
1 1 Mã hoá gói Đệm gói Tách gói 1 1 K
Chuyển mạch này bao gồm ba khối chức năng quang là: khối mã hoá gói tin, khối tầng đệm và khối tách gói tin, các khối đều đƣợc điều khiển bằng điện. Khối mã hoá gói tin bao gồm N bộ chuyển đổi bƣớc sóng khả chỉnh TWC để chuyển đổi gói tin sang một bƣớc sóng tƣơng ứng với đầu ra yêu cầu. Tầng đệm là một ma trận chuyển mạch N xK cổng SOA và K đƣờng dây trễ quang, mỗi dây trễ thay đổi trong phạm vi từ 0 (K-1) thời hạn gói. Ma trận chuyển mạch hƣớng các gói tin mã hoá theo bƣớc sóng tới đƣờng dây trễ cần thiết theo kiểu các gói đã dành riêng cho đầu ra định trƣớc và rời chuyển mạch theo trật tự vào trƣớc ra trƣớc FIFO. Khối tách gói tin bao gồm một coupler sao K xN và một tập N bộ lọc thông dải. Coupler sao sẽ ghép tất cả các gói tin từ các đƣờng dây trễ khác nhau tới tất cả các cổng đầu ra. Bộ lọc sẽ chọn lọc các gói tin có bƣớc sóng tƣơng ứng với cổng đầu ra đó. Bộ điều khiển điện tử dùng để điều khiển các TWC và các chuyển mạch không gian. Do các gói đƣợc mã hoá theo bƣớc sóng từ 1 đến N nên K dây trễ có chức năng nhƣ các bộ đệm FIFO và có khả năng lƣu giữ K gói. Số lƣợng cổng SOA yêu cầu có mối quan hệ tỉ lệ với tích N x K nghĩa là tỉ lệ với kích cỡ chuyển mạch và kích cỡ bộ đệm.
Một dạng khác của chuyển mạch định tuyến bƣớc sóng là chuyển mạch gói quang mạng biên đã đƣợc thực hiện ở những năm đầu thập kỉ 90. Trung tâm của
chuyển mạch là một bộ ghép AWGM (Arrayed Waveguide Grating Multiplexer) có thể coi nhƣ một bộ định tuyến bƣớc sóng nhƣ trên hình 2.48.
Trƣờng chuyển mạch N xN đƣợc tạo ra nhờ sử dụng N bƣớc sóng để định tuyến các gói tin. Trong AWGM, mỗi gói tin sẽ đƣợc định tuyến theo cổng đầu vào và bƣớc sóng. Do đó, mỗi cổng đầu vào cần phải có một bƣớc sóng riêng biệt cho mỗi đầu ra. Ngoài ra, các gói tin hƣớng từ các đầu vào khác nhau tới cùng một đầu ra cần phải có bƣớc sóng khác nhau, ví dụ gói tin từ cổng đầu vào 1 tới cổng đầu ra 1 sẽ nhận bƣớc sóng 1, gói tin từ đầu vào 2 tới cổng đầu ra 1 sẽ nhận bƣớc sóng 2, gói tin từ đầu vào 1 tới đầu ra 2 sẽ nhận bƣớc sóng 3. Mỗi đầu vào và đầu ra có thể chứa một gói tin tại một thời điểm.
Trƣớc tiên, các gói tin sẽ đƣợc hƣớng tới các bộ chuyển đổi bƣớc sóng khả chỉnh TWC, sau đó đi qua AWGM và tới một trong các bộ đệm ghép quay vòng. TWC sẽ lựa chọn một bƣớc sóng thích hợp cho mọi gói tin và sau đó, AWGM định
Bộ định tuyến AWGM TWC TWC TWC Bộ đệm ghép quay vòng Bộ đệm ghép quay vòng Bộ đệm ghép quay vòng G 1 G 2 Couple r G2 G1 Khối m Couple r Khối 1 Đệm ghép quay vòng
Hình 2.48. Chuyển mạch gói quang mạng biên.
tuyến các gói tin tới đầu ra theo yêu cầu dựa trên bƣớc sóng đó. Do AW GM có thể đồng thời định tuyến một số gói tin tới cùng một đầu ra tại một thời điểm nên có thể xảy ra tranh chấp tại cổng đầu ra. Bộ đệm ghép quay vòng cần xác định trạng thái đó, nếu có tranh chấp, tất cả các gói tin trừ một gói đều đƣợc đệm.
Ý tƣởng dùng bộ ghép quay vòng trong chuyển mạch biên nhƣ sau : Mỗi bộ đệm bao gồm một mạch lặp bằng sợi quang, hai chuyển mạch cổng SOA và một coupler 3 dB. Cổng SOA thứ nhất sẽ xác định có luồng gói tin nào cần tới mạch lặp không, còn SOA thứ hai sẽ xác định có luồng gói tin nào trên mạch lặp chuyển trực tiếp tới đầu ra, hay bị trễ ngay thời điểm đó không. Các luồng gói tin đến bao gồm các gói tin tại cùng một khe thời gian, sẽ đƣợc chuyển tới mạch lặp rỗi gần đầu ra nhất có thể. Nếu các bộ đệm trống hoàn toàn, thì các tín hiệu sẽ đƣợc sao chép tới các bộ lọc thông dải tại cổng đầu ra. Tất cả các bộ lọc bƣớc sóng thông dải đều chỉ chọn một gói tin, còn các gói tin khác đều bị loại bỏ. Trong khe thời gian tiếp theo, luồng gói tin ở mạch lặp gần bộ lựa chọn bƣớc sóng nhất sẽ đƣợc sao chép tới bộ lựa chọn bƣớc sóng một lần nữa. Khi tất cả các gói tin trong mạch lặp gần bộ lựa chọn nhất đã đƣợc chuyển ra ngoài, thì luồng gói tin trên mỗi mạch lặp lại đƣợc sao chép tới mạch lặp tiếp theo. Ví dụ, tại mọi khe thời gian, luồng gói tin từ mỗi mạch lặp thứ i sẽ đƣợc chuyển tới mạch lặp thứ (i-1) khi và chỉ khi tất cả các gói tin trong mạch lặp thứ i đã đƣợc chuyển tiếp. Bộ điều khiển điện sẽ tính toán khi nào gói tin từ mạch lặp một đƣợc chuyển tiếp và tín hiệu từ các mạch lặp khác đƣợc chuyển tới mạch lặp quay vòng tiếp theo.
2.4.2.2 Chuyển mạch định tuyến bước sóng đệm đầu vào
Các kiến trúc chuyển mạch ở trên là chuyển mạch đệm đầu ra, chuyển mạch đƣợc thực hiện trƣớc khi đệm. Chuyển mạch định tuyến bƣớc sóng đệm đầu vào đƣợc giới thiệu ở hình 2.49.
Trƣớc tiên, các gói tin sẽ đƣợc đệm bộ lập lịch gói tin. Mỗi gói tin sẽ nhận một bƣớc sóng theo yêu cầu và đƣợc đệm trong bộ đệm định tuyến bƣớc sóng. Bộ đệm bao gồm hai khối ghép AWGM kết nối thông qua các đƣờng dây trễ. Khối AWGM
thứ nhất sẽ định tuyến gói tin tới đƣờng dây trễ yêu cầu dựa trên bƣớc sóng và cổng đầu vào của gói tin. Chỉ một gói đƣợc định hƣớng tới đầu ra cho trƣớc của AWGM trong khối định tuyến. Tắc nghẽn gói đƣợc ngăn chặn nhờ lập lịch gói theo cách thức mỗi gói đƣợc chỉ định một thời gian trễ tối thiểu tuỳ thuộc vào hai điều kiện trong khe thời gian bất kỳ:
- Không nhiều hơn một gói đƣợc gán địa chỉ cho một đầu ra cho
trƣớc của khối định tuyến.
- Chỉ một gói có thể xuất hiện tại đầu vào bất kỳ của khối định
tuyến.
Khối AWGM thứ hai sẽ hƣớng gói tin tới đầu ra có cùng chỉ số với chỉ số cổng đầu vào của gói tin. Sau đó, khối định tuyến bƣớc sóng kiểm tra bƣớc sóng của gói tin, tiếp theo AWGM sẽ gửi gói tin tới cổng đầu ra tƣơng ứng với bƣớc sóng của gói tin đó.
Do không sử dụng coupler và chuyển mạch không gian nên chuyển mạch gói quang này có suy hao công suất thấp và phụ thuộc vào kích cỡ chuyển mạch. Thực nghiệm chứng tỏ rằng chuyển mạch định tuyến đệm đầu vào có thể thực hiện tính năng trễ – thông qua tốt hơn chuyển mạch định tuyến đệm đầu ra và có xác suất tổn thất gói thấp. T (M-1)T K x K A W G M TWC TWC TWC K x K A W G M N x N A W G M TWC TWC TWC
Khối điều khiển điện
Hình 2.49. Chuyển mạch định tuyến đệm đầu vào
Lập lịch gói Định tuyến gói
1 0 N-1 1 0 N T (M-1)T 0