slidethongtimquang-100126114757-phpapp01 pdf

Tổng quan về chuyển mạch quang Khái niệm : Về nguyên lý, một chuyển mạch thực hiện chuyển lưu lượng từ một cổng lối vào hoặc kết nối lưu lượng trên một khối chuyển mạch tới một cổng l

Bộ chuyển mạch quang

GVHD: Th.sNhóm sinh viên: Ngô Tùng Bách

Lê Quang Duy Trần Huy HòaLớp: ĐT10 – K50

Mục lục

 Tổng quan về chuyển mạch quang

 Bộ chuyển mạch quang

 Bộ chuyển mạch quang đơn

 Khối chuyển mạch quang lớn

Tổng quan về chuyển mạch quang

 Khái niệm : Về nguyên lý, một chuyển mạch

thực hiện chuyển lưu lượng từ một cổng lối vào hoặc kết nối lưu lượng trên một khối chuyển

mạch tới một cổng lối ra

 Hệ thống chuyển mạch quang là một hệ thống chuyển mạch cho phép các tín hiệu bên trong các sợi cáp quang hay các mạch quang tích hợp được chuyển mạch có lựa chọn từ một mạch

này tới một mạch khác

Bộ chuyển mạch quang

 Phân loại:

 Bộ chuyển mạch quang đơn ( Single Optical Switch)

 Là bộ chuyển mạch có ít đầu vào/ra

 VD: Bộ chuyển mạch on/off (1x1), bộ chuyển mạch

chuyển tiếp 1x2 hoặc 2x2

 Bộ chuyển mạch quang lớn (Multistage/Large

Optical Switch)

 Là bộ chuyển mạch có số lượng đầu vào/ra lớn, có thể từ

một vài đến hàng nghìn đầu vào/ra.

 VD: khối chuyển mạch 4x4 ( Crossbar) hay khối chuyển

mạch 1024x1024 (Clos)…

1 Bộ chuyển mạch quang đơn

 Phân loại theo chức năng:

On/off (1x1): cho phép tín hiệu quang truyền qua hay không

Chuyển mạch on/off dùng SOA

(Semiconductor Optical Amplifier )

 SOA chỉ khuếch đại ánh sáng khi nó được phân cực, và hấp thụ ánh sáng khi không được phân cực

 Đây là một chuyển mạch điện-quang

Bộ ghép ống dẫn sóng chế tạo từ LiNbO3

 Tinh thể LiNbO3 tạo hiệu ứng thay đổi chiết

suất theo các hướng khác nhau khi có tác dụng của điện trường ngoài

 Khi đó tỉ số ghép của bộ ghép ống dẫn sóng sẽ thay đổi theo điện áp đặt vào

Bộ ghép ống dẫn sóng chế tạo từ LiNbO3

 Cấu hình chuyển mạch quang dùng bộ ghép định hướng ( theo nguyên lý ghép mode)

Bộ ghép ống dẫn sóng chế tạo từ LiNbO3

 Cấu hình chuyển mạch quang dùng giao thoa kế

Mach-Zehnder

Chuyển mạch dùng lăng kính chuyển động

Chuyển mạch dùng gương cầu

Chuyển mạch hiệu ứng FTIR (Frustration of

Total Internal Reflection)

Chuyển mạch quang - nhiệt sử dụng bộ giao thoa Mach-Zehnder

 Bộ giao thoa MZ kết hợp với một bộ dịch pha gắn trong mỗi nhánh giao thoa

 Bằng hơi nóng, có thể điều khiển lượng số lượng bộ dịch pha, tức là định hướng tín hiệu quang

Nguyên lý hoạt động

 Các tham số của bộ chuyển mạch

 Tỉ số tắt mở (Extinction ratio): tỉ số giữa năng lượng ánh sáng ở trạng thái on và trạng thái off ( của chuyển mạch on/off) (~45-50 dB)

 Suy hao xen (Insertion loss): đơn vị đo công suất suy hao do

chuyển mạch gây ra (~ 0,5 dB)

 Nhiễu xuyên âm (Crostalk)(~ 80dB)

 Thời gian chuyển mạch (Switching time):

 CM kênh: ~ ms – s

 CM gói: ~ ps – ns

 CM đơn cơ – quang và quang – nhiệt: 2 – 20 ms

 CM đơn quang – điện : ~ ns

 Dải bước sóng làm việc

 Nhiệt độ phòng

1.2 Ứng dụng của CM quang đơn

 CM on/off: dùng làm các đầu phát và đầu thu cách ly trong

thiết bị đo thử

 CM 1x2: cho phép lựa chọn kênh và được dùng cho CM bảo vệ.

 CM 1xn: để kiểm tra và đo các linh kiện quang, kiểm tra từ xa

hệ thống thông tin quang

 CM 2x2: dùng để nối thẳng nút trong các mạng quang, thường được ứng dụng trong mạng FDDI (Fiber Distributed Data

Interface ) Khi một trạm bị hư hỏng hay mất nguồn, bộ CM sẽ

tự động thay đổi sang trạng thái nghẽn, đảm bảo luồng lưu

lượng không bị ảnh hưởng

2 Khối chuyển mạch quang lớn

Cấu trúc Crossbar

 Khối chuyển mạch Crossbar 4x4 dùng 16 phần

tử chuyển mạch 2x2

Cấu trúc Clos

 Khối CM 1024x1024 sử dụng kết nối các bộ chuyển mạch 32x64 và 32x32 trong cấu trúc Clos 3 tầng

 Chỉ cần 2n phần tử CM để tạo nên khối CM nxn.

 Mỗi kết nối chỉ đi qua 2 phần tử CM

Cấu trúc Spanke

 Chuyển mạch nxn sử dụng các kết nối giữa 2n phần

tử chuyển mạch 1xn trong cấu trúc Spanke

Cấu trúc Benes

 Là một trong những cấu trúc hiệu quả nhất về số

lượng phần tử CM 2x2 để tạo nên khối CM lớn

 Cấu trúc CM nxn thì cần (n/2)(2log2n-1) phần tử CM 2x2 , nhỏ hơn rất nhiều so với cấu trúc Crossbar

 Số lượng điểm giao nhau của các ống dẫn sóng theo yêu cầu làm cho cấu trúc này khó chế tạo trong mạng quang tích hợp

Cấu trúc Benes

 Khối chuyển mạch 8x8 sử dụng các kết nối giữa 20 phần tử CM 2x2 trong cấu trúc Benes

Cấu trúc Spanke-Benes (cấu trúc

planar n tầng)

 Đây là cấu trúc ứng dụng công nghệ bán dẫn n tầng vì nó phải có n tầng ( cột ) để thực hiện một khối chuyển mạch nxn.

 Cấu trúc này cần n(n-1)/2 phần tử CM 2x2

 Không có điểm nối chéo

Cấu trúc Spanke-Benes

 Khối chuyển mạch 8x8 dùng 28 phần tử CM 2x2 trong cấu trúc planar n tầng

Khối chuyển mạch quang lớn

 Các yêu tố quan tâm khi thiết kế khối chuyển mạch lớn

 Số lượng phần tử CM

 Tính đồng nhất của suy hao:

 Bộ CM có thể tạo ra suy hao khác nhau cho từng kết nối khác nhau của đầu vào/ra

 Khối CM càng lớn thì suy hao càng nhiều

 Đánh giá: xem xét số phần tử chuyển mạch min và max trên đường dẫn quang với từng kết nối.

 Số điểm nối chéo: các đường dẫn của 2 ống dẫn sóng cắt nhau ( tạo điểm nối chéo ), sẽ tạo ra suy hao công suất hay nhiễu xuyên âm.

Khối chuyển mạch quang lớn

 Các đặc tính nghẽn

 CM “nghẽn”: có một số kết nối từ đầu vào đến đầu ra

không thực hiện được.

 CM “không nghẽn”: thực hiện được mọi kết nối khi đầu vào/ra đang rỗi.

 CM không nghẽn theo nghĩa rộng (wide-sense nonblocking): thực hiện mọi kết nối mà không cần phải định tuyến lại các kết nối đang tồn tại

 CM không nghẽn theo nghĩa hẹp (strict-sense nonblocking): thực hiện mọi kết nối mà không cần quan tâm đến trạng thái của các kết nối trước đó trong khối CM

 CM không nghẽn sắp xếp lại (rearrangeably non-blocking switch): yêu cầu việc định tuyến lại cho các kết nối để đảm bảo thuộc tính không nghẽn.

Khối chuyển mạch quang lớn

 Bảng so sánh giữa các cấu trúc chuyển mạch

Thank for listening!