a. Phõn hoặc ghộp kờnh theo thời gian
Phõn hay ghộp kờnh theo thời gian được thực hiện bằng điện tử sử dụng cỏc kiểu khỏc nhau của mạch đồng hồ, cỏc phần tử cất giữ và logic cú liờn quan dựa trờn cụng nghệ transistor Silicon (Si). Để thực hiện cỏc hoạt động này, việc đồng bộ là cần thiết. Cỏc hoạt động cất giữ và logic cú liờn quan cần thiết tạo nờn TDM đồng bộ khú thực hiện bằng quang vỡ thiếu bộ nhớ quang cú thể chấp nhận được. Tuy nhiờn việc ghộp và phõn kờnh của cỏc luồng quang đồng bộ cú thể được thực hiện miễn là cỏc xung ngắn hơn cỏc khe bit. Bởi vậy, ghộp kờnh cú thể đạt được nhờ việc kết hợp thụ động cỏc luồng bit trong cỏc bộ nối quang. Việc phõn kờnh bằng quang của cỏc luồng bit đồng bộ cần sử dụng một số cụng nghệ khỏc, vớ dụ sử dụng cỏc gương lặp phi tuyến.
b.Đệm và đồng bộ
Đõy cú lẽ là lĩnh vực khú khăn nhất cho việc triển khai photonic, và nhược điểm cơ bản của photonic là khụng cú phần tử logic quang như transistor
điện tử. Đối với việc đệm thỡ đường trễ cỏp quang là phần tử thường được sử dụng. Tuy nhiờn, cỏc thiết bị này gặp khú khăn trong trong khi cạnh tranh với cỏc thiết bị điện tử cú liờn quan đến tốc độ, năng lượng chuyển mạch và tiờu thụ nguồn. Việc đồng bộ là tương tự với việc đệm về phương diện trễ cú liờn quan tuy ngắn hơn.
c. Phõn và ghộp kờnh phõn chia theo bước súng (WDM)
Thụng thường trong tuyến thụng tin quang điểm nối điểm, mỗi một sợi dẫn quang cho một tia laser với một bước súng ỏnh sỏng truyền qua, tại đầu thu, bộ tỏch súng quang tương ứng sẽ nhận tớn hiệu từ sợi này. Mỗi một súng laser này mang một số tớn hiệu điện với một phổ nhất định. Từ những năm 1980, cụng nghệ sợi quang cú nhiều tiến bộ nờn phương thức ghộp kờnh quang theo bước súng được ứng dụng trong mạng viễn thụng đường trục và quốc tế. Ở đõy, WDM cho phộp ta tăng dung lượng kờnh mà khụng cần tăng tốc độ bit của đường truyền và cũng khụng dựng thờm sợi dẫn quang.
Hơn nữa, ghộp theo WDM khụng chỉ giảm bớt ảnh hưởng của tỏn sắc mà cũn chống được tổn hao do phõn cực. Cỏc hệ thống thụng tin quang hiện đại cú sử dụng bộ khuếch đại quang để ghộp nhiều kờnh theo WDM. Nếu với lưu lượng là 2,5Gbit/s, ghộp theo WDM từ 8 đến 16 luồng thỡ ta thực hiện được một đường thụng tin quang với lưu lượng là 20Gbit/s đến 40Gbit/s trờn một sợi đơn mode mà vẫn dựng lại được cỏc thiết bị ghộp kờnh và phõn kờnh hiện cú. Núi một cỏch khỏc, WDM cho phộp tăng tớch số lưu lượng nhõn với cự ly trờn một sợi quang.
Cụng nghệ phõn chia theo bước súng cho chuyển mạch hầu hết cú thể ỏp dụng cho cỏc ứng dụng kết nối chộo (vỡ nú trỏnh được vấn đề đồng bộ). Việc sử dụng WDM hoạt động với chuyển đổi bước súng quang-điện tử, trong kiểu kết nối chộo của ứng dụng được đưa ra để tăng dung lượng cũng như tớnh linh hoạt của mạng
d. Chuyển mạch khụng gian
Ban đầu, việc nghiờn cứu về chuyển mạch quang chủ yếu là ở chuyển mạch kờnh phõn chia theo khụng gian với cơ sở phương tiện là tốt nhất, chủ yếu cú dạng cỏc dóy chuyển mạch lithium niobate (LiNbO3). Đõy là loại chuyển mạch quan trọng nhất và cú hai loại cấu hỡnh. Loại thứ nhất cú cổng ra được lựa chọn trực tiếp và về nguyờn tắc khụng cú suy hao chuyển mạch. Cổng ra được lựa chọn nhờ điều khiển chiết xuất của ống dẫn súng. Chiết xuất thay đổi nhờ dũng phun, nhờ điện trường ngoài và nhờ nhiệt. Loại thứ hai cú tớn hiệu vào được phõn chia đều cho cỏc cổng ra và cỏc thiết bị cổng lựa chọn cổng ra theo yờu cầu. Trong trường hợp này, cụng suất tớn hiệu phõn chia cho cỏc tuyến khụng lựa chọn và cú suy hao chuyển mạch. Tuy nhiờn nú cú khả năng nối cỏc tuyến ra đồng thời. Bộ khuếch đại quang bỏn dẫn và bộ điều chế hấp thụ cú thể được sử dụng làm thiết bị cổng. Bộ khuếch đại quang bự lại suy hao của ống dẫn súng bỏn dẫn và suy hao
chuyển mạch. Cỏc đặc tớnh của cỏc hệ thống chuyển mạch này, hoặc là dựa trờn việc đúng mở cổng của cỏc bộ khuếch đại quang hoặc thay đổi chiết xuất nhiều hơn
Cỏc hệ thống chuyển mạch này được sử dụng trong hệ thống kết nối chộo. Giới hạn về số lượng cỏc cổng cho một hệ thống chuyển mạch đơn chip do kớch thước của chip vật lý sẵn cú và độ dài tương đối lớn của cỏc phần tử chuyển mạch.
2. Sắp xếp cỏc vị trớ và vấn đề truyền thụng suốt trờn mạnga. Kết nối chộo quang a. Kết nối chộo quang
Cỏc kết nối chộo quang là nơi mà hệ thống chuyển mạch định tuyến cỏc luồng dữ liệu cú độ rộng băng rất cao nhưng chỉ được lấy lại cấu hỡnh ở tốc độ phự hợp với cỏc thay đổi tải và cỏc lỗi trờn toàn mạng.
Hỡnh dưới đõy minh họa một lớp quang cú thể tạo nờn sự mở rộng tới lớp truyền tải và cho phộp tăng dung lượng cũng như tớnh linh hoạt nhờ việc sử dụng nhiều hệ thống chuyển mạch khụng gian và nỳt liờn kết chộo. Nỳt bao gồm một lớp quang và một lớp điện tử. Lớp điện tử được sử dụng cho chuyển mạch cỏc hạt điện tử hay để giải quyết việc tranh chấp bước súng. Mỗi một trong ba cỏp quang đi đến mang 4 bước súng . Cỏc tớn hiệu quang được khuếch đại, phõn tỏch nhờ cỏc bộ tỏch cụng suất và được mang tới cỏc bộ lọc lựa chọn cỏc bước súng. Cỏc kờnh bước súng sau đú được định tuyến trong hệ thống chuyển mạch khụng gian hoặc tới cỏc bộ kết hợp quang lối ra, nơi mà chỳng được hợp nhất với cỏc kờnh bước súng khỏc cho việc khuếch đại kế tiếp trong cỏc bộ khuếch đại sợi quang, hoặc tới lớp điện tử. Ngược lại, nỳt cú thể xen lưu lượng từ 3 bộ phỏt tớn hiệu bao gồm cỏc laser bước súng cú thể điều chỉnh được
Cỏc module giỏm sỏt Cỏc bộ lọc Bộ cõn bằng
khuếch đại quang Bộ tỏch quang
Hệ thống chuyển mạch khụng gian
Bộ kết hợp
Hỡnh 4.1: Nỳt kết nối quang để quản lý lưu lượng
Bởi vỡ khuếch đại luụn kết hợp với ồn nhiễu, mạng sẽ giảm bớt số nỳt cú thể đi qua trước khi tới mụi trường điện tử. Ồn nhiễu từ cỏc bộ khuếch đại quang, độ bóo hũa khuếch đại là cỏc nhõn tố hạn chế cần được quan tõm. Xuyờn õm khi sắp xếp mạng quang cũng cần phải lưu ý. Khuếch đại quang cú tỏc dụng bự cỏc tổn hao và bởi vậy gia tăng dung lượng truyền dẫn lờn rất nhiều. Bờn cạnh đú, nhiễu lại hạn chế dung lượng. Xuyờn õm giữa cỏc kờnh bước súng là một nhõn tố hạn chế khỏc.
b. Khả năng truyền thụng suốt trờn mạng
Lý do lớn nhất cho việc phỏt triển cỏc mạng toàn quang là khả năng truyền thụng suốt. Dựa vào một kờnh quang, khỏch hàng cú thể tự do quyết định lựa chọn dạng mó gỡ và tốc độ nào. Điều này rừ ràng dành cho cỏc mạng phõn chia theo khụng gian và bước súng. Mạng TDM truyền thụng suốt với khả năng phương phỏp mó và tốc độ bit khỏc nhau được sử dụng cho mỗi khe trong một khung.
Việc truyền thụng suốt theo nguyờn tắc cú thể khụng đỳng trong thực tế. Một mạng đó triển khai sẽ chắc chắn thiết lập một số giới hạn cho cỏc dạng mó và tốc độ bit. Với TDM, thiết kế của bộ phỏt tớn hiệu sẽ phải xem xột đến mó ghộp kờnh, khoảng thời gian của cỏc khe và khung, mà cú thể cú ảnh hưởng lờn dạng mó cho việc đồng bộ bit. Thiết bị truyền, tất nhiờn là phụ thuộc với dạng ghộp kờnh đó được sử dụng (WDM hay TDM, số lượng cỏc kờnh, vị trớ của cỏc kờnh theo bước súng hay thời gian, cỏc điểm tham chiếu cho cỏc vị trớ này).
Cấu trỳc kờnh cũng cú thể bị ảnh hưởng bất cứ khi nào mạng được nõng cấp để hỗ trợ nhiều khỏch hàng hơn.
Xem xột 3 mức: quang (khụng cú điện tử trong đường dẫn tớn hiệu), mó hoỏ và truyền thụng suốt tốc độ bit (truyền tớn hiệu và định tuyến độc lập theo dạng mó và tốc độ bit):
• Nhờ việc độc lập với quang, cỏc điện tử truyền thụng suốt tốc độ bit cú thể được sử dụng trong đường dẫn tớn hiệu. Điều này cú thể được sử dụng để làm giảm độ tỏn sắc và xuyờn õm và cũng cú thể cho phộp khuếch đại, chuyển đổi bước súng và truy nhập tới cỏc tớn hiệu đang giỏm sỏt.
• Cỏc thiết bị điện tử sử dụng tớn hiệu đồng hồ phụ thuộc mó cú thể tỏi khởi phỏt tớn hiệu.
• Cuối cựng nhờ việc khụng phụ thuộc vào tốc độ bit, cỏc hệ thống chuyển mạch hoàn toàn bằng điện tử cú thể được sử dụng. Cỏc hệ thống chuyển mạch ATM cú thể trỏnh được hiện tượng tắc nghẽn gõy ra do thiếu kờnh trờn mạng.
Cỏc lý do cho việc truyền thụng suốt là cỏc chức năng truyền dẫn và chuyển mạch điện tử cú thể trở nờn cỏc nỳt thắt cổ chai và cỏc giải phỏp chỉ toàn quang cú thể hiệu quả giỏ thành hơn.
Bởi vậy một điều cú thể núi được là giải phỏp khả dĩ cho cỏc mạng chỉ toàn quang cú thể là cỏc mạng dựa trờn truyền dẫn cỏp quang, cỏc kết nối chộo quang và chuyển mạch điện tử. Điều này cú nghĩa là cỏc mạng chỉ toàn quang cú kớch thước hạn chế sẽ được liờn kết với cấp truyền dẫn nhờ cỏc bộ lặp điện tử. Cỏc hệ thống chuyển mạch quang sẽ chỉ cho phộp tớnh năng kết nối chộo (khụng gian và bước súng) và chuyển mạch cú đầy đủ tớnh năng sẽ là điện tử tại cỏc bộ phận nhỏ của cỏc nỳt. Chuyển đổi bước súng cú thể được hỗ trợ nhờ cỏc phần tử quang điện tử tương tự đơn giản, việc phối hợp tối ưu cỏc phần tử điện tử và photonic phụ thuộc vào từng hệ thống. Trong tỡnh huống này, việc triển khai cỏc thiết bị quang điện tử tương đối lớn hơn theo xu hướng cú dạng cỏc thiết bị tớch hợp.
KẾT LUẬN
Xu thế phỏt triển mạng hiện nay trờn thế giới và ở Việt Nam là xõy dựng mạng truyền tải quang cho mạng NGN (Next Generation Network – Mạng thế hệ sau) dựa trờn cụng nghệ WDM. Những nỗ lực phi thường về cụng nghệ truyền dẫn quang trong đú tập trung vào việc nghiờn cứu cỏc vấn đề cụng nghệ mạng WDM trờn thế giới hiện nay đang dần đỏp ứng được nhu cầu phỏt triển tất yếu của mạng. Cú nhiều vấn đề cần phải giải quyết trong mạng truyền tải quang nhằm ngày càng hoàn thiện đặc tớnh mạng. Trong cỏc vấn đề đú, chuyển mạch quang trong mạng truyền tải quang được coi là những hướng đi hấp dẫn nhất và rất cú ý nghĩa. Một mặt, kĩ thuật này cho phộp xõy dựng được mạng truyền dẫn quang linh hoạt và bảo đảm thụng suốt cỏc lưu lượng tớn hiệu lớn. Mặt khỏc nú cho phộp nõng cao tớnh thụng minh cho lớp quang trong khi vẫn đơn giản húa được rất nhiều cấu trỳc
mạng. Điều đú cú tỏc động lớn tới việc xõy dựng, khai thỏc và bảo dưỡng mạng rất cú hiệu quả sau này.
Mục tiờu của mạng truyền tải quang là hướng tới mạng toàn quang. Chuyển mạch quang tiến tới chuyển mạch gúi quang. Mạng viễn thụng của tập đoàn Bưu Chớnh Viễn Thụng hiện đang trong giai đoạn chuyển đổi, hướng tới mạng NGN. Với tốc độ cơ sở hạ tầng phỏt triền như hiện nay, khả năng ứng dụng chuyển mạch quang trong mạng tập đoàn Bưu Chớnh Viễn Thụng là rất lớn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nghiờn cứu tiếp cận cụng nghệ chuyển mạch quang trong mạng viễn thụng tương lai – Nguyễn La Giang , 1999.
2. Chuyển mạch gúi quang và khả năng ứng dụng trong mạng viễn thụng Việt Nam- ThS Nguyễn Bỏ Hưng , 2006
3. http://support.vnn.vn/tailieu/lythuyetvt/theory_222.asp
4. http://www.tapchibcvt.gov.vn/News/PrintView.aspx?ID=15829