Nghiên cứu chuyển mạch gói quang cho các mạng trung tâm dữ liệu

WDM là một cách ghép, trong đó ta có thể lợi dụng sự không đối xứng băng tần quang điện rộng lớn bằng cách yêu cầumỗi đầu cuối của mỗi người sử dụng chỉ hoạt động tại tốc độ điện tử và c

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phát triển của xã hội thì nhu cầu của con người đối vớiviệc trao đổi thông tin ngày càng cao Để đáp ứng nhu cầu đó, đòi hỏi mạnglưới viễn thông cũng như các trung tâm dữ liệu phải có tốc độ cao, dunglượng lớn Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM ra đời đãđáp ứng được một phần những đòi hỏi cấp thiết đó Kỹ thuật ghép kênhbước song WDM có thể nâng dung lượng truyền dẫn của sợi quang lên rấtcao Đồng thời sự tăng trưởng với tốc độ nhanh chóng mặt dung lượng của

hệ thống là sức ép và động lực mạnh cho sự phát triển của hệ thống chuyểnmạch Quy mô của hệ thống chuyển mạch trong thông tin ngày càng lớn,tốc độ vận hành ngày càng cao Nhưng mạng chuyển mạch điện tử và xử lýthông tin đã phát triển đến gần tốc độ giới hạn Trong đó các tham số cốhữu như RC, méo, rôi trượt, xuyên âm, tốc độ phản ứng chậm là nhữngkhuyết điểm hạn chế đến việc nâng cao đến tốc độ chuyển mạch

Mạng quang ngày nay cần phải hỗ trợ dịch vụ truyền số liệu rất lớn

Do đó, ý tưởng về chuyển mạch gói quang ra đời Điều này phục vụ rấtnhiều cho mạng thông tin toàn quang, có tốc độ cao, dung lượng lớn vàtrong suốt

Trung tâm dữ liệu là nơi tích hợp các công nghệ mạng, hệ thống vàphần mềm ứng dụng cần được thiết kế sao cho đáp ứng yêu cầu cực cao vàtốc độ truyền giữa các thiết bị, tính ổn định được coi trọng và vấn đề bảomật cho hệ thống được đặt lên hàng đầu

Với mục đích tìm hiểu một công nghệ được ứng dụng trong trungtâm dữ liệu, củng cố và phát triển kiến thức đã lĩnh hội được trong quá trìnhhọc tập tại Học viện công nghệ Bưu chính Viễn thông em đã chọn đề tài tốtnghiệp của mình là: “Nghiên cứu chuyển mạch gói quang cho các mạngtrung tâm dữ liệu “

Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu, cuốn đồ án tốt nghiệp với

đề tài đã chọn đã được hoàn thành với nội dung gồm 3 chương như sau:

Chương 1: Giới thiệu chung

Chương 2: Kiến trúc chuyển mạch gói quang OPS cho mạng trungtâm dữ liệu

Chương 3: Điều khiển luống

Do còn nhiều hạn chế về thời gian và kiến thức, đồ án còn nhiều thiếusót Rất mong được sự góp ý của thầy cô và các bạn để đồ án được hoànthiện hơn

Em xin trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, ngày 18 tháng 12 năm 2016

Sinh viên thực hiện

Bùi Đình Bằng

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, em xin cảm ơn các thầy cô giáo và cán bộ trong Học viện Công nghệBưu chính viễn thông nói chung và Khoa Kỹ thuật Viễn thông I nói riêng đã trực tiếpgiảng dạy, giúp đỡ và cung cấp những kiến thức quý báu trong học tập cũng như trongcuộc sống

Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới ThS Cao Hồng Sơn, công tác tại

Bộ môn Tín hiệu - Hệ thống Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông người đã tậntình hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt quá trình làm đồ án

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo điều kiện,quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ án tốtnghiệp

Hà Nội, ngày 18 tháng 12 năm 2016

Sinh viên thực hiện

Bùi Đình Bằng

NHẬN XÉT

( Của giảng viên hướng dẫn)

………

………

………

………

………

………

………

.………

………

………

………

………

………

………

………

Điểm: (Bằng chữ: )

Đồng ý/ không đồng ý cho sinh viên bảo vệ trước hội đồng chấm đồ án tốt nghiệp?

………,ngày ….tháng… năm 2016

CÁN BỘ - GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

(Ký, họ tên)

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

LỜI CÁM ƠN 2

MỤC LỤC 4

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 6

DANH MỤC HÌNH VẼ 7

LỜI NÓI ĐẦU Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 9

1.1 Sự phát triển của mạng quang 9

1.1.1 Sự phát triển của topo mạng 9

1.1.2 Sự phát triển của dung lượng truyền dẫn 9

1.1.3 Sự phát triển của mạng 10

1.2 Chuyển mạch quang 11

1.2.1 Phân loại chuyển mạch quang 13

1.3 Một số phần tử quang điện 17

1.3.1 Trường chuyển mạch quang 17

a Trường chuyển mạch không gian 17

b Trường chuyển mạch thời gian 21

c Trường chuyển mạch bước sóng 22

1.3.2 Coupler quang 27

1.3.3 Bộ chuyển đổi bước sóng khả chỉnh (TWC) 28

1.3.4 Chuyển đổi bước sóng quang/điện 29

1.4 Trung tâm dữ liệu 29

Kiến trúc mạng trung tâm dữ liệu 32

CHƯƠNG 2 CHUYỂN MẠCH GÓI QUANG TRONG TRUNG TÂM DỮ LIỆU 34 2.1 Giới thiệu chung 34

2.2 Vai trò của mạng chuyển mạch gói quang 35

2.3 Mạng và kiến trúc chuyển mạch của hệ thống WDM 37

2.4 Kiến trúc chuyển mạch gói quang OPS cho trung tâm dữ liệu 37

2.4.1 Packet Optical Add- Drop Multiplexing 38

2.4.2 Optical Packet Switch and Transport 39

2.4.3 Kiến trúc OPST 41

CHƯƠNG 3 ĐIỀU KHIỂN LUỒNG 45

3.1 POADM dựa trên mạch vòng 48

3.2 Chuyển mạch InterPod và nội Pod 48

3.3 Mạch Add-Packet 50

3.4 Đợn vị Top-of-Rack 51

3.5 Kiến trúc Ring- Star 52

3.6 Kiến trúc Ring-Ring 53

3.7 Các thông số quan trọng 55

KẾT LUẬN 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Distributed Feedback Phản hồi phân bốEDFA Erbium-Doped Fiber Amplifier Khuếch đại quang Erbium

LASER Light Amplication by Stimulate

Emission of Radiation

POADM Packet OpticalAdd/Drop Multiplexer Bộ ghép gói quang Thêm/Tách OPM Optical Performance Monitor Thiết bị giám sát mạng quangOSC

OTPM Optical Translator Port Module Module cổng chuyển đổi quangOTU Optical Translator Unit Đơn vị chuyển đổi quang

OXC

OWT

Optical Cross Connect Optical Wavelength Translators

Bộ nối chéo quang

Bộ chuyển đổi bước sóng quang

SOA Semiconductor Optical Amplifier Bộ khuếch đại quang bán dẫnWDM

OSNR

Wavelength Division MultiplexingOptical Signal Noise Ratio

Ghép kênh theo bước sóng

Tỉ số tín hiệu trên tạp âm

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 1 Các topo mạng dạng Điểm - điểm, vòng, sao, lưới 9

Hình 1 2 Sự phát triển mạng WDM 11

Hình 1 3 Chuyển mạch dựa trên cổng SOA 12

Hình 1 4 Bộ định tuyến bước sóng 13

Hình 1 5 Mạng chuyển mạch kênh 14

Hình 1 6 Tín hiệu trong chuyển mạch kênh 15

Hình 1 7 Mạng chuyển mạch gói 15

Hình 1 8 Chuyển mạch quang không gian 18

Hình 1 9 Trạng thái của phần tử chuyển mạch không gian 2x2 18

Hình 1 10 Phương án thực hiện phần tử chuyển mạch quang không gian 2x2 19

Hình 1 11 Ma trận chuyển mạch vi gương 20

Hình 1 12 Tốc độ và kích cỡ của một số ma trận chuyển mạch 20

Hình 1 13 Sơ đồ khối chuyển mạch theo thời gian 21

Hình 1 14 Cấu trúc cơ bản của bộ trao đổi bước sóng 22

Hình 1 15 Bộ chuyển mạch bước sóng 23

Hình 1 16 Chuyển mạch theo bước sóng sử dụng trong mạng quảng bá và lựa chọn 24

Hình 1 17 Chuyển mạch định tuyến bước sóng 24

Hình 1 18 Bộ định tuyến lưới ống dẫn sóng 25

Hình 1 19 Bộ trao đổi kênh bước sóng 26

Hình 1 20 Mô hình các coupler quang 27

Hình 1 21 Coupler 2x2 (3 dB) 27

Hình 1 22 Coupler 4 cổng 28

Hình 1 23 Coupler sao 16 x 16 28

Hình 1 24 Trung tâm dữ liệu 30

Hình 1 25 Mô hình tổng quát của trung tâm dữ liệu 31

Hình 1 26 Đồ hình của một trung tâm dữ liệu truyền thống 32

Hình 1 27 Kiến trúc Fat-tree k = 4 33Y Hình 2 1 Mô hình mạng phân tầng tham chiếu 36

Hình 2 2 Chuyển mạch gói của hệ thống WDM 37

Hình 2 3 Kiến trúc Packet Optical Add- Drop Multiplexing 39

Hình 2 4 Kiến trúc Optical Packet Switch and Transport 40

Hình 2 5 Mạng backbone của vòng quang WDM 42

Hình 2 6 Cấu trúc tổng quát của node mạng 4 Hình 3 1 Một biểu đồ các bước của cơ chế Add / Drop tại Node 45

Hình 3 2 Các đề xuất chuyển mạch gói trong vòng quang WDM: (a) Kiến trúc Ring - Star (RSA) và (b) Kiến trúc Ring - Ring (RRA) 46

Hình 3 3 Kiến trúc POADM ;(i) dựa trên MZI và (ii) dựa trên vòng All- Pass 47

Hình 3 4 Ma trận chuyển đổi 4x4 48

Hình 3 5 Vận hành thô của ma trận chuyển đổi 49

Hình 3 6 Vận hành tốt của ma trận chuyển đổi 50

Hình 3 7 Kiến trúc mạch Add- Packet 51

Hình 3 8 Đơn vị Top-of-Rack 51

Hình 3 9 RSA với chuyển mạch Inter- Intra Pod 53

Hình 3 10 RRA với thiết kế RPOADM 54

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Sự phát triển của mạng quang

1.1.1 Sự phát triển của topo mạng

Kiến trúc điểm - điểm là loại đơn giản của topo mạng Các gói được truyền giữa các nodequang, nhưng sự chuyển đổi quang điện tử được thực hiện ở mọi node SONET/SDH là một ví dụ.Một lựa chọn khác có ưu điểm hơn là sử dụng các topo mạng kiểu bus, vòng và sao

Hình 1 1 Các topo mạng dạng Điểm - điểm, vòng, sao, lướiTrong mạng WDM topo kiểu vòng được ưa dùng hơn Topo kiểu mạng lưới cónhiều ưu điểm hơn khi so sánh với các loại trước bởi vì dung sai cắt sợi tốt hơn, khi cónhiều lựa chọn định tuyến Thêm nữa, một node với tốc độ lưu lượng cao được nối vớivài node, và một node với lưu lượng dữ liệu trên một node đơn chỉ có thể nối với nodeđơn này Đáng tiếc, một mạng topo dạng mạng lưới gặp nhiều khó khăn khi triển khai doyêu cầu phức tạp trong định tuyến và chuyển mạch Mạng WDM đầu tiên xuất hiện giữanhững năm 1990 là mạng kiểu điểm - điểm Sau đó các phần tử tách-ghép được sử dụng

và cuối những năm 1990 topo mạng kiểu vòng trở nên ưa dùng Ngày nay đã sử dụng cácmạng có topo mạng kiểu mạng lưới Một phần các mạng gói quang được thực hiện trongmôi trường phòng thí nghiệm Chắc chắn các mạng gói thương mại sẽ theo sự phát triểngiống như các mạng WDM trước đó

1.1.2 Sự phát triển của dung lượng truyền dẫn

Tốc độ phát triển của dung lượng truyền dẫn nhanh hơn trong các năm trước đây.Giữa thập niên 90 tốc độ tăng là 30% trên năm, ngày nay là 60% Bảng mô tả dự báo sựphát triển của tổng dung lượng và tốc độ bít người sử dụng

1995 2000 2005 2010Dung lượng

ADSL2-8Mbit/s

Quang, ADSL155Mbit/s2,10,50 Mbit/s

Quang, điện622Mbit/s100Mbit/s

1.1.3 Sự phát triển của mạng

Mạng quang đầu tiên được thực thi cách đây hơn thập kỷ, nhưng sự khai thác thực

tế của mạng quang lại liên quan với hiện tượng mới Mạng sử dung công nghệ WDM sẽtới đỉnh điểm của nó trong nửa cuối năm nhưng năm 2000 Sự phát triển vẫn tăng nhanhnếu như tốc độ phát triển của dung lượng vẫn tăng 60% trên năm

Hiện nay phương pháp ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) là công nghệghép kênh ưa chuộng nhất cho các mạng thông tin quang, bởi vì mọi thiết bị đầu cuối sửdụng chỉ cần hoạt động tại tần số của một kênh WDM WDM là một cách ghép, trong đó

ta có thể lợi dụng sự không đối xứng băng tần quang điện rộng lớn bằng cách yêu cầumỗi đầu cuối của mỗi người sử dụng chỉ hoạt động tại tốc độ điện tử và các kênh ghépWDM từ các đầu cuối của người sử dụng khác sẽ được ghép vào trong cùng một cáp.Trong ghép kênh theo bước sóng WDM, mỗi bước sóng hỗ trợ một kênh thông tin hoạtđộng tại bất kỳ tốc độ được thiết kế này

Ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) xuất hiện như một giải pháp được lựachọn để cung cấp một cơ sở hạ tầng mạng nhanh hơn, đáp ứng được sự bùng nổ củaInternet Thế hệ đầu tiên của WDM chỉ cung cấp các liên kết vật lý điểm tới điểm được

sử dụng hạn chế trong các trung kế WAN Các cấu hình mạng WDM, WAN là các cấuhình tĩnh

Thế hệ thứ hai của WDM có khả năng thiết lập các tuyến quang kết nối từ đầu cuốitới đầu cuối trong lớp quang sử dụng kết nối chéo lựa chọn bước sóng WSXC Các tuyếnquang tạo ra một tôpô ảo trên tôpô sợi quang vật lý Cấu hình bước sóng ảo có thể thayđổi động theo sự thay đổi quy hoạch mạng

Kỹ thuật sử dụng trong thế hệ WDM thứ hai bao gồm các thiết bị kết nối chéo và bộtách ghép bước sóng với khả năng chuyển đổi bước sóng, định tuyến động và phân bốbước sóng tại các node nối chéo

WDM thế hệ thứ ba được sử dụng trong các mạng quang chuyển mạch gói phi kết nối, trong đó các tiêu đề hay các nhãn được gắn với dữ liệu, truyền đi cùng với tải và được xử lý tại mỗi chuyển mạch quang WDM Dựa trên tỷ lệ giữa thời gian xử lý tiêu đề gói và chi phí truyền dẫn gói, chuyển mạch WDM có thể được sử dụng hiệu quả bằng cách sử dụng chuyển mạch nhãn hay chuyển mạch burst quang Chuyển mạch gói quang vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu

Sự phát triển mạng của WDM được chỉ ra như hình vẽ

Hình 1 2 Sự phát triển mạng WDM Chuyển mạch kênh quang được sử dụng cho lưu lượng được tập hợp lại có kích thước lớn, một kênh truyền sẽ được thiết lập trước và không thay đổi trong quá trình truyền dữ liệu Chuyển mạch gói quang sử dụng cho các gói dữ liệu có kích thước nhỏ

1.2 Chuyển mạch quang

Chuyển mạch là từ dùng để chỉ hai nghĩa khác nhau Một là để định nghĩa tóm tắt khái niệm chuyển mạch tức là thiết bị sử dụng chuyển mạch các tín hiệu từ các cổng đầu vào tới các cổng đầu ra Hai là chuyển mạch chỉ một thiết bị với một vài thiết bị hoặc là một thiết bị phức hợp mà gồm khối điều khiển phức tạp, các bộ đệm đường dây trễ, các

bộ lọc, các bộ chuyển đổi bước sóng và các chuyển mạch đơn giản

Thế hệ thứ 3 Thế hệ thứ 1 Thế hệ thứ 2

Chuyển mạch kênh WDM Chuyển mạch burst quang Chuyển mạch gói quang

Các kênh tĩnh tới động Các đường ảo và lưu giữ và chuyển tiễp

WADM

WAMP

DCX

WSXC(OCX)

OPR OBS

OLS

Các chuyển mạch không gian và các bộ định tuyến bước sóng là các thành phần cơbản của một chuyển mạch quang Một chuyển mạch không gian chỉ chuyển theo cáchđơn giản các tín hiệu từ mỗi đầu vào tới một đầu ra Có một vài cách để thực hiện mộtchuyển mạch không gian nhưng lựa chọn tốt nhất là sử dụng các SOA (các bộ khuyếchđại quang bán dẫn) Như hình 1.3 mô tả một chuyển mạch không gian.

Hình 1 3 Chuyển mạch dựa trên cổng SOAChuyển mạch dựa trên cổng SOA NN như mô tả ở trên gồm N bộ tách 1N, N2

cổng SOA và N bộ trộn 1N Nếu tín hiệu được chuyển tới đầu ra j, cổng j ở trạng thái

mở và các cổng khác ở trạng thái đóng Tất cả các cổng có cùng chỉ mục sẽ được kết nốitới một bộ trộn

Một bộ định tuyến bước sóng có thể được cấu hình trước hoặc không Như hình 1.4

mô tả bộ định tuyến bước sóng không cấu hình trước Mỗi tín hiệu từ đầu vào i với bướcsóng j luôn được truyền trực tiếp tới đầu ra k Một ví dụ của bộ định tuyến lại này làAWGM Một AWGM gồm hai coupler sao và một AWG giữa chúng Coupler sao táchcác tín hiệu từ các cổng đầu vào và đưa tới tất cả các lưới ống dẫn sóng mà các lưới ốngdẫn sóng này có độ dài khác nhau Độ trễ tín hiệu phụ thuộc vào độ dài của ống dẫn sóng

và bước sóng Coupler sao thứ hai chỉ phối hợp theo cấu trúc các tín hiệu có pha khácnhau tại một cổng đầu ra đơn

Mặc dù một bộ định tuyến bước sóng không cấu hình trước không có thuộc tínhchuyển mạch thì vẫn được sử dụng rộng rãi trong các chuyển mạch gói quang định tuyếntheo bước sóng Y tưởng chính để mọi gói được chuyển đổi đầu tiên thành một bước sóngchính xác và sau đó truyền trực tiếp tới AWGM Bởi vì AWGM chọn cổng ra của mỗi góituỳ thuộc cổng ra và bước sóng, mỗi gói sẽ được chuyển tới cổng ra đã định.

Hình 1 4 Bộ định tuyến bước sóng

1.2.1 Phân loại chuyển mạch quang

Chuyển mạch có thể được chia thành chuyển mạch điện và chuyển mạch quang Cácchuyển mạch điện có thiết bị phát triển hơn chuyển mạch quang và việc thực thi chúng dễdàng hơn Chuyển mạch quang lại được chia thành:

 Chuyển mạch kênh quang

 Chuyển mạch gói quang

 Chuyển mạch burst quang

a Chuyển mạch kênh quang

Chuyển mạch kênh quang hoạt động theo kiểu định tuyến theo bước sóng Trongmạng chuyển mạch kênh quang, một đường dẫn bước sóng riêng được thiết lập trongkhoảng thời gian kết nối Để một mạng chuyển mạch kênh hoạt động, một kênh sẽ được

ấn định từ đầu tới cuối cho một kết nối Kênh này sau đó chỉ được đăng ký phục vụ chomột kết nối

Hình 1 5 Mạng chuyển mạch kênh Trong mạng chuyển mạch kênh trên đây yêu cầu nối giữa điểm A và B Một kênh đượcthiết lập thông qua các node R1, R3, R4 và R5 Ta cũng có thể thành lập các tuyến liênkết khác giữa A và B Giữa các node chuyển mạch có thể cho phép nhiều kênh được thiếtlập

Chuyển mạch kênh gồm có 3 giai đoạn: Thiết lập kênh, truyền dữ liệu, và giải phóngkênh

 Thiết lập kênh: Đăng ký một bước sóng cố định theo đường dẫn lựa chọn, mỗi liênkết trên đường dẫn được định hướng từ nguồn tới đích tương ứng của nó

 Truyền dữ liệu: Dữ liệu được gửi trên một đường riêng Khi phân phối điều khiểnđược sử dụng trong giai đoạn định tuyến, một khoảng thời gian yêu cầu giữa giaiđoạn thiết lập và giai đoạn truyền dẫn là T, có giá trị T=2p+delta (p là thời giantruyền một chiều), delta là tổng trễ xử lý do yêu cầu thiết thiết lập trên đườngtruyền) Dữ liệu trong chuyển mạch kênh không cần đệm ở các node trung gian dokênh chỉ sử dụng phục vụ cho việc truyền dữ liệu này tại thời điểm cụ thể

 Giải phóng kênh: Sau khi dữ liệu gửi đi tới đích, kênh truyền dẫn sẽ được giảiphóng Đích gửi về nguồn một bản tin xác nhận Các node trên đường truyền lầnlượt được giải phóng để phục vụ cho kết nối khác

Giữ liệu người dùng

ACK

Tín hiệu chấp nhận cuộc gọi

Trễ xử lý Trễ đường truyền Yêu cầu cuộc gọi

Hình 1 6 Tín hiệu trong chuyển mạch kênh

Chuyển mạch gói quang là công nghệ tiếp theo được lựa chọn phục vụ cho việctruyền tải dữ liệu qua WDM Hoạt động trong chuyển mạch gói: Các gói thông tin đượcgửi đi trên tuyến thích hợp được lựa chọn bởi bộ định tuyến tại node khi gói đến Trongchuyển mạch gói, mỗi gói có một tiêu đề tương ứng mang thông tin về gói cũng như địachỉ của gói, và mỗi node chuyển mạch trong mạng (các bộ định tuyến) sẽ nhận thông tinnày và gửi đi trên tuyến thích hợp

Hình 1 7 Mạng chuyển mạch gói Hình vẽ 1.7 mô tả một mạng chuyển mạch gói Gói được gửi từ điểm C tới đích D.Một gói thông tin rời C và được gửi đi trên tuyến R1 tới R3, sau đó từ R3 gửi tới R4 vàtới D Tuy nhiên gói cũng có thể được truyền tới D theo hướng khác Nếu việc truyền dẫn

từ R1 tới R3 chậm hoặc bị mất, gói từ R1 sẽ được gửi tới R2, từ R2 tới R5 và cứ tiếp tụccho tới khi tới đích

Trong chuyển mạch gói, độ dài mỗi gói là Lp, có thể cố định hoặc thay đổi từ giá trịnhỏ nhất Smin tới giá trị lớn nhất S max Trường hợp gói có độ dài cố định, một bản tinkích thước Lb sẽ được chia thành các gói nhỏ hơn có kích thước giống nhau Trường hợpgói có độ dài khác nhau, bản tin được chia thành Lb/Smax gói và đệm chỉ cần thiết đốivới gói nhỏ hơn Smin

Một đặc điểm chính của chuyển mạch gói là lưu giữ và chuyển tiếp Tức là một góicần phải được tập hợp đầy đủ tại một node nguồn và mỗi node trung gian trước khi nóđược chuyển đi Đặc điểm này sẽ dẫn đến gói phải trải qua một khoảng thời gian trễtương ứng với Lb tại mỗi node, khi đó cần phải có bộ đệm tại mỗi node trung gian củamạng có kích thước nhỏ nhất là Smax

Mặc dù vậy với công nghệ hiện tại chưa thể thực hiện chuyển mạch quang một cách

có hiệu quả do:

 Chuyển mạch gói quang thường sử dụng cho trường hợp không đồng bộ Ví dụ,các gói tới tại các cổng đầu vào khác nhau phải được xếp hàng trước khi truynhập vào trường chuyển mạch Tuy nhiên để ứng dụng cho trường hợp khôngđồng bộ là rất khó và chi phí cao

 Một khó khăn nữa đối với chuyển mạch gói quang là sự thiếu vắng các bộ đệmquang Đặc điểm chính của chuyển mạch gói là lưu đệm và chuyển tiếp Đặc điểmnày cần thiết để giải quyết vấn đề tranh chấp cổng đầu ra Tuy nhiên hiện tại chưa

có các bộ đệm truy nhập quang ngẫu nhiên cần thiết để thực hiện lưu giữ vàchuyển tiếp

 Khó khăn nữa cho việc sử dụng chuyển mạch gói quang là thời gian yêu cầu đểđịnh cấu hình cơ cấu chuyển mạch quang

c Chuyển mạch burst quang

Khái niệm chuyển mạch quang xuất hiện từ đầu những năm 1980 Gần đây, chuyểnmạch burst quang được nghiên cứu trở lại và được biết đến như một giải pháp kế tiếp củachuyển mạch gói quang Thực chất chuyển mạch burst quang được xem xét trong tầngquang đơn thuần như một môi trường truyền dẫn trong suốt không bộ đệm cho các ứngdụng Tuy nhiên không có một định nghĩa tổng quát cho chuyển mạch burst quang

Sự bùng nổ lưu lượng mạnh mẽ trong mạng Internet, sự phát triển nhanh chóng cáclớp lưu lượng là những vấn đề quan trọng cần phải được xử lý Để hỗ trợ cho việc sửdụng độ rộng băng có hiệu quả, phương pháp truyền tải toàn quang cho phép đệm quangtrong khi vẫn xử lý sự bùng nổ lưu lượng, và hỗ trợ cho việc cung cấp tài nguyên nhanh

và truyền dẫn không đồng bộ các gói có kích thước khác nhau cần phải được phát triển.Chuyển mạch burst quang (OBS) như một giải pháp cho sự truyền tải lưu lượng trực tiếpqua mạng WDM quang mà không cần bộ đệm

Chuyển mạch burst quang là phương pháp kết hợp cả hai kỹ thuật chuyển mạch kênhquang và chuyển mạch gói quang Nó được thiết kế đạt được cân bằng giữa những ưuđiểm của chuyển mạch kênh quang và nhược điểm của chuyển mạch gói quang

1.3 Một số phần tử quang điện

1.3.1 Trường chuyển mạch quang

a Trường chuyển mạch không gian

Chuyển mạch quang phân chia theo không gian (còn gọi là chuyển mạch khônggian) là loại chuyển mạch được sử dụng phổ biến nhất, đó là quá trình kết nối vật lýđường dẫn sóng ánh sáng, kết nối từ một sợi đầu vào tới sợi đầu ra

Theo kiểu chuyển mạch này thì các kết nối vật lý giữa các sợi đầu vào và các sợiđầu ra được tạo ra theo yêu cầu; các kết nối khác nhau sử dụng các đường khác nhau vàmỗi kết nối mới yêu cầu thêm một không gian vật lý trong trường chuyển mạch Dướiđây là một khái niệm cơ bản về chuyển mạch phân chia theo không gian (Hình 1.8)

(a) Chuyển mạch lựa chọn (b) Chuyển mạch cổng

Hình 1 8 Chuyển mạch quang không gianHình 1.8a là kiểu chuyển mạch không gian lựa chọn, cổng ra được lựa chọn mộtcách trực tiếp, do đó về nguyên tắc là không có tổn hao về chuyển mạch, cổng ra có thểlựa chọn bằng cách điều khiển chiết suất của ống dẫn sóng

Cấu trúc trong hình 1.8b là kiểu chuyển mạch cổng, các tín hiệu đầu vào được phânchia và chọn các cổng thiết bị để đến đầu ra Trong trường hợp này, năng lượng tín hiệuphân chia vào các đường dẫn mà không được lựa chọn sẽ gây tổn hao trong chuyển mạch,nhưng lại có ưu điểm là có thể nối tất cả các đường ra đồng thời để thực hiện Multicast vàBroadcast Cổng thiết bị có thể được thực hiện bởi bộ khuyếch đại quang bán dẫn và cácmodul hấp thụ

Phần tử chuyển mạch không gian cơ bản là phần tử 2x2 Một phần tử chuyển mạch2x2 định tuyến các tín hiệu quang từ sợi đầu vào tới sợi đầu ra và có hai trạng thái: Trạngthái nối chéo (Cross) và trạng thái song song (Bar), như được mô tả trong hình 1.9

(a) Trạng thái nối chéo (b) Trạng thái song song

Hình 1 9 Trạng thái của phần tử chuyển mạch không gian 2x2Trạng thái nối chéo được mô tả trong hình 2.2(a), trong trạng thái này nếu I1 có tínhiệu đến thì sẽ được chuyển mạch tới đầu ra O2; và nếu đầu vào I2 có tín hiệu đến thì tínhiệu này được chuyển tới cổng đầu ra O1 Còn đối với trạng thái song song hình 2.2(b),tín hiệu ở đầu vào I1 sẽ được chuyển tới đầu ra O1 và tín hiệu ở đầu vào I2 sẽ đượcchuyển tới đầu ra O2

I

1

I2

O1O2

I1I2

O1O2

Ma trận chuyển mạch không gian được tạo thành từ các phần tử chuyển mạch cơ bản2x2 Chuyển mạch quang không gian chia thành hai loại: loại sợi quang và loại không gian

tự do Loại cơ bản là loại sợi quang, ở đầu vào và đầu ra có hai sợi quang, có thể hìnhthành hai trạng thái kết nối đó là kết nối chéo và kết nối song song (hình 1.10)

(a) Dựa vào phối ghép phương hướng

LiNbO3

(a) Dùng sợi quang nối liền 4 khoáquang 1x2

Hình 1 10 Phương án thực hiện phần tử chuyển mạch quang không gian 2x2

Hai loại phần tử chuyển mạch 2x2 trong hình 2.3 thuộc loại chuyển mạch ống dẫnsóng, sử dụng phương pháp điều khiển ngoài hiệu suất khúc xạ ống dẫn sóng để chọn ốngdẫn sóng đầu ra Điều khiển hiệu suất khúc xạ có hai loại: Do điện áp bên ngoài đưa vào(kiểu điện-quang), do đốt nóng (kiểu nhiệt-quang) Suy hao của thiết bị chuyển mạch ốngdẫn sóng rất lớn, bao gồm tổn hao của bản thân nó và tổn hao một nửa năng lượng đểthực hiện chuyển mạch công suất tín hiệu tới các sợi đầu ra

Ngoài ra, các phần tử chuyển mạch cơ bản 2x2 còn được thực hiện bằng chuyểnmạch cơ khí hoặc chuyển mạch vi gương Chuyển mạch cơ khí có ưu điểm là tổn haonhỏ, độ cách li cao, làm việc ổn định có độ tin cậy…, nhưng nhược điểm của nó là tốc độchuyển mạch chậm, kiểu chuyển mạch này đã được sử dụng trong thực tế Hình 1.11 mô

tả ma trận chuyển mạch vi gương

Hình 1 11 Ma trận chuyển mạch vi gương

Ma trận chuyển mạch vi gương bao gồm các vi gương được đặt tại các giao điểmgiữa các sợi đầu vào và các sợi ra Các gương này có đường kính rất nhỏ, khoảng 200m.Công suất quang đến sẽ được truyền thẳng nếu gương quay đi khỏi điểm giao nhau củacác ống dẫn sóng (trạng thái ngắt) Nếu gương quay về mặt giao điểm (trạng thái dẫn), thìcông suất quang tới sẽ được phản xạ vào đường vuông góc với nó tại vị trí gương đó.Hoạt động của các gương được điều khiển bằng điện, dùng một tín hiệu điện để điềukhiển hoạt động của gương Tốc độ chuyển mạch và kích thước ma trận chuyển mạchphụ thuộc vào loại chuyển mạch, sự phụ thuộc này được chỉ ra ở hình 1.12

Hình 1 12 Tốc độ và kích cỡ của một số ma trận chuyển mạch

b Trường chuyển mạch thời gian

Giả định tín hiệu ghép theo thời gian trong mỗi khung ghép có T khe thời gian, cáckhe thời gian rộng bằng nhau và là một kênh tín hiệu Kiểu chuyển mạch theo thời gianđược sử dụng cho hệ thống ghép kênh theo thời gian, đó là quá trình chuyển đổi tín hiệuquang đã ghép trên trục thời gian ở khe ti sang vị trí khe thời tj khác Như vậy, chuyểnmạch phân chia theo thời gian chính là chuyển mạch theo thời gian, nó phải chuyển mạchbất kỳ khe thời gian nào trong một khung tín hiệu đầu vào đến một khe thời gian khác ởđầu ra

Có thể ghép kênh theo bit hoặc nhóm bit (khối), do phần tử chuyển mạch cần có tínhiệu điều khiển nên ở giữa các tín hiệu ghép phải có vùng bảo vệ để hoàn thành việcchuyển đổi trạng thái nên ghép theo khối có hiệu suất cao hơn ghép theo bit

Chuyển mạch quang theo thời gian tạm thời ghép kênh các tín hiệu quang giữa khethời gian ti và tj, quá trình chuyển đổi từng bit tín hiệu 10Gb/s yêu cầu thời gian chuyểnmạch nhỏ hơn 100ps Tuy nhiên, những yêu cầu về thời gian chuyển mạch sẽ giảm đitrong trường hợp chuyển mạch theo khối (hàng trăm bit)

Do các photon không dễ lưu trữ và phục hồi sau trễ nên việc chuyển mạch phân chiatheo thời gian hay là trao đổi khe thời gian cần phải có bộ nhớ quang (bộ trễ quang) Sợiquang có thể làm bộ trễ quang trong chuyển mạch quang phân chia theo thời gian, lấy độrộng một khe thời gian làm đơn vị, nếu tín hiệu quang cần trễ bao nhiêu khe thời gian độdài sợi quang có đơn vị chiều dài tương ứng Hoặc là một kiểu bộ trễ quang khác đượcthực hiện kết hợp giữa sợi quang và phần tử chuyển mạch 2x2 Hiện nay, các bộ chuyểnmạch theo thời gian đều do khoá quang không gian và các dây trễ quang tạo thành

Hình 1 13 Sơ đồ khối chuyển mạch theo thời gian

Sơ đồ khối chuyển mạch quang như trong hình 1.13, tầng đầu tiên là bộ tách khethời gian, thực hiện tách các khe thời gian trên từng đầu ra của bộ nhớ, tại các đầu ra của

bộ tách này các dữ liệu xuất hiện đồng thời và đi vào dây trễ tương ứng Tiếp đó các dữliệu này sẽ được làm trễ theo yêu cầu và đi vào bộ ghép thời gian để ghép thành khung tínhiệu theo thời gian

Chuyển mạch quang cần phân chia theo thời gian (TD) có ưu điểm là có thể tươngthích với các hệ thống truyền dẫn sợi quang TDM Khi các hệ thống chuyển mạch đượckết nối với các hệ thống truyền dẫn quang thì cần phải có đường kết nối số tốc độ cao.Tuy nhiên, trong hệ thống chuyển mạch băng rộng phân chia theo thời gian đòi hỏi tốc độhoạt động của bộ nhớ cũng như bộ tách ghép thời gian phải rất nhanh, đồng thời cũng đòihỏi khắt khe về sự đồng bộ các bit/frame

c Trường chuyển mạch bước sóng

Chuyển mạch quang phân chia theo bước sóng (còn gọi là chuyển mạch bước sóng),kiểu chuyển mạch này được áp dụng nhiều trong mạng ghép kênh phân chia theo bướcsóng(WDM)

Chuyển mạch theo bước sóng khác với định tuyến theo bước sóng (WLR) Địnhtuyến theo bước sóng là lợi dụng sự khác nhau của bước sóng để thực hiện chọn đường,tức là thực hiện chuyển mạch không gian, không có biến đổi bước sóng Còn chuyểnmạch theo bước sóng quang thì cần có bộ biến đổi bước sóng quang, dùng bộ tách kênh

để chia cắt các kênh tín hiệu về không gian, tiến hành chuyển đổi bước sóng đối với mỗikênh, rồi được ghép lại nhờ bộ ghép

Hình 1 14 Cấu trúc cơ bản của bộ trao đổi bước sóng

WC là bộ biến đổi bước sóng

Sơ đồ nguyên lý chuyển mạch theo bước sóng được chỉ ra trong hình 1.15, bao gồmcác bộ chuyển mạch bước sóng và các bộ tách/ghép kênh theo bước sóng.

Hình 1 15 Bộ chuyển mạch bước sóngTín hiệu WDM đầu vào qua bộ chia công suất được dẫn đến các bộ lọc bước sóng

có khả năng điều chỉnh riêng biệt, mỗi bộ lọc này sẽ tách lấy một tín hiệu có bước sóngriêng biệt ra khỏi tín hiệu WDM Tín hiệu quang đầu ra bộ lọc bước sóng có khả năngđiều chỉnh được đưa vào một bộ điều biến điều khiển bằng quang và thực hiện điều biếncường độ vào sóng mang quang có bước sóng xác định trước, sóng mang quang nàyđược tách ra khỏi ánh sáng chuẩn bằng một bộ lọc bước sóng cố định Qua bộ biến điệuđiều khiển bằng quang các bước sóng a,b ,…, z được chuyển đổi thành bước sóng 1,

2,…,N tương ứng mà không có tổn hao trong quá trình biến điệu cường độ Sau đó cácbước sóng 1, 2,…,N lại được ghép thành tín hiệu WDM đầu ra Ngoài ra, bằng cáchđiều khiển bộ lọc điều chỉnh được để chọn tín hiệu có cùng bước sóng, khi đó có thể thựchiện được truyền thông đa hướng (Multicast)

Chuyển mạch bước sóng có hai loại: quảng bá lựa chọn và định tuyến theo bước sóng.Chuyển mạch phân chia theo bước sóng quảng bá và lựa chọn được mô tả trong hình 1.16

Hình 1 16 Chuyển mạch theo bước sóng sử dụng trong mạng quảng bá và lựa chọn.

WC bộ chuyển đổi bước sóng

1, 2,…,N là các bước sóng lựa chọn trong hệ thống

Coupler hình sao thực hiện ghép các bước sóng vào và phát quảng bá chúng tới cácđầu ra Các bộ lọc quang điều chỉnh được tại các đầu ra coupler hình sao lọc lấy mộtbước sóng nhất định, bộ lọc này cho phép chuyển mạch bước sóng không tắc nghẽn Sau

đó là các bộ biến đổi bước sóng thực hiện chuyển đổi bước sóng để đưa thông tin tớingười sử dụng dịch vụ có bước sóng 1 cố định

Hình 1 17 Chuyển mạch định tuyến bước sóngKiểu chuyển mạch định tuyến theo bước sóng được mô tả trong hình 1.17, gồm haidãy các bộ chuyển đổi bước sóng đặt tại hai phía và bộ định tuyến lưới ống dẫn sóng(WGR)

Hình 1.18, bộ định tuyến lưới ống dấn sóng WGR bao gồm hai coupler hình sao vàmột lưới dựa trên bộ giao thoa kế Mach-Zehnder (MZI)

Nguyên lý của bộ WGR được hiểu như sau: Tại coupler sao đầu tiên, đầu vào kênhbước sóng được chia thành các phần công suất giống nhau tới tất cả các cổng đầu ravới

các dịch pha khác nhau Đặc biệt, nếu sóng tới ở cổng đâu vào p của coupler sao đầu tiên

là Ein , thì sóng ánh sáng sau khi chia đi vào cổng đầu vào s là:

Es= Ein

√ N e

j⋅ϕ p , s

Trong đó p,s là dịch pha trong coupler sao đầu tiên từ cổng đầu vào p tới cổng đầu

ra s Khi tín hiệu ánh sáng từ cổng đầu ra s của coupler sao đầu tiên đi vào ống dẫn sóngthứ s, nó sẽ bị dịch pha đi một lượng khác tỷ lệ với chiều dài của ống dẫn sóng Nếu ốngdẫn sóng có chiều dài Ls =s.L+L, trong đó L là sự chênh lệch về chiều dài giữa cácống dẫn sóng kề nhau Khi đó ống dẫn sóng gây dịch pha:

φs= 2 Π⋅nwgr

λ ( s⋅ΔLL+L )

Trong đó, nwgr là chỉ số khúc xạ của các ống dẫn sóng

Hình 1 18 Bộ định tuyến lưới ống dẫn sóngKhi tín hiệu đến ở coupler sao thứ hai, nó sẽ được chia vào các cổng đầu ra Tương

tự coupler sao đầu, ánh sáng tín hiệu cũng bị dịch pha khi đi từ ống dẫn sóng s tới cổngđầu ra q của coupler sao thứ hai Do đó các tín hiệu đi qua các ống dẫn sóng khác nhau sẽ

có các dịch pha khác nhau, và để công suất tín hiệu ở cổng đầu ra Pra Pvao thì pha củacác tín hiệu qua các ống dẫn sóng khác nhau cũng phải giống nhau Với kết quả tính toántrong [1] cho thấy rằng để định tuyến kênh bước sóng ở đầu vào p tới đầu ra q của WGRthì bước sóng của ánh sáng tới ở cổng đầu vào p coupler sao đầu tiên phải được điềuchỉnh tới:

p.q =0 –(p+q).

Trong đó 0 là bước sóng tham chiếu được xác định bởi WGR

 là khoảng cách giữa hai bước sóng kề nhau

Bộ WGR tạo ra sự định tuyến cố định của tín hiệu quang từ một cổng đầu vào xácđịnh tới một cổng đầu ra xác định dựa vào bước sóng của tín hiệu Các tín hiệu có cácbước sóng khác nhau của một cổng vào sẽ được định tuyến tới các cổng đâu ra khác nhau

mà không bị ảnh hưởng lẫn nhau (mỗi bước sóng được chuyển tới một cổng đầu ra xácđịnh) Khi đó các tín hiệu khác nhau sử dụng sử dụng cùng một bước sóng ở các cổngđầu vào khác nhau sẽ không bị ảnh hưởng lẫn nhau tại các cổng đầu ra

Như vậy, các bộ WC trong tầng đầu (hình 1.14) dùng để chuyển đổi các bước sóngvào, nếu bước sóng tại cổng p cần định tuyến tới cổng ra q thì bước sóng của nó trướctiên được chuyển thành p.q Sau đó tại đầu ra của WGR các bước sóng lại được chuyểnđổi lần nữa nhờ bộ biến đổi WC tại tầng hai để trở thành bước sóng ban đầu

Trong hai phương pháp chuyển mạch trên, thấy rằng phương pháp quảng bá và lựachọn thực hiện đơn giản hơn nhưng bị suy hao phân tán lớn hơn phương pháp định tuyếnbước sóng có suy hao công suất thấp nhưng lại yêu cầu điều khiển và chuyển đổi bướcsóng chính xác Với cả hai phương pháp chuyển mạch các kênh bước sóng đều được địnhtuyến trong miền không gian Một giải pháp lựa chọn khác là chuyển mạch bước sóng cóthể được thực hiện trong miền bước sóng, phương pháp này được gọi là trao đổi kênhbước sóng(WCI) Hình 1.19, một WCI gồm một bộ tách kênh bước sóng, một dãy WC vàmột coupler

Hình 1 19 Bộ trao đổi kênh bước sóngKhi sử dụng WCI kết hợp với WGR có thể hình thành các trường chuyển mạch -S- và S--S

So với hệ thống chuyển mạch phân chia thời gian (TD), hệ thống chuyển mạch WDquang có hai ưu điểm:

Bit/frame cho các kênh khác nhau phân chia theo bước sóng là độc lập

Tốc độ của hệ thống chuyển mạch không cần cao nhờ có sử dụng chuyển mạch lưulượng, hệ thống truyền dẫn kép bước sóng WDM đã đạt được hàng trăm kênh tốc

độ cỡ hàng Tb/s Do đó, mạng chuyển mạch quang phân chia theo bước sóng sẽ làứng dụng tuyệt vời để mở rộng hệ thống chuyển mạch băng rộng và dễ dàng kết nốivới hệ thống truyền dẫn WDM

1.3.2 Coupler quang

Coupler quang là một thiết bị phổ dụng nhất trong mạng thông tin quang Cáccoupler quang có thể sử dụng để chia công suất quang từ một sợi quang đầu vào tới nhiềusợi ở đầu ra Hoặc nó có thể hợp các tín hiệu ánh sáng từ hai sợi vào một sợi đầu ra nhưhình 2.13

Hình 1 20 Mô hình các coupler quangMột coupler tổng quát bao gồm n đầu vào và m đầu ra, nếu là coupler 1 xn thì gọi là

bộ chia quang, và nếu là coupler n x1 thì gọi là bộ kết hợp quang Ví dụ trong couplerquang 2x2 (hình 1.21), một phần tín hiệu đầu vào phía trên định hướng tới cổng đầu raphía trên, và phần còn lại định hướng tới cổng đầu ra phía dưới Tín hiệu đầu vào phíadưới cũng tương tự Các phần định hướng tới các cổng đầu ra có thể là tương đương, vàcũng có thể là khác nhau

Hình 1 21 Coupler 2x2 (3 dB)Coupler quang có thể thực hiện bằng cách ghép hai sợi đơn mode thông qua xử lí haiđầu sợi hình nón như hình 1.22

1/ 2 (1 + 2)

1/ 2 (1 + 2)

Coupler quang 2 x21

2

Hình 1 22 Coupler 4 cổngDạng hình học của hình nón có thể điều chỉnh để đạt được tỉ lệ phân chia theo yêucầu Các coupler bốn cổng có thể được liên kết với nhau để tạo ra các coupler sao với nđầu vào và n đầu ra, hoặc couper sao lên tới 128 cổng có thể sản suất như một thiết bị tíchhợp Ưu điểm của coupler là không cần cung cấp nguồn, hoạt động tin cậy, không đắt,mức suy hao thấp Ta có thể mô tả một coupler sao 16 x16 như hình 1.23.

Hình 1 23 Coupler sao 16 x 16

1.3.3 Bộ chuyển đổi bước sóng khả chỉnh (TWC)

TWC là thiết bị chuyển đổi từ một bước sóng vào, sang một bước sóng ra khác.TWC có thể điều khiển được nhóm bước sóng đầu vào để thay đổi bước sóng đầu ra.TWC rất hữu dụng trong chuyển mạch gói vì những lí do sau :

+ Có tác dụng giảm rõ rệt số lượng đường dây trễ vì TOWC cho phép lưu chuyểnnhiều gói quang ở nhiều bước sóng khác nhau trên cùng một đường dây trễ Mặc dù sửdụng TOWC có thể làm đảo lộn thứ tự gói, song ta có thể bỏ qua vì ảnh hưởng lên lưulượng là rất nhỏ, ngay cả trong trường hợp xấu nhất

+ Dữ liệu đi vào mạng đa bước sóng cần phải biến đổi bước sóng để phù hợp vớibước sóng của mạng Ví dụ trong thời gian đầu, mạng cáp quang thường dùng bước sóng850nm để mang tín hiệu, nhưng khi phát triển hệ thống mạng sang hoạt động ở bướcsóng 1550 nm để giảm suy hao, khi đó sẽ không tương thích giữa các hệ thống vì hai

bước sóng này có những tính chất khác nhau Do vậy, các bộ TWC đã nâng hiệu quả sửdụng các bước sóng.

Có nhiều phương pháp công nghệ để tạo ra thiết bị chuyển đổi bước sóng như dùngđiện quang, dùng cổng quang, phương pháp trộn sóng… và có thể chia làm hai loại đó làchuyển đổi bước sóng quang/điện và chuyển đổi bước sóng toàn quang Công nghệchuyển đổi bước sóng toàn quang lại được chia làm hai loại đó là công nghệ hiệu ứng kếthợp và công nghệ điều chế chéo

1.3.4 Chuyển đổi bước sóng quang/điện

Trong chuyển đổi bước sóng quang/điện, trước hết, tín hiệu quang được biến đổithành tín hiệu điện nhờ PD Luồng bit điện sẽ được lưu trong bộ đệm Tín hiệu điện sẽđiều khiển đầu vào của Laser khả chỉnh để có đầu ra là bước sóng yêu cầu Phương phápnày được thử nghiệm ở tốc độ 10 Gb/s Tuy nhiên phương pháp này phức tạp hơn vàcũng tốn nguồn hơn so với các phương pháp khác Hơn nữa, quá trình xử lý chuyển đổiquang/điện ảnh hưởng tới tính trong suốt của tín hiệu vì nó yêu cầu tín hiệu quang phảiđược điều chế theo khuôn dạng nhất định và tốc độ bit nhất định Toàn bộ thông tin dướidạng pha, tần số hay biên độ cũng bị suy hao trong quá trình xử lí chuyển đổi

1.4 Trung tâm dữ liệu

Trung tâm dữ liệu là nơi đặt các hệ thống máy tính lớn và các thành phần liênquan như hệ thống truyền dẫn và hệ thống lưu trữ Trung tâm này được thiết kế để đảmbảo độ sẵn sàng và an toàn cao nhất cho dữ liệu với các nguồn dự phòng, kết nối dữ liệu

dự phòng, các thiết bị kiểm soát môi trường (điều hòa không khí, chống cháy) và các

thiết bị an ninh bảo mật.

Hình 1 24 Trung tâm dữ liệu

Nói một cách chung nhất, trung tâm dữ liệu được xây dựng nhằm đáp ứng nhu cầu nhưsau:

 Khi doanh nghiệp ngày càng phát triển nhu cầu tập trung dữ liệu để quản lý vàcung cấp cho nhiều chi nhánh của công ty là yêu cầu vô cùng cần thiết

 Các dịch vụ trên Internet cần tập trung để xử lý một lượng thông tin cực lớn yêucầu cần có một hệ thống có đủ sức mạnh để xử lý và hệ thống Trung tâm dữ liệu rađời nhằm để đáp ứng các nhu cầu cần thiết đó

 Kinh tế cũng là vấn đề được đặt ra khi triển khai hệ thống Trung tâm dữ liệu vớichi phí rất lớn nhưng lại rất tiết kiệm chi phí quản lý và bảo dưỡng hệ thống, và rẻhơn rất nhiều khi gộp nhiều hệ thống để có được khả năng xử lý của hệ thốngTrung tâm dữ liệu

Các tính năng của Trung tâm dữ liệu gồm có:

 Nơi tích hợp tất cả các công nghệ hàng đầu về mạng, hệ thống và phần mềm ứngdụng được sử dụng trong hệ thống Trung tâm dữ liệu

 Mạng được thiết kế dành riêng đáp ứng yêu cầu cực cao về tốc độ truyền giữa cácthiết bị, tính ổn định được coi trọng và vấn đề bảo mật cho hệ thống mạng đượcđặt lên hàng đầu Được cấu hình tối ưu và hỗ trợ khi một kết nối bị hỏng với mộtthiết bị thì thiết bị vẫn hoạt động bình thường với kết nối luôn ở tốc độ cao

 Với hệ thống máy chủ có hiệu năng cực cao đáp ứng các ứng dụng chạy trên nóvới độ trễ nhỏ nhất, thời gian đáp ứng nhanh nhất, hỗ trợ nhiều ứng dụng và cấuhình hoàn hảo giúp hệ thống chạy ổn định 24/7

 Các phần mềm hỗ trợ sử dụng tối đa hiệu năng của phần cứng, giúp liên kết cácmáy chủ với Cluster tăng sức mạnh cho máy chủ và khả năng backup dữ liệu khi

có sự cố xảy ra chỉ trong một thời gian ngắn hệ thống có thể đi vào hoạt động nhưbình thường và dữ liệu được bảo vệ không bị mất

Hình 1 25 Mô hình tổng quát của trung tâm dữ liệu