Chuyển mạch gói trong mạng quang WDM

. Nh­ trªn ®· ph©n tÝch, nh÷ng tham sè quan träng cña mét module EDFA lµ ®é khuÕch ®¹i G vµ møc t¹p ©m NF. Kh«ng thÓ tr¸nh khái viÖc c¸c bé khuÕch ®¹i g©y ra nhiÔu vµ tÝch lòy däc theo hÖ thèng. §é suy gi¶m tû sè SNR g©y ra bëi c¸c bé khuÕch ®¹i cÇn ®­îc xem xÐt mét c¸ch nghiªm ngÆt, ®Æc biÖt lµ khi khuÕch ®¹i tÝn hiÖu thÊp. Mét bé khuÕch ®¹i cã møc t¹p ©m NF b»ng 4 dB sÏ g©y ra sù suy gi¶m tû sè SNR b»ng mét nöa so víi sù suy gi¶m g©y ra bëi bé khuÕch ®¹i cã møc t¹p ©m 7 dB. Khi ®ã, do nhiÒu yÕu tè vÒ chÊt l­îng hÖ thèng, mét module khuÕch ®¹i cho hÖ thèng truyÒn dÉn WDM sÏ cã thÓ thªm module bï t¸n s¾c, module xen rÏ. øng dông Cã ba øng dông chÝnh cña EDFA lµ: KhuÕch ®¹i c«ng suÊt BA, tiÒn khuÕch ®¹i PA vµ khuÕch ®¹i ®­êng truyÒn LA (nh­ chØ ra trong h×nh 2.20). So víi thiÕt bÞ ®Çu cuèi th«ng th­êng, viÖc sö dông c¸c thiÕt bÞ khuÕch ®¹i quang (BA, LA, PA) sÏ t¨ng quü c«ng suÊt lªn ®¸ng kÓ. Víi phæ khuÕch ®¹i t­¬ng ®èi réng (kho¶ng 35 nm) kh¶ n¨ng khuÕch ®¹i kh«ng phô thuéc vµo tèc ®é vµ d¹ng tÝn hiÖu, sö dông khuÕch ®¹i quang rÊt thuËn lîi trong viÖc n©ng cÊp tuyÕn (t¨ng tèc ®é hoÆc thªm kªnh b­íc sãng). Tx Rx Tx Rx Tx Rx Thu quang Ph¸t quang PA BA LA H×nh 2.20. C¸c lo¹i øng dông chÝnh cña EDFA sö dông trªn m¹ng Nh×n chung, sö dông khuÕch ®¹i quang cã thÓ bï l¹i suy hao trong hÖ thèng vµ nh­ vËy nh÷ng hÖ thèng tr­íc ®©y bÞ h¹n chÕ vÒ suy hao th× nay cã thÓ l¹i bÞ h¹n chÕ vÒ t¸n s¾c. Trong tr­êng hîp ®ã, ph¶i sö dông mét sè ph­¬ng ph¸p ®Ó gi¶m bít ¶nh h­ëng cña t¸n s¾c, vÝ dô nh­ sö dông sîi bï t¸n s¾c hay sö dông c¸c nguån ph¸t cã ®é réng phæ hÑp kÕt hîp víi ®iÒu chÕ ngoµi… Do ®Æc ®iÓm kh¸c nhau cña c¸c lo¹i thiÕt bÞ khuÕch ®¹i quang nªn møc ­u tiªn sö dông ®èi víi tõng lo¹i còng cã kh¸c nhau: LA ®ßi hái ph¶i cã mét kªnh gi¸m s¸t riªng, h¬n n÷a thªm c¸c ®iÓm trung gian vµo trªn ®­êng truyÒn còng lµm cho viÖc b¶o d­ìng trë lªn phøc t¹p h¬n. Do ®ã, møc ­u tiªn sö dông ®èi víi LA lµ thÊp nhÊt, chØ trong tr­êng hîp khi mµ dïng c¶ BA vµ PA mµ vÉn kh«ng ®¸p øng næi yªu cÇu vÒ quü c«ng suÊt th× míi yªu cÇu sö dông LA trong hÖ thèng. §¬n gi¶n nhÊt lµ sö dông BA vµ PA ®Ó t¨ng quü c«ng suÊt. Tuy nhiªn, do cÊu h×nh cña PA phøc t¹p h¬n BA (v× ph¶i sö dông c¸c bé läc quang b¨ng hÑp ®Ó lo¹i bá bít t¹p ©m ASE) nªn gi÷a BA vµ PA th× BA vÉn ®­îc ­u tiªn sö dông h¬n. Mét trong c¸c h¹n chÕ cña EDFA ®èi víi hÖ thèng WDM lµ phæ khuÕch ®¹i kh«ng ®ång ®Òu, c¸c b­íc sãng kh¸c nhau sÏ ®­îc khuÕch ®¹i víi c¸c hÖ sè kh¸c nhau, ®Æc biÖt lµ sù tån t¹i cña ®Ønh khuÕch ®¹i t¹i b­íc sãng 1530 nm. H¬n n÷a, trong tr­êng hîp trªn tuyÕn cã sö dông nhiÒu EDFA liªn tiÕp th× sÏ h×nh thµnh mét ®Ønh khuÕch ®¹i kh¸c xung quanh b­íc sãng 1558 nm. Nh­ vËy, víi nhiÒu EDFA liªn tiÕp trªn ®­êng truyÒn, d¶i phæ khuÕch ®¹i sÏ bÞ thu hÑp l¹i. HiÖn nay, ®Ó c©n b»ng hÖ sè khuÕch ®¹i cña EDFA cã thÓ sö dông mét sè ph­¬ng ph¸p sau: Sö dông bé läc ®Ó suy hao tÝn hiÖu t¹i ®Ønh khuÕch ®¹i: Xung quanh b­íc sãng 1558 nm (trong tr­êng hîp cã sö dông nhiÒu EDFA liªn tiÕp trªn ®­êng truyÒn). HoÆc ®iÒu chØnh møc c«ng suÊt ®Çu vµo cña c¸c b­íc sãng sao cho t¹i ®Çu thu, møc c«ng suÊt cña tÊt c¶ c¸c b­íc sãng nµy lµ nh­ nhau. Ngoµi ra, trong tr­êng hîp sö dông nhiÒu EDFA liªn tiÕp trªn ®­êng truyÒn, mét vÊn ®Ò n÷a còng cÇn ph¶i xem xÐt lµ t¹p ©m ASE trong c¸c bé khuÕch ®¹i quang: T¹p ©m ASE trong bé khuÕch ®¹i quang phÝa tr­íc sÏ ®­îc khuÕch ®¹i bëi bé khuÕch ®¹i quang phÝa sau. Sù khuÕch ®¹i vµ tÝch luü t¹p ©m nµy sÏ lµm cho tû sè S/N bÞ suy gi¶m nghiªm träng. NÕu møc c«ng suÊt tÝn hiÖu vµo lµ qu¸ thÊp, t¹p ©m ASE cã thÓ lµm cho tû sè S/N bÞ gi¶m xuèng d­íi møc cho phÐp. Tuy nhiªn, nÕu møc c«ng suÊt tÝn hiÖu vµo lµ qu¸ cao th× tÝn hiÖu nµy kÕt hîp víi ASE cã thÓ g©y hiÖn t­îng b·o hoµ ë bé khuÕch ®¹i. Ch­¬ng 3 ChuyÓn m¹ch gãi trong m¹ng quang WDM ChuyÓn m¹ch gãi quang (OPS) lµ ý t­ëng ®­îc ®­a ra gÇn ®©y. §©y lµ sù thay ®æi c¬ b¶n vÒ chuyÓn m¹ch trong miÒn quang. MÆc dï c«ng nghÖ nµy cã rÊt nhiÒu khã kh¨n tr­íc m¾t cÇn ph¶i v­ît qua, nh­ng m¹ng chuyÓn m¹ch gãi quang høa hÑn cã cÊu h×nh lín, sö dông b¨ng th«ng hiÖu qu¶, vµ cã líp quang mÒm dÎo. Trong ch­¬ng nµy, chóng ta nghiªn cøu vÒ cÊu tróc vµ thiÕt kÕ ®­a ra cho m¹ng chuyÓn m¹ch gãi quang, mét sè c«ng nghÖ vµ t×m hiÓu nh÷ng kÕt qu¶ cña thùc nghiÖm. Giíi thiÖu chung vÒ chuyÓn m¹ch gãi quang C«ng nghÖ truyÒn dÉn vµ chuyÓn m¹ch quang víi nÒn t¶ng lµ WDM ®­îc triÓn khai trªn Internet trªn m­êi n¨m qua ®· ®¸p øng ®­îc phÇn nµo sù ®ßi hái t¨ng b¨ng th«ng truyÒn dÉn. Ngµy nay, c«ng nghÖ WDM ®· kh¸ tr­ëng thµnh. Trong khi ®ã, c«ng nghÖ chuyÓn m¹ch quang víi nh÷ng b­íc tiÕn nhanh ®· më ra mét thêi k× míi víi kÕt qu¶ lµ t¹o ra mét m¹ng toµn quang (trong m¹ng sÏ kh«ng cßn sù chuyÓn ®æi quang ®iÖn, ®iÖn quang (OEO) t¹i c¸c nót trung gian). GÇn ®©y, cã hai h­íng ®­îc ®­a ra ®Ó thiÕt kÕ vµ triÓn khai cho m¹ng WDM. H­íng thø nhÊt lµ t¨ng tÝnh trong suèt trong m¹ng b»ng c¸ch lo¹i bá hiÖn t­îng th¾t cæ chai vµ cã thÓ sö dông pha trén nhiÒu tÝn hiÖu trong mét kho¶ng b¨ng réng bá qua c¸c ®Þnh d¹ng vÒ giao thøc, tèc ®é bÝt còng nh­ sù ®iÒu biÕn. H­íng thø hai lµ cÊu h×nh l¹i m¹ng quang, vÝ dô b¨ng tÇn cã thÓ ®­îc biÕn ®æi theo thêi gian gi÷a c¸c nót nh»m ®iÒu chØnh tÇn sè cho phï hîp víi yªu cÇu vÒ l­u l­îng. C¶ hai h­íng trªn ®Òu ph¶n ¸nh mét m¹ng quang trong t­¬ng lai mµ c«ng nghÖ chuyÓn m¹ch gi÷ vai trß trung t©m víi b¨ng th«ng truyÒn dÉn lín. ChuyÓn m¹ch sÏ chuyÓn tõ chuyÓn m¹ch ®iÖn sang chuyÓn m¹ch quang. Qu¸ tr×nh chuyÓn ®æi nµy sÏ qua mét sè giai ®o¹n. Giai ®o¹n ®Çu tiªn lµ chuyÓn m¹ch kªnh dùa trªn m¹ng ®Þnh tuyÕn b­íc sãng. Tuy nhiªn c¶ m¹ng chuyÓn m¹ch kªnh vµ m¹ng ®Þnh tuyÕn b­íc sãng ®Òu cã tèc ®é t­¬ng ®èi chËm víi thêi gian chuyÓn m¹ch vµo kho¶ng mét phÇn ngh×n gi©y. Giai ®o¹n thø 2 lµ chuyÓn m¹ch côm (OBS-Optical Burst Switching) míi ®­îc ®­a ra gÇn ®©y. Trong m¹ng OBS, ®¬n vÞ truyÒn dÉn lµ 1 côm, mét côm ®­îc coi nh­ lµ tËp hîp dßng gãi d÷ liÖu. M¹ng OBS gi¶m tèi thiÓu viÖc xö lý tiªu ®Ò vµ bé ®Öm t¹i c¸c nót trung gian. §©y lµ c«ng nghÖ høa hÑn cho m¹ng chuyÓn m¹ch nh©n mÞn h¬n trong miÒn quang. ChuyÓn m¹ch côm hiÖu qu¶ h¬n chuyÓn m¹ch kªnh khi mµ thêi gian tho¹i kh«ng chiÕm hÕt toµn bé b­íc sãng. §ång thêi, OBS cã tèc ®é chuyÓn m¹ch lªn tíi mét phÇn triÖu gi©y hoÆc nhá h¬n. M¹ng OBS høa hÑn trë thµnh hiÖn thùc trong mét vµi n¨m tíi. Giai ®o¹n 3 lµ chuyÓn m¹ch gãi quang (OPS). M¹ng OPS høa hÑn mét m«i tr­êng truyÒn dÉn tèt h¬n vµ duy nhÊt, chuyÓn m¹ch ®ãng vai trß trung t©m. §ång thêi, m¹ng OPS sö dông hiÖu qu¶ b¨ng tÇn, t¨ng tÝnh mÒm dÎo vµ d÷ liÖu quang trªn toµn bé m¹ng. Chóng ta cÇn chó ý r»ng, c¶ 3 c«ng nghÖ chuyÓn m¹ch nµy cã øng dông cùc k× quang träng, mçi c«ng nghÖ sÏ ®­îc triÓn khai trªn thùc tÕ vµ ®­îc thay thÕ theo thø tù ­u tiªn hoÆc cã thÓ cïng tån t¹i trong t­¬ng lai. M« h×nh m¹ng chuyÓn m¹ch gãi quang H×nh 3.1 lµ m« h×nh m¹ng chuyÓn m¹ch gãi quang. Trong m¹ng, d÷ liÖu ®­îc chia nhá vµ ®ãng thµnh c¸c gãi tin. T¹i mçi nót cã mét bé thu vµ mét bé ph¸t gãi tin. Nót biªn lµ nót giao tiÕp víi m¹ng truy nhËp, nã cã nhiÖm vô chÝnh lµ kÕt hîp c¸c gãi tin ®Õn tõ c¸c ®­êng kh¸c nhau. Nót lâi thùc hiÖn mét sè ho¹t ®éng nh­ lµ thu vµ ph¸t gãi tin, xö lý tiªu ®Ò, ®Þnh tuyÕn gãi … Sau ®©y chóng ta t×m hiÓu kü vÒ kiÕn tróc nót m¹ng . M ¹ ng OPS Node lâi Node biªn Liªn kÕt m¹ng M¹ng truy nhËp H×nh 3.1 M« h×nh m¹ng chuyÓn m¹ch gãi quang KiÕn tróc nót m¹ng KiÕn tróc vµ ho¹t ®éng nót m¹ng H×nh 3.2 lµ kiÕn tróc cña mét nót OPS. Mét nót OPS gåm mét sè bé ghÐp vµ t¸ch kªnh b­íc sãng, mét khèi giao diÖn ®Çu vµo, mét tr­êng chuyÓn m¹ch kh«ng gian víi sù kÕt hîp c¸c bé ®Öm quang vµ bé biÕn ®æi b­íc sãng, mét khèi giao diÖn ®Çu ra vµ mét khèi ®iÒu khiÓn chuyÓn m¹ch. GiaodiÖn ®Çu vµo GiaodiÖn ®Çu ra Tr­êng chuyÓn m¹ch Khèi ®iÒu khiÓn chuyÓn m¹ch Bé ®Öm quang Bé biÕn ®æi b­íc sãng 1 N 1 N Bé t¸ch kªnh Bé ghÐp kªnh H×nh 3.2 CÊu tróc nót chuyÓn m¹ch gãi quang Ho¹t ®éng cña nót TÝn hiÖu vµo ®Çu tiªn ®­îc cho qua bé t¸ch kªnh ®Ó t¸ch thµnh c¸c b­íc sãng riªng biÖt råi ®­îc göi tíi giao diÖn ®Çu vµo. T¹i giao diÖn ®Çu vµo, sÏ trÝch mét phÇn nhá tÝn hiÖu ®Ó x¸c ®Þnh phÇn tiªu ®Ò vµ phÇn t¶i tin cña gãi. Giao diÖn ®Çu vµo cã nhiÖm vô x¸c ®Þnh mét c¸ch chÝnh x¸c tiªu ®Ò cña gãi ®Ó göi cho khèi ®iÒu khiÓn chuyÓn m¹ch. Khèi ®iÒu khiÓn chuyÓn m¹ch xö lý th«ng tin cña tiªu ®Ò ®· nhËn ®­îc nh»m x¸c ®Þnh chÝnh x¸c cæng ra vµ b­íc sãng thÝch hîp cña gãi tin. Sau ®ã, khèi ®iÒu khiÓn chuyÓn m¹ch ®iÒu khiÓn tr­êng chuyÓn m¹ch ®Þnh tuyÕn gãi tin tíi cæng ra . Trong ®Þnh tuyÕn gãi, tr­êng chuyÓn m¹ch cã thÓ cÇn tíi bé ®Öm quang vµ bé biÕn ®æi b­íc sãng. Khèi ®iÒu khiÓn chuyÓn m¹ch còng x¸c ®Þnh tiªu ®Ò míi cho gãi, vµ göi nã tíi giao diÖn ®Çu ra. T¹i giao diÖn ®Çu sÏ thùc hiÖn ghi l¹i tiªu ®Ò cho gãi råi göi tíi khèi ghÐp sãng ®Ó truyÒn tíi nót tiÕp theo. M¹ng OPS cã thÓ ®­îc ph©n lo¹i theo kÝch th­íc phô thuéc vµo sè l­îng gãi chuyÓn m¹ch vµ qu¸ tr×nh xö lý tiªu ®Ò. Nh­ vËy, chóng ta cÇn tËp chung t×m hiÓu mét sè vÊn ®Ò sau: ChuyÓn m¹ch ®ång bé hay kh«ng ®ång bé M¹ng chuyÓn m¹ch gãi quang cã thÓ ph©n lµm hai lo¹i lµ m¹ng ®ång bé vµ kh«ng ®ång bé. Trong m¹ng ®ång bé, tÊt c¶ c¸c gãi trong m¹ng cã cïng kÝch th­íc. Mçi gãi tin ®­îc xÕp vµo mét khe thêi gian. Ta thÊy r»ng trÔ lan truyÒn cã thÓ thay ®æi, c¸c gãi tin ®Õn nót trªn c¸c giao diÖn kh¸c nhau cã thÓ kh«ng trïng víi xung ®ång hå ®Þa ph­¬ng. Do ®ã tr¸ch nhiÖm cña giao diÖn ®Çu vµo lµ ®ång bé c¸c gãi tin ®Õn vµ s¾p xÕp chóng vµo c¸c khe thêi gian. Tr­êng chuyÓn m¹ch gãi quang ®ång bé gièng nh­ trong chuyÓn m¹ch gãi ®iÖn ®ång bé nªn dÔ dµng x©y dùng vµ ®­a vµo ho¹t ®éng. Do ®ã m¹ng chuyÓn m¹ch gãi quang ®ång bé ®­îc chó ý vµ nghiªn cøu mét c¸ch cÈn thËn. Trong m¹ng chuyÓn m¹ch gãi quang kh«ng ®ång bé gãi tin cã kÝch th­íc cã thÓ thay ®æi ®­îc, chuyÓn m¹ch cã thÓ x¶y ra t¹i bÊt cø vÞ trÝ nµo cña gãi, vµ sÏ kh«ng cÇn ®ång bé gãi t¹i chuyÓn m¹ch ®Çu vµo. Nh­ vËy sÏ t¨ng tÝnh mÒm dÎo cña m¹ng vµ nã kh«ng phô thuéc vµo viÖc chia ®o¹n hoÆc ghÐp l¹i c¸c ®o¹n t¹i ranh giíi m¹ng. Xö lý ®iÖn hay quang Tiªu ®Ò gãi quang chøa th«ng tin ®Ó ®Þnh tuyÕn gãi trong m¹ng. VÊn ®Ò xö lý tiªu ®Ò lµ rÊt quan träng trong ho¹t ®éng cña m¹ng. HiÖn nay, do c«ng nghÖ xö lý bÝt quang vÉn cßn nhiÒu h¹n chÕ cho nªn qu¸ tr×nh xö lý tiªu ®Ò chñ yÕu lµ xö lý ®iÖn. §Þnh d¹ng tiªu ®Ò quang Ta thÊy r»ng, d÷ liÖu cña phÇn t¶i tin chØ ®­îc xö lý duy nhÊt t¹i nguån vµ ®Ých. Trong khi ®ã, d÷ liÖu cña phÇn tiªu ®Ò mang rÊt nhiÒu th«ng tin nh­ : ®Þa chØ nguån, ®Þa chØ ®Ých, thø tù gãi … ®­îc xö lý t¹i tÊt c¶ c¸c nót. §Ó thuËn tiÖn cho viÖc xö lý tiªu ®Ò cã mét sè c«ng nghÖ ®­îc ®­a ra lµ: Bit Serial, Out-of-Band Signaling, vµ Bit-Parallel. C¸c c«ng nghÖ nµy sÏ ®­îc nghiªn cøu kü ë phÇn sau. KiÕn tróc tr­êng chuyÓn m¹ch KiÕn tróc tr­êng chuyÓn m¹ch ®­a ra cho m¹ng chuyÓn m¹ch gãi quang th× rÊt ®a d¹ng, cho c¶ gãi cã kÝch th­íc cè ®Þnh vµ kh«ng cè ®Þnh. Nã ®ãng vai trß trung t©m ho¹t ®éng cña nót. Do ®ã, chóng ta sÏ nghiªn cøu cÈn thËn ë phÇn 3.3.7. C¸c gi¶i ph¸p chèng xung ®ét Khi hai gãi tin ®Õn tõ c¸c cæng kh¸c nhau, c¸c b­íc sãng kh¸c nhau cã yªu cÇu chuyÓn m¹ch tíi cïng mét cæng ra, t¹i cïng mét b­íc sãng vµ t¹i cïng mét thêi ®iÓm, xung ®ét sÏ xuÊt hiÖn. Trong tr­êng hîp nµy, khèi ®iÒu khiÓn chuyÓn m¹ch ph¶i cã kÕ ho¹ch ®Ó gi¶i quyÕt xung ®ét nµy. Xung ®ét ®Çu ra cã thÓ gi¶i quyÕt theo 3 h­íng kh¸c nhau: h­íng b­íc sãng (sö dông bé biÕn ®æi b­íc sãng), thêi gian ( sö dông d©y trÔ quang), kh«ng gian ( sö dông ®Þnh tuyÕn mÒm) hoÆc kÕt hîp c¸c c¸ch trªn. Chóng ta sÏ th¶o luËn vµ so s¸nh sù kh¸c nhau trong tõng c¸ch gi¶i quyÕt xung ®ét trong phÇn 3.3.6. Chóng ta cÇn chó ý r»ng, xung ®ét còng xuÊt hiÖn trong mÆt ph¼ng ®iÒu khiÓn. Xung ®ét trong ®iÒu khiÓn chuyÓn m¹ch lµ kÕt qu¶ cña mÊt hoÆc do sù chËm trÔ ®¸ng kÓ cña tiªu ®Ò khi ®ã phÇn t¶i tin ®Õn tr­íc tiªu ®Ò hay gãi bÞ huû. Bëi vËy, qu¶n lý vµ ph©n chia kÝch th­íc bé ®Öm hîp lý lµ cùc kú quan träng. Tõ ®ã x¸c ®Þnh ®­îc kü thuËt sö dông cho môc ®Ých nµy, nh­ vËy chóng ta sÏ kh«ng xÐt tíi xung ®ét trong mÆt ph¼ng ®iÒu khiÓn n÷a. Sau ®©y chóng ta ®i t×m hiÓu vµo tõng vÊn ®Ò mét. §Þnh d¹ng gãi tin Gãi tin gåm c¸c thµnh phÇn là tiªu ®Ò, t¶i tin vµ kho¶ng b¶o vÖ. PhÇn tiªu ®Ò PhÇn tiªu ®Ò mang th«ng tin vÒ nguån vµ ®Ých cña gãi, th«ng tin ®Ó ®Þnh tuyÕn, ®é ­u tiªn, gãi rçng hay ®Çy, thø tù gãi, chuçi bÝt kiÓm tra lçi tiªu ®Ò vµ cã thÓ cã chuçi bÝt dïng cho ®ång bé. PhÇn t¶i tin §©y lµ phÇn mang th«ng tin cÇn ®­îc truyÒn. PhÇn t¶i tin còng cã thÓ mang chuçi bÝt ®ång bé. PhÇn b¶o vÖ §©y lµ phÇn ®­a vµo cho phÐp cµi ®Æt thªm mét sè chøc n¨ng ®iÖn quang vµ lµm gi¶m sù ¶nh h­ëng cña trÔ. PhÇn t¶i tin Tiªu ®Ò §iÒu khiÓn/®Þnh tuyÕn Thø tù,®é ­u tiªn… B¶o vÖ H×nh 3.3 §Þnh d¹ng gãi tin §ång bé vµ s¾p xÕp gãi §ång bé gãi Trong m¹ng chuyÓn m¹ch gãi ®ång bé tÊt c¶ c¸c gãi trong m¹ng cã cïng kÝch th­íc. Mçi gãi ®­îc s¾p xÕp vµo mét khe thêi gian nh­ h×nh 3.4. PhÇn t¶i tin Tiªu ®Ò Tiªu ®Ò PhÇn t¶i tin Khe thêi gian Kho¶ng b¶o vÖ H×nh 3.4 S¾p xÕp gãi trong khe thêi gian Khi gãi ®­îc truyÒn trong m¹ng cã nhiÒu yÕu tè lµm mÊt ®ång bé cña gãi. Nh÷ng nh©n tè ¶nh h­ëng ®Õn sù mÊt ®ång bé cña gãi tin lµ: TrÔ kh¸c nhau vµ biÕn ®æi ®èi víi c¸c ®­êng ®i kh¸c nhau C¸c gãi tin truyÒn trªn c¸c ®­êng kh¸c nhau víi c¸c kho¶ng c¸ch kh¸c nhau víi t¸n s¾c mµu kh¸c nhau do ®ã trÔ sÏ kh¸c nhau. Theo chuÈn G.652 t¸n s¾c mµu cña sîi vµo kho¶ng 20ps/nm/km nÕu sö dông WDM víi ®é réng b¨ng lµ 30 nm t­¬ng øng víi kho¶ng 1530-1560 nm cña EDFA th× víi kho¶ng c¸ch 100km trÔ lµ 60ns. Mét yÕu tè kh¸c ¶nh h­ëng tíi trÔ ®ã lµ nhiÖt ®é. TrÔ biÕn ®æi theo nhiÖt ®é vµo kho¶ng 40ps/ 0C/km. Nh­ vËy víi 100km nhiÖt ®é biÕn ®æi trong kho¶ng -15 +10 0C th× trÔ biÕn ®æi kho¶ng 100ns. TrÔ biÕn ®æi trong nót chuyÓn m¹ch Trong cÊu tróc tr­êng chuyÓn m¹ch hÇu hÕt sö dông bé ®Öm lµ c¸c d©y trÔ quang ®Ó tr¸nh xung ®ét. H¬n n÷a, cã thÓ sö dông c¸c bé biÕn ®æi b­íc sãng do ®ã trÔ t¹i c¸c ®Çu ra cña tr­êng chuyÓn m¹ch sÏ kh¸c nhau. Trong tr­êng hîp nµy nhiÖt ®é biÕn ®æi còng ¶nh h­ëng tíi trÔ nh­ng nã lµ rÊt nhá cã thÓ bá qua. Sù lÖch xung ®ång bé t¹i nót Trong m¹ng chuyÓn m¹ch gãi quang mçi nót chuyÓn m¹ch cã mét ®ång hå t¹i b¶n th©n nót, nã cung cÊp c¸c xung ®ång bé ®Þa ph­¬ng cho nót. §ång hå nµy ho¹t ®éng theo ®ång hå cña m¹ng. Trong tr­êng hîp tÝn hiÖu ®ång bé ho¹t ®éng kh«ng æn ®Þnh sÏ dÉn ®Õn sù lÖch xung ®ång hå t¹i nót. Nh­ vËy, cã 2 tr­êng hîp x¶y ra ®èi víi gãi tin tr­íc khi ®ång bé. Tr­êng hîp 1 Tiªu ®Ò lÖch ra khái giíi h¹n khe thêi gian (Wandering packet flow). Tr­êng hîp nµy x¶y ra do trÔ truyÒn lan chËm cña tÝn hiÖu vµ xung ®ång bé ®Þa ph­¬ng, th­êng x¶y ra t¹i ®Çu vµo chuyÓn m¹ch. H×nh 3.5 a. Tr­êng hîp 2 Tiªu ®Ò vµ t¶i tin di ®éng bªn trong khe thêi gian (Jittering packet flow). H×nh 3.5 b. Tiªu ®Ò Khe thêi gian Khe thêi gian T¶i tin Tiªu ®Ò T¶i tin a) Tiªu ®Ò lÖch khái giíi han khe thêi gian b) Tiªu ®Ò vµ t¶i tin di ®éng trong khe thêi gian H×nh 3.5 Hai kh¶ n¨ng khi ph©n tÝch gãi tr­íc khi ®ång bé Trong tr­êng hîp thø nhÊt, viÖc s¾p xÕp gãi vµ ®iÒu khiÓn ®ång bé ®Çu vµo lµ kh¸ dÔ dµng thùc hiÖn do tiªu ®Ò cña mçi gãi ®Çu vµo cã trÔ cè ®Þnh (t­¬ng ®­¬ng víi mét khe thêi gian). M¹ch ®ång bé nh­ trªn h×nh 3.6. KWR §äc tiªu ®Ò §ång bé chËm/ th« Tr­êng chuyÓn m¹ch §ång bé nhanh Ghi l¹i tiªu ®Ò KWR §iÒu khiÓn O E O E Giao diÖn ®Çu vµo Giao diÖn ®Çu ra H×nh3.6 §ång bé gãi trong tr­êng hîp lÖch gãi vµ tiªu ®Ò ®­îc ghi l¹i ë khèi giao diÖn ®Çu ra KWR (Key Word Recogniser) m· nhËn d¹ng gãi dïng ®Ó s¾p xÕp gãi. T¹i ®Çu ra cña nót, ®ång bé còng cÇn thiÕt do gãi ®i qua tr­êng chuyÓn m¹ch bÞ rung pha. Qu¸ tr×nh ®ång bé phô thuéc vµo gãi ban ®Çu, sù tÝch luü rung pha khi gãi ®i qua c¸c ®­êng kh¸c nhau (chiÒu dµi vµ b­íc sãng kh¸c nhau) trong tr­êng chuyÓn m¹ch vµ gi¶i ph¸p ®ång bé. Trong tr­êng hîp thø hai, khèi ®iÒu khiÓn chuyÓn m¹ch ph¶i ®¸p øng ®ång bé trong kho¶ng thêi gian gi÷a 2 gãi. Khèi KWR th× phøc t¹p h¬n. M¹ch ®ång bé nh­ trªn h×nh 3.7. KWR nhanh §äc tiªu ®Ò §ång bé th« §iÒu khiÓn O E §ång bé nhanh KWR nhanh O E Ghi l¹i tiªu ®Ò Tr­êng chuyÓn m¹ch Giao diÖn ®Çu vµo Giao diÖn ®Çu ra H×nh 3.7 §ång bé trong tr­êng hîp rung pha vµ tiªu ®Ò ®­îc ghi l¹i ë khèi giao diÖn ®Çu vµo Trong c¶ hai tr­êng hîp trªn, gãi ®­a vµo tr­êng chuyÓn m¹ch cã thÓ bÞ rung pha mµ kh«ng ¶nh h­ëng tíi c¸c qu¸ tr×nh xö lý do kho¶ng b¶o vÖ gi÷a hai gãi ®ñ réng ®Ó bï vµo sù rung pha nµy thËm chÝ cßn cã thÓ bï ®¾p sù tÝch luü rung pha qua mét vµi nót. ChÝnh bëi v× ®iÒu nµy mµ trong c¶ hai m¹ch ®Òu sö dông khèi ®ång bé th« (kh«ng nhÊt thiÕt ph¶i sö dông khèi ®ång bé chÝnh x¸c) . Sau ®©y ta t×m hiÓu cÊu tróc cña tõng khèi ®ång bé. CÊu tróc khèi ®ång bé X X X X X FDL FDL T/2 T/4 T/2n-1 T/2n FDL FDL §iÒu khiÓn ®iÖn PhÇn ®éng PhÇn tÜnh Tíi tr­êng chuyÓn m¹ch KWR O E H×nh 3.8 CÊu tróc khèi ®ång bé Khèi ®ång bé gåm tËp hîp d©y trÔ quang víi thêi gian trÔ gi¶m theo hµm sè mò tõ T/2 ®Õn T/2n víi T lµ 1 khe thêi gian, vµ c¸c chuyÓn m¹ch nh­ trªn h×nh 3.8. PhÇn ®Çu cña d©y trÔ quang cã thêi gian bï trÔ cè ®Þnh nªn gäi lµ phÇn tÜnh. PhÇn tÜnh chñ yÕu bï trÔ do t¸n s¾c mµu. PhÇn ®éng lµ phÇn bï trÔ do sù rung pha trong gãi. Thêi gian ®ång bé cña phÇn ®éng ph¶i nhá h¬n kho¶ng b¶o vÖ cña gãi. CÊu tróc cña khèi ®ång bé phô thuéc vµo khe thêi gian T vµ ®Þnh d¹ng gãi. Mét vÊn ®Ò cÇn quan t©m khi ®ång bé gãi lµ ghi l¹i tiªu ®Ò cho gãi tin. Ghi l¹i tiªu ®Ò gãi tin cã thÓ cÇn hoÆc kh«ng cÇn phô thuéc vµo ph­¬ng ph¸p ®Þnh tuyÕn gãi cña m¹ng. VÝ dô nh­ trong m¹ng kh«ng ®ång bé, ghi l¹i tiªu ®Ò gãi t¹i mçi nót ®Ó cËp nhËt ®Þa chØ ®Ých lµ ®iÒu rÊt cÇn thiÕt cßn trong m¹ng ®ång bé th× kh«ng nhÊt thiÕt ph¶i cã. Trong m¹ng ®ång bé, ghi l¹i tiªu ®Ò gãi cã thÓ ®Æt t¹i giao diÖn ®Çu ra hoÆcgiao diÖn ®Çu vµo cña tr­êng chuyÓn m¹ch. MÆc dï, ghi l¹i tiªu ®Ò hoµn toµn kh«ng liªn quan ®Õn ®ång bé gãi nh­ng nã cã t¸c ®éng lín tíi viÖc ®¹t ®­îc hiÖu qu¶ ®ång bé. NÕu tiªu ®Ò ®­îc ghi l¹i t¹i ®Çu ra, gãi ®i ra khái tr­êng chuyÓn m¹ch kh«ng cßn sù rung pha. Do ®ã, khèi ®iÒu khiÓn dÔ dµng ghi l¹i tiªu ®Ò gãi. Trong tr­êng hîp tiªu ®Ò ®­îc ghi l¹i t¹i ®Çu vµo th× khi gãi ®i qua tr­êng chuyÓn m¹ch v½n cßn sù rung pha á phÇn t¶i tin. DÉn ®Õn tiªu ®Ò cã thÓ chÌn lªn t¶i tin. Nªn b¾t buéc ph¶i sö dông khèi ®ång bé chÝnh x¸c tr­íc khèi ghi l¹i tiªu ®Ò. S¾p xÕp gãi S¾p xÕp gãi theo thø tù lµ chøc n¨ng kh«ng liªn quan tíi ®ång bé gãi nh­ng l¹i cùc kú quan träng ®èi víi chøc n¨ng ®äc vµ ghi l¹i tiªu ®Ò. Chøc n¨ng nµy thùc hiÖn s¾p xÕp xung ®ång hå ®Þa ph­¬ng víi d÷ liÖu vµo. Cã thÓ lµ s¾p xÕp chËm hoÆc s¾p xÕp nhanh tuú thuéc vµo m¹ng. S¾p xÕp cùc nhanh th­êng sö dông trong tr­êng hîp tiªu ®Ò vµ t¶i tin di ®éng trong khe thêi gian (Jittering Flow) víi thêi gian thùc hiÖn lµ thêi gian 1 bit hoÆc vµi bÝt. Chøc n¨ng nµy cã c¶ ë m¹ng ®ång bé vµ m¹ng kh«ng ®ång bé. Trong m¹ng kh«ng ®ång bé, gi¶i ph¸p ®­îc ®­a ra lµ sö dông chuçi bÝt kiÓm tra lçi tiªu ®Ò HEC (Header Error Check). Ph­¬ng ph¸p nµy còng gièng nh­ trong chuyÓn m¹ch gãi ®iÖn. Trong m¹ng ®ång bé, ph­¬ng ph¸p s¾p xÕp gãi tiªu biÓu lµ cho d÷ liÖu vµo ®i qua mét khèi nhËn d¹ng mÉu. T¹i ®©y sÏ so s¸nh mét phÇn tiªu ®Ò gãi víi m· nhËn d¹ng gãi KW (Key Word). Ph­¬ng ph¸p nµy ®¶m b¶o tÝnh trong suèt cho t¶i tin. Nh­ng trong tr­êng hîp cã mét hay mét sè chuçi bÝt n»m trong gãi (tiªu ®Ò hoÆc t¶i tin) gièng víi m· nhËn d¹ng gãi sÏ dÉn ®Õn s¾p xÕp sai. §Ó lo¹i bá kh¶ n¨ng nµy, ta dïng thuËt to¸n nh­ sau: So s¸nh m· nhËn d¹ng gãi víi cïng mét vÞ trÝ cña n gãi liªn tiÕp. ThuËt to¸n nµy thùc sù cã hiÖu qu¶ khi d÷ liÖu trong gãi lµ ngÉu nhiªn vµ c¸c gãi liªn tiÕp th­êng cã sù thay ®æi. Kh«ng may trong thùc tÕ, tr­êng hîp chuçi gièng víi m· nhËn d¹ng cã thÓ x¶y ra theo chu kú nªn cã thÓ dÉn ®Õn ®ång bé gãi sai. Ph­¬ng ph¸p ®­îc ®­a ra lµ sö dông 2 m· nhËn d¹ng gãi kh¸c nhau (KW1, KW2) nh­ h×nh 3.9. Trong ®ã d©y trÔ quang lµm trÔ mét kho¶ng thêi gian b»ng mét khe thêi gian. Khèi KWR cã thÓ thùc hiÖn ®­îc víi cæng ®iÖn. Ho¹t ®éng cña m¹ch nh­ sau: Gãi ®i vµo m¹ch ®Çu tiªn ®­îc cho qua khèi nhËn d¹ng gãi thø nhÊt vµ ®­îc so s¸nh víi KW1. NÕu KW1 ®­îc t×m thÊy ë gãi, th× KW2 sÏ ®­îc so s¸nh ë gãi tiÕp theo. NÕu chuçi “KW1-KW2-KW1…” ®­îc t×m ra víi tèc ®é phï hîp th× chóng ta hoµn thµnh viÖc t×m kiÕm vÞ trÝ cña KW. Khi mét KW ®­îc x¸c ®Þnh, tiªu ®Ò cña gãi míi ®­îc ®äc (sau khi kh«i phôc xung ®ång hå t¹i ®Çu vµo) ®Ó x¸c ®Þnh th«ng tin cÇn thiÕt cho khèi ®iÒu khiÓn chuyÓn m¹ch. T¹i ®Çu ra cña tr­êng chuyÓn m¹ch, KW sÏ ®­îc ®­a vµo mét c¸ch thÝch hîp. Ta cÇn chó ý r»ng, ph­¬ng ph¸p nµy t¨ng gÊp ®«i kÝch th­íc cña m· nhËn d¹ng gãi trong tr­êng hîp gãi mang d÷ liÖu ngÉu nhiªn nh­ng nã cã ®é tin cËy cao trong tr­êng hîp gãi mang d÷ liÖu cã tÝnh chu kú. Khèi ®ång bé §iÒu khiÓn ®iÖn KWR1 KWR1 KWR2 KWR2 O E O E D©y trÔ Khëi ®Çu gãi Sù tham kh¶o ®ång bé H×nh 3.9 S¾p xÕp gãi trong m¹ng ®ång bé Xö lý tiªu ®Ò §Ó dÔ dµng cho viÖc xö lý tiªu ®Ò, cã mét sè c«ng nghÖ ®­îc ®­a ra. Sö dông chuçi bÝt (Bit serial) Bit serial cã thÓ thùc hiÖn ë møc ®é bÝt (Bit level) vµ cã thÓ thùc hiÖn ë møc ®é gãi (Packet level). ë møc ®é bÝt mçi bÝt ®Òu mang th«ng tin ®Þnh tuyÕn. ë møc ®é gãi mét chuçi bÝt mang mét phÇn t¶i tin s¾p xÕp tr­íc khèi ®Þnh tuyÕn cña tiªu ®Ò. M· ho¸ sö dông ë møc ®é bÝt lµ ghÐp kªnh ph©n chia theo m· (OCDM-Optical Code Division Multiplexing) cßn ë møc ®é bÝt sÏ sö dông kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c xung quang (OPI- Optical Pulse Interval) vµ trén tèc ®é (Mixed Rate). Trén tèc ®é sö dông xö lý ®iÖn cho tiªu ®Ò vµ ®Þnh tuyÕn t¶i tin. Th«ng tin tiªu ®Ò ®­îc truyÒn ë tèc ®é thÊp h¬n t¶i tin nªn ®iÒu khiÓn ®iÖn dÔ dµng thùc hiÖn. Sö dông b¸o hiÖu ngoµi b¨ng (Out-of-Band-Signaling) Trong c«ng nghÖ nµy, truyÒn dÉn cña mét kªnh tÝn hiÖu hay kªnh ®iÒu khiÓn n»m trªn mét d¶i tÇn sè riªng biÖt víi kªnh d÷ liÖu. Cã hai c¸ch thùc hiÖn víi c«ng nghÖ b¸o hiÖu ngoµi b¨ng nh­ trªn h×nh 3.9. Trong c¶ hai c¸ch ®­îc ®­a ra th× t¶i tin vµ tiªu ®Ò ®Òu ®­îc truyÒn trªn kªnh song song riªng biÖt trong cïng mét sîi quang. Sö dông bÝt song song (Bit-Parallel) C¸c bÝt cña tiªu ®Ò vµ t¶i tin ®­îc truyÒn song song. C¶ tiªu ®Ò vµ t¶i tin ®Òu ®­îc truyÒn trªn nhiÒu b­íc sãng kh¸c nhau nh­ng phæ cña tiªu ®Ò th× rÊt nhá so víi phæ cña t¶i tin. C«ng nghÖ nµy cho phÐp dÔ dµng xo¸ vµ ghi l¹i tiªu ®Ò, tuy nhiªn sÏ lµm mÊt ®èi xøng gi÷a tiªu ®Ò vµ t¶i tin hoÆc c¸c bÝt cña tiªu ®Ò cã thÓ bÞ xãa bá do t¸n s¾c mµu trong sîi quang. Optical Code Division (OCD) Optical Pulse Interval (OPI) Mix Rate Optical Subcarries Multiplexing Dual Wavelength Multiwavelength Bit Serial Out-of- Band In Fiber Signaling Bit -Parallel Bit Level Packet Level Packet Level Packet Level Tb Tc Tp Data length Address Data length Address Header Header Data (base band) Data Header Data λ1 λ2 λ3 λ4 λN H×nh 3.10 C¸c c«ng nghÖ m· hãa tiªu ®Ò trong m¹ng chuyÓn m¹ch gãi quang §Þnh tuyÕn gãi §Ó gãi tin cã thÓ truyÒn tõ nguån tíi ®Ých ta cÇn ph¶i ®Þnh tuyÕn cho gãi. Còng gièng nh­ trong chuyÓn m¹ch gãi ®iÖn ta cÇn ph¶i ®iÒu khiÓn ®Ó chän mét ®­êng ®i thÝch hîp nhÊt cho gãi. Ph­¬ng ph¸p ®Þnh tuyÕn cã thÓ dùa vµo topo m¹ng hoÆc cÊu tróc nót chuyÓn m¹ch. Nh­ng kh«ng gièng nh­ trong chuyÓn m¹ch gãi ®iÖn trong m¹ng chuyÓn m¹ch gãi quang ®Þnh tuyÕn cã thÓ ®¹t ®­îc ngay ë líp quang. Víi sù ph¸t triÓn v­ît bËc cña c«ng nghÖ, ®Þnh tuyÕn cã thÓ thùc hiÖn ®­îc víi bé phèi ghÐp ph­¬ng h­íng LiNbO3, khãa quang InP hoÆc sö dông bé biÕn ®æi b­íc sãng, c¸c bé läc quang, l­íi dÉn sãng quang (AWG)… hoÆc c«ng nghÖ xö lý cùc nhanh tÝn hiÖu quang dùa trªn hiÖu øng phi tuyÕn. Ta sÏ t×m hiÓu kü h¬n trong phÇn kiÕn tróc tr­êng chuyÓn m¹ch. Gi¶i ph¸p chèng xung ®ét Nh­ phÇn trªn ®· ®Ò cËp tíi, xung ®ét t¹i mÆt ph¼ng truyÒn dÉn cã thÓ ®­îc gi¶i quyÕt theo 3 ph­¬ng ph¸p hoÆc kÕt hîp gi÷a chóng. §ã lµ: bé ®Öm quang, bé biÕn ®æi b­íc sãng, vµ ®Þnh tuyÕn mÒm. Sau ®©y ta ®i t×m hiÓu tõng ph­¬ng ph¸p. Bé ®Öm quang §©y lµ ph­¬ng ph¸p gi¶i quyÕt xung ®ét t¹i ®Çu ra khai th¸c sù ph©n chia thêi gian. NghÜa lµ, khi cã nhiÒu gãi tin ®Õn tõ cïng mét b­íc sãng t¹i cïng mét thêi ®iÓm vµ yªu cÇu tíi cïng mét cæng ra th× gi¶i ph¸p chèng xung ®ét ®­îc ®­a ra lµ: s¾p xÕp c¸c gãi tin theo thø tù ­u tiªn, gãi nµo cã ®é ­u tiªn cao h¬n sÏ ®­îc ®Þnh tuyÕn qua tr­êng chuyÓn m¹ch tr­íc, c¸c gãi cßn l¹i sÏ ®­îc l­u l¹i trong bé ®Öm ®Ó chê xö lý. HiÖn nay, sù thiÕu mét bé nhí ®Ó l­u d÷ liÖu trong miÒn quang cã hiÖu qu¶ nh­ trong miÒn ®iÖn lµ mét khã kh¨n lín ®èi víi viÖc thiÕt kÕ nót chuyÓn m¹ch gãi quang. Nghiªn cøu ®ang tËp trung vµo sö dông d©y trÔ sîi quang (FDL) ®Ó lµm trÔ tÝn hiÖu. FDL lµ mét ®o¹n sîi quang cã chiÒu dµi x¸c ®Þnh, nã cã thÓ gi÷ gãi trong mét kho¶ng thêi gian x¸c ®Þnh (kho¶ng thêi gian nµy phô thuéc vµo b­íc sãng truyÒn trong FDL vµ chiÒu dµi FDL). Do ®ã, FDL kh«ng gièng nh­ RAM ®iÖn, nã kh«ng chøa gãi kh«ng x¸c ®Þnh vµ khi mét gãi ®· ®i vµo FDL ta sÏ kh«ng thu l¹i ®­îc cho ®Õn khi nã ®i ra ®Çu kia cña FDL. H¬n n÷a, FDL cã gi¸ thµnh ®¾t vµ kÝch th­íc cña thiÕt bÞ cã thÓ kh¸ lín. §ång thêi, FDL lµm gi¶m chÊt l­îng cña tÝn hiÖu quang còng nh­ g©y trÔ sÏ khã kh¨n cho viÖc ®ång bé gãi. Nh­ vËy, sö dông FDL sÏ lµm gi¶m t¸c dông cña bé ®Öm quang. Khi thiÕt kÕ cÊu tróc FDL ph¶i quan t©m tíi nh÷ng vÊn ®Ò quan träng bao gåm mÊt gãi, gi¸ thµnh, ®iÒu khiÓn phøc t¹p, s¾p xÕp gãi vµ mÊt tÝn hiÖu trong FDL. Mét sè c¸ch s¾p xÕp FDL ®Ó t¹o ra bé ®Öm quang ®­îc ®­a ra lµ: FDL ®¬n tÇng, FDL ®a tÇng, s¾p xÕp FDL nèi tiÕp hoÆc håi tiÕp. Mçi c¸ch s¾p xÕp ®­îc sö dông víi c¸c kiÕn tróc tr­êng chuyÓn m¹ch kh¸c nhau. Ta sÏ t×m hiÓu kÜ h¬n ë phÇn kiÕn tróc tr­êng chuyÓn m¹ch. Bé biÕn ®æi b­íc sãng Trong ph­¬ng ph¸p nµy, khi cã hai hay nhiÒu h¬n gãi tin cïng muèn tíi mét cæng ra t¹i cïng mét b­íc sãng, nh­ng mét gãi sÏ ®­îc biÕn ®æi sang b­íc sãng kh¸c th× sÏ gi¶i quyÕt ®­îc xung ®ét. Bé biÕn ®æi b­íc sãng cã thÓ thùc hiÖn ®­îc b»ng biÕn ®æi OEO. Nh­ng hiÖn nay, nghiªn cøu ®ang tËp trung vµo bé biÕn ®æi b­íc sãng quang. Mét sè lo¹i bé biÕn ®æi b­íc sãng ®­îc ®­a ra nh­ dïng ®Æc tÝnh ®iÒu chÕ t¨ng Ých chÐo nhau cña bé khuÕch ®¹i b¸n dÉn (SOA-XGM) hoÆc dïng ®iÒu chÕ pha cña bé khuÕch ®¹i quang b¸n dÉn (SOA-XPM) hay c«ng nghÖ trén tÇn. Qua nghiªn cøu vÒ bé biÕn ®æi b­íc sãng ng­êi ta thÊy r»ng bé biÕn ®æi b­íc sãng lý t­ëng ph¶i cã nh÷ng ®Æc tÝnh. Ph¶i cã tÝnh trong suèt vÒ tèc ®é bÝt vµ vÒ ®Þnh d¹ng tÝn hiÖu Tèc ®é biÕn ®æi nhanh (trªn 10 Gbit/s) Cã thÓ biÕn ®æi theo h­íng b­íc sãng ng¾n còng cã thÓ biÕn ®æi theo h­íng b­íc sãng dµi C«ng suÊt vµo thÝch hîp (kh«ng lín h¬n 0dBm) Ph¹m vi biÕn ®æi t­¬ng ®èi réng Cã thÓ lµm cho b­íc sãng ®Çu vµo kh«ng biÕn ®æi Kh«ng nh¹y c¶m víi ph©n cùc quang Dao ®éng phô rÊt nhá, cã tû sè tÝn hiÖu trªn t¹p ©m, tû lÖ tiªu cao Thùc hiÖn ®¬n gi¶n. Sau ®©y sÏ t×m hiÓu mét sè bé biÕn ®æi b­íc sãng hiÖn ®ang ®­îc nghiªn cøu t­¬ng ®èi nhiÒu. Bé biÕn ®æi b­íc sãng dùa vµo ®iÒu chÕ t¨ng Ých chÐo nhau trong bé khuÕch ®¹i b¸n dÉn. H×nh 3.11 lµ s¬ ®å nguyªn lý cña bé biÕn ®æi b­íc sãng dùa vµo ®iÒu chÕ t¨ng Ých chÐo nhau trong XGM trong SOA. Khi tÝn hiÖu quang ®iÒu chÕ c­êng ®é (cã b­íc sãng λ2) vµ tÝn hiÖu quang th¨m dß liªn tôc (CW) cã b­íc sãng λ1 ®ång thêi ®­a vµo SOA th× sù thay ®æi c­êng ®é tÝn hiÖu lµm cho t¨ng Ých SOA biÕn ®æi. Khi c­êng ®é tÝn hiÖu quang t¨ng, t¨ng Ých trong SOA gi¶m, khi c­êng ®é tÝn hiÖu quang gi¶m th× t¨ng Ých trong SOA t¨ng. Nh­ vËy sù ®iÒu tiÕt cña tÝn hiÖu quang theo ®é t¨ng Ých trong SOA lµm cho c­êng ®é tÝn hiÖu quang th¨m dß còng biÕn ®æi theo, do ®ã th«ng tin ®­îc chuyÓn dÞch sang tÝn hiÖu quang th¨m dß. Do sö dông hiÖu øng b·o hoµ t¨ng Ých nªn sau khi ®i ra khái SOA th× tÝn hiÖu quang th¨m dß ng­îc chiÒu víi tÝn hiÖu cò. TÝn hiÖu quang th¨m dß §iÒu chÕ t¨ng Ých TÝn hiÖu quang TÝn hiÖu quang TÝn hiÖu quang th¨m dß B¬m ®iÖn B¬m quang Dßng ®iÖn SOA H×nh 3.11 S¬ ®å nguyªn lý cña WC dùa trªn XGM trong SOA Nh­ vËy t¹i ®Çu ra ta chØ cÇn ®­a vµo mét bé läc ®Ó lo¹i bá tÝn hiÖu gèc. Ta thÊy SOA cã tÝnh kh«ng ®èi xøng v× khi dßng ®iÖn vµo vµ biÕn ®æi c«ng suÊt quang chiÕu vµo lµ nh­ nhau th× b­íc sãng ng¾n cã biÕn ®æi t¨ng Ých t­¬ng ®èi lín, b­íc sãng dµi cã biÕn ®æi t¨ng Ých t­¬ng ®èi nhá. Cho nªn víi b­íc sãng dµi th× tû sè tæn hao quang thÊp. §©y lµ mét nh­îc ®iÓm lín cña WC dïng SOA kiÓu XGM. Khi øng dông trong m¹ng cã nhiÒu bé biÕn ®æi b­íc sãng kÕt hîp theo cÊp, qua mét sè lÇn biÕn ®æi th× chÊt l­îng tÝn hiÖu kh«ng thÓ chÊp nhËn ®­îc. Bé biÕn ®æi b­íc sãng dùa vµo ®iÒu chÕ pha giao nhau trong SOA (XPM-SOA) Khi tÝn hiÖu quang chiÕu vµo trong SOA, sù biÕn ®æi cña phÇn tö mang tin sÏ dÉn ®Õn biÕn ®æi SOA trªn hai mÆt: Mét lµ t¨ng Ých cña SOA thay ®æi, hai lµ hÖ sè khóc x¹ cña SOA thay ®æi. C¨n cø vµo nguyªn lý biÕn ®æi hiÖu suÊt khóc x¹ trong SOA ng­êi ta chÕ t¹o bé biÕn ®æi b­íc sãng quang dùa vµo ®iÒu chÕ pha chÐo nhau trong SOA. H×nh 3.12 biÓu thÞ SOA 1 vµ SOA 2 bè trÝ kh«ng ®èi xøng trªn hai nh¸nh cña m¸y can thiÖp Mach-Zehnder, t¹o thµnh lÖch pha ë hai nh¸nh kh¸c nhau. B­íc sãng λ1 cña tÝn hiÖu quang th¨m dß vµ b­íc sãng λ2 cña tÝn hiÖu quang tõ c¸c h­íng kh¸c nhau phèi ghÐp lªn hai nh¸nh èng dÉn sãng cña m¸y can thiÖp, biÕn ®æi “0”, “1” cña tÝn hiÖu quang sÏ dÉn ®Õn hiÖu suÊt khóc x¹ biÕn ®æi, tÝn hiÖu quang th¨m dß sau khi ®i qua 2 nh¸nh sÏ bÞ lÖch pha. §iÒu chØnh thÝch hîp cã thÓ lµm lÖch pha b»ng “0”, hoÆc b»ng “π” t­¬ng øng víi nã lµ tÝn hiÖu “1” vµ tÝn hiÖu “0”, tõ ®ã thùc hiÖn ®iÒu chÕ pha ®èi víi tÝn hiÖu quang th¨m dß phèi ghÐp vµo SOA1. NÕu c«ng suÊt cña tÝn hiÖu quang lµm cho tÝn hiÖu quang th¨m dß cã pha thay ®æi gi÷a “0” vµ “π” th× tøc lµ thùc hiÖn biÕn ®æi tÝn hiÖu tõ λ2 ®Õn λ1: tÝn hiÖu biÕn ®æi ng­îc pha víi tÝn hiÖu gèc gäi lµ biÕn ®æi ng­îc pha, hai tÝn hiÖu gièng nhau vÒ pha gäi lµ biÕn ®æi ®ång pha. SOA1 SOA2 MZI TÝn hiÖu quang ®­a vµo TÝn hiÖu quang sau biÕn ®æi TÝn hiÖu quang th¨m dß 1/r 1/r r r λ1 λ2 λ2 H×nh 3.12 Bé biÕn ®æi b­íc sãng quang hai ®Çu d©y kiÓu can thiÖp Mach-Zehnder Bé biÕn ®æi b­íc sãng quang kiÓu t­¬ng quan Bé biÕn ®æi b­íc sãng quang kiÓu t­¬ng quan chñ yÕu lµ trén bèn sãng (FWG) vµ hiÖu øng quang häc phi tuyÕn tÝnh sinh tÇn sè kh¸c nhau (DEG)… ®Ó thùc hiÖn biÕn ®æi b­íc sãng. Khi cã nhiÒu chïm quang truyÒn dÉn trong chÊt m«i giíi phi tuyÕn tÝnh, t¸c dông phi tuyÕn tÝnh sÏ sinh c¸c b­íc sãng míi. C­êng ®é cña nh÷ng b­íc sãng nµy tû lÖ thuËn víi c­êng ®é tÝn hiÖu b¬m quang, b­íc sãng cña chóng cã quan hÖ tuyÕn tÝnh víi b­íc sãng tÝn hiÖu b¬m quang. B­íc sãng míi bao hµm c­êng ®é tÝn hiÖu b¬m quang vµ tin tøc vÒ pha, cho nªn nã lµ lo¹i AOWC duy nhÊt biÕn ®æi tÝn hiÖu mét c¸ch trong suèt. Nã cßn cã thÓ ®ång thêi biÕn ®æi tÝn hiÖu mét nhãm b­íc sãng sang mét nhãm b­íc sãng kh¸c, ®Æc biÖt lµm ng­êi ta chó ý lµ tèc ®é biÕn ®æi trªn 100 Gbit/s. Nh­îc ®iÓm lµ hiÖu suÊt biÕn ®æi thÊp, bëi v× nh÷ng hiÖu øng nµy lµ qu¸ tr×nh biÕn ®æi th«ng sè, cÇn ph¶i tho¶ m·n ®iÒu kiÖn phèi hîp pha. C¨n cø vµo sè l­îng sãng quang tham gia t¸c dông, cã thÓ chia thµnh trén tÇn 3 sãng (hai b­íc sãng vµo, mét b­íc sãng ra). Trén tÇn bèn sãng (3 b­íc sãng vµo, mét b­íc sãng ra). Trén tÇn bèn b­íc sãng lµ qu¸ tr×nh phi tuyÕn cÊp 3, trén tÇn 3 b­íc sãng lµ qu¸ tr×nh phi tuyÕn cÊp hai. B×nh th­êng hiÖu suÊt cña trén tÇn ba sãng cao h¬n nhiÒu trén tÇn 4 sãng. FWM trong WDM lµ mét qu¸ tr×nh biÕn ®æi th«ng sè , t¹p ©m cña b­íc sãng míi ng­îc pha víi tÝn hiÖu gèc, h¬n n÷a qu¸ tr×nh biÕn ®æi nµy sÏ kh«ng dÉn ®Õn t¹p ©m phô, trõ khi sö dông m«i chÊt phi tuyÕn tÝnh cã nguån. Trªn thùc tÕ mét sè AOWC dùa vµo nguyªn lý trén tÇn ®Òu dïng EDFA, do ®ã tû sè tÝn hiÖu trªn t¹p ©m cña tÝn hiÖu biÕn ®æi (SNR) cã phÇn gi¶m ®i. §Þnh tuyÕn mÒm Trong ph­¬ng ph¸p nµy tËn dông sù ph©n chia kh«ng gian ®Ó ®Þnh tuyÕn. Cô thÓ, c¸c gãi tin x¶y ra xung ®ét t¹i mét cæng ra sÏ ®­îc göi l¹i tíi mét cæng ra kh¸c, nÕu t¹i cæng nµy vÉn x¶y ra xung ®ét th× gãi l¹i ®­îc göi tíi mét cæng ra kh¸c n÷a. Qu¸ tr×nh göi l¹i sÏ kÕt thóc khi gãi ®­îc göi tíi mét cæng ra mµ t¹i ®ã kh«ng cã xung ®ét. Nh­ vËy, gãi sÏ ®­îc ®Þnh tuyÕn tíi ®Ých trªn mét ®­êng kh¸c (®­êng nµy cã thÓ kh«ng tèi ­u b»ng ®­êng ban ®Çu). §Þnh tuyÕn mÒm t¹o ra trÔ trªn mÆt ph¼ng truyÒn dÉn. Tuy nhiªn, ®Þnh tuyÕn mÒm kh«ng yªu cÇu thªm c¸c thiÕt bÞ phÇn cøng nh­ 2 ph­¬ng ¸n trªn. MÆt kh¸c, hiÖu qu¶ ®Þnh tuyÕn cña ph­¬ng ph¸p nµy phô thuéc vµo l­u l­îng truyÒn dÉn trong m¹ng vµ t­¬ng quan topo m¹ng. Tr­êng chuyÓn m¹ch Ph©n lo¹i tr­êng chuyÓn m¹ch Tr­êng chuyÓn m¹ch ®­îc ®­a ra cho m¹ng chuyÓn m¹ch gãi quang th× rÊt ®a d¹ng. Nh­ng chóng ta cã thÓ chia ra lµm mét sè lo¹i. ChuyÓn m¹ch ®¬n tÇng vµ chuyÓn m¹ch ®a tÇng KiÕn tróc tr­êng chuyÓn m¹ch cã thÓ lµ ®¬n tÇng hoÆc ®a tÇng. ChuyÓn m¹ch ®¬n tÇng th­êng cã sè l­îng cæng vµo vµ cæng ra nhá. Dung l­îng cña bé ®Öm còng nhá. Do ®ã dÔ dµng thùc hiÖn vµ ®iÒu khiÓn. ChuyÓn m¹ch ®a tÇng th­êng lµ kÕt hîp cña nhiÒu tÇng chuyÓn m¹ch ®¬n tÇng. Do ®ã, sè l­îng cæng vµo vµ cæng ra còng nh­ dung l­îng bé ®Öm lín. ChuyÓn m¹ch kh«ng gian ChuyÓn m¹ch kh«ng gian víi nÒn t¶ng lµ mét tr­êng chuyÓn m¹ch kh«ng blocking th­êng sö dông bé khuÕch ®¹i b¸n dÉn SOA. ChuyÓn m¹ch ®Þnh tuyÕn b­íc sãng ChuyÓn m¹ch ®Þnh tuyÕn b­íc sãng th­êng sö dông l­íi dÉn sãng quang (AWG). ChuyÓn m¹ch qu¶ng b¸ vµ chän läc ChuyÓn m¹ch qu¶ng b¸ vµ chän läc th­êng sö dông coupler sao thô ®éng (PSC). ChuyÓn m¹ch sö dông bé ®Öm quang víi FDL nèi tiÕp (FDL feed –forward) Trong tr­êng chuyÓn m¹ch sö dông bé ®Öm quang víi FDL nèi tiÕp, mçi gãi ®­îc l­u ®Öm duy nhÊt mét lÇn trong FDL ®ã. Khi gãi ®i ra khái FDL (víi ®é trÔ thÝch hîp), nã sÏ ®­îc chuyÓn m¹ch tíi ®Çu ra vµ ®i ra khái tr­êng chuyÓn m¹ch. ChuyÓn m¹ch sö dông FDL håi tiÕp (FDL feed- backward) Trong chuyÓn m¹ch sö dông bé ®Öm quang víi FDL håi tiÕp th× khi mét gãi tin ®i ra khái FDL cã thÓ ®­îc ®­a quay l¹i FDL nhiÒu lÇn nÕu nh­ t¹i ®Çu ra vÉn cßn xung ®ét. Tuy nhiªn, c¸c tr­êng chuyÓn m¹ch thùc tÕ th­êng sö dông kÕt hîp c¸c lo¹i trªn. Sau ®©y chóng ta ®i t×m hiÓu mét sè tr­êng chuyÓn m¹ch tiªu biÓu. Tr­êng chuyÓn kh«ng gian ®¬n tÇng víi FDL nèi tiÕp Trong h×nh 3.13 lµ tr­êng chuyÓn m¹ch kh«ng gian ®¬n tÇng víi N cæng, W b­íc sãng vµ D FDL trªn mçi cæng ra. Mçi tÝn hiÖu ®i vµo tr­êng chuyÓn m¹ch ®Çu tiªn ®­îc ®­a qua bé t¸ch kªnh b­íc sãng ®Ó t¸ch thµnh W b­íc sãng. Mçi b­íc sãng nµy sÏ ®­îc biÕn ®æi thµnh mét b­íc sãng kh¸c (b­íc sãng nµy rçi t¹i ®Çu ra) bëi bé biÕn ®æi b­íc sãng kh¶ chØnh. TÝn hiÖu quang mang gãi cÇn chuyÓn m¹ch ®­îc chia thµnh ND tÝn hiÖu víi N lµ sè cæng ®Çu ra vµ D lµ sè l­îng FDL trªn mçi cæng. Mçi tÝn hiÖu th× ®­îc x¸c ®Þnh thêi gian trÔ nh»m tr¸nh xung ®ét gãi t¹i ®Çu ra, gãi sÏ ®­îc chuyÓn m¹ch tíi cæng ra mong muèn vµ FDL t­¬ng øng bëi sù ®ãng vµ më cña cæng quang. T H×nh Hai kh¶ n¨ng khi ph©n tich gãi tin tr­íc khi ®ång bé DxT H×nh Hai kh¶ n¨ng khi ph©n tich gãi tin tr­íc khi ®ång bé T H×nh Hai kh¶ n¨ng khi ph©n tich gãi tin tr­íc khi ®ång bé DxT H×nh Hai kh¶ n¨ng khi ph©n tich gãi tin tr­íc khi ®ång bé 1 D ND 1 D ND 1 D ND 1 D ND 1 W 1 W Bé t¸ch kªnh Bé biÕn ®æi b­íc sãng kh¶ chØnh FDL Cæng quang Bé chia Bé kÕt hîp Bé kÕt hîp λ1, …, λW λ1, …, λW λ1, …, λW λ1, …, λW 1 N 1 N H×nh 3.13 Tr­êng chuyÓn m¹ch kh«ng gian ®¬n tÇng víi N cæng, W b­íc sãng, vµ D FDL Tr­êng chuyÓn m¹ch qu¶ng b¸ vµ chän läc ®¬n tÇng víi FDL nèi tiÕp H×nh 3.14 biÓu diÔn kiÕn tróc tr­êng chuyÓn m¹ch víi N cæng vµo, N cæng ra vµ D FDL. D FDL cã nhiÖm vô lµm trÔ gãi tõ mét khe thêi gian T cho tíi D khe thêi gian. Trong cÊu tróc nµy mçi sîi ®Çu vµo mang duy nhÊt mét b­íc sãng (c¸c b­íc sãng nµy kh¸c nhau ®èi víi mçi cæng vµo), do ®ã tæng sè b­íc sãng lµ N. Ta thÊy, tr­êng chuyÓn m¹ch nµy cã nhiÒu bé chia nªn tæn hao c«ng suÊt lín, h¹n chÕ vÒ dung l­îng chuyÓn m¹ch. TÝn hiÖu vµo trªn c¸c ®­êng kh¸c nhau ®­îc ghÐp l¹i vµ ph©n bè qua 1 PSC tíi tÊt c¶ D FDL. T¹i ®Çu ra cña FDL, gãi ®­îc ®­a tíi c¸c cæng quang. Mçi cæng quang chØ cho duy nhÊt mét gãi cã trÔ t­¬ng øng víi nã ®i qua. Nh­ vËy nÕu tÊt c¶ c¸c cæng ra cïng lùa chän mét gãi th× tr­êng chuyÓn m¹ch sÏ lµ qu¶ng b¸. Bé ghÐp kªnh Bé t¸ch kªnh Bé ghÐp kªnh DxT H×nh Hai kh¶ n¨ng khi ph©n tich gãi tin tr­íc khi ®ång bé T H×nh Hai kh¶ n¨ng khi ph©n tich gãi tin tr­íc khi ®ång bé Bé chia FDL Cæng quang Bé kÕt hîp Cæng quang 1 N 1 N 1 D 1 D 1 N 1 N Bé chia 1 N 1 N H×nh 3.14 Tr­êng chuyÓn m¹ch qu¶ng b¸ vµ chän läc ®¬n tÇng víi FDL nèi tiÕp Tr­êng chuyÓn m¹ch ®Þnh tuyÕn b­íc sãng ®¬n tÇng víi FDL håi tiÕp Trong tr­êng chuyÓn m¹ch nµy, l­íi dÉn sãng quang (AWG) ®­îc sö dông kÕt hîp víi FDL sÏ t¨ng hiÖu qu¶ ®Þnh tuyÕn. Mçi sîi ®Çu vµo cña tr­êng chuyÓn m¹ch chØ mang duy nhÊt mét b­íc sãng nªn tr­êng chuyÓn m¹ch nµy chØ sö dông cho mét b­íc sãng duy nhÊt. §Ó cã thÓ më réng cho nhiÒu b­íc sãng ®Çu vµo th× tÝn hiÖu vµo ®­îc ®­a qua bé t¸ch sãng ®Ó t¸ch thµnh c¸c b­íc sãng riªng biÖt sau ®ã mçi b­íc sãng ®­îc ®­a tíi mét tr­êng chuyÓn m¹ch nh­ h×nh vÏ sau ®ã t¹i ®Çu ra cña mçi tr­êng chuyÓn m¹ch ta sö dông bé ghÐp kªnh ®Ó ghÐp l¹i. ChuyÓn m¹ch kh«ng gian sö dông nh»m tr¸nh sù xung ®ét b­íc sãng khi ghÐp c¸c gãi tõ c¸c cÊu tróc chuyÓn m¹ch kh¸c nhau. Lèi vµo Bé biÕn ®æi b­íc sãng kh¶ chØnh FDL T H×nh Hai kh¶ n¨ng khi ph©n tich gãi tin tr­íc khi ®ång bé DxT H×nh Hai kh¶ n¨ng khi ph©n tich gãi tin tr­íc khi ®ång bé T H×nh Hai kh¶ n¨ng khi ph©n tich gãi tin tr­íc khi ®ång bé DxT H×nh Hai kh¶ n¨ng khi ph©n tich gãi tin tr­íc khi ®ång bé T H×nh Hai kh¶ n¨ng khi ph©n tich gãi tin tr­íc khi ®ång bé DxT H×nh Hai kh¶ n¨ng khi ph©n tich gãi tin tr­íc khi ®ång bé 1 2 N N+1 N+2 2N 1 2 N N+1 N+2 2N Lèi ra AWG 1 N Bé t¸ch kªnh Bé kÕt hîp ChuyÓn m¹ch kkh«ng gian H×nh 3.15 Tr­êng chuyÓn m¹ch ®Þnh tuyÕn b­íc sãng víi N cæng vµo Tr­êng chuyÓn m¹ch ®a tÇng víi FDL nèi tiÕp Trong m¹ng kh«ng ®ång bé gãi tin cã kÝch th­íc thay ®æi th× hiÖu suÊt cña bé ®Öm quang dïng FDL nhá vµ tèc ®é mÊt gãi thÊp chØ cã thÓ ®¹t ®­îc víi bé ®Öm quang lín. H×nh 3.14 lµ cÊu tróc cña 1 tÇng trong cÊu tróc ®a tÇng ®­îc ®­a ra. CÊu tróc chuyÓn m¹ch bao gåm ba khèi: khèi ®Çu vµo, mét bé ®Öm FDL ®a tÇng, vµ khèi ®Çu ra. T¹i ®Çu vµo, tËp hîp tÝn hiÖu tõ tÊt c¶ c¸c cæng ®Çu vµo ®­îc biÕn ®æi thµnh tËp hîp W b­íc sãng sö dông trong tr­êng chuyÓn m¹ch. Trong tr­êng chuyÓn m¹ch kh«ng cã sù biÕn ®æi b­íc sãng, do ®ã mçi gãi ®­îc Ên ®Þnh cho mét b­íc sãng riªng biÖt t¹i ®Çu vµo sÏ xuÊt hiÖn ë ®Çu ra víi cïng mét b­íc sãng. Nh­ vËy, bé ®Öm ®a tÇng FDL coi nh­ mét bé ®Öm lín. Cho k lµ sè tÇng chuyÓn m¹ch, D lµ sè FDL trong mét tÇng, th× trÔ t­¬ng øng t¹i tÇng i, i=1; …; k t­¬ng øng lµ 0; Dk-iT; 2Dk-iT;…; (D-1)Dk-iT, víi T lµ trÔ ®¬n vÞ. Víi sù s¾p xÕp nh­ vËy cã thÓ dÔ dµng t×m thÊy dÊu hiÖu cña FDL mµ gãi muèn göi do sù duy nhÊt cña trÔ trong tr­êng chuyÓn m¹ch. Cuèi cïng, t¹i ®Çu ra cña chuyÓn m¹ch cã thÓ kÕt nèi bÊt cø FDL, bÊt cø b­íc sãng nµo tíi bÊt cø ®Çu ra nµo. Tíi tÇng i+1 0 Dk--iT 2 Dk--iT (D-1) Dk--iT λ1 λ2 λ3 λw λ1 λ2 λ3 λw TÇng i FDL Bé kÕt hîp Bé t¸ch kªnh ChuyÓn m¹ch kkh«ng gian Tõ tÇng i-1 H×nh 3.16 TÇng i cña tr­êng chuyÓn m¹ch ®a tÇng víi W b­íc sãng vµ D FDL Tr­êng chuyÓn m¹ch ®a tÇng kh«ng sö dông FDL Data vortex lµ kiÕn tróc míi ®­îc ®­a ra gÇn ®©y, ®©y lµ tr­êng chuyÓn m¹ch kÝch th­íc lín víi môc tiªu lµ gi¶m ®Õn møc nhá nhÊt sè l­îng chuyÓn m¹ch vµ bá qua bé ®Öm quang. Do ®ã gÇn víi thùc tiÔn vµ hiÖu qu¶ kinh tÕ cao. KiÕn tróc cña data vortex ®­îc ®­a ra rÊt míi l¹, bao gåm mét nhãm nót ®Þnh tuyÕn n»m trªn tËp hîp c¸c h×nh trô ®ång t©m. Tr­êng chuyÓn m¹ch ho¹t ®éng theo ph­¬ng thøc ®ång bé, víi c¸c c«ng nghÖ míi phøc t¹p nh­ cÊu tróc ®Þnh tuyÕn theo tr×nh tù vµ ®iÒu khiÓn ph©n bè l­u l­îng. Mét sè dù ¸n vÒ chuyÓn m¹ch gãi quang ®· ®­îc nghiªn cøu Trong mét thËp niªn gÇn ®©y ®· cã mét sè dù ¸n thùc nghiÖm vÒ chuyÓn m¹ch gãi quang ®· ®­îc triÓn khai. Sau ®©y chóng ta t×m hiÓu mét sè dù ¸n vµ kÕt qu¶ ®· ®¹t ®­îc trong mçi dù ¸n. KEOPS KEOPS lµ viÕt t¾t cña (Key to Optical Packet Switching Project). §©y lµ dù ¸n ®­îc tµi trî bëi ch­¬ng tr×nh ph¸t triÓn c«ng nghÖ vµ dÞch vô viÔn th«ng (ACTS – Advanced Communication Technologies and Services) trong 3 n¨m tõ th¸ng 9 n¨m 1995 tíi th¸ng 9 n¨m 1998. Ch­¬ng tr×nh nµy ®­îc nghiªn cøu cÈn thËn bëi liªn minh ch©u ©u vµ c¸c ®èi t¸c lµ c¸c c«ng ty vµ tr­êng ®¹i häc ë ch©u ©u. X©y dùng trªn kÕt qu¶ ®¹t ®­îc cña dù ¸n chuyÓn m¹ch quang ATM (ATMOS- ATM Optical Switching), môc tiªu chÝnh cña KEOPS lµ ph©n tÝch, ph¸t triÓn, vµ chøng tá tÝnh trong suèt cña tèc ®é bit trong m¹ng chuyÓn m¹ch gãi quang trong t­¬ng lai. Hai kÕt qu¶ quan träng cña dù ¸n lµ chøng minh mét chuyÓn m¹ch ®Þnh tuyÕn b­íc sãng 4x4 ho¹t ®éng t¹i tèc ®é 2.5Gbps vµ mét chuyÓn m¹ch qu¶ng b¸ vµ chän läc ho¹t ®éng t¹i tèc ®é 10Gbps. Sau ®©y ta ®i t×m hiÓu chi tiÕt vÒ dù ¸n. Mét sè thiÕt bÞ Trong dù ¸n sö dông bé biÕn ®æi b­íc sãng quang víi tèc ®é biÕn ®æi 10 Gbit/s. Bé biÕn ®æi b­íc sãng nµy ®­îc ph¸t triÓn trªn nÒn t¶ng lµ ®iÒu chÕ pha cña bé khuÕch ®¹i b¸n dÉn ( SOA-XPM). Cæng quang còng ®­îc chÕ t¹o trªn bé khuÕch ®¹i b¸n dÉn (SOA). §ång thêi, dù ¸n cßn sö dông nguån kh¶ chØnh, nguån ®a b­íc sãng vµ bé läc b­íc sãng nhanh. Hai thiÕt bÞ quan träng trong dù ¸n ®ã chÝnh lµ thiÕt bÞ ®ång bé vµ thiÕt bÞ t¸i sinh 3R. ThiÕt bÞ ®ång bé CÊu t¹o cña thiÕt bÞ ®ång bé nh­ trªn h×nh 3.15. ThiÕt bÞ nµy gåm 3 tÇng mçi tÇng gåm 2 coupler sao thô ®éng (PSC), 4 d©y trÔ quang FDL, 4 cæng quang. Mçi gãi ®i qua cã trÔ x¸c ®Þnh. TrÔ nµy ®­îc so s¸nh víi mét gi¸ trÞ tham kh¶o theo gi¸ trÞ nµy cæng quang sÏ ®ãng hoÆc më. ThiÕt bÞ ®ång bé nµy cã thÓ ®ång bé trong kho¶ng thêi gian 3.2 ns vµ thêi gian ®ång bé kho¶ng 1ns. Tû sè tÝn hiÖu trªn t¹p ©m vµ nhiÔu gi÷a c¸c ®­êng kh¸c nhau lµ nhá. §Çu ra §Çu vµo FDL FDL DCF M¹ch ®iÖn FDL Cæng quang 48 32 16 0 12 8 4 0 3 2 1 0 H×nh 3.17 CÊu tróc thiÕt bÞ ®ång bé trong dù ¸n KEOPS ThiÕt bÞ t¸i sinh ThiÕt bÞ t¸i sinh ®­îc chia lµm ba lo¹i lµ 1R, 2R vµ 3R. ThiÕt bÞ t¸i sinh 1R lµ thiÕt bÞ chØ khuÕch ®¹i tÝn hiÖu. ThiÕt bÞ t¸i sinh 2R lµ thiÕt bÞ võa khuÕch ®¹i võa kh«i phôc l¹i tÝn hiÖu. ThiÕt bÞ t¸i sinh 3R lµ thiÕt bÞ khuÕch ®¹i, kh«i phôc l¹i tÝn hiÖu vµ kh«i phôc l¹i thêi gian cho tÝn hiÖu.ThiÕt bÞ t¸i sinh 3R trong dù ¸n nh­ trong h×nh3.16. Bé biÕn ®æi b­íc sãng dïng SOA-XGM Bé biÕn ®æi b­íc sãng dïng SOA-XPM DFB Laser DFB Laser MZI M¹ch quang SOA M¹ch kh«i phôc ®ång hå Khèi giao tiÕp ngoµi EDFA EDFA Bé läc b¨ng th«ng CËp nhËt tiªu ®Ò λ1 λ2 λ1 λ2 λi λk λk §Çu ra M DFB Laser §Çu vµo λi H×nh 3.18 CÊu tróc thiÕt bÞ t¸i sinh 3R trong dù ¸n KEOPS Còng nh­ ®a sè thiÕt bÞ cña tr­êng chuyÓn m¹ch, c«ng nghÖ SOA còng ®­îc sö dông trong thiÕt bÞ t¸i sinh 3R. §Çu tiªn, tÝn hiÖu ®­a vµo ®­îc ®­a qua bé biÕn ®æi b­íc sãng dïng SOA-XGM ®Ó lµm gi¶m bít ¶nh h­ëng cña sù biÕn thiªn c«ng suÊt ®Çu vµo vµ kh«ng nh¹y c¶m ®èi víi ph©n cùc quang. Sau ®ã, tÝn hiÖu ®­îc ®­a tíi tÇng t¸i sinh. TÇng t¸i sinh bao gåm mét khèi giao tiÕp ngoµi, mét m¹ch kh«i phôc ®ång hå, bé khuÕch ®¹i sîi quang EDFA vµ mét bé chän b­íc sãng. TiÕp theo, tÝn hiÖu l¹i ®­îc ®­a qua mét bé biÕn ®æi b­íc sãng n÷a nh­ng dïng c«ng nghÖ SOA-XPM. ThiÕt bÞ nµy cã nhiÖm vô kh«i phôc l¹i d¹ng tÝn hiÖu. Tiªu ®Ò quang còng ®­îc cËp nhËt t¹i ®©y. T¹i cæng ra, tÝn hiÖu ®­îc ®­a qua mét bé khuÕch ®¹i sîi quang EDFA vµ mét bé läc b¨ng th«ng. KiÕn tróc chuyÓn m¹ch Dù ¸n thùc hiÖn víi hai tr­êng chuyÓn m¹ch lµ tr­êng chuyÓn m¹ch ®Þnh tuyÕn b­íc sãng vµ tr­êng chuyÓn m¹ch qu¶ng b¸ vµ chän läc. Tr­êng chuyÓn m¹ch ®Þnh tuyÕn b­íc sãng (WRS-Wavelength Routing Switch) SOA MZI SOA MZI SOA MZI SOA MZI I1 I2 I3 I4 O1 O2 O3 O4 §ång hå Khèi ®iÒu khiÓn T 2T 3T 4T DFL T 2T 3T 4T T 2T 3T 4T T 2T 3T 4T Bé chia Bé kÕt hîp Bé chia Bé kÕt hîp TWC TWC H×nh 3.19 Tr­êng chuyÓn m¹ch WRS trong dù ¸n KEOPS KiÕn tróc tr­êng chuyÓn m¹ch nµy nh­ trªn h×nh 3.17. M¹ng gåm mét chuyÓn m¹ch 4x4 víi 4 b­íc sãng vµ tèc ®é t¶i tin lµ 2.5 Gbit/s. KÕt qu¶ ®¹t ®­îc chÝnh lµ gi¶i ph¸p chèng xung ®ét víi d©y trÔ quang FDL, ®Þnh tuyÕn t¶i tin theo tiªu ®Ò, tiªu ®Ò ®­îc cËp nhËt bªn trong tr­êng chuyÓn m¹ch. Trong dù ¸n víi WRS sö dông nhiÒu thiÕt bÞ cã gi¸ thµnh cao trong ®ã 1 nót gåm 1.5 MZI (Mach- Zehnder Interferometers), 1.5 bé biÕn ®æi b­íc sãng SOA, 80 DFB laser, 3 EDFA, 12 bé t¸ch/ ghÐp kªnh, 16.8 km FDL, nªn chi phÝ cña dù ¸n rÊt cao. Tr­êng chuyÓn m¹ch qu¶ng b¸ vµ chän läc KiÕn tróc tr­êng chuyÓn m¹ch nh­ trªn h×nh 3.12. M¹ng ho¹t ®éng víi 1 chuyÓn m¹ch 16x16 víi 16 b­íc sãng vµ 16 bé nhí ®Öm t¹i tèc ®é 10 Gbit/s. §©y lµ tr­êng chuyÓn m¹ch cã nhiÒu høa hÑn. §Þnh d¹ng gãi Trong dù ¸n, gãi cã kÝch th­íc cè ®Þnh nh­ng sè bÝt trong gãi th× kh«ng cè ®Þnh. Tæng sè d÷ liÖu trong gãi cã thÓ tuú chän . Tiªu ®Ò gãi ®­îc m· hãa víi tèc ®é t­¬ng ®èi thÊp (kho¶ng tr¨m Mb/s), tèc ®é nµy cè ®Þnh. Trong khi ®ã tèc ®é t¶i tin th× tû lÖ víi tèc ®é bÝt ®­îc ®Þnh nghÜa nh­ng n»m trong kho¶ng 622 Mbit/s ®Õn 10 Gbit/s. §Þnh d¹ng gãi nh­ h×nh 3.18. Trong ®ã 8 byte ®Çu tiªn dïng cho ®Þnh tuyÕn, 3 byte tiÕp theo dµnh riªng ®Ó x¸c ®Þnh kiÓu d÷ liÖu trong t¶i tin, ®iÒu khiÓn luång, thø tù gãi …, 1 byte cê x¸c ®Þnh vÞ trÝ t¶i tin, 2 byte dïng cho ®ång bé gãi. Nh­ vËy gãi cã chiÒu dµi lµ 14 byte. PhÇn n»m gi÷a tiªu ®Ò vµ t¶i tin lµ kho¶ng b¶o vÖ cã nhiÖm vô lo¹i bá ¶nh h­ëng cña rung pha. Cã hai kho¶ng b¶o vÖ tr­íc vµ sau t¶i tin. Thêi gian cña kho¶ng b¶o vÖ tr­íc t¶i tin lµ cè ®Þnh. Trong khi ®ã thêi gian cña kho¶ng b¶o vÖ sau lµ kh«ng cè ®Þnh phô thuéc vµo khe thêi gian. Khe thêi gian T: 1,646 μs=128byte Tiªu ®Ò 180ns 14B T¶i tin 1,35 μs 105-1680B Kho¶ng b¶o vÖ >26ns Kho¶ng b¶o vÖ >26ns H×nh 3.18 §Þnh d¹ng gãi trong KEOPS WASPET WASPET lµ viÕt t¾t cña Wavelength Switched Packet Network. Dù ¸n WASPNET (m¹ng chuyÓn m¹ch gãi b­íc sãng) ®­îc tµi trî bëi héi khoa häc U.K vµ hiÖp héi khoa häc nghiªn cøu vËt lý (EPSRC), víi sù céng t¸c cña 3 tr­êng ®¹i häc cña Anh ( Essex, Bristol vµ Strathclyde), vµ 3 ®èi t¸c c«ng nghiÖp (phßng thÝ nghiÖm BT, tËp ®oµn truyÒn th«ng Marconi, tËp ®oµn viÔn th«ng Fujjitsu). Môc tiªu chÝnh cña dù ¸n lµ tÝnh ­u viÖt vµ tiÒm n¨ng cña chuyÓn m¹ch gãi quang so víi chuyÓn m¹ch gãi ®iÖn t­¬ng øng. Mét chuyÓn m¹ch ®Þnh tuyÕn b­íc sãng 8x8 vµ 1 tÇng gåm 14 chuyÓn m¹ch ho¹t ®éng t¹i tèc ®é 2.5 Gbps ®· ®­îc thùc nghiÖm. Sau ®©y ta t×m hiÓu kü h¬n vÒ dù ¸n. Tr­êng chuyÓn m¹ch H×nh 3.18 lµ cÊu tróc ®¬n gi¶n cña tr­êng chuyÓn m¹ch. Tr­êng chuyÓn m¹ch thùc tÕ bao gåm nhiÒu cÊu tróc nh­ h×nh vÏ, mçi mét cÊu tróc ho¹t ®éng t¹i mét b­íc sãng. Trong cÊu tróc nµy, gãi nµo cã ®é ­u tiªn cao h¬n sÏ cã ­u thÕ h¬n gãi cã ®é ­u tiªn thÊp h¬n khi chuyÓn m¹ch. Ta thÊy cã 2 AWG ®­îc sö dông, AWG thø 2 cã t¸c dông tr¸nh xung ®ét. T H×nh Hai kh¶ n¨ng khi ph©n tich gãi tin tr­íc khi ®ång bé DxT H×nh Hai kh¶ n¨ng khi ph©n tich gãi tin tr­íc khi ®ång bé T H×nh Hai kh¶ n¨ng khi ph©n tich gãi tin tr­íc khi ®ång bé DxT H×nh Hai kh¶ n¨ng khi ph©n tich gãi tin tr­íc khi ®ång bé T H×nh Hai kh¶ n¨ng khi ph©n tich gãi tin tr­íc khi ®ång bé DxT H×nh Hai kh¶ n¨ng khi ph©n tich gãi tin tr­íc khi ®ång bé 1 2 N N+1 N+2 2N 1 2 N N+1 N+2 2N Lèi ra Lèi vµo AWG 1 N Bé biÕn ®æi b­íc sãng kh¶ chØnh FDL Bé t¸ch kªnh Bé kÕt hîp AWG H×nh 3.19 Tr­êng chuyÓn m¹ch trong dù ¸n WASPET §iÒu khiÓn m¹ng Trong dù ¸n cã hai ph­¬ng ph¸p ®Ó ®iÒu khiÓn m¹ng lµ ghÐp rêi r¹c c¸c b­íc sãng vµo mét ®­êng (SCWP- Scattered Wavelength Path) vµ ghÐp ®Òu c¸c b­íc sãng vµo mét ®­êng (SHWP- Shared Wevelength Path). Trong c¸ch thø hai, mét sè gãi quang cã thÓ sö dông cïng mét b­íc sãng. Trong c¸ch thø nhÊt, gãi cã thÓ biÕn ®æi thµnh mét b­íc sãng míi t¹i mçi nót. Th«ng th­êng SCWP cho l­u l­îng qua chuyÓn m¹ch cao h¬n vµ gi¶m sè l­îng bé ®Öm. Nh­ng nã l¹i cÇn mét sè bé biÕn ®æi b­íc sãng kh¶ chØnh. §Þnh d¹ng gãi Gãi cã 4 byte tiªu ®Ò vµ 256 byte t¶i tin. T¶i tin truyÒn ë tèc ®é 10 Gbit/s, trong khi ®ã tiªu ®Ò truyÒn ë tèc ®é t­¬ng ®èi thÊp. Cã 3 c¸ch kh¸c nhau ®Ó truyÒn tiªu ®Ò vµ t¶i tin nh­ sau: C¶ t¶i tin vµ tiªu ®Ò truyÒn trong cïng mét khe thêi gian. Tiªu ®Ò n»m ë phÇn ®iÖn cña sãng mang t¶i tin. Tiªu ®Ò vµ t¶i tin truyÒn ®ång thêi trªn hai b­íc sãng kh¸c nhau. Tiªu ®Ò vµ t¶i tin truyÒn liªn tiÕp theo kiÓu chuçi bit. C¶ hai c¸ch ®Çu th× bÞ xuyªn ©m. Trong c¸ch thø nhÊt, tiªu ®Ò khã cËp nhËt. Trong c¸ch cuèi cïng th× kh«ng cã xuyªn ©m vµ dÔ cËp nhËt tiªu ®Ò nh­ng b¨ng tÇn thÊp. KÕt luËn Kü thuËt chuyÓn m¹ch gãi ngµy nay ®· trë thµnh mét kü thuËt rÊt cã tiÒm n¨ng vµ quan träng trong lÜnh vùc viÔn th«ng bëi v× nã cho phÐp c¸c nguån tµi nguyªn viÔn th«ng sö dông mét c¸ch hiÖu qu¶ nhÊt. ChuyÓn m¹ch gãi cã thÓ thÝch øng víi diÖn réng c¸c dÞch vô vµ yªu cÇu cña kh¸ch hµng. ChuyÓn m¹ch gãi quang lµ c«ng nghÖ míi ®­îc ®­a ra nh­ng cã rÊt nhiÒu høa hÑn. Trong thêi gian nghiªn cøu ®Ò tµi em ®· t×m hiÓu vÒ c«ng nghÖ ghÐp kªnh quang WDM, c«ng nghÖ chuyÓn m¹ch gãi quang vµ c¸c c«ng nghÖ ®­îc øng dông còng nh­ ®ang ®­îc ph¸t triÓn cho c¸c thiÕt bÞ trong hÖ thèng. Nh­ng do c«ng nghÖ nµy vÉn ch­a ®­îc triÓn khai trªn thùc tÕ nªn míi chØ dõng l¹i ë møc ®é nghiªn cøu lý thuyÕt. Do ®ã cßn rÊt nhiÒu vÊn ®Ò cÇn ph¶i nghiªn cøu vµ t×m hiÓu mét c¸ch cÈn thËn. Tµi liÖu tham kh¶o [1]. Giancarlo Prati, Photonic Netwrorks advances in Optical communications, Springger. [2]. Elena Siren, Optical Packet Switching, Hensinki University of Technology. [3]. George N. Rouskas, Lisong Xu, Optical packet switching. [4]. KS. D­¬ng §×nh TuÖ, M¹ng th«ng tin toµn quang, Häc viÖn c«ng nghÖ B­u ChÝnh ViÔn Th«ng. Môc lôc ThuËt ng÷ viÕt t¾t………………………………………………………......ix . 3.3.2 §Þnh d¹ng gãi tin 43 3.3.3 §ång bé vµ s¾p xÕp gãi 44 3.3.4 Xö lý tiªu ®Ò 50 3.3.5 §Þnh tuyÕn gãi 51 3.3.6 Gi¶i ph¸p chèng xung ®ét 52 3.3.7 Tr­êng chuyÓn m¹ch 56 3.3.7.1 Ph©n lo¹i tr­êng chuyÓn m¹ch 56 3.3.7.2 Tr­êng chuyÓn kh«ng gian ®¬n tÇng víi FDL nèi tiÕp 57 3.3.7.3 Tr­êng chuyÓn m¹ch qu¶ng b¸ vµ chän läc ®¬n tÇng víi FDL nèi tiÕp…………………………………………………………………. 58 3.3.7.4 Tr­êng chuyÓn m¹ch ®Þnh tuyÕn b­íc sãng ®¬n tÇng víi FDL håi tiÕp…... ……………………………………………………………………...59 3.3.7.5 Tr­êng chuyÓn m¹ch ®a tÇng víi FDL nèi tiÕp 60 3.3.7.6 Tr­êng chuyÓn m¹ch ®a tÇng kh«ng sö dông FDL 61 3.4 Mét sè dù ¸n vÒ chuyÓn m¹ch gãi quang ®· ®­îc nghiªn cøu 61 3.4.1 KEOPS 61 3.4.2 WASPET 65 KÕt luËn 68 Tµi liÖu tham kh¶o 69