Luận văn kỹ thuật chuyển mạch chùm quang trong các hệ thống viễn thông hiện Đại

Grating assisted Coupler with Sampled Reflector Gigabit Ethemet High-Level lata [ink Control Internet Protocel Inter Symbol Interference Just-Enough-Time Local Area Network Latest

DOAN SONG THAO

KY THUAT CHUYEN MACH CHUM QUANG

TRONG CÁC HỆ THỐNG VIÊN THÔNG HIỆN ĐẠI

LUAN VAN THAC Si

TIà Nội — 2006

Duan Song Thao

KY THUAT CHUYEN MACH CHUM QUANG TRONG CAC HE THONG VIEN THONG HIEN BAT

Ngành : Công nghệ Điện tử - Viễn thông

Chuyên ngành: Kỹ rhuật vô tuyến điện tử và thôngtin liên lạc

Mã số, 2.07.00

LUAN VAN THAC SI

NGOOLHOGNG DAN KHOA HOC:

TS Thái Văn Lan

Hà Nội - 2006

Tôi xin cam doan cudn luan vin Id thanh phẩm của riêng các nhân tôi, không,

sao chép lại của người khác Irøng toàn bộ nội dung của luận văn, những diễu

được trình bày hoặc là của các nhân tôi hoặc được tổng hop tir nhiều nguôn tải liệu tham khảo Tất cả các phần được tổng hợp từ các nguồn tài liệu tham khảo đều được trích dẫn rõ rằng và hợp pháp

'Tôi xin chịu hoàn toản chịu trách nhiệm và chịu mọi sự hình thức kỷ luật theo

quy định cho lời cam đoan của mình

4à Nội, 12/2006

Doan Séng Thao

1.1.2 Qué trinh phát triển của mạng › chu †ải quang

1.1.3 Ghép kênh quang phân chia theo bước sóng

12 Các kỹ thuật chuyển mạch quang

222 Cấu trúc các node mang biên

2.2.3 Câu trúc node mạng lỗi

2.2.4 Phần xử lí gói diều khiến

2.3 Cấu trúc phân lớp trong mạng chuyển mạch chủm quang

2.3.1, Giới thiệu

2.3.2 Cấu trúc phân lớp IP trong chuyển mạch chủm quang

2.3.3 Cấu trúc phân lớp chuyén mach chim quang

24 Thiét ké thu thi lớp vật lý các node mạng lõi OBS se

2.4.1 Một số yêu cầu của OBS đối với mạng truyền dẫn quang

2⁄42 Một số giải phép chống xung đội trong node mang lõi OBS

244 Xây đựng phần chuyển mạch quang

2.5 Các cổng On/Off khuếch dai quang ban din SOA

2.5.1, Nguyễn lý hoạt đông của các công chuyển mạch

3.3 Một số thông số tiêu chuẩn và ảnh hưởng của chứng 86

3.3.6 Anh hướng của sự bão hoà khuếch đại ĐÓ ccccce T02 Chương 4 Lộ trình ứng đụng chuyển mạch quang cho mạng viễn thông

4.1 Mục tiêu phát triển chiến lược của mạng viễn thông Việt Nam 104

4.3.4 Giai đoạn sau 2015 117

lĩnh 1.1 Công nghệ sử dụng trong mạng truyễn tải

Hình 1.2 Câu trúc đơn giản của chuyển mạch gói quang

Bang 1 So sanh một số kỹ thuật chuyển mạch quang

Tình 2.1 Cấu trúc mạng chuyển mach chủm quang

Hình 2.2 Sơ đỗ khổi chức năng mạng chuyển mạch chùm quang

Hình 2.3 Cấu trúc bộ định tuyến tại node mạng lõi

Hình 2.4 Cầu trúc bộ định tuyến tại node mạng biên

Hình 2.5 Hệ chuyển mạch vi cơ diện tử

Tnh 2.6 I1ệ chuyển mạch sử dụng bộ khuếch đại quang bán dẫn

Hình 2.7 Mạng chuyển mạch chủm quang

Hinh 2.8 Cac chủm đữ liệu và các gói tiêu để

Tĩnh 2.9 Các khối chức năng cơ ban cla node mang bién OBS

Hình 2.10 Cầu trúc node mạng biên OBS lối vào

Hình 2.11 Phần tao chim đữ liệu BAU

Hình 2.12 Khối giao điện chuyển dỗi quang,

Hình 2.13 Cấu trúc node mạng biên OBS lối ra

Tĩnh 2.14 Cấu trúc node mạng OBS lõi

Hình 2.15 Bộ trễ sơi FDL thực hiển bù trễ thời gian xử ii gói tiểu ae

Tình 2.16 Cầu trúc trường chuyển mach cia node mang OBS loi

TLinh 2.17 C4u trac bé xir ly gdi didu khidn,

Tỉnh 2.18 Cấu trúc lớp phân cấp mạng IP-over-OBS

Hình 2.19 Cấu trac phan lop mang OBS

Hình 2.20 Định dang khung chom dữ liệu

Hình 2.21 Cấu trúc khung của gói điều khiển

Hình 2.22 Các liên kết truyền đẫn quang trong mạng OB8

Hình 2.23 Hai cấu trúc đơn giản thực thì laser điều chỉnh nhanh

Hinh 2.24 Điều khiển khuếch dại bing phương pháp điều chính công suất

bơm

Tĩnh 2 3.25 Sơ đề oi cấu trúc cơ ‘ban của ‘node n mang OBS

Bảng 2 Một sô công nghệ chuyển mạch quang

Tỉnh 2.26 Các bộ chuyển dỗi bước song XPM

Tinh 2.27 Các thiết kế thực thi bộ chia, tổng hợp công suất quang

Hình 2.32 Sơ đề một cổng GC-SOA sử dụng laser theo phương thang ding

đễ ẳn dinh hệ số khuếch dại

Tảng 3 Một số thơng số cơ bản của cáo bộ khuếch đại quang ban dẫn

Hình 3.1 Đường dẫn tin hiệu giữa ta hai nođe biên trong một mạng OBS với

các cầu trúc

Hinh 3.2 Mức õng suất Lại các node mang

Ilinh 3.3 Phân tích quỹ cơng suất các node mạng cấu trúc BAS va TAS

Hinh 3.4 Tỉnh tốn hệ số ồn của một dường tin hiệu cụ thể

Tinh 3.5 116 sé ồn tổng Ntras và các hệ số ằn của các bộ khuếch đại, sợi

quang phụ thuộc vào số bước sĩng MĨ trong mỗi sợi (với số sợi M=4)

Hình 3.6 Sự phụ hệ số OSNR của nođe 'FA5 như là hàm của số bước sĩng,

Mi trên sợi, với các giá trị số sợi väo/ra N tương ứng,

Hình 3.7 Số bước sĩng tối đa trên mỗi sợi

Ilinh 3.8 Tính tốn hệ số Q theo số bước sĩng tối đa trên mỗi sợi

Hình 3.9 Số bước sĩng sử dụng tơi đa và khả năng thơng tối đa

Hinh 3.10 Khả năng nỗi ting các node TAS với cầu trúc sử dụng bộ

chuyển đổi bước sĩng tuyến tính

Hình 3.11 Giá trị OSINR của k tầng node TAS nối tiếp theo số bước sĩng

sử dựng

Bảng 5 Số bước sĩng tối da M trên sợi tương ứng với cae node TAS 4, 8

SỢI VàO ra

Tinh 3.12 Cấu hình hệ thống với node TAS vả sợi ba tán SẮC

Bảng 6 Các tham số mơ hình eda soi SSMF va DCF

Hìm 4.1 Cấu trúc phần cấp mạng viễn thơng quốc gia hiện tại

IGinh 4.2 Mang quang đường trục DVDM 20 Gbits

Hình 4.3.Cấu hình hệ thống cáp quang biển trục Bắc Nam

Hinh 4.4.1.6 trinh ứng dụng chuyển mạch quang trong mạng tổng cơng ng ty

Tình 4.5 Mang chuyển mạch quang mạng trục mục tiêu

nh 4.6 Mạng chuyển mạch quang vủng/metro mục tiêu

Hình 4.7 Mạng chuyển mạch quang mạng truy nhập mục tiều

Hinh 4.8 Kiển trúc mạng chuyển mạch quang mục tiêu cho mang trục

2006-2010

Tĩnh 4 9 Chuyển mạch quang vùng 1 giai đoạn 2006 — 2010

Hình 4.10 Chuyển mạch quang vùng 2 giai đoạn 2006-2010

Burst Assembly Unit

Bursl Contral Packet Burst Disassembly Unit Bit Error Rale

Burst Framing Control

Burst Header Packet

BHP Processor- Regenerator Block

Keying Data Transport Component

Phân điều khiển đồng

khung chim dữ liệu Gói tiêu đề chùm đữ liệu Khối xử lý tái tạo tiêu đề

Hộ khuếch dại quang bán dẫn cầu trúc khối

Nhóm kênh diều khiến

Bộ xử lý gỏi điều khiển

Kiểm tra dư thừa vòng,

Khoá dịch pha vi phan

"Thành phần truyền tải dữ liệu

Ghép kênh theo bước sóng mật

độ cao

Bộ điều chế dựa trên nguyên lý

First-Fit Unscheduled Channel

Four Wave Mrxing

Gain-Clamped SOA

Grating assisted Coupler

with Sampled Reflector

Gigabit Ethemet

High-Level lata [ink

Control

Internet Protocel Inter Symbol Interference

Just-Enough-Time

Local Area Network

Latest Available

Unsheduled Channel Latest Available

Unsheduled Channel with Void Filling

Line Card Arbiters

Linear Optical Amplifier

Medium Access Control

Mackets

Optical Add-Drap Multiplexer

Optical Burst Switching

hấp thụ điện từ

Luasor buồng cộng hướng ngoài

Hô khuếch đại sơi pha tạp Erbium

Hợp kênh tín hiệu điện phân chia thco miễn thời gian

Soi trễ tin hiệu quang, Kênh không sử dụng lập lịch

Giao thức Internet

Nhiễu xuyên ký hiệu

Kỹ thuật báo hiệu TET

Các bộ phân chia đường

hệ khuếch đại quang tuyến tính

Didu khién truy nhập môi trường

Mạng điện đô thị

Thanh phan phu thuộc môi trường

Hệ thông vị cơ dién tử

Hộ BOA tích hợp các giếng lượng tử

Hệ số nhiều

Các gói quản lý mạng, Phan hop lénh xen rễ quang

Hệ chuyển mạch chùm quang

Open Shortest Path First

Optical Time Domain Multiplexing

Optical ‘Transport Network

Optical Cross-Connect

Packet Aggregation and De-ageregation

Physical layer

Quantum Dots SOA

Random Access Memory

Resource reSerVation

Protocol Stimulated Brillouin

Scattering Signaling Connection Contral

System Control Unit

Synchronous Digital Hierarchy

Signaling Frame Control

Sampled Grating DBR

Static Light Establishment Signal Noise Rate

Semiconductor Optical Amplifier

Time Domain Multiplexing

Vertical Cavity Surface

Don vi chuyén tái quang cấp n

Hệ chuyển mạch gói quang

‘IT sé tin higu trén tap âm quang,

"Thuật toán tìm dường dẫn ngắn nhất

Tlop kênh tín hiệu quang phân chia theo miễn thời gian

Mạng chuyển tải quang

Kết nỗi chéo quang

Lớp hợp, phân tách gói Lứp vật lý

Bộ BOA tích hợp các điểm

Hộ nhớ truy nhập ngẫu nhiên

Giao thức tích luỹ tải nguyên Tần xạ kích thích Brillouin

_Diều khiến báo hiệu kết nội

+3ơn vị điều khiển hệ thống

Phân cấp tín hiệu số đồng bộ

Diều khiến khung báo hiệu

Bộ DBR với cách tử mẫu

“Thiết lập đường dẫn sáng tĩnh

"Tỉ sổ tỉn hiệu trên tạp âm

Bộ khuếch dại quang bán dẫn TIệ thống mạng quang đồng bộ

Tan xa kich thich Raman

Chế độ chuyển tải đồng bộ

kỹ thuật báo hiệu TẢGŒ Node mang chuyén mach diéu chinh va lua chon

kỹ thuật báo hiệu TAW

TIẹp kênh theo miễn thời gian

L.aser có khoang công hưởng theo

Cross Gain Modulation

Cross Phase Modulation

phương thắng đúng

Hàng đợi lỗi ra äo

Ghép kênh theo bước sóng,

Hệ thống OHS dịnh tuyến theo

Mang quang dinh tuyén bước sóng

Điều chế khuếch đại chéo

Điều chế chéo pha

MO DAU

‘Trong thập kỷ qua, việc gia tăng nhanh chỏng của các ứng dụng trên

Internet, đa phương tiện, truyền hình, xử lý ảnh đã đỏi hỏi băng thông ngảy cảng cao lên tới cỡ gigabyte với khoảng cách xa, mật độ cao, độ rủi ro thấp Các hệ

thống thông tin sợi quang với thuận lợi về băng thông (tần số sóng mang sỡ

200THz), trọng lượng và kích thước nhỏ; tín hiệu về diện cách biệt về diễn, không có giao thoa cũng như suy hao dường truyền thấp Những uu điểm đá dã

được phát triển cho các ứng đụng rộng rãi trong mạng truyền dẫn hiện nay Nhằm đáp ứng nhu cầu dịch vụ ngày cảng tắng của khách hàng Lĩnh vực chuyển mạch quang xuất hiện là kết quả tất yếu của việc phát triển nhanh chóng

mạng quang Do đó, việc thống trị của cáp quang trên mạng trong tương lai nền tiém năng thâm nhập sâu hơn vào thị trường của các thiết bị quang là tất yếu,

thêm vào đó công nghệ truyền đẫn điểm-điểm đã chứng tỏ thành công trong thời

gian gần đây

Cho đến nay, việc sử dụng công nghệ quang trên mạng không còn là điều

mới mê Các thiết bị SDH đã được sử dụng thành công trong việc xây đụng các

hệ thống truyền dẫn quang đơn kênh Tuy nhiên mạng SDH vá mạng quang

khác nhau ở một số diểm, đặc biệt là trong việc mở rộng dung lượng vả định

tuyến Trong mạng SDH, khi tốc dộ truyền dẫn cực dại của hệ thông đã dược sử

dung hết, để tăng dung lượng phải lắp đặt thêm hệ thống mới trên các sợi quang

mới Cỏn trong mạng quang, việc mở rộng đung lượng chỉ đơn giản là tăng thêm

số bước sóng trên củng một sợi quang Chức năng định Luyễn của mạng SDH

được thực hiện bằng các khc thời gian, còn chức năng định tuyển của mạng

quang dược thực hiện bằng các kênh quang

Lưu lượng thông lin không ngừng gia tăng đặc biệt là lưu lương IP, truyền

dẫn quang đặc biệt là hệ thống truyền dẫn quang trong mạng truyền tải quang,

OTN (Optical Lransport Network) đường trục phải có dung lượng cao

Mạng truyền tải quang TN dược coi là bước tiếp theo tự nhiên trong quá trình phát triển mạng truyền tải l3o quá trình phát triển, OTN sẽ kéo theo rất

nhiều kiến trúc mức cao hơn khi sử dụng SONIZT/SDII (ví dụ mạng quang sẽ

giữ lại định hướng kết nối, mạng chuyển mạch) Sự khác nhau chính sẽ xuất hiện từ dạng công nghệ chuyển mạch được sử đụng: TDM cho SDII với bước

séng cho OTK Dé thoả mãn nhu cầu ngắn hạn về dung lượng, việc triển khai

cdc hé théng WDM diém diém c& lén sé vin được tiến hảnh Khi số bước sóng

và khoảng cách giữa các dau cuối tăng lên sẽ xuất hiện nhu cầu xen rẽ buớc

sống tại các điểm trung gian Khi đó cau bd chuyển mạch xen rỡ quang linh hoạt

sỡ trở thánh một bộ phận cần thiết cho mạng WDM Khi có thêm các bước sóng được triển khai trên mạng chuyển tải sẽ dẫn tới tăng nhu cầu về quản lý dung

lượng Cũng như trong các bộ đầu chéo số, vấn để đặt ra lả quản lý dung lượng trong lớp điện thỉ trong các bộ chuyển mạch nếi chéo quang (OXC) vân đề đặt

Ta là quan lý đưng lượng ở lớp quang,

k§ thuật chuyển mạch quang lả vẫn để tâm điểm quan trọng đang được nghiên cứu và đã có nhiều Ímg dựng thực tiễn trong mạng viễn thông Có rất

nhiều vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu để đưa ra thiết bị chuyển mạch vào thực tế

vì vậy cần phải mắt nhiều thời gian dành cho nghiền cứu

Các thiết bị chuyển mạch quang trong tương lái sẽ là một phần tất yếu không thể thiểu dược đối với các hệ thống xử lí tín hiệu quang và truyền dẫn quang Các kỹ thuật chuyển mạch trong cu tric mang OTN sẽ cho ta truyền

được lưu lượng cao vả mang lại hiệu quả sử dụng băng tần cũng như chất lượng địch vụ

Với ý nghĩa đó công việc nghiên cứu tìm hiểu vả đánh giá khả năng ứng

đụng các công nghệ chuyển mạch chủm quang trong mạng viễn thông là rất

cần thiốt, đặc biệt là khi xu thế mạng NGN yêu cau vid ip phal lải nguyên

Ấn dễ này và muốn dược tham giá,

quang, dỀ tải mong muốn nghiên cửu về

trao đổi các vấn để liên quan trong lĩnh vực mang thông tin quang cỏn rất rông

lớn và hấp dẫn

Với mục tiểu nghiên cứu tìm hiểu kỹ thuật chuyển mạch chủm quang và

đánh giá khả năng ứng dụng vào mạng Viễn thông Quốc Gia Với nội dung nghiên cứu về “HIệ thống chuyển mạch chùm quang trong các hệ thống

viễn thông hiện đại ” được xây dựng với bố cục gồm 4 chương cụ thể như

sau

« Chương 1: Tổng quan về mạng quang, xu hướng phát triển công nghệ và

giới thiệu các kỹ thuật chuyển mạch quang tiêu biểu;

® Chương 2: Cấu trúc cơ bản cia cdc node mạng chuyển mạch chùm

quang, thiết kế thực thi các node mạng chuyển mạch chủm quang và

phân tích dựa trên các rằng buộc về mặt vật lý, công nghệ, nguyên lý của một số thành phần chủ chết xây dựng node mạng chuyến mạch;

© Chương 3: Phân tích đánh giả một số thông số kỹ thuật và ảnh hưởng

của chúng tới node mạng với cấu Irúc lựa chon, vau Irúc TAS;

«Chương 4: Phân tích các khả năng và lô trình áp dụng chuyển mạch

quang cho mạng viễn thông Việt Nam

Mang viễn thông đã sử dụng các sợi quang từ những năm 1980 lảm giải

pháp gia tăng băng tần cân thiết cho mạng điện thoại Mặt khác sợi quang tăng

tỷ số tín hiệu trên tạp từ 10” (với cáp đồng) đến 10” (với sợi quang) đây chính là

điểm mạnh cho việc truyền lưu lượng số liệu

Mạng truyền tải quang được xem như là sự phát triển của mạng quang từ mặt kiến trủc mạng và các bức tranh truyền tai tin hiệu tương ứng Kiến trúc

mạng được xem xét từ các phân miền địa lý khác nhau, các công nghệ ghép

, dung lượng truyền tải và các

kênh, các chức năng chuyển mạch và dịnh tu

công nghệ sử dụng Ngày nay, từ mạng quang đồng bộ một bước sóng

SONE1/5DH (Smgle wavelength synchronous Optical Network/ 5ynchronous Digital HEeirarehy) dựa trên truyền tải điểm-điểm đã phát triển đến giai đoạn

truyền đẫn quang đa bước sóng

Sự phát triển của mạng quang bắt đầu từ SONET với định nghĩa phân cấp ghép kênh theo miễn thời gian trong miền điện BTDM (Electronic Time-

Domain Multiplexing) 1a cac tin higu déng bé STS-n cho tốc độ bít cao trong

miễn quang lả các kênh quang bac n (OC-n) SONKT khéng phai la mang ma JA

một giao điện nó tập hợp tất cả lưu lượng tại các bộ ghép kênh điện Dòng bit tốc độ cao sau đó được chuyển đổi sang tín hiệu quang OC-n Tại lớp vật lý SONET/SDII định ra một khung 125us và phân cấp phân chỉa theo thời gian

TDM (Time Domain Multiplexing) ld OC-n/STM-m vai n—3m [4]

Mang dua uén SONET/SDH bav gdm các nút hoặc các phần tử mạng được liên kết bằng cáp sợi quang Cầu hình mạng điểm-điểm xây dựng dựa trên mang

quang đồng bô ngày nay có nhiều loại khác nhau như ring, cây mesh Các phần tử mạng quang đồng bộ thu các tín hiều từ nhiều nguồn khác nhau như lả các bộ ghép kênh truy nhập, ATM (Asynchronous Transfer Mode), LAN, MAN

Dược phát triển từ đầu những năm 1980, SONE1/SI2H đã góp phần thay

thế hầu hết cáp đồng trong mạng đường trục bằng cáp sợi quang

Song song với sự phát triển các công nghệ ghép kénh theo bước sóng

'WDM và ghép kênh theo thời gian trong miền điện TDM, các nhà nghiên cứu

đưa ra kỹ thuật ghép kênh theo thời gian trong mién quang OTDM (Optical Time Domain Multiplexing) 1én dén tắc độ từ hàng chục đến hang trim Gb/s

'Lử những năm 1990, khuếch đại quang soi EDFA (Erbium-Doped Fiber AmpliBer) đã được sử dụng các tín hiệu đa bước sóng có thể được khuếch đại xnà không cân phải tách ra từng kênh Những tên gọi ghép kênh lông, ghép kênh

mật độ cao, ghép kênh mật độ rất cao và các tiêu chuẩn mới vẫn được tiếp tụu

phát triển [3]

Mang toàn quang được dưa ra từ những năm 1990 là một giải pháp mạng

tính cách mạng hưởng tới đáp ứng sự gia tăng rất nhanh nhu cầu băng tần do các công nghệ viễn thông mới như internet, email, dịch vụ điện toán peer-to-peer,

truyền hình hội nghị thêm vào lưu lượng thoại truyền thống

1.1.2 Quá trình phát triển của mạng chuyển tải quang

Cáp sợi quang và các công nghệ liên quan chơ phép truyền các đung lượng

thoại và số liệu có tốc độ cao hơn và xa hơn tạo ra mang quang đường trục trong

cơ sở hạ tầng mạng viễn thông Mạng guang thê hệ thứ nhất cung cấp tốc độ

cao và truyền tải đường dải dựa trên SONIT/8DII Trong cáo mạng quang, vac gói số liệu được truyền tải tại tắc độ bịt cao trong miễn quang trên khoảng cách

dai ‘uy nhiên, chuyển mạch kênh, phần chia lưu lượng, định tuyến, và các chức

năng bảo về lại được thực hiện hoàn toản trong miền điên Các việc này khi thực

hiện phải thực hiện các bộ biến đổi điện quang, quang điện O/H/O

"Tốc độ bít đã được gia tăng từ 2,5 đến 10 Gb/s trong SONKI/SDH str dung

công nghệ ghép bước sóng quang mật độ cao DWDAL DWDM gia tăng hiệu quả sử đụng băng tần truyền dẫn Khi lưu lượng xử lý tại truyền tải đường dai va tại các nút trung gian trở nên phức tạp mạng quang sau đó được phát triển lên

mạng quang thể hệ thứ hai ở dò một số chức năng dịnh tuyến và chuyển mạch

là quang với diều khiển diện [4]

Có 2 công nghệ thiết bị quan trọng như nhau trong mạng quang thể hệ thứ

hai là bộ xen ré quang OADM va bộ circulator Những thiết bị nảy cho phép

định tuyến và chuyển mạch ở lớp bước sóng Mạng quang thế hệ thứ hai, dựa

trên công nghệ WDMM tạo thảnh lớp quang cung cấp các dịch vụ luồng quang,

chuyển mạch kênh và kênh áo quang.

Chuyển mạch toàn quang sẽ dem dén cho mạng quang một thế hệ mạng kế tiếp được thừa nhận ngày nay là zhế hệ mạng quang thứ ba của hệ thông truyền

hứo năng chuyển mạch và định tuyến trong mạng quang thể hệ

tải quang Œ

thứ ba số cung cấp các nỗi chéo quang OXC (Optical Cross-Connce!)

Xu hưởng phát triển công nghệ mạng quang được nhìn tổng thể trên bứu tranh phái triển kiến trú mạng truyền tải quang, cáo công nghệ được sử dựng

trong mạng truyền tải trong từng giải đoạn

4 bude séug tinh:

ở Mang sir dung,

Hình 1.1 Công nghệ sử dụng trong mạng truyền tải

Trong thế hệ mạng thứ nhất các kiến trúc mạng quang bao gồm các liên kết

WDM diém-diém Mang quang khi dé bao gồm một số liên kết diém-didm tai

đó tất cả lưu lượng đến một nút được lấy ra, chuyển đổi quang sang diện, xử lý

điện và chuyên đổi từ điện sang quang trở về nút Việc lây ra và cộng vào lưu lượng tại mỗi nút trong mạng phải chịu chỉ phí đáng ké cho chuyển mạch và xử

Trong kiến trúc mạng quang thế hệ thứ ba, để xây dựng một mạng mesh bao gầm các liên kết sợi đa bước sóng, tương ứng với nó các công nghệ thiết bị

toàn quang liên kết sợi được nghiên cứu và đưa ra

1.1.3 Gháp kênh quang phân chia theo bước sóng

Một kỹ thuật đang được phát triển trong các mạng quang là kỹ thuật ghép

kênh quang phân chia theo bước sóng WDMI Công nghệ WDMI khai thác băng thông truyền dẫn lớn gần như vô hạn của sợi quang Công nghệ này cho phép

mỗi sợi quang có thể truyền dẫn nhiễu tín hiệu quang, các tin hiệu tương ứng ở các bước sóng khác nhau Theo dỗ ta có thể hiểu WI2MI biến đổi một sợi quang, thành nhiều sợi äo Sử dụng công nghệ WI2M cho phép đuy tr tốc độ thấp ở

mỗi bước sóng trong khi vẫn đảm bảo tốc độ luồng tổng ở mức rit cao Cách

tiếp cận công nghệ này là một giải pháp khả thi để xây dựng các hệ thống lên tới

tắc độ 40 Gbps và cao hơn nữa má các hệ thống TDM hiện nay không thể thực hiện dược Cac hé thing WDM sé lam giảm số lượng các bộ tái tạo, khuếch dại tín hiệu trên đường truyền và bởi vậy sẽ giám dược dáng kể giá thành hệ thông

Dé so sánh ta xét một hệ thống truyền dẫn tốc độ 40 Gbps trên khoảng cách 600

km Với hệ thông truyền thống, cần sử dụng 16 cặp sợi quang với các bộ phát

lặp dược ấn định sau mỗi 35 km tổng cộng 272 bộ Khi sử dụng hệ théng WDM

16 bước sóng, mỗi bước sóng có tốc độ truyền 2.5 Gbps, chỉ sử dụng một cặp

sợi quang và 4 bộ khuếch đại dược đặt sau mỗi 120 km trên toàn tuyến 600 km

[8]

Các hệ thông WI2MI được phân loại theo mật độ của các bước sóng được

ghép ta có hệ ghép kênh mật độ thấp (CWDM) hay hệ ghép kênh mật độ cao (DWDM), tuy theo khoảng trắng giữa các bước sóng Các thế hệ hệ thống

DWDM tiên tiến có thể ghép nhiễu bước sóng hơn do đó trên một liên kết quang

sỡ Iruyền nhiều kênh thông tin hơn Ngày nay các nhà nghiên cửu đang hướng

tới hệ thông ghép tới 1000 bước sóng trên mỗi sơi quang Về lí thuyết, để đạt

được điều này ta sử dụng kết hợp các băng C và băng L với khoảng cách giữa các bước sóng là 0.2 nm

1.2 Các kỹ thuật chuyên mạch quang

1.2.1 Giới thiệu

Hoàn toàn tương tự như trong chuyển mạch điện tử, chuyển mạch quang về

nguyên lý là một phép ánh xa tín hiệu quang từ một cổng lỗi vào tới một cổng lối ra yêu cầu Một trong những khó khăn để thực thi các hệ thống chuyển mạch

quang là yêu cầu cao về mặt công nghệ để xử lý tín hiệu trên miễn quang Ưu

điểm của cáo kỹ thuật truyền dẫn sử dụng tín hiệu quang là có khả năng truyền

với tốc độ cao nhưng kém về xứ lý các tín hiệu Đó là bởi vì các photon hoặc

không thể đi châm, tập trung lại, hoặc không được cất giữ một cách thuận tiện

Kích thước của các thiệt bị quang bị giới hạn do nhiễu xạ theo trật tự bước sóng Jam cha các thiết bị quang lớn hơn nhiêu thiết bị điện tử Tuy nhiên, trong tương

lại nêu như có thể khắc phục được những yếu điểm về mặt công nghệ thì chuyển

mạch quang sẽ là một giải pháp dây hứa hẹn cho mạng viễn thông nhân loại

Cũng như chuyển mạch diện tử, dựa trên nguyên lý, chuyển mạch quang dượu

phần chia theo theo các loại như sau:

-_ Chuyển mạch quang phân chia theo không gian,

-_ Chuyển mạch quang phân chỉa theo thời gian,

-_ Chuyển mạch quang phân chia theo bước sóng

Loại chuyển mạch phố biến nhất là chuyển mạch phân chia theo không

gian, ở đó có sự biến đổi vật lí giữa các đường dẫn sóng ánh sáng Khác với

chuyển mạch điện tử, chuyển mạch quang có thêm chuyển mạch theo bước

sóng,

Như đã trình bảy trong hình 1.1, các mạng quang sẽ chuyển đối đần từ công nghệ truyền dẫn quang đơn thuần sang các mạng chuyển mạch quang Các kỹ

thuật chuyển mạch quang có thể chia thành ba loại: chuyển mạch kênh quang,

chuyển mạch chùm quang và chuyễn mạch gói quang

> Hệ thống chuyển mạch kênh truyền thống sử dụng trong mạng lỗi

quang phải cần đến biến đổi quang điện Từng kênh cơ sở riêng rẽ được tạo

ra và định tuyến trong miền điện Thiết bị quang sử dụng để chuyển đổi và xếp những kênh nay vio trong phổ quang Bộ biến đỗi quang điện sử đựng

công nghệ đắt tiền và tiêu tốn nhiều năng lượng Ilơn nữa công nghệ này

tương đổi chậm so với giải pháp toán quang bởi vì mất thời gian xử lý tín

hiệu diện [9]

> Chuyển mạch gói quang đã được khẳng định tỉnh kinh tế khi sử dựng

băng tần rất hiệu quả vả khả năng hỗ trợ các địch vụ khác nhau Khi công

nghệ chuyển mạch quang cải thiện, chúng ta có thể thực hiện mạng chuyển

mạch quang dựa trên gói, khi đỏ các gói được chuyển mạch và định tuyển độc lập qua mạng trong miền quang mả không cần biển đổi sang điện tại

mỗi nút Như vậy chuyển mạch gói quang cho phép một mức độ cao hơn

việc ghép kênh thông kê trên các liên kết sợi quang và điều khiến cham lưu

lượng tốt hơn chuyển mạch kênh Tuy nhiên, với một số yêu câu như tốc

đô, đệm quang, xử lí phần tiêu để trên miền quang thì ông nghệ hiện tại

vẫn chưa có khá năng đáp ứng dược Chính vì vị

việc thực thi các mạng

chuyển mạch gói quang trong tương lai gẫn là chưa thể [6]

>_ Chuyển mạch chùm quang dược thiết kế dễ đạt được một cân bằng giữa

chuyển mạch kênh vả chuyến mạch gói quang Trong mạng chuyển mạch

chùm quang một chùm số liệu bao gồm các gói dữ liệu được chuyển mach qua mạng toản quang Một gói điều khiển được truyền đi trước gói số liệu

1à tiêu để để thiết lập ác chuyển mạch đọc theo tuyển truyền dẫn Thực

chất chuyển mạch chùm quang được xem xét trong ting quang đơn thuần như một môi trưởng truyền dẫn trong suốt không bộ đệm cho các ứng dụng,

như vây chuyên mạch chùm quang (OBS) như một giải pháp cho sự truyền tải lưu lượng trực tiếp qua mang WDM quang mả không cần bộ đệm [8]

1.2.2 Mang chuyén mach kénh quang

Cac mang quang dinh tuyén theo bước sóng thực hiện chuyển mạch kênh quang trong đó các đường dẫn các bước sóng quang được thiết lập giữa các cặp trạm đầu cuối với nhau Thiết lập đường truyền ánh sảng liên quan tới một số

nhiệm vụ bao gồm quản lý topo mạng và tải nguyên, định tuyến, ấn định bước

sóng, báo hiệu và tích luỹ tải nguyên

Việc quản lý topo mạng và tài nguyên liên quan tới sự phân bố và duy trì

thông tin trạng thái mạng Thông tin này sẽ bao pồm thông tin về hình thái vật lý

va trạng thái các kết nối trong mạng 'IYong một mạng WI3MI định tuyến theo

bước sóng các thông tin nảy có thé bao gém thông tin về trang thái của bước sông tại một liên kết cho trước trong mạng Giao thức thông thường để duy trì các thông tin trạng thái được sử dụng trong mạng Internet là giao thitc OSPF

(Open Shortest Path First) Van dé dinh tuyến và ân định bước sóng có thể được

thực hiện theo hai loại tĩnh và động Dắi với thiết lập đường dẫn sang tinh (SLE

Static Light Establihment), toin b6 cac kết nỗi đều được biết trước, và vẫn đề ä đây là thiết lập đường truyền cho các kết nổi này sao cho giảm thiểu được tài

nguyên mạng cũng như số lượng bước sóng hay số sợi quang sử dụng trong mạng Đổi với vấn để thiết lập dường dẫn anh sang déng (DLE: Dynamic

1ightpath Establishmem0, một đường dẫn ánh sáng được thiết lập cho mỗi yêu

cầu kết nối và đường dẫn này được giải phóng sau một khoảng thời gian hữu

hạn nhất định Đổi với trường hợp lưu lượng động việc thiết lập đường truyền và

ấn định bước sóng có thê được thực hiện Luỷ theo lưu lượng để giám thiểu nghẽn kết nổi nói khác dị là làm tăng khá năng thiết lập kết nối trong mang lại cùng

một thời điểm Các vẫn để về đỉnh tuyên động hay tĩnh đã và đang được nghiên cứu để đảm bảo phù hợp với từng mục đích, phạm vi sử đụng [6]

Các kết nối định tuyển bước sớng tĩnh có đặc điểm rõ rằng , ỗn định nhưng,

không có khả năng đáp ứng được đặc tính biến đồng cao về lưu lượng Internet trong các mạng thực tế Rð ràng, nếu lưu lượng mang tính biến động thì việc truyền tìn với kỹ thuật định tuyến theo bước sóng tĩnh sẽ không sử dụng hiệu

quả dược dải thông của dường truyền dẫn Mặt khác, nếu chúng ta thực hiển

định tuyến động cao thì các thông tin trạng thái mạng phải được thường xuyên

cập nhật sẽ gây khó khăn để duy trì thông tin trang thái mang hiện thời Bởi vậy,

khi lưu lượng trở lên động và phân cụm hon, cần thiết có các cách tiếp cận khác

nhau để đâm bảo truyền đữ liệu trên mạng

1.2.3 Mang chuyén mach géi quang

Khi céng nghé chuyển mạch quang đã có những phát triển, cuối củng ta cũng phải công nhận thành tựu, hiệu quả rất lớn của các mạng chuyến mạch gói quang nơi mà các gói tin được chuyển mạch và định tuyển độc lập trên Loan

mang trên miễn quang má không cần thực hiện chuyển đổi giữa các miễn quang-

điện tai mỗi node mang Các mạng chuyển mạch gói quang cho phép ghép xen lưu lượng có độ tĩnh lớn hơn trên các liên kết quang và phủ hợp cho lưu lượng

có tính cụm hơn so với các mạng chuyển mạch kênh [6]

Hình vẽ 1.2 dưới đây cho ta thấy cấu trúc đơn giản của một hệ thông chuyển mạch gói quang Mỗi node mạng có thành phần chủ yếu là một trường

chuyển mạch quang có khã năng câu hình lại đựa trên các thông tin tiêu để của

gói tin Các gói tiêu đề được xử lí hoàn toản trên miễn quang, và chúng có thể

được truyền củng băng, trên một băng con của kênh truyền tia hoặc trên một kênh điều khiến riêng biệt với kênh truyền goi tin Tại các node mạng cần có

thời gian để xử lý thông bn tiêu đề và thời gian để cấu hình lại trường chuyển

mạch nên các gói tin phải được trễ một khoảng thời gian nhất định nhờ sử dựng

các bộ rễ quang

Hình 1.2 Cấu trúc đơn giản của chuyển mạch gói quang

Vấn dễ là cần thực thị các hệ chuyển mạch dáp ứng được yêu cdu vé tinh thực tế và đáp ứng được thời gian trễ pói Ngày nay thời gian chuyển mạch của

hệ chuyển mạch dựa trên cơ cầu MEMS được yêu cầu từ 1 đến 10 ms, trong khi

hệ chuyển mạch dựa trên các bộ khuếch đại quang bản đẫn có thể thực hiện

chuyển mạch khoảng thời gian nhỏ hơn 1 ns Tuy nhiên nhược điểm của nó là

van dé giá thành và để chuyển mạch thi tín hiệu phải đi qua các bộ ghép nếi

quang dẫn tới mắt mái công suất Tốc dộ chuyển mạch trong lương lai yêu cầu

phải nhanh hơn nữa, tuy nhiên công nghệ ngày nay vẫn chưa đủ mạnh để đáp

ứng cho kỹ thuật chuyến mạch gỏi quang [B]

Một giải pháp cho kỹ thuật chuyển mạch gói quang là đồng bộ Irong các mạng chuyển mạch gói quang có độ dải gói tin cô định, cần đồng bộ gói tại các

cổng vào của trường chuyển mạch để giảm thiểu xung đột Mặc đủ kỹ thuật đồng bộ là rất khó thực hiện, nhưng đã có một số kỹ thuật đã được nghiên cứu

và thực hiện thánh công trong phỏng thí nghiệm [ó]

Trong mạng chuyển mạch gói quang tai nguyên mạng không được dự trữ,

nên các gởi tin có thể bị xung đột, rớt khi lan truyền trong mạng Xung đột xảy

ra khi nhiều hơn hai pói tin đẳng thời di ra cùng một cổng Xung dột trong hệ

thống chuyển mạch gói điện được giải quyết bằng các bộ đệm điện Song trong, miền quang, việc thực thì các bộ đệm khó khăn hơn rất nhiều nên sẽ không có

bộ nhớ RAM quang Thay thế cho các bộ đệm quang, người ta sử dụng các đường dây trễ Nhiều đường dây có độ trễ khác nhau được nổi tầng hoặc nối

song song, cho là một bộ độm có khă năng giữ được các gói tin tong một

khoảng thời gian thay đổi được |7| Việc thực hiện các bộ đêm làm giảm đáng,

kế gác suất mất gói tin nhưng không dim bao đứng được thử tự của các gói Cần

lưu ý rằng trong mỗi kỹ thuật đệm quang, kích thước bộ đệm đều có một số hạn chế, không chỉ về chất lượng tín hiệu mả cỏn có giới hạn về mặt kích thước vật

W Ví dụ như để trể gói một khoảng Š us yêu cầu độ đài của sợi đây trễ quang kém hơn một km Cũng do giới hạn về kích thước của bộ độm quang, nên khó

khăn cho các nođc mạng khó cỏ thể đáp ứng dược diễu kiện tải lớn hoặc lưu

lượng có đặc tính phân cụm, chùm

Một cách tiến cận khác để giải quyết vấn dễ xung dột lá dịnh tuyến các gởi

ÿ thuật này được để cập đến như là việc định

xung đột đến cổng lối ra khác

tuyến ánh xa Việc ánh xa nảy tuy không phủ hợp trong các mang chuyển mạch

gói điện nhưng nó khá hiệu quả trong miễn quang, miền có dung lượng bộ đệm

tất hạn chế để duy trì mức độ mất gói Tuy nhiên, trước khi thực hiện anh xa

trong mạng chuyển mạch gói quang, hệ thông cần tính toán để xác định các giới hạn vé ưu nhược điểm của các phương pháp ảnh xạ và sử dụng cho hợp lý

1.2.4 Mạng chuyển mạch chùm quang

Hệ thing chuyển mạch chủm quang được thiết kế trên cơ sở tổng hop, can

mạch kênh quang và hệ thống

bằng về mặt công nghệ của hệ thống chui

chuyển mạch gói quang Có thé nói chuyển mạch chùm quang là một hệ thông trung gian để tiến từ mạng chuyến mạch kênh quang sang mạng chuyển mạch gói quang khi diều kiện công nghệ chưa cho phép thực thi mạng chuyển mạch

gói quang Trong một mạng chuyển mạch chủm quang, một chủm dữ liệu bao

gồm các gói IP được được chuyển mạch trong mạng hoàn toàn trên miền quang

Một gói điêu khiển được truyền trước khi truyền chủm dữ liêu để thực hiện câu

hình các liên kết trong trường chuyển mạch Dộ lệch về thời gian này cho phép

xử lý các gói tin điều khiển và thiết lập trường chuyển mạch trước khí chủm dữ liệu đến Vì vậy mạng không cân sử dụng các bộ đêm điện hay đệm quang trong

thời gian xử lý gói điều khiển Gói điều khiển cũng mang thông in về thời gian kẻo đài của chùm đữ liệu dễ nođc mạng có thể biết khi nào trường chuyển mach

phải thiết lập lại phục vụ chùm dữ liệu kế tiếp

Trong hệ chuyển mạch chùm quang, việc tích luỷ tài nguyên được thực hiện tại các thời điểm theo một chu kỳ xác định, do đó tải nguyên có thê được ấn

định hiệu quả hơn và việc ghép kênh đạt được với độ tĩnh cao hơn Chính vỉ vậy

hệ thống không bị hạn chế do một số vấn đề ấn định băng thông tĩnh trong hệ thống chuyển mạch kênh quang Hơn nữa, dữ liệu được truyền đưới dạng chừm,

cụm lớn, nên hệ thông chuyển mạch chủm quang giảm được đáng kế tốc độ chuyến mạch, điều này rất cần thiết đối với hệ thông chuyển mạch gói quang,

Tảng dưới đây cho ta cái nhìn tổng quan về các đặc điểm của cả ba công nghệ

Bảng 1 5o sánh một sẽ kỹ thuật chuyển mạch quang

Từ bảng nảy ta có thể thấy ring kỹ thuật chuyển mạch chùm quang là kỹ thuật chuyển mạch quang khắc phục được một số yếu điểm của chuyển mạch

kênh quang và trung hoả được các yêu cầu về công nghệ trong chuyển mạch gói

quang

Mặc dù có được một số ưu điểm của kỹ thuật chuyển mạch kênh quang và

dap ứng tốt hơn về mặt công nghệ trong kỹ thuật chuyển mạch gói quang nhưng,

hệ chuyển mạch chửm quang cỏn tôn tại các han chế của hệ thông chuyển mạch Trong thực tế các vấn đề này bao gồm: lược đỗ tạo chùm dữ liệu, lược đỗ báo

hiệu, vấn để tắc nghẽn, lược đề truyền vả chất lượng dịch vụ [9]

Lược đỗ hình thành chủm đữ liệu là lược đề biểu điễn quá trình tạo chim

đữ liệu từ các gói tin Vấn đề ở đây là thời điểm để tạo chùm đữ liệu, kích thước

của chùm dữ liệu và các loại gói lin trong chủm đữ liệu Lược đồ tạo chùm đữ

liệu sẽ ánh hướng tới độ dài của chủm đữ liệu cũng như ảnh hưởng tới thời gian

chờ trước khi gói lin được truyền đi T.ược dỗ tạo chùm dữ liệu thường dựa trên

hai kỹ thuật cơ bản lả định thời (tmer) và dựa trên ngưỡng (threshold) mả ta sẽ

dé cap trong cdc phân sau

Lược đỗ báo hiệu phục vụ công việc tích luỹ tải nguyên và câu hình trường

chuyển mạch khi chủm dữ liệu đến các node mạng Lược đồ báo hiệu phục vụ tích luỹ tài nguyên trang mạng chuyển mạch chủm quang thông thường sử dụng

cac k¥ thuat TAG (Tell-And-Ago), TAW (Tell-And-Wait) va JET (Just-Enough-

‘Time) ‘lrong luge dé TAG, tram nguén pitt m6t ban tin didu khién bao cho các

tram trên đường truyền về chủm dữ liệu tới Ngay sau đó trạm nguằn sẽ phát đi

chùm dữ liệu như đã thông báo mà không chờ bản tia xác nhận từ phía các trạm

nhận đữ liệu Để đảm bảo thời gian xử lý gói tin điều khiển và cấu hình trường

chuyển mạch chùm dữ liệu phải được đệm trong bộ đệm quang lại mỗi trạm

nhận Đối với kỹ thuật TAW, trạm nguẫn gửi một bản tin diều khiển dễ yêu cầu

tích luỹ tài nguyên cho chùm đữ liệu đọc theo các Iram nó sẽ truyền qua Sau đó

trạm nguễn sẽ chờ môt tín hiệu xác nhận tải nguyên có sẵn sảng đáp ứng chưa Nếu bắn tin xác nhận sẵn sảng, trạm nguồn sẽ phát đi chủm dữ liệu như đã thông báo Trường hợp ngược lại trạm nguồn sẽ tiếp tục thực hiện yêu cầu tích Tuy tài

nguyên |8| Ở lược đồ JET, trạm nguồn phát gói điều khiển trước và sau một thời gian sẽ trễ nào đó nó phát di gói tin tương ửng với gói diều khiển đã phát

"thời gian trễ này được thiết lập lớn hơn tổng thời gian xử lý gói điều khiển trên

toàn tuyến mà gói đi qua Chính vì vậy, khi chủm đữ liệu đến mỗi trạm trung

chuyển thì gói tin điều khiển đã được xử lý và đã dành riêng cho đữ liệu một

kênh lỗi ra Đối vai loc dé JET mang sẽ không cần sử dụng tới các bộ đệm tại các trong mạng, Đây là một ưu diểm rất quan trọng vì các bộ đêm trong miễn

quang rất khó thực hiện Một đặc điểm nữa trong kỹ thuật JET dé 1a vide dw tre

tài nguyên tại trường chuyển mạch được thực hiện khi chủm dữ liệu đến thay vì

dy trữ tải nguyên khi xử lý gói tỉa điều khiển

Trong các lược dé TAG va JET, tram nguồn không chờ tin hiệu xác nhận ACK (acknowledgement) truéc khi phát đi chủm đữ liệu Dởi vậy, có thê xây ra

trường hop tải nguyên không sẵn sảng tại trạm nảo đó trên đường truyền Trong trưởng hợp nảy, chửm đữ liệu bị tranh chấp đường truyền, tắc nghẽn xảy ra khi nhiều hơn một chủm dữ liệu tranh chấp cùng một tài nguyên mạng tại một thời

điểm Tranh chấp có thể được giải quyết bằng một số phương pháp Một trong những phương pháp dỏ lá lưu trữ một trong số các chùm đữ liệu dến khi tài

nguyên trở lên sẵn sảng Một cách khác để giải quyết vẫn để này đỏ là thực hiện ánh xạ các chùm sang một cổng lối ra khác Hoặc có thé thực hiện chuyển đối

cham dữ liệu sang bước sóng khác ở cùng sợi lối ra Khi các kỹ thuật giải quyết

tắc nghẽn thực hiện không thảnh công chủm dữ liệu buộc phải bị loại bẽ Một

giải pháp để giăm thiểu mắt mát dữ liệu khi có tranh chấp đó là thực hiện chia

đoan các chùm dữ liệu Khi thực hiên phân đoạn, những phần dữ liêu chồng lấn giữa các chùm sẽ bị loại bỏ nên sẽ giảm được tống đữ liệu mất Khi sử dụng giải

pháp chuyển đổi bước sóng, một vấn đề đặt ra là cần phải xác định bước sóng

phù hợp có thể trên một lỗi ra |9| Vấn đề này được đề cập tới như là lược đỗ kênh Lược đỗ kênh chỉ ra phương thức thực thí đảm bảo số kênh tối da có thể

1.3 Kết luận

TDể xây dựng một mạng quang khả thị, có lợi về kinh tế thì các yêu cầu về chất lượng đường truyền, các bộ xen rẽ, các bộ nỗi chéo, cdc mit chuyển mạch

quang và cấu trúc mạng cần phải được xem xót một cách thấu đáo Các thành

phần kiến trúc cơ bản cho mạng quang tạo nên các topo rìng, mesh va cde 16 hop

Tỉng/mesh, đa vòng Xu hướng phát triển của mang quang cũng tương ứng với

xu hướng phát triển công nghệ của các khối chức năng cơ bản cần phải được quan tâm

Khi xây dựng mạng quang phải tính đến việc quản lý băng tần một cách hiệu quả nhờ vào các khối chuyển mạch và các công nghệ quần lý luồng quang phải xem xét lộ trình cũng như tiên lượng về các công nghệ chuyển mạch

Do các nhược điểm của hệ thông chuyển mạch kênh quang như độ mềm đẻo trong chuyên mạch, hiệu suất sử đụng đường truyền thấp, khả năng tương

thích đáp ứng đa dịch vụ nôn việc thực thi hệ thống này sẽ dẫn tới một số bất cập khi mạng tích hợp đa dịch vụ, tốc độ truyền yếu câu lớn Mặt khác, mặc dù

củ nhiều ưu việt vượt trội nhưng trong hệ chuyển mạch kênh quang, với diều

kiện công nghệ hiện nay, các yêu cầu vẻ mặt công nghệ như: tốc độ chuyển mạch, các bộ đệm lưu trữ trong miễn quang, xử lý tín hiệu trên miễn toàn

quang Lạm thời chưa thể đáp ứng được Đề thực thi hiệu quả hệ thẳng chuyển

mạch quang trong điều kiện công nghệ hiện nay, kỹ thuật chuyển mạch chùm

quang là phủ hợp nhất Hệ thống chuyển mạch chủm quang lá hệ thống dược

xây dụng trên cơ sở trung hoà các nhược điểm của hệ thông chuyển mạch kênh quang và các yêu cầu công nghệ của hệ thống chuyển mạch gỏi quang nên nó có

thể đáp ứng được các yêu cầu như độ mềm dẻo, tốc độ truyền dẫn, có khả năng

tương thích các loại hình địch vụ va khá năng thực thủ với điều kiện công nghệ

hiện nay

Chương 2 Hệ thống chuyển mạch chùm quang

21 Giới thiệu

2.1.1 Cẩu trúc mạng

Một mạng chuyển mạch chùm quang bao gồm các node mạng chuyển mạch

chủm quang được liên kết với nhau thông qua các sơi quang Các sợi liên kết có

khả năng truyền nhiều bước sỏng sử dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM Các node mạng co thé la node mạng lõi hoặc node biên như hình 2.1 dưới đây Các node biên thực hiện chức năng ghép các gói tin nhận được từ các mạng người sử dụng thành các chủm dữ liêu và xây dựng lược đồ cho quá trình truyền dẫn chúng trên các kênh bước sóng của các cổng lối ra Các node mạng lõi thực hiện chức năng chuyển mạch các chùm dữ liêu nảy từ một cổng lỗi vào tới cổng lối ra nào đó dựa trên thông tin chứa trong gói tiêu để của burst và điều khiển tắc nghẽn

Node shang {oi

Hình 2.] Cấu trúc mang chuyển mạch chủm quang

Node mang biên lối vảo thực hiện gắn các gói tin từ các thiết bị đầu cuối nguồn thành chùm dữ liệu Chùm dữ liệu này được truyền đi hoàn toàn trong, miền quang trên các bộ định tuyến OBS mả không được lưu trữ, chuyển đổi quang điện tại bất kỳ trạm trung gian nảo trong mạng Node mạng biên lối ra thu

nhân chùm dữ liệu tới, khôi phục lại các gói tin như tại lối vào ban đầu và chuyển chúng tới thiết bị đầu cuối đích Hình 2.2 chỉ ra các quá trỉnh được thực

hiện trong một mạng chuyển mạch chủm quang Node mạng ở biên lối vào thực hiện tập hợp hay thu thập gói tin và tạo chùm dữ liệu, định tuyến, ấn định bước

sóng và xây dựng lược đồ cho các chủm dữ liệu trên Node mạng lõi thực hiện báo hiệu, xây dựng lược đồ cho các chùm dữ liệu trên các liên kết lõi và giải

quyết vấn đề xung đột Ngược lại với quá trình ở node biên lối vảo, node mạng

biên lối ra thực hiện phân chia chủm dữ liệu thảnh các gói tin và gửi chúng tới

biên lối vào Node mạng lõi biên lối ra

Hình 2.2 Sơ đồ khối chức năng mạng chuyển mạch chùm quang

Cấu trúc mạng có thể mỗi node mạng thực hiện chuyển tải cả lưu lượng

mới từ thiết bị đầu cuối lẫn lưu lượng quang trung chuyển qua nó Bởi vậy, mỗi node mang sẽ bao gồm môt bô định tuyến lõi và một bộ định tuyến biên Cau

trúc các bộ này được chỉ ra trên hình 2.3 và hình 2.4

Burst &ssembler (BA?

Hình 2.4 Câu trúc bộ định tuyến tại node mạng biên

Các bê định tuyển tại node lãi dược xây dựng bởi hai phần một là phần kết nối chéo quang (OXC) va phan điều khiển chuyển mạch (SƠU) Phần điều khiển

chuyển mạch tạo và duy trì một bảng định tuyển và phục vu lập cấu hỉnh phần kết nổi chéo quang Khi bệ điền khiển chuyển mạch nhận gói tin tiêu đề của chùm đữ liệu, nó nhận biết được đích mà chùm đữ liệu cần phải tới, nẻ thông

qua phần xử lý báo hiểu, bộ dịnh tuyến dễ tìm một cổng lỗi ra cần thiết Nếu cổng ra sẵn sang khi chim đữ liệu tới thì phần diễu khiển chuyển mạch SCU thực hiện cấu hình phần kết nổi chéo cho phép chùm dữ liệu đi qua Ngược lại,

nếu cổng lối ra không sẵn sang thì phần kết nếi chéo được cầu hình tuỳ thuộc vào giải pháp chống xung đột thực thi trong mạng Tóm lại phần SCU cỏ các

chức năng dọc các thông tin tiêu dễ, xây dựng lược dễ, phát hiện và giải quyết xung dột, chuyển tiếp bản tin tiêu để, điều khiển ma trận chuyển mạch, tải tạo tiêu đề và diều khiển chuyển đổi bước sóng rong trường hợp chủm đỡ liệu đi

đến phần kết nổi chéo ở trường chuyển rạch trước khi gói điều khiển tới, chùm

đữ liệu có thể sẽ bị rớt dẫn tới mắt đữ liệu [8].

Bộ định tuyển biên thực hiên chức năng sắp xếp các gói tin, đệm các gói, liên kết các gói thành chùm đữ liệu vả phân chia chim dữ liệu thành các gói tiì

theo yêu oầu trong phân tiêu để của chúng, Có nhiều phương pháp hình thành

chủm dữ liệu như phương pháp dựa trên ngưỡng hay cơ cấu địh thời được sử

dung để tổng hợp các gói dữ liệu thánh các chim dữ liệu quang va truyền chứng

qua mang Cau trúc của một bộ định tuyển biên được cấu thành bởi phần định

tuyến, phần tạo chủm dữ liệu và phần lập lịch trình cho chùm đữ liệu Phần định tuyến sẽ lựa chọn cổng lỗi ra phù hợp với mỗi gói tin và đưa chúng tới bộ tạo

chủm dữ liệu Phần lạo chủm đữ liệu thực hộn tạo chủm dữ liệu, bau gồm cáo

gói dữ liệu có phần tiêu để chứa thông tin về bộ định tuyến biên dé Trong phần

tạo chùm đữ liêu đữ liễu sẽ có một hàng đợi các gói cho mỗi lớp lưu lượng, Phần lập lịch tạo ra chùm đữ liệu dựa trên kỹ thuật tạo chủm đữ liệu va chuyển

chúng tới cổng lối ra yêu cầu Tại một bộ định tuyến biên lối ra, chùm dữ liệu sẽ

được phân tách thành các gói và chuyển chúng tới lớp mạng cao hơn

Một cấu trúc đựa trên kỹ thuật mang OBS đã được phát triển và được đề

cập như hệ thống chuyển mạch chùm quang được định tuyến theo bước sảng

(WR-OBS) Một mạng WR-OHB là mạng kết hợp các chức năng cla mang OBS

và chuyển mạch kênh nhanh nhờ kỹ thuật ấn định và giải phóng động các bước

sóng trên mạng lõi quang không sử đụng đêm Ưu điểm của cấu trúc này so với mạng ODS thông thường là phản ảnh được chất lượng dịch vụ So với các mạng

quang định tuyến bước sóng (WRON) tĩnh nó có ưu điểm là tương thích nhanh

với sự thay dổi của lưu lượng trong các mạng quang vả sử dụng các kênh bước

sóng, hiệu quá hơn [9]

Trong mạng WR-OBS phần phục vụ yêu cầu tập trung co thé đáp ứng việc tích luỹ tài nguyên thực hiện các yêu cầu kết nối khác nhau trong mạng Mỗi

node mang biên lỗi vào gửi đi các yêu cầu kết nổi để yêu cầu được phục vụ, các

được xến trong hàng đợi tuỷ thuộc vào node mạng biên đích hay

phân lớp chất lượng dịch vụ Việc phục vụ tập trung ở đây là thực hiên ấn định tải nguyễn dựa trên thông tữn trạng thái của các bước sóng trên mỗi liên kết trong toản mang Phan phục vụ yêu cầu tập trung cỗng có thể đáp ứng việc xử lý

các yêu cầu kết nổi riêng biết, tính toán định tuyển theo yêu cầu từ nguồn tới đích và cũng tích luỹ số các bước sóng yêu cầu trên mỗi liên kết Nođe mạng

biên lối vào bắt đầu quá trình truyền đữ liệu chỉ sau khi nó nhận được bản tin

xác nhận từ phần phục vụ yêu cầu

21.2 Cac yêu cẩu về công nghệ

€ dung cắp được các chức năng cơ bản của chuyển mạch chùm quang như

đã được mô tã trong phần trước thì cần yêu cầu một số công nghệ chế tạo thiết

bị quang Trong các node mạng biên và node mạng lỗi, phần OXC phải được thực thi sử dụng một kết cấu chuyển mạch quang nhanh Các bộ thu ở các node

mạng biển cũng cẦn phái có tốc độ nhanh dễ có thể thu nhận tín hiệu lỗi vào nhanh Mỗi trạm yêu cầu có một số phương thức chuyển déi bước sóng đễ giảm thiểu xung đột tại các liên kết lối ra [8]

Mang OPS khéng doi hỏi về thời gian chuyển mạch nhanh như yêu cầu

lan

trong hệ chuyến mạch gói Mặt khác, với công nghệ ngảy nay yêu cầu thời

chuyến mạch đổi với mang OBS là có thể đắp ứng được Dã có một số công

nghệ được ứng dụng thực thi các mạng chuyên mạch toàn quang Một trong

những công nghệ hoán thiện nhất là công nghệ chuyển mạch sử dụng hệ thống

vi cơ diễn tử (MEMS) Trong các hệ chuyển mạch MEMIS, sử dụng các gương

siêu nhỏ có thể điêu khiến để hướng ánh sáng từ một cổng lối vào tới một công

lỗi ra cho trước Hình 2.5 mê tâ mệt thiết kế tiêu biểu minh hoạ Ở đây ánh sáng

từ mệt sợi lối vào cho trước được định hướng tới một gương trong hệ gương lối vào Gương này được điều chỉnh để chuyển hướng chủm sảng lới hệ các gương,

lỗi ra, Lại dây nó sẽ bị phần xạ tới sợi lối ra tương ứng Công nghệ MEMS dựa

trên cơ cầu điêu khiến các gương để định hướng ánh sáng nên thời gian chuyển mạch tương đối chậm, nó cỡ khoảng 50 ms [8]

Các sợi lỗi vào (Các sợi lỗi ra

Hình 2.5 Hệ chuyển mạch vi cơ diễn tử.

Mét công nghệ chuyển mạch đáp ứng thời gian chuyển mạch nhanh hơn đó

là chuyển mạch công sử đựng các bộ khuếch đại quang bán din (SOA) So đề

khếi của hệ chuyển mach SOA được chỉ ra trong hình 2.6 Ánh sáng tới một lỗi

vào cho trước sẽ được quảng bá tới các bộ khuếch đại quang bản dẫn sử dụng

các bộ ghép nỗi quang Các SOA được kich hoạt tạo ra các trạng thái mồng như

mé (on) va déng (off),

dụng SOA là thời gian chuyển mạch nhanh cỡ 1 ns và cho phép phát quảng bá tín hiệu tới nhiều lối ra Nhược điểm SOA là sử dụng các bộ ghép nối quang dẫn tới suy giảm tín hiệu nên bị giới hạn về khoảng cách truyền dẫn Mặt khác các

thiết bị SOA thường đắt và có độ nhạy cực tính cao

Một công nghệ yêu cầu khác khi xây dựng mạng OBS là thực thi các bệ thu các chủm dữ liệu Các bộ thu truyền thống trong các hệ thống truyền đẫn quang

hién tai nhu la SONET/SDH không phủ hợp cho các hệ thống chuyển mạch chùm quang Các bộ thu này thường có pha và công suất thu là một hằng số và

tín hiệu là luôn tồn tại Trong các mạng OBS, các chùm đữ liệu đến một bộ thu

cho trước có thể có pha và công suất khác nhau vi các chùm dữ liệu có thể đi tới

từ các nguồn khác nhau và đi trên những đường dẫn khác nhau IIơn nữa đo đặc tính tự nhiên của chủm dữ liệu nên tín hiệu chỉ hiện hữu trong thời gian kéo dải của chùm dữ liêu Các bộ thu chế dé thu chủm dữ liệu là những bộ thu được

thiết kế tương thích với tin hiệu có công suất và pha biến dỗi theo các chum dé

liệu tới Một yêu cầu đối với các bộ thu chế độ chùm đữ liệu là phải khôi phục

được tín hiệu đồng thể đủ nhanh Các bệ thu chế độ burst có khá năng khôi phục lại tín hiệu đồng hỗ của tín hiệu tới 2.5 Gbps trong vỏng 24 ns đã được thực thi

trong các thí nghiệm {9|

Một công nghệ cần thiết khác để thực thi mạng chuyển mạch chùm quang

đó là chuyển đổi bước sóng Trong mạng chuyển mạch chủm quang sử dụng

'WDM hoặc DWDM việc chuyển đổi bước sóng lại mỗi node mạng là rất oần

thiết để giảm thiểu tắc nghẽn Kỹ thuật đơn gián nhất để chuyển đổi bước sóng

lả thực hiện chuyển dỗi từ miễn quang sang miền điện và sử dụng tín hiệu diễn

để điều chế sang tín hiệu quang tại bước sóng lối ra yêu cầu Phương pháp này

có đặc điểm đơn giản và có thể chuyến đối tín hiệu ở tốc độ dữ liệu lên tới 10

Gbps, tuy nhiên việc thực hiện nảy yêu cầu tín hiệu quang phải có một dạng điều chế riêng cũng như tốc độ bít xác định Một cách khác thực hiện chuyển đổi bước sóng là thực hiện diéu chế khuếch dai chéo Trong điều chế khuếch dai

chéo, tín hiệu dữ liêu được phát đi qua một bộ khuếch đại quang ban din (SOA) cũng với một tỉa hiệu bơm liên tạc (CW) trên một bước sóng khác Khi tín hiệu

đữ liệu ở mức cao, các hạt mang điện trong miền khuếch đại của SOA giảm và

SOA roi vao tráng thái bấo hoá Kết quá là tín hiệu bơm CW không đượu khuếch dại Khi tín hiệu ở mức thấp, tín hiệu bơm CW sẽ được khuếch đại hoàn

toàn Bởi vây một bản copy ngược tại bước sóng bom CW của tín hiệu đữ liệu

sẽ thu được ở lối ra của bộ SOA Kỹ thuật này có khả năng chuyến đổi tín hiệu

đữ liệu tốc độ lên tới 10 Gbps Sự hạn chế của điều chế khuếch đại chéo là kỹ

thuật này yêu cầu mức công suất tín hiệu dữ liệu lối vào cao và cho Uf sé céng

suất của bít “0° và bái *1ˆ của tín hiệu lối ra thấp Sự chênh lệch này dẫn tới khi SOA ở trạng thái bão hoà, tín hiệu bơm CW vẫn nhân được khuếch đại ở một

mirc nao dé

Phương pháp khác thực hiện việc chuyển đổi bước sóng lả sử dụng hiệu

ứng phi tuyến trên bến bước sóng, Hiệu ửng này xảy ra khi có sự tương tác giữa

hai tan sé f và /§ tạo ra thêm hai tần số mới 2ƒ - ƒ và 24 fi Nếu tín hiệu dữ

liệu hoạt động tại tần số /¡ và tín hiệu bơm CW hoạt động ở tần số 7 thì tín hiệu

đữ liệu lối ra sẽ thu được tại các tần số 2/4 - ƒ4 và 2⁄4 —/¡ Các tín hiệu mới tạo ra

có công suất thân hơn tín hiệu lối vào nên hiệu suất của kỹ thuật nảy không cao

Hơn nữa, hiệu suất giảm khi sự chênh lệch giữa bước sóng tín hiệu bơm và tín

hiệu lỗi ra tăng

3.1.3 Một số hiệu ứng trong tác lớp vật lý

Khi thiết kế một mạng quang nói chung, mạng chuyển mạch chủm quang

nói riêng rất nhiều vẫn đề thực thị về mặt vật lý cần được quan tâm tính toán

Tưới đây ta sẽ xét một số vấn để tiêu biếu như suy hao, tán sắc và các hiệu ứng phi tuyến

> Khi ánh sáng truyền trong sợi công suất của tín hiệu sẽ giảm đo có suy hao khi lan truyền Suy hao là một hàm của bước sóng ti hiệu và nguyên nhân của nó là do hiện Lượng hấp thụ của sợi và do tấn xa Rayleigh IIấp thụ là

do sự và chạm giữa ánh sáng và cáo hại silicat hoặc do tạp chất trong sợi

hấp thụ Hầu hết các loại sợi có hấp thụ tổng trong dai bude sóng thông

dung (0.8 jm dén 1.6 pm) là không đáng kể Lán xa Rayleigh xây ra khi có

sự thay đổi nhỏ về chiết suất trong sợi

'Irong mạng chuyển mạch chùm quang, suy hao sẽ giới hạn khoảng cách

truyền các chùm đữ liệu Trong phần lớn các trường hợp, các bộ khuếch đại quang sẽ được sử dụng để khắc phục vấn để suy hao Song các bộ khuếch

dai quang sẽ lảm tăng thêm nhiễu tín hiệu

> Nếu tín hiệu quang bao gồm nhiều thành phần bước sóng thì các thành phần

bước sóng khác nhau này sẽ được truyền với tốc độ khác nhau, dẫn tới sự

trãi đải các xung tín hiệu Irong miễn thời gian Hiên tượng này gọi là hiển

tượng tán sắc Các loại tán sắc bao gồm tán sắc mode va tan sic màu

‘lan sic mode xay ra khi có nhiều mode của cùng một tín hiệu lan truyền

với vân tốc khác nhau trong soi ‘ln sắc mode có thể được loại trừ bằng cách sử dụng sợi đơn mode Sợi dơn mode có đường kính lỗi rit nhé va chi cho phép truyén duy nhat mode co bản [9]

Tan sắc màu có nguyên nhân đo tốc độ truyền khác nhau của các thành

phần bước sóng khác nhau Do đó, néu tín hiệu truyền cö nhiều hơn một

thành phần bước sóng thì sẽ có thành phần lan truyền với tốc độ nhanh hơn

các thành phan khác, kết quả là sẽ trải rộng xung tín hiệu trong miễn thời gian Các loại tán sắc màu pằm có tán sắc vật liệu và tán sắc ông dẫn sóng,

Tan sic vat liệu đo hệ số chiết suất là hàm của bước sóng Tán sắc ống din

sóng xảy ra do chiết suất đối với một bước sóng phụ thuộc vào hệ số công

suất truyền trong lõi và hệ sé công suất truyền ở lớp vỏ sợi Khi tín hiệu bao

ẩm các xung biểu diễn cho các bít, tản sắc gây ra trai dai xung khi nó truyền qua sợi Độ kẻo dài này có thể dú rộng dễ ảnh hưởng tới xung bền cạnh nó và dẫn tới nhiễu xuyên ký tự (ISI) Như vậy tán sắc sẽ rút ngắn

khoảng trống giữa các bít và giới hạn tốc độ truyền dẫn tối đa trên kênh

c sớng 1300 nm, tan sắc vật liệu đối với sợi quang đơn mode

quang Ở bà

là gần như bằng không Và đây cũng là một cửa số suy hao thấp Ngoài ra

ôn só một kỹ thuật có thé dich tan sic, lao ra cdc soi oé độ tán sắc bằng

không lại một bước sóng nào đó trong khoảng 1300 mm và 1700 nm Trong

sợi dịch tán sắc, lỗi và võ sợi dược thiết kể sao cho tán sắc ống đẫn và tán

sắc vật liệu triệt tiêu lẫn nhau nên tán sắc tổng sẽ bằng không Song giá trị

này chỉ có tác đụng đối với mệt bước sóng nhất định Ngoài vin đề nhiễu xuyên ký tự, tán sắc còn có thể gây ra cde van dé déng bộ trong các mạng

OBS Trong vac mang OBS, goi tin tiéu để và chủm dữ liệu được truyền

trên các hước sóng kháo nhau Mỗi bước sóng có một mức tản sắc khác

nhau dẫn tới gói tiêu dé và chủm dữ liệu có thể có đồ dịch lại gần hoặc xa hơn trong miền thời gian Nếu biết trước khoảng cách vật lý và hệ số tán

sắc của sợi ta có thể bù lại Lán sắc bằng việc điều chỉnh phủ hợp độ lệch lại trạm nguồn |6 |

> Các hiệu ứng phi tuyến trong sợi gây ảnh hưởng tới một số tham số hoạt

động như tốc độ truyền dẫn, số kênh truyền, khoảng gách giữa các kênh và

mức công suất tỉn hiệu Một số hiệu ứng phi tuyến bao gồm hiểu ứng trên bến bước sóng (FWM), tự điều chế pha, điều chế chéo pha, tán xa kích

thich Raman (SRS) va tan xa kich thich Brillouin (SBS)

-_ Hiệu ứng trộn bốn bước sóng xuất hiện khi truyền dồng thời hai bước

sóng hoạt động tai hai tan số ƒ Và / tạo ra các tín hiệu tại tần số 2h fava 2h Fi Các tín hiệu nảy sẽ gây nhiễu đối với các tín hiệu khác trong cùng

đấi Hiệu ứng xây ra tương tự đổi với trường hợp ba hoặc nhiều hon ba bước sóng Hiệu ứng FWM trong hệ thống WDM có thể hạn chế bằng cách

sử dụng các kênh với các khoảng trắng giữa các kênh không bằng nhau

-_ Hiện tượng tự điều chế pha xáy ra khi có sự thay đổi cường độ tín hiệu

kết quả làm biến đỗi pha tín hiệu Sự biến đỗi tức thời về pha có thể sẽ sinh

ra các thành phần tần số khác nhau trong tín hiệu Các thảnh phần tần số mới này củng với hiệu ứng tán sắc sé din tới làm trải rộng hoặc nén các

xung quang lrên miền thùi gian

- liệu ứng điều chế chéo pha là hiện tượng pha tín hiệu bị địch do có sự Thay đổi cường độ tín hiệu ở một bước sóng khác Tương tự như tự điều chế

pha, hiệu ứng điều chế chéo pha cũng tạo ra các thành phân tần số khác làm

2.2

tăng tán sắc Tuy nhiên hiệu ứng này có thé có các ứng dụng hữu ích Sử dụng hiệu ứng điều chế pha, một tin hiệu tại một bước sóng cho trước có

thể được sử dựng để điều chế một tín hiệu bơm ở một bước sóng khác Kỹ

thuật này có thể được sử dụng trong các thiết bị chuyển đổi bước sóng

-_ Tắn x¿ kích thích Raman xuất hiện đo sự tương tác giữa ánh sáng với

ác phân tử vật chất Ảnh sáng sinh ra đo lán xạ sẽ có bước sóng dài hơn so

với ánh sảng lỗi vào Ảnh sáng được tạo ra ở miền tần số thấp hơn dược gọi

là song Stokes Dải các sóng §tokes được xác định bởi phổ khuếch đại Raman thường trên một khoảng 40 THz đưới tần số ánh sáng lỗi vào Tỉ số công suất truyền cho sóng Stokes tăng nhanh khi công suất tín hiệu lối vào

tăng Khi công suất lỗi vào là rất lớn, tán xa kích thích Raman sẽ truyền hầu hết công suất tin hiệu lỗi vào cho sóng Btokes Trong các hệ thống sử dụng,

nhiều bước sóng, các kênh có bước sóng ngắn hơn sẽ mất một phần năng,

lượng cho các kênh có bước sóng dải hơn nằm trong phd khuếch đại Raman Để giảm mất mát này công suất trên các kênh cần phải được giới

hạn ở một mức nhát định nào đó

-_ Tản xạ kích thích Brillouin cũng giống như tan xa SRS, su khac nhau

giữa chúng là trong hiệu img SBS, nguyén nhân của dịch lần là do các

tương tác 4m Trong SBS, ánh sáng bị dịch tần truyền trong sợi thco chiều

ngược lại so với tín hiệu lỗi vào Cường dé ánh sáng tán xạ lớn hơn nhiều

so véi SRS, nhưng dai iin t4n xa lại nhô hơn nhiều cỡ 10 GHz, băng

khuếch dai cla SBS chỉ khoảng 100 MIIz Để hạn chế hiệu quá hiệu ứng

SBS, người ta phải hạn chế công suất lối vào của tín hiệu, công suất lối vào nảy phải thấp hơn một ngưỡng nhất dịnh Trong các hệ thống nhiều bước

sóng, SBS gây ra xuyên âm giữa các kênh bước sóng với nhau Xuyên âm

xuất hiện khi hai kênh ở hai tần số khác nhau một khoảng băng độ dịch Brillouin, quanh khoing 11 GHz đối với buớc sóng 1550 nm Tuy nhiên,

dai ảnh hưởng của 8BS là nhỏ nôn hiện Lượng xuyên âm có thể để đảng loại

bé [10]

Câu trúc mang chuyển mạch chủm quang

Mang OBS bao gém các node mạng biên và các node mạng lõi Lưu lượng

đi vào mạng OBS từ các mạng thông tin ngoài được tổng hợp, tích luỹ tại các

nođe mạng biên thành các chủm dữ liệu và được truyền đi trên các đường liên

kết dung lượng lớn DWDM Các node biên có thể cung cấp các giao diện lỗi vào như GE, ATM, IP và thực hiện quá trinh hợp, phân chia các chủm dữ liệu Quá

trình tạo chùm dữ liệu là quá trình liên kết các gói dữ liệu đi vào mạng tạo thành chủm dữ liệu Ngược lại, tại node biên lối ra thực hiện quá trình phân chia các

COG: Centro! Chane! Group

DOG: Data Channe! Group

Hinh 2.7 Mang chuyén mạch chùm quang

Khi chủm dữ liêu sẵn sàng để truyền, node phát sẽ truyền đi gói tiêu đề tương ứng với một độ lệch thời gian nhất định Cac chum dữ liệu được truyền ấn định trên kênh gọi là nhóm kênh dữ liêu (DCG), tương ứng các gói tiêu đề điều

khiển được truyền trên nhóm kênh điều khiển (CCG),

2.2.1 Các mạng OBS đồng bộ và không đông bộ

Các mạng chuyển mạch chùm quang có thể được chia thành hai loại là

mạng OBS đồng bộ và không đồng bộ Trong các mạng OBS đồng bộ (hình 2.8

a.), chùm dữ liệu và các gói tiêu đề chỉ được phép truyền trong các khe riêng

của chúng Theo lược đồ này, các kênh điều khiển và kênh dữ liệu được chia và

ấn định trong các khe thời gian với độ dài không đổi Khi chùm dữ liêu đã sẵn

sảng để truyền, gói tiêu đề phải được truyền trước trên các khe dành cho gói tiêu

đề của kênh điều khiển Sau một khoảng thời gian nhất định, chùm dữ liệu cũng được truyền đi trên khe dành cho dữ liệu tương ứng

Trong mạng OBS không đồng bô (hình 2.8 b), không cần thiết phải định

khe cho các quá trình truyền các gói điều khiển và các chùm dữ liệu Mặc dù các

chùm dữ liệu và các gói tiêu đề của nó có thể được truyền tại thời điểm bat kỳ, nhưng điểm bắt đầu và kết thúc của gói tiêu đề phải được định nghĩa trước đó

Tham chi về mặt lý thuyết, các chùm dữ liêu trong các mạng OBS không đồng

bộ có thể có độ dài không đổi hoặc thay đổi [6]

Nhìn chung, do các chủm dữ liệu trong mạng OBS đồng bộ được truyền

với kích thước rời rạc, hiệu suất băng thông giảm đối với lưu lượng tải thấp do

lưu lượng các khe dữ liệu không được sử dụng hết Mặt khác, do sử dụng các

khoảng thời gian có độ dài tuỳ ý để chỉ thị độ dài chủm dữ liệu cũng như độ lệch

thời gian, nên trong mạng OBS không đồng bộ có thể sẽ rơi vào tình trạng không đáp ứng được các chùm dữ liệu dài Như vậy, thời gian đồng bộ một phần quyết định độ trễ đầu cuối trung bình của các gói tin

Có thể thấy rõ ràng rằng để thực thi các mạng OBS đồng bộ với độ dài

chủm dữ liệu thay đổi có thể sẽ phức tạp hơn và yêu cầu nhiều trường thông tin hơn trong gói tiêu đề so với mạng OBS đồng bộ với các khe có độ dài cố định

Độ trễ đầu cuối các gói tin IP và tỉ lê mất gói trong các mạng OBS đồng bộ phụ

thuộc vào một số yếu tổ như đặc trưng lưu lượng lối vào và các tiêu chuẩn xác

định thời điểm chủm đữ liệu được phat di Ví dụ như tại node biên, các chùm dữ

liêu có thể được truyền đi khi đã đạt tới ngưỡng thời gian nào đó hoặc đạt được

đô dài yêu cầu

Hình 2.8 Các chùm dữ liêu và các gói tiêu đề tương ứng trong (a) mang

OBS đồng bô, (b) mạng OBS không đồng bộ.

2.2.2 Cấu trúc các node mạng biên

Các node mạng biên cần phải hỗ trợ thực hiện các giao diện lối vào thay đổi và tập hợp, liên kết các gói tới thành các chùm dữ liệu Hình 2.9 dưới đây

chỉ ra bốn khối cơ bản xây dựng lên các node mạng biên bao gồm giao diện

đường, khối chuyển mạch, khối tạo chùm dữ liệu và khối giao diện chuyển đổi

Hình 2.9 Các khối chức năng cơ bản của node mạng biên OBS

> Khối giao diên đường cung cấp các giao diện giữa mạng chuyển mạch chùm quang và các giao diện ngoài khác gồm ATM, IP hoặc SONET Chức năng cơ bản của khối này là chuyển đổi các giao thức của các giao diện đường tạo ra một giao thức chung cho khối chuyển mạch

>_ Chức năng chính của khối chuyển mạch là định tuyến các gói IP, chuyển

chúng tới khối tạo chùm dữ liệu Cơ cấu định tuyển có thể phụ thuộc vào một số thông số như đích tới của các gói hay mức thứ tự ưu tiên của gói

IP Chức năng định tuyển được thực hiện hoàn toàn trên miền điện Kích

thước của trường chuyển mạch phụ thuộc vào số cổng ra của mỗi node

(Œ), số kênh trên mỗi cổng ra (N), số loại hình dịch vụ hỗ trợ (Q) va số

khối giao diện đường (7)

> Khối tạo chùm dữ liệu thực hiện ghép các gói IP thành các chùm dữ liệu tương ứng và ngược lại Ngoài ra, nó còn xác định thời điểm chủm dữ liệu được giải phóng cũng như quản lý tài nguyên kênh truyền Số các giao

dién ra (E) va giao diện vào (7) là các tham số độc lập nhau

sa, Thạc