đồ án : ĐỒNG BỘ TRONG CHUYỂN MẠCH GÓI QUANG

Đồ án tốt nghiệp đại học
HC VIN CôNG NGH BU CHíNH VIN THôNG
KHOA VIN THôNG 1
o0o
CNG Hòa Xã HI CH NGHA VIT NAM
c lập - T do - Hnh phúc
o0o
Đề tài đồ án tốt nghiệp đại học
Họ và tên: Trịnh Thị Thanh Hoa
Lớp: D04VT1
Khoá: 2004 2008
Nghành học: Điện tử - Viễn thông.
Tên đề tài:
đồng bộ trong chuyển mạch
gói quang
Nội dung đồ án:
Giới thiệu chung về chuyển mạch quang
Chuyển mạch gói quang
Vấn đề đồng bộ trong chuyển mạch gói quang
Ngày giao đề tài:.
Ngày nộp đồ án:.
Hà nội, ngày tháng năm 2008
Giáo viên hớng dẫn
Ths Nguyễn Thị Thu Nga
Nhận xét của giáo viên hớng dẫn

a
Trịnh Thị Thanh Hoa, D04VT1
Đồ án tốt nghiệp đại học














Điểm: . (Bằng chữ: )
Ngày. tháng. năm 2008
Giáo viên hớng dẫn
Ths Nguyễn Thị Thu Nga
Nhận xét của giáo viên phản biện

b
Trịnh Thị Thanh Hoa, D04VT1
Đồ án tốt nghiệp đại học


Điểm: (Bằng chữ: )
Ngày tháng năm 2008
Giáo viên phản biện
MụC LụC
MụC LụC c
DANH MụC HìNH Vẽ ii
BảNG CáC THUậT NGữ VIếT TắT iv
LờI NóI ĐầU 6
Chơng 1 8
Giới thiệu chung về chuyển mạch quang 8
1.1 Khái niệm chuyển mạch quang 8
1.2 Phân loại chuyển mạch quang 10
1.2.1 Chuyển mạch kênh quang 10

1.2.2 Chuyển mạch gói quang 13
1.2.3 Chuyển mạch burst quang 14
1.2.4 So sánh giữa các loại chuyển mạch quang 15
1.3 Kết luận chơng 1 16
Chơng 2 18
chuyển mạch gói quang 18
2.1 Kiến trúc node chuyển mạch gói quang 18
2.2 Bộ đệm và các kỹ thuật đệm 20
2.2.1 Bộ đệm đầu ra 21
2.2.2 Bộ đệm chia sẻ 21
2.2.3 Bộ đệm vòng 21
2.2.4 Bộ đệm đầu vào 22
2.3 Trờng chuyển mạch gói quang 23
2.3.1 Trờng chuyển mạch quang 23
2.3.1.1 Trờng chuyển mạch không gian 23
2.3.1.2 Trờng chuyển mạch thời gian 25
2.3.1.3 Trờng chuyển mạch bớc sóng 26
2.3.1.4 Trờng chuyển mạch mã quang 30
2.3.2 Trờng chuyển mạch gói quang 31
2.3.2.1 Chuyển mạch dựa trên trờng chuyển mạch không gian 31
2.3.2.2 Chuyển mạch định tuyến bớc sóng 34
2.3.2.3 Chuyển mạch quảng bá - lựa chọn 36
c
Trịnh Thị Thanh Hoa, D04VT1
Đồ án tốt nghiệp đại học
2.3.2.4 Chuyển mạch định tuyến quang phân khe thời gian 39
2.4 Mô hình chuyển mạch 40
2.4.1 Kiến trúc chuyển mạch ATMOS 40
2.4.2 Kiến trúc chuyển mạch KEOPS 41
2.4.3 Kiến trúc chuyển mạch WASPNET 41

2.5 Kết luận chơng 2 42
Chơng 3 43
Vấn đề đồng bộ trong chuyển mạch gói quang 43
3.1 Giới thiệu chung 43
3.2 Kỹ thuật đồng bộ gói và bit quang 44
3.3 Kiến trúc đồng bộ 49
3.4 Sắp xếp gói 51
3.5 Đồng bộ đầu vào 53
3.6 Đồng bộ đầu ra 54
3.7 Kết luận chơng 3 56
KếT LUậN 57
TàI LIệU THAM KHảO 58
d
Trịnh Thị Thanh Hoa, D04VT1
Đồ án tốt nghiệp đại học Danh mục hình vẽ
DANH MụC HìNH Vẽ
Hình 1.1 Chuyển mạch quang dựa trên cổng SOA 9
Hình 1.2 Bộ định tuyến bớc sóng 10
Hình 1.3 Mạng chuyển mạch kênh 11
Hình 1.4 Tín hiệu trong chuyển mạch kênh 12
Hình 1.5 Mạng chuyển mạch gói quang 13
Hình 1.6 Mô hình mạng chuyển mạch burst quang 15
Hình 2.1 Cấu trúc node chuyển mạch gói quang 18
Hình 2.2 Chuyển mạch gói với bộ đệm đầu ra 21
Hình 2.3 Chuyển mạch quay vòng STARLITE 22
Hình 2.4 Chuyển mạch đệm đầu vào, có HoL 22
Hình 2.5 Chuyển mạch quang không gian 23
Hình 2.6 Trạng thái của phần tử chuyển mạch không gian 2x2 24
Hình 2.7 Phơng án thực hiện phần tử chuyển mạch quang không gian 2x2 24
Hình 2.8 Ma trận chuyển mạch vi gơng 25

Hình 2.9 Sơ đồ khối chuyển mạch theo thời gian 26
Hình 2.10 Cấu trúc cơ bản của bộ chuyển mạch bớc sóng 27
Hình 2.11 Bộ chuyển mạch bớc sóng 27
Hình 2.12 Chuyển mạch theo bớc sóng sử dụng cho quảng bá và lựa chọn 28
Hình 2.13 Chuyển mạch định tuyến bớc sóng 28
Hình 2.14 Bộ định tuyến lới ống dẫn sóng 29
Hình 2.15 Bộ trao đổi kênh bớc sóng 30
Hình 2.16 Cấu trúc chuyển mạch xen kẽ 31
Hình 2.17 Cấu trúc chuyển mạch gói quang bộ đệm đầu ra 32
Hình 2.18 Chuyển mạch không gian không đệm với TWC 33
Hình 2.19 Kiến trúc chuyển mạch gói DAVID 33
Hình 2.20 Kiến trúc chi tiết của khối chuyển mạch DAVID 34
Hình 2.21 Các phần chính của chuyển mạch định tuyến bớc sóng 35
Hình 2.22 Chuyển mạch định tuyến đệm đầu vào 36
Hình 2.23 Cấu hình của chuyển mạch quảng bá và lựa chọn 37
Hình 2.24 Cấu trúc chuyển mạch ULPHA 38
Hình 2.25 Cấu trúc chuyển mạch bộ nhớ lặp sợi 38
Hình 2.26 Cấu trúc chuyển mạch định tuyến quang phân khe thời gian 39
Hình 2.27 Chuyển mạch gói ATMOS 40
Hình 2.28 Chuyển mạch gói quang KEOPS 41
Hình 2.29 Chuyển mạch WASPNET 42
Hình 3.1 Các vấn đề đồng bộ tại một node chuyển mạch gói quang NxN 43
Hình 3.2 Trễ biến đổi sinh ra tại đầu ra do sự thay đổi nhiệt độ của laser diode từ 600C
đến 20C 45
Hình 3.3 Trễ so với nhiệt độ của laser diode và trễ điều chỉnh do hằng số thời gian RC
giảm tại nhiệt độ cao 46
Hình 3.4 Jitter tuyệt đối và tơng đối đợc đo trớc và sau khi truyền dẫn qua sợi quang
dài 6,5 km 47
Hình 3.5 Số lợng bit cực đại bởi trễ độ dịch bớc sóng 5 nm và 20 nm cho hai sợi quang
khác nhau (D.L = 50 ps/nm và 20 ps/nm) 48

Hình 3.6 Định dạng gói tin 49
Hình 3.7 Sắp xếp gói trong khe thời gian 50
Hình 3.8 Hai khả năng khi phân tích gói trớc khi đồng bộ 50
Hình 3.9 Đồng bộ gói trong trờng hợp lệch gói và tiêu đề đợc ghi lại ở khối giao diện
đầu ra 51
ii
Trịnh Thị Thanh Hoa, D04VT1
Đồ án tốt nghiệp đại học Danh mục hình vẽ
Hình 3.10 Đồng bộ trong trờng hợp rung pha và tiêu đề đợc ghi lại ở khối giao diện
đầu vào 51
Hình 3.11 Sắp xếp gói trong mạng đồng bộ 52
Hình 3.12 Cấu trúc khối đồng bộ đầu vào 54
Hình 3.13 Hệ thống đồng bộ đầu ra 55
iii
Trịnh Thị Thanh Hoa, D04VT1
Đồ án tốt nghiệp đại học Bảng các thuật ngữ viết tắt
BảNG CáC THUậT NGữ VIếT TắT
AOWC All Optical Wavelength Converter Bộ chuyển đổi bớc sóng toàn quang
ATM Asynchronous Transfer Mode Ch truyn ti không ng b
ATMoS
ATM Optical Switching Chuyển mạch quang ATM
AWG
Arrayed Waveguide Grating Cách tử ống dẫn sóng ma trận
BER Bit Error Ratio Tỉ lệ lỗi bit
CDMA Code Devision Multi Access Đa truy nhập phân chia theo mã
DFB Distributed FeedBack laser Laser hồi tiếp phân bố
DLE Dynamic Lightpath Establishment Thiết lập luồng quang động
DWDM Dense WDM WDM mt cao
EDFA Erbium Doped Fibre Amplifiers Khuyếch đại quang sợi Erbium
FDL Fiber Delay Line ng dây tr quang

FIFO First In, First Out V o tr c, ra trc
FWHM Full Width at Half Maximum Độ rộng tại mức nửa cực đại
HEC Header Error Check Kiểm tra lỗi tiêu đề
ISDN Integrate Services Data Network Mạng tích hợp đa dịch vụ
KEOPS KEys to Optical Packet Switching

KWR Key Word Recogniser Mã nhận dạng gói dùng để sắp xếp gói
MZI Mach - Zehnder Interferometer Bộ giao thoa kế Mach Zehnder
NGN Next Generation Network Mng th h tip theo
OBS Optical Burst Switching Chuyn mch Burst quang
OCDM Optical Code Devision Multiplexer Ghép phân chia theo mã quang
OPS Optical Packet Switching Chuyển mạch gói quang
OSPF
Open Shortest Path First
Giao thức đờng ngắn nhất theo thứ tự mở
OTDM Optical Time Devision Multiplexer Ghép kênh phân chia theo thời gian quang
PSTN Public Switching Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng
RAM Random Access Memory Bộ nhớ truy nhập ngẫu nhiên
RMS Root Mean - Square
RWA Routing and Wavelength Assignment Bài toán định tuyến và gán bớc sóng
SDH Synchronous Digital Hierarchi Ghép kênh ng b
SLE Static Lightpath Establishment Bài toán thiết lập luồng quang tĩnh
SOA Semiconductor Optical Amplifier Bộ khuyếch đại quang bán dẫn
TDM Time Dvision Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thi gian
TWC Tunable Wavelength Converter Bộ chuyển đổi bớc sóng khả chỉnh
iv
Trịnh Thị Thanh Hoa. D04VT1
Đồ án tốt nghiệp đại học Bảng các thuật ngữ viết tắt
WC Wavelength Converter Bộ chuyển đổi bớc sóng
WCI Wavelength Channel Interchange Bộ trao đổi kênh bớc sóng

WDM Wavelength Division Multiplexer Ghép kênh phân chia theo bớc sóng
WGR Waveguide-Grating Router Định tuyến cách tử dẫn sóng
WLR Wavelength Routing Định tuyến bớc sóng
v
Trịnh Thị Thanh Hoa. D04VT1
Đồ án tốt nghiệp đại học Lời nói đầu
LờI NóI ĐầU
Cuối thế kỷ 20 nhiều nhà khai thác viễn thông trên thế giới đã chứng kiến những
biến động lớn về bản chất lu lợng truyền tải trên mạng. Lu lợng phi thoại dần lấn át lu
lợng thoại truyền thống. Nguyên nhân sâu xa của vấn đề này là do tốc độ phát triển vợt
bậc của lu lợng Internet và sự gia tăng không ngừng của số ngời sử dụng cùng các nhà
cung cấp dịch vụ Internet đã làm cho Internet ngày càng trở nên hữu dụng.
Kiến trúc mạng IP ngày nay đợc xây dựng theo kiểu xếp chồng giao thức những
công nghệ nh ATM, SDH và WDM. Do có nhiều lớp liên quan nên đặc trng của kiến
trúc này là d thừa tính năng và chi phí liên quan đến vận hành khai thác cao. Hơn nữa
kiến trúc này trớc đây sử dụng để cung cấp chỉ tiêu đảm bảo cho dịch vụ thoại và thuê
kênh, không đợc thiết kế phù hợp cho mạng số liệu. Do đó nó không thật sự thích hợp
đối với các ứng dụng hoạt động dựa trên công nghệ chuyển mạch gói và đặc biệt là
những ứng dụng có nguồn gốc IP.
Một số nhà cung cấp và tổ chức tiêu chuẩn đang đề xuất những giải pháp mới
khai thác IP trên kiến trúc mạng đơn giản, ở đó lớp WDM là nơi cung cấp băng tần
truyền dẫn vô cùng lớn. Những giải pháp này cố gắng giảm tối đa các tính năng d thừa,
thông tin mào đầu giao thức, đơn giản hóa công việc quản lý và qua đó truyền tải IP
trên lớp WDM (lớp mạng quang) càng hiệu quả càng tốt.
Việc loại bỏ các lớp mạng trung gian trong kiến trúc mạng truyền tải IP gắn liền
với sự phát triển của công nghệ chuyển mạch quang. Sự mở rộng chức năng của
chuyển mạch quang tới lớp cao hơn sẽ tạo ra một kiến trúc mạng vô cùng đơn giản, và
đó cũng là mục tiêu hớng đến trong tơng lai; kiến trúc mạng chỉ gồm hai lớp: IP và
quang. Chuyển mạch gói quang vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu phát triển. Vấn
đề công nghệ đang là rào cản chính trong lĩnh vực này. Và trong chuyển mạch gói

quang thì vấn đề đồng bộ giữ vai trò hết sức quan trọng. Đây là một vấn đề không hề
đơn giản và đồ án này em xin đợc nghiên cứu về vấn đề Đồng bộ trong chuyển
mạch gói quang.
Nội dung của đồ án bao gồm 3 chơng và phần kết luận, đợc cấu trúc nh sau:
Chơng 1: Trình bày tổng quan về chuyển mạch quang nói chung,
tóm tắt về các kỹ thuật chuyển mạch quang.
Chơng 2: Chơng này sẽ tìm hiểu thêm về kỹ thuật chuyển mạch
gói quang với kiến trúc node chuyển mạch gói quang và các thành phần
quan trọng nhất trong node nh bộ đệm và trờng chuyển mạch.
6
Trịnh Thị Thanh Hoa, D04VT1
Đồ án tốt nghiệp đại học Lời nói đầu
Chơng 3: Nghiên cứu về kỹ thuật đồng bộ trong mạng chuyển
mạch gói quang.
Công nghệ chuyển mạch quang đang còn trong giai đoạn nghiên cứu thử
nghiệm, chính vì vậy mà thông tin về công nghệ này còn cha nhiều. Nội dung của đồ
án đợc thực hiện trên cơ sở thu thập và nghiên cứu các bài báo đã đợc công bố trên các
tạp chí khoa học nh IEEE và các tài liệu thu thập đợc từ Internet.
Xuất phát từ những đặc điểm trên nên phạm vi của đề tài chỉ dừng lại ở mức
nghiên cứu lý thuyết. Vấn đề đồng bộ cũng là một vấn đề khó mà để hiểu thật sự sâu
sắc thì không phải là đơn giản. Tuy vậy em xin mạnh dạn chọn đề tài này để có thể
nâng cao khả năng nghiên cứu khoa học của bản thân. Trong thời gian thực hiện đồ án
em cũng đã cố gắng tìm hiểu tài liệu và tham khảo ý kiến của giáo viên hớng dẫn nhng
do thời gian và trình độ có hạn nên không tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận đợc sự
góp ý của các thầy cô để đề tài đợc hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Viễn thông, bộ môn thông tin
quang đã giúp đỡ em trong thời gian qua. Em xin cảm ơn cô Nguyễn Thị Thu Nga đã
tận tình giúp đỡ em trong quá trình nghiên cứu và hoàn thanh đồ án này.
Hà Nội, ngày 09 tháng 11 năm 2008
Sinh viên thực hiện

Trịnh Thị Thanh Hoa
7
Trịnh Thị Thanh Hoa, D04VT1
Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 1: Giới thiệu chung về chuyển mạch quang
Chơng 1
Giới thiệu chung về chuyển mạch quang
Chuyển mạch gói quang đã đợc khẳng định tính kinh tế sử dụng băng tần rất
hiệu quả và khả năng hỗ trợ các dịch 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 đó các gói đợc chuyển mạch và định tuyến độc lập qua mạng trong miền quang
mà không cần biến đổi sang điện tại mỗi node. Nh vậy chuyển mạch gói quang cho
phép một mức độ cao hơn việc ghép kênh thống kê trên các liên kết sợi quang và điều
khiển burst lu lợng tốt hơn chuyển mạch kênh. Trong chơng này, chúng ta nghiên cứu
về khái niệm chuyển mạch quang, các loại chuyển mạch quang và tập trung vào khái
niệm chuyển mạch gói quang.
1.1 Khái niệm chuyển mạch quang
Về nguyên lý, một chuyển mạch thực hiện chuyển lu lợng từ một cổng lối vào
hoặc kết nối lu lợng 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 đợc chuyển mạch có lựa chọn từ một mạch này tới
một mạch khác. Tùy thuộc vào kỹ thuật chuyển mạch mà các thông tin đợc trao đổi dới
dạng thời gian thực (chuyển mạch kênh) hoặc dới dạng ghép kênh thống kê (chuyển
mạch gói). Chuyển mạch kênh là một phơng pháp thông tin sử dụng để thiết lập cho
thông tin giữa hai điểm. Số liệu đợc truyền trên cùng một tuyến và thông tin truyền đi
trong thời gian thực. Khác với chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói thực hiện truyền
các gói số liệu độc lập. Mỗi gói đi từ một cổng tới một cổng khác theo một đờng nào
đó. Các gói không thể gửi tới node kế tiếp khi cha thực hiện thành công tại node trớc
đó. Và nh vậy cần có các bộ đệm để tạm thời lu các gói. Mỗi node trong chuyển mạch
gói yêu cầu một hệ thống quản lý để thông báo điều kiện truyền thông tin tới node lân
cận trong trờng hợp số liệu truyền bị lỗi.

Các bộ chuyển mạch không gian và các bộ định tuyến bớc sóng là các thành
phần cơ bản của một chuyển mạch quang. Một chuyển mạch không gian chỉ chuyển
theo cách đơn giản các tín hiệu từ mỗi đầu vào tới một đầu ra. Có một vài cách để thực
hiện một chuyển mạch không gian nhng lựa chọn tốt nhất là sử dụng các SOA (các bộ
khuyếch đại quang bán dẫn). Hình 1.1 mô tả một chuyển mạch không gian.
8
Trịnh Thị Thanh Hoa, D04VT1
Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 1: Giới thiệu chung về chuyển mạch quang
Hình 1.1 Chuyển mạch quang dựa trên cổng SOA.
Chuyển mạch dựa trên cổng SOA NxN nh mô tả ở trên gồm N bộ tách 1xN, N
2
cổng SOA và N bộ trộn 1xN. Nếu tín hiệu đợc 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 đợc kết nối
tới một bộ trộn.
Một bộ định tuyến bớc sóng có thể đợc cấu hình trớc hoặc không. Nh hình vẽ
1.2 mô tả bộ định tuyến bớc sóng không cấu hình trớc. Mỗi tín hiệu từ đầu vào i với b-
ớc sóng j luôn đợc truyền trực tiếp tới đầu ra k. Một ví dụ của bộ đinh tuyến này là
AWGM. Một AWGM gồm hai coupler sao và một AWG giữa chúng. Coupler sao tách
các tín hiệu từ các cổng đầu vào và đa tới tất cả các lới ống dẫn sóng mà các lới ống
dẫn sóng này có độ dài khác nhau. Độ trễ tín hiệu phụ thuộc vào độ dài của ống dẫn
sóng và bớc sóng. Coupler sao thứ hai chỉ phối hợp theo cấu trúc các tín hiệu có pha
khác nhau tại một cổng đầu ra đơn.
Mặc dù một bộ định tuyến bớc sóng không cấu hình trớc không có thuộc tính
chuyển mạch thì vẫn đợc sử dụng rộng rãi trong các chuyển mạch gói quang định
tuyến theo bớc sóng. ý tởng chính để mọi gói đợc chuyển đổi đầu tiên thành một bớc
sóng chính xác và sau đó truyền trực tiếp tới AWGM. Bởi vì AWGM chọn cổng ra của
mỗi gói tuỳ thuộc cổng ra và bớc sóng, mỗi gói sẽ đợc chuyển tới cổng ra đã định.
9
Trịnh Thị Thanh Hoa, D04VT1
Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 1: Giới thiệu chung về chuyển mạch quang

Hình 1.2 Bộ định tuyến bớc sóng
1.2 Phân loại chuyển mạch quang
Chuyển mạch có thể đợc chia thành chuyển mạch điện và chuyển mạch quang.
Các chuyển mạch điện có thiết bị phát triển hơn chuyển mạch quang và việc thực thi
chúng dễ dàng hơn. chuyển mạch quang lại đợc chia thành 3 loại:
Chuyển mạch kênh quang.
Chuyển mạch gói quang.
Chuyển mạch burst quang.
1.2.1 Chuyển mạch kênh quang
Chuyển mạch kênh quang hoạt động theo kiểu định tuyến theo bớc sóng. Trong
mạng chuyển mạch kênh quang, một đờng dẫn bớc sóng riêng đợc thiết lập trong
khoảng thời gian kết nối. Để một mạng chuyển mạch kênh hoạt động, một kênh sẽ đợc
ấn định từ đầu tới cuối cho một kết nối. Kênh này sau đó chỉ đợc đăng ký phục vụ cho
một kết nối.
10
Trịnh Thị Thanh Hoa, D04VT1
Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 1: Giới thiệu chung về chuyển mạch quang
A
R 1
R 2
R 3 R 4
R 5
R 6
B
S w i t c h / R o u t e r
T u y ế n h o ạ t đ ộ n g
Hình 1.3 Mạng chuyển mạch kênh
Trong mạng chuyển mạch kênh trên đây yêu cầu nối giữa điểm A và B. Một
kênh đợc thiết lập thông qua các node R1, R3, R4 và R5. Ta cũng có thể thành lập các
tuyến liên kết khác giữa A và B. Giữa các node chuyển mạch có thể cho phép nhiều

kênh đợc thiết lập.
Chuyển mạch kênh gồm có 3 giai đoạn: Thiết lập kênh, truyền dữ liệu, và giải
phóng kênh.
Thiết lập kênh: Đăng ký một bớc sóng cố định theo đờng dẫn lựa chọn, mỗi liên
kết trên đờng dẫn đợc định hớng từ nguồn tới đích tơng ứng của nó.
Truyền dữ liệu: Dữ liệu đợc gửi trên một đờng riêng. Khi phân phối điều khiển
đợc sử dụng trong giai đoạn định tuyến, một khoảng thời gian yêu cầu giữa giai
đoạn thiết lập và giai đoạn truyền dẫn là T, có giá trị T=2p+delta (p là thời gian
truyền một chiều), delta là tổng trễ xử lý do yêu cầu thiết thiết lập trên đờng
truyền). Dữ liệu trong chuyển mạch kênh không cần đệm ở các node trung gian
do kênh 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 đợc giải
phóng. Đích gửi về nguồn một bản tin xác nhận. Các node trên đờng truyền lần
lợt đợc giải phóng để phục vụ cho kết nối khác.
11
Trịnh Thị Thanh Hoa, D04VT1
Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 1: Giới thiệu chung về chuyển mạch quang
Hình 1.4 Tín hiệu trong chuyển mạch kênh
Quá trình thiết lập các luồng quang bao gồm một số bớc thực hiện là tìm ra cấu
hình và tài nguyên, định tuyến, gán bớc sóng báo hiệu và đặt trớc tài nguyên.
Tìm ra cấu hình và tài nguyên bao gồm phân bổ và duy trì thông tin trạng thái
mạng. Thông tin sẽ bao gồm cấu hình mạng vật lý và trạng thái liên kết của mạng.
Trong mạng định tuyến bớc sóng WDM, những thông tin này bao gồm các bớc sóng có
thể sử dụng trên một tuyến đa ra trong mạng. Một giao thức phổ biến dành cho duy trì
thông tin trạng thái tuyến trong mạng internet là giao thức đờng ngắn nhất theo thứ tự
mở (OSPF).
Vấn đề tìm các tuyến và gán bớc sóng cho luồng quang đợc gọi là bài toán định
tuyến và gán bớc sóng (RWA). Các yêu cầu kết nối có hai dạng, dạng tĩnh và dạng
động. Với lu lợng tĩnh toàn bộ tập các kết nối đợc biết trớc và bài toán khi đó thiết lập
luồng quang cho các kết nối này cấu thành toàn bộ trong khi các tài nguyên mạng tối

thiểu hóa số bớc sóng hoặc số các sợi trong mạng. Với lựa chọn nh vậy nó có thể thiết
lập nhiều kết nối này cho số các bớc sóng cố định đa ra. Bài toán RWA cho lu lợng
tĩnh gọi là bài toán thiết lập luồng quang tĩnh (SLE). Trong trờng hợp lu lợng động,
một luồng quang đợc thiết lập cho mỗi yêu cầu kết nối đến và luồng quang đợc giải
phóng sau một thời gian hạn định. Đối tợng trong trờng hợp lu lợng động là để thiết lập
luồng quang và gán bớc sóng theo cách tối thiểu tổng số kết nối tắc nghẽn hoặc đa số
các kết nối đợc thiết lập trong mạng tại bất cứ thời điểm nào. Bài toán này gọi là bài
toán thiết lập luồng quang động (DLE).
Bài toán SLE có thể đợc giải nh là qui hoạch tuyến tính nguyên. Để giải bài toán
dễ dàng hơn, bài toán SLE có thể chia thành 2 bài toán nhỏ : (1) là định tuyến, (2) là
gán bớc sóng, mỗi bài toán này giải theo những cách khác nhau. Việc giải các bài toán
12
Trịnh Thị Thanh Hoa, D04VT1
Dữ liệu ng ời dùng
ACK
Tín hiệu chấp
nhận cuộc gọi
Trễ xử lý
Trễ đ ờng truyềnYêu cầu
cuộc gọi
Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 1: Giới thiệu chung về chuyển mạch quang
thiết lập luồng quang động là khó hơn, các phơng pháp heuristic thờng đợc dùng. Ph-
ơng pháp heuristic thực hiện cho cả hai bài toán định tuyến và gán bớc sóng.
1.2.2 Chuyển mạch gói quang
Về nguyên tắc, chuyển mạch gói quang tổ chức dựa trên gói tiêu đề và điều
khiển đợc thực hiện trong miền quang, tuy nhiên phải trong nhiều năm nữa mới thực
hiện đợc. Trong thời điểm hiện nay chuyển mạch gói quang tiêu đề hoặc nhãn đợc đọc
và so sánh với một bảng định tuyến. Tải số liệu sau đó sẽ đợc định tuyến tới cổng ra t-
ơng ứng với một nhãn mới (trao đổi nhãn). Điều quan trọng là tải tin đợc truyền trong
suốt qua chuyển mạch.

Các gói tin đợc gửi đi trên tuyến thích hợp đợc lựa chọn bởi bộ định tuyến tại
node khi gói đến. Trong đó mỗi gói có một tiêu đề tơng ứng mang thông tin về gói
cũng nh địa chỉ của gói, và mỗi node chuyển mạch trong mạng (các bộ định tuyến) sẽ
nhận thông tin này và gửi đi trên tuyến thích hợp.
C R 1
R 2
R 3
R 4
R 5
R 6
D
S w i t c h / R o u t e r
T u y ế n h o ạ t đ ộ n g
Hình 1.5 Mạng chuyển mạch gói quang
Hình 1.5 mô tả một mạng chuyển mạch gói. Gói đợc gửi từ điểm C tới đích D.
Một gói thông tin rời C và đợc gửi đi trên tuyến R1 tới R3, sau đó từ R3 gửi tới R4 và
tới D. Tuy nhiên gói cũng có thể đợc truyền tới D theo các hớng khác. Nếu việc truyền
dẫn từ R1 tới R3 chậm hoặc bị mất, gói từ R1 sẽ đợc gửi tới R2, từ R2 tới R5 và cứ tiếp
tục cho tới khi tới đích.
Trong chuyển mạch gói, độ dài mỗi gói là Lp, có thể cố định hoặc thay đổi từ
giá trị nhỏ nhất Smin tới giá trị lớn nhất S max. Trờng hợp gói có độ dài cố định, một
bản tin kích thớc Lb sẽ đợc chia thành các gói nhỏ hơn có kích thớc giống nhau. Trờng
hợp gói có độ dài khác nhau, bản tin đợc chia thành Lb/Smax gói.
Một đặc điểm chính của chuyển mạch gói là lu giữ và chuyển tiếp. Tức là một
gói cần phải đợc tập hợp đầy đủ tại một node nguồn và mỗi node trung gian trớc khi nó
đợc chuyển đi. Đặc điểm này sẽ dẫn đến gói phải trải qua một khoảng thời gian trễ t-
13
Trịnh Thị Thanh Hoa, D04VT1
Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 1: Giới thiệu chung về chuyển mạch quang
ơng ứng với Lb tại mỗi node, khi đó cần phải có bộ đệm tại mỗi node trung gian của

mạng có kích thớc nhỏ nhất là Smax.
Mặc dù vậy với công nghệ hiện tại cha thể thực hiện chuyển mạch quang một
cách có hiệu quả do:
Chuyển mạch gói quang thờng sử dụng hiệu quả cho trờng hợp không đồng bộ.
Nhng các gói tới tại các cổng đầu vào khác nhau phải đợc xếp hàng trớc khi truy
nhập vào trờng chuyển mạch. Do vậy để ứng dụng cho trờng hợp không đồng bộ
là rất khó và chi phí cao.
Một khó khăn nữa đối với chuyển mạch gói quang là sự thiếu vắng các bộ đệm
quang. Đặc điểm chính của chuyển mạch gói là lu đệm và chuyển tiếp. Đặc
điểm này cần thiết để giải quyết vấn đề tranh chấp cổng đầu ra. Tuy nhiên hiện
tại cha có các bộ đệm truy nhập quang ngẫu nhiên cần thiết để thực hiện lu giữ
và chuyển tiếp.
Khó khăn nữa cho việc sử dụng chuyển mạch gói quang là thời gian yêu cầu để
định cấu hình cơ cấu chuyển mạch quang.
1.2.3 Chuyển mạch burst quang
Khái niệm chuyển mạch quang xuất hiện từ đầu những năm 1980. Gần đây,
chuyển mạch burst quang đợc nghiên cứu trở lại và đợc biết đến nh một giải pháp kế
tiếp của chuyển mạch gói quang. Thực chất chuyển mạch burst quang đợc xem xét
trong tầng quang đơn thuần nh một môi trờng truyền dẫn trong suốt không bộ đệm cho
các ứng dụng. Tuy nhiên không có một định nghĩa tổng quát cho chuyển mạch burst
quang.
Chuyển mạch burst quang đợc xem là phơng pháp kết hợp cả hai kỹ thuật
chuyển mạch kênh quang và chuyển mạch gói quang. Nó đợc thiết kế đạt đợc cân bằng
giữa những u điểm của chuyển mạch kênh quang và nhợc điểm của chuyển mạch gói
quang.
Trong các mạng chuyển mạch burst quang, các burst dữ liệu bao gồm nhiều gói
đợc chuyển mạch thông qua mạng toàn quang. Một bản tin điều khiển (tiêu đề) đợc
truyền đi trớc burst tín hiệu để thiết lập cấu hình chuyển mạch trên tuyến truyền của
burst. Các burst dữ liệu truyền tiếp sau tiêu đề mà không cần đợi bản tin xác nhận kết
nối đã hoàn thành.

Một mạng chuyển mạch burst quang bao gồm các node chuyển mạch burst
quang đợc liên kết với nhau qua các tuyến sợi quang. Node mạng OBS có thể là node
biên hoặc là các node lõi. Mỗi sợi quang có thể hỗ trợ các kênh đa bớc sóng sử dụng
ghép kênh WDM. Một chuyển mạch burst quang truyền tải một burst từ một cổng đầu
vào tới cổng đầu ra tại đích của nó. Các sợi liên kết có thể mang nhiều bớc sóng, mỗi
bớc sóng có thể đợc xem nh một kênh mang thông tin (truyền các burst thông tin). Gói
14
Trịnh Thị Thanh Hoa, D04VT1
Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 1: Giới thiệu chung về chuyển mạch quang
điều khiển có thể đợc truyền trong băng trên cùng kênh dữ liệu hoặc trên kênh điều
khiển riêng. Một burst có thể mang một hay nhiều gói IP.
Hình 1.6 Mô hình mạng chuyển mạch burst quang
Hình 1.6 mô tả một mạng chuyển mạch burst quang với hai loại node mạng là
node lõi và node biên. Trong đó node lõi chỉ có chức năng thu nhận và chuyển tiếp các
burst đến các node tiếp theo trên đờng đi trong mạng. Chức năng chính của node này
chỉ đơn thuần cung cấp các kết nối để chuyển tiếp burst tới node tiếp theo mà không có
chức năng cấu thành hay phân giải burst. Node biên ngoài chức năng của một node lõi
nó còn phải có chức năng cấu tạo (thành lập) và phân giải các burst thông tin, là nơi
kết cuối hay bắt đầu của các burst. Đây là node có cả giao diện tín hiệu điện với các
mạng chuyển mạch gói điện hay các mạng truy nhập. Chức năng chính của node này là
thu thập thông tin để cấu tạo các burst và phân giải các burst thành các dạng thông tin
ban đầu (gói tin hay bản tin) phân bổ chúng tới các mạng truy nhập.
1.2.4 So sánh giữa các loại chuyển mạch quang
Các mạng toàn quang hiện nay đang sử dụng chủ yếu vẫn là các chuyển mạch
kênh. Các mạng chuyển mạch gói vẫn đang tiếp tục nghiên cứu và trên thế giới chuyển
mạch kênh quang là lựa chọn thích hợp hơn chuyển mạch gói quang. Nói cách khác, lu
lợng viễn thông trong tơng lai vẫn còn tiếp tục bùng nổ. Trong bất cứ trờng hợp nào thì
lu lợng dạng gói sẽ ở mức lựa chọn cao hơn. Nếu tìm thấy một cách để thực hiện thơng
mại chuyển mạch gói quang thì rõ ràng đó có thể là một kỹ thuật tốt hơn. Tuy nhiên
chừng nào mà các thiết bị quang cũng nh là kỹ thuật chuyển mạch vẫn cha đáp ứng đ-

ợc yêu cầu thì chuyển mạch kênh vẫn là lựa chọn số 1.
Ưu điểm của chuyển mạch gói là một gói bao gồm cả tiêu đề và tải gửi đi mà
không cần thiết lập kênh và chúng chia sẻ các bớc sóng liên kết giữa các gói với các
15
Trịnh Thị Thanh Hoa, D04VT1
Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 1: Giới thiệu chung về chuyển mạch quang
nguồn và đích khác nhau. Tuy nhiên do cơ cấu lu đệm và chuyển tiếp, mọi node đều
phải xử lý tiêu đề của gói tới để xác định tuyến truyền của gói, vì vậy cần phải sử dụng
bộ đệm tại các node. Trong khi đó chuyển mạch burst quang không cần phải có bớc
sóng riêng cho mỗi kết nối đầu cuối tới đầu cuối, vì vậy sau khi burst đi qua một tuyến
liên kết thì bớc sóng sẽ đợc giải phóng ngay. Khác với chuyển mạch gói, chuyển mạch
burst quang không nhất thiết phải sử dụng các bộ đệm.
Chuyển mạch burst quang là chuyển mạch hứa hẹn nhiều triển vọng, nó sẽ thay
thế các chuyển mạch hiện tại, và sẽ mang tính thơng mại cao hơn chuyển mạch gói
quang, nó tránh đợc hai vấn đề chính là: Tốc độ chuyển mạch cao và bộ đệm quang.
Nghẽn cổ chai trong mạng chuyển mạch gói quang khi xử lý tiêu đề gói tin trong trờng
chuyển mạch. Bởi vì dữ liệu đợc móc nối vào nhau bên trong các phần tử lớn hơn trong
các mạng chuyển mạch burst, có nhiều dữ liệu / tiêu đề hơn so với các mạng chuyển
mạch gói. Trớc tiên, là đạt đợc tốc độ dữ liệu cao hơn với cùng một tốc độ xử lý tiêu
đề. Hơn nữa, không cần thiết phải triển khai các bộ đệm quang phức tạp. Các burst có
thể đợc đệm trong miền điện tại cạnh của mạng thay cho bộ đệm tại mỗi node vì thời
gian mào đầu đã đợc xử lý. Các trờng chuyển mạch có thể đợc triển khai mà không cần
bộ đệm hoặc với một vài đờng trễ để giải quyết xung đột. Chuyển mạch burst đã tránh
đợc những vấn đề của chuyển mạch gói, và phù hợp cho yêu cầu lu lợng hiện nay.
Trong thời gian tới, chuyển mạch burst rõ ràng sẽ hấp dẫn hơn chuyển mạch gói
quang, và trong cuộc đua đờng dài chuyển mạch burst dờng nh là đối thủ mạnh nhất
của chuyển mạch gói quang.
1.3 Kết luận chơng 1
Công nghệ chuyển mạch quang với những bớc tiến nhanh đã mở ra một thời kì
mới với kết quả là tạo ra một mạng toàn quang (trong mạng sẽ không còn sự chuyển

đổi quang điện, điện quang (OEO) tại các nút trung gian).
Chuyển mạch sẽ chuyển từ chuyển mạch điện sang chuyển mạch quang. Quá
trình chuyển đổi này sẽ qua một số giai đoạn.
Giai đoạn đầu tiên là chuyển mạch kênh dựa trên mạng định tuyến bớc sóng.
Tuy nhiên cả mạng chuyển mạch kênh và mạng định tuyến bớc sóng đều có tốc độ t-
ơng đối chậm với thời gian chuyển mạch vào khoảng một phần nghìn giây.
Giai đoạn 2 là chuyển mạch gói quang (OPS). Mạng OPS hứa hẹn một môi tr-
ờng truyền dẫn tốt hơn và duy nhất, chuyển mạch đóng vai trò trung tâm. Đồng thời,
mạng OPS sử dụng hiệu quả băng tần, tăng tính mềm dẻo và dữ liệu quang trên toàn bộ
mạng.
Giai đoạn thứ 3 là chuyển mạch burst (OBS-Optical Burst Switching) mới đợc
đa ra gần đây. Trong mạng OBS, đơn vị truyền dẫn là 1 burst, một burst đợc coi nh là
tập hợp dòng gói dữ liệu. Mạng OBS giảm tối thiểu việc xử lý tiêu đề và bộ đệm tại các
nút trung gian. Chuyển mạch burst hiệu quả hơn chuyển mạch kênh khi mà thời gian
16
Trịnh Thị Thanh Hoa, D04VT1
Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 1: Giới thiệu chung về chuyển mạch quang
thoại không chiếm hết toàn bộ bớc sóng. Đồng thời, OBS có tốc độ chuyển mạch lên
tới một phần triệu giây hoặc nhỏ hơn. Mạng OBS hứa hẹn trở thành hiện thực trong
một vài năm tới.
Chúng ta cần chú ý rằng, cả 3 công nghệ chuyển mạch này có ứng dụng cực kì
quan trọng, mỗi công nghệ sẽ đợc triển khai trên thực tế và đợc thay thế theo thứ tự u
tiên hoặc có thể cùng tồn tại trong tơng lai.
Hiện nay mạng chuyển mạch gói quang vẫn cha hoàn toàn quang, các tín hiệu
đều cần chuyển đổi trở lại dạng điện trớc khi chuyển mạch và xử lí. Nh vậy, các u điểm
lớn của thông tin quang nh tốc độ và hiệu quả vẫn cha đợc phát huy cao do độ trễ vẫn
lớn. Mạng chuyển mạch gói quang có thể cha đợc áp dụng vào cuộc sống trong một
vài năm tới do giới hạn về công nghệ quang. Tuy nhiên với sự phát triển nhanh chóng
và rất nhiều các mô hình nghiên cứu chuyển mạch gói quang, mạng viễn thông sẽ có
thể áp dụng công nghệ này vào thực tiễn để đáp ứng đợc đòi hỏi ngày càng cao của các

dịch vụ ngời dùng. Chơng 2 sẽ trình bày rõ hơn về chuyển mạch gói quang.
17
Trịnh Thị Thanh Hoa, D04VT1
Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 2: Chuyển mạch gói quang
Chơng 2
chuyển mạch gói quang
Trong chơng này ta sẽ tìm hiểu cụ thể về chuyển mạch gói quang, trớc hết là
kiến trúc một node chuyển mạch trong mạng chuyển mạch gói quang. Trong kiến trúc
node chuyển mạch gói quang thì trờng chuyển mạch và bộ đệm quang là hai thành
phần không thể thiếu và cần đợc xem xét cụ thể nhất.
2.1 Kiến trúc node chuyển mạch gói quang
Kiến trúc tổng quát node chuyển mạch gói quang nh hình 2.1.
Hình 2.1 Cấu trúc node chuyển mạch gói quang
Giao diện đầu vào thực hiện đồng bộ và phác họa gói tin. Việc phác họa gói tin
rất cần thiết để xác định tiêu đề, tách dữ liệu và viết lại tiêu đề. Ngoài ra, phác họa gói
tin còn cần thiết để đồng bộ gói. Đồng bộ gói đầu vào rất cần thiết để khắc phục hiện t-
ợng jitter chậm, và thờng thực hiện bằng cách làm trễ gói tin trong một thời gian xác
định.
Giao diện đầu ra sẽ tái tạo lại gói tin hay khuyếch đại dữ liệu, viết lại tiêu đề gói
và đồng bộ ở đầu ra. Thực hiện đồng bộ đầu ra là một yêu cầu cần thiết để khắc phục
sự biến đổi độ trễ khác nhau trong node chuyển mạch.
Khối điều khiển sẽ đọc tiêu đề gói tin và dựa trên thông tin đó để điều khiển
phần chuyển mạch. Tiêu đề gói tin có thể đợc quản lí bằng điện hoặc bằng quang, ở
đây ta chỉ đề cập tới tiêu đề có dạng tín hiệu điện để thực hiện điều khiển.
18
Trịnh Thị Thanh Hoa, D04VT1
Giao
diện
đầu
vào

Giao
diện
đầu
ra
Tr ờng
chuyển
mạch
Khối điều khiển chuyển mạch
Bộ đệm
quang
Bộ biến đổi
b ớc sóng
1
N
1
N
Bộ tách kênh Bộ ghép kênh
Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 2: Chuyển mạch gói quang
Trờng chuyển mạch sẽ định tuyến gói tin tới cổng đầu ra theo yêu cầu dựa trên
thông tin chứa trong tiêu đề. Nó cũng có thể giải quyết tranh chấp gói tin hoặc bằng đ-
ờng dây trễ hoặc bằng bộ chuyển đổi bớc sóng khả chỉnh hoặc cả hai.
Tín hiệu vào đầu tiên đợc cho qua bộ tách kênh để tách thành các bớc sóng
riêng biệt rồi đợc gửi tới giao diện đầu vào. Tại giao diện đầu vào, sẽ trích một phần
nhỏ tín hiệu để xác định phần tiêu đề và phần tải tin của gói. Giao diện đầu vào sẽ xác
định một cách chính xác tiêu đề của gói để gửi cho khối điều khiển chuyển mạch.
Khối chuyển mạch xử lý thông tin của tiêu đề đã nhận đợc nhằm xác định cổng ra và
bớc sóng thích hợp của gói tin. Sau đó, khối điều khiển chuyển mạch điều khiển trờng
chuyển mạch định tuyến gói tin tới cổng ra. Trong định tuyến gói, trờng chuyển mạch
có thể cần tới bộ đệm quang và bộ chuyển đổi bớc sóng. Khối điều khiển chuyển mạch
cũng cần xác định tiêu đề mới cho gói tin rồi gửi tới khối ghép sóng để truyền tới node

tiếp theo.
Có một số vấn đề đặt ra cần tập trung tìm hiểu là:
Chuyển mạch đồng bộ hay không đồng bộ
Mạng chuyển mạch gói quang có thể phân làm hai loại là mạng dồng bộ và
không đồng bộ. Trong mạng đồng bộ, tất cả các gói trong mạng co cùng kích thớc.
Mõi gói tin đợc xếp vào một khe thời gian. Ta thấy rằng trễ lan truyền có thể thay đổi,
các gói tin đến node trên các giao diện khác nhau có thể không trùng với xung đồng hồ
nội. Do đó trách nhiệm của giao diện đầu vào là đồng bộ các gói tin đến và sắp xếp
chúng vào các khe thời gian. Trờng chuyển mạch gói quang đồng bộ giống nh trong
chuyển mạch gói điện đồng bộ nên dễ dàng xây dựng và đa vào hoạt động. Do đó
mạng chuyển mạch gói quang đồng bộ đợc chú ý và nghiên cứu một cách cẩn thận.
Trong mạng chuyển mạch gói quang không đồng bộ, gói tin có kích thớc có thể
thay đổi đợc, chuyển mạch có thể xảy ra tại bất cứ vị trí nào của gói, và sẽ không cần
đồng bộ gói tại chuyển mạch đầu vào. Nh vậy sẽ tăng tính mềm dẻo của mạng và nó
không phụ thuộc vào việc chia đoạn hoặc ghép lại các đoạn tại ranh giới mạng.
Xử lý điện hay quang
Tiêu đề gói quang chứa thông tin để xác định tuyến gói trong mạng. Vấn đề xử
lý tiêu đề là rất quan trọng trong hoạt động của mạng. Hiện nay, do công nghệ xử lý bit
quang vẫn còn nhiều hạn chế cho nên quá trình xử lý tiêu đề chủ yếu là xử lý điện.
Định dạng tiêu đề quang
Ta thấy rằng, dữ liệu của phần tải tin chỉ đợc xử lý duy nhất tại nguồn và đích.
Trong khi đó, dữ liệu của phần tiêu đề mang rất nhiều thông tin nh: địa chỉ nguồn, địa
chỉ đích, thứ tự gói đợc xử lý tại tất cả các node. Để thuận tiện cho việc xử lý tiêu đề
19
Trịnh Thị Thanh Hoa, D04VT1
Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 2: Chuyển mạch gói quang
có một số công nghệ đợc đa ra là: Bit Serial, Out of Band Signaling, và Bit
Parallel.
Kiến trúc trờng chuyển mạch
Kiến trúc trờng chuyển mạch đa ra cho mạng chuyển mạch gói quang thì rất đa

dạng, cho cả gói có kích thớc cố định và không cố định Nó đóng vai trò trung tâm
trong hoạt động của node. Do vậy ta sẽ nghiên cứu cẩn thận ở phần 2.3.
Các giải pháp chống xung đột
Khi hai gói tin đến từ các cổng khác nhau, các bớc sóng khác nhau có yêu cầu
chuyển mạch tới cùng một cổng ra, tại cùng một bớc sóng và tại cùng một thời điểm,
xung đột sẽ xảy ra. Trong trờng hợp này, khối điều khiển chuyển mạch phải có kế
hoạch để giải quyết xung đột này. Xung đột đầu ra có thể giải quyết theo 3 hớng khác
nhau: hớng bớc sóng (sử dụng bộ biến đổi bớc sóng), thời gian (sử dụng dây trễ
quang), không gian (sử dụng định tuyến mềm) hoặc kết hợp các cách trên.
Chúng ta cần chú ý rằng, xung đột cũng xuất hiện trong mặt phẳng điều khiển.
Xung đột trong điều khiển chuyển mạch là kết quả của việc mất hoặc do sự chậm trễ
đáng kể của tiêu đề, khi đó phần tải tin đến trớc tiêu đề hay gói bị hủy. Bởi vậy, quản lý
và phân chia kích thớc bộ đệm hợp lý là cực kì quan trọng. Từ đó xác định đợc kỹ thuật
sử dụng cho mục đích này, nh vậy chúng ta sẽ không xét tới xung đột trong mặt phẳng
điều khiển nữa.
Để giải quyết đợc hết các vấn đề nêu trên thực sự cần nghiên cứu hết sức
nghiêm túc và cẩn thận, ở đây chỉ tập trung giải quyết một số vấn đề liên quan đến nội
dung của đồ án. Sau đây đồ án sẽ chú ý đến bộ đệm, kiến trúc trờng chuyển mạch và
giới thiệu một số mô hình trờng chuyển mạch cơ bản đang đợc quan tâm.
2.2 Bộ đệm và các kỹ thuật đệm
Bộ đệm sử dụng trong chuyển mạch quang còn đợc gọi là các dây trễ quang
(FDL) và thông thờng sợi dịch tán sắc đợc sử dụng làm đờng dây trễ để tránh ảnh hởng
tán sắc. FDL là một đoạn sợi quang có chiều dài xác định, nó có thể giữ gói trong một
khoảng thời gian xác định (khoảng thời gian này phụ thuộc vào bớc sóng truyền trong
FDL và chiều dài FDL). Do đó, FDL không giống nh RAM điện, nó không chứa gói
không xác định và khi một gói đã đi vào FDL ta sẽ không thu lại đợc cho đến khi nó đi
ra đầu kia của FDL.
Khi thiết kế cấu trúc FDL phải quan tâm tới những vấn đề quan trọng bao gồm
mất gói, giá thành, điều khiển phức tạp, sắp xếp gói và mất tín hiệu trong FDL.
20

Trịnh Thị Thanh Hoa, D04VT1
Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 2: Chuyển mạch gói quang
Một số cách sắp xếp FDL để tạo ra bộ đệm quang đợc đa ra là: FDL đơn tầng,
FDL đa tầng, sắp xếp FDL nối tiếp hoặc hồi tiếp. Mỗi cách sắp xếp đợc sử dụng với
các kiến trúc trờng chuyển mạch khác nhau.
Có bốn kỹ thuật đệm cơ bản sử dụng trong chuyển mạch quang.
2.2.1 Bộ đệm đầu ra
Cấu trúc đệm đầu ra gồm một trờng chuyển mạch và một bộ đệm ở đầu ra của
trờng chuyển mạch nh hình 2.2.
Hình 2.2 Chuyển mạch gói với bộ đệm đầu ra
Trong một khe thời gian, các gói tin tới cùng một đầu ra đều đợc đa vào bộ đệm
đồng thời một cách thích hợp. Nếu bộ đệm đã đầy thì các gói đến tiếp theo sẽ bị loại và
xảy ra mất gói. Xác suất mất gói thờng là từ 10
-10
đến 10
-11
tùy thuộc từng loại ứng
dụng.
Nếu chọn kích thớc bộ đệm lớn thì sẽ không có sự mất gói song ta đã không tính
đến độ trễ gói cũng nh hiệu năng chuyển mạch.
2.2.2 Bộ đệm chia sẻ
Đây là một dạng của bộ đệm đầu ra, song các bộ đệm trên đầu ra đều dùng
chung một vùng RAM (bộ nhớ truy nhập ngẫu nhiên). Nh vậy giới hạn khả năng đệm
đợc tính là tổng số gói trên toàn bộ đệm RAM. Đây là phơng thức phổ biến trong
chuyển mạch ATM, thực hiện theo kiểu truy nhập bộ nhớ ngẫu nhiên điện. Nó không
có khả năng thực hiện dạng tín hiệu quang vì không có bộ nhớ quang tơng đơng, và do
sự phức tạp của chuyển mạch. Tuy nhiên, nhiều chuyển mạch gói quang có thể nói đã
sử dụng bộ đệm chia sẻ khi cạnh tranh với bộ đệm đầu ra, các đờng trễ đợc chia sẻ giữa
các bộ đệm đầu ra.
2.2.3 Bộ đệm vòng

Nếu nhiều gói ở đầu vào cùng tới một đầu ra, khi đó chỉ một gói đợc truyền qua,
còn lại đều đợc truyền qua vòng hồi tiếp nh hình 2.3.
21
Trịnh Thị Thanh Hoa, D04VT1
1
2
3
N
N
1
2
N
Chuyển mạch
không gian
Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 2: Chuyển mạch gói quang
Hình 2.3 Chuyển mạch quay vòng STARLITE
Mỗi một lần quay vòng sẽ làm trễ thời gian tơng ứng một gói, tức là mỗi một
vòng cho độ trễ một gói. Ví dụ một chuyển mạch 64x64 với xác suất mất gói 10
-10
, tải
trọng 0,8 thì yêu cầu sử dụng 237 vòng lặp. Khi thực hiện bằng vòng lặp với một độ trễ
khi đó cần nhiều vòng lặp, hoặc có thể dùng một vòng có độ trễ thay đổi.
2.2.4 Bộ đệm đầu vào
Cấu trúc đệm đầu vào gồm có một trờng chuyển mạch không gian và các bộ
đệm ở đầu vào nh hình 2.4.
Hình 2.4 Chuyển mạch đệm đầu vào, có HoL
Hình vẽ chỉ ra một chuyển mạch không gian với các bộ đệm trên các đầu vào.
Kiểu đệm gói này rất hay đợc sử dụng trong chuyển mạch gói điện vì nó có khả năng
đồng bộ các gói tin ở đầu vào, tuy nhiên cũng cần giải quyết hiện tợng tắc nghẽn đầu
vào HoL (head of - Line), giới hạn thông lợng lớn nhất là 58% cho lu lợng hợp nhất.

Ví dụ nh gói thứ hai trong hàng đợi thứ ba yêu cầu tới đầu ra 3 nhng nó bị giữ lại do
đầu ra gói thứ nhất bị nghẽn.
Trên đây là bốn kiểu đệm chính trong kỹ thuật chuyển mạch, tuy nhiên trong
thực tế các thiết kế thờng kết hợp các kiểu đệm này với nhau, có thể đệm đầu vào kết
hợp với đệm đầu ra
22
Trịnh Thị Thanh Hoa, D04VT1
Chuyển mạch
không gian
Trễ một
khe thời gian
Chuyển mạch không gian
4 1 2
2 2 1
4 3 1
2 1 4