NGHIÊN CỨU BỘ ĐỊNH TUYẾN CHUYỂN MẠCH GÓI TOÀN QUANG DỰA TRÊN BẢNG ĐỊNH TUYẾN

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
KHOA VIỄN THÔNG 1
ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:
“NGHIÊN CỨU BỘ ĐỊNH TUYẾN CHUYỂN MẠCH GÓI TOÀN
QUANG DỰA TRÊN BẢNG ĐỊNH TUYẾN”


Giáo viên hướng dẫn: Th.S CAO HỒNG SƠN
Sinh viên thực hiện: BÙI THÚY QUỲNH
Lớp: D08VT4
Khóa: 2008-2013
Hệ: ĐẠI HỌC CHÍNH QUY
1
Hà Nội, tháng 12 /2012
2
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
KHOA VIỄN THÔNG I
o0o
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
o0o
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Họ và tên : Bùi Thúy Quỳnh
Lớp : D08VT4
Khoá : 2008 - 2013
TÊN ĐỀ TÀI:
“Nghiên cứu bộ định tuyến chuyển mạch gói toàn quang dựa trên bảng
định tuyến”
NỘI DUNG CHÍNH CỦA ĐỒ ÁN:

Chương 1: Giới thiệu chung
Chương 2: Cơ chế định tuyến điều chế vị trí xung (PPM) dựa trên bảng định
tuyến.
Chương 3: Bộ định tuyến chuyển mạch gói toàn quang dựa trên bảng định tuyến.
Ngày giao đề tài:……/…… /………
Ngày nộp đồ án:……/…… /………
Ngày tháng năm 2012
Giáo viên hướng dẫn
Th.s Cao Hồng Sơn
3
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………….……………… …
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
………………………………………… ……………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
Điểm: ……………(bằng chữ: … ………….)
Hà Nội, ngày … tháng … năm 2012
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
4
NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………….……………… …
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
………………………………………… ……………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
Điểm:……….(Bằng chữ: ………….) Ngày tháng năm 2012
Người phản
biện
5
LỜI CẢM ƠN
LỜI CẢM ƠN
Đồ án tốt nghiệp luôn là điểm mốc đáng nhớ đối với mỗi sinh viên, không chỉ là
kết thúc một quá trình lâu dài học tập, phấn đấu tại trường mà còn là cơ hội để sinh
viên vận dụng những gì đã được học để đưa vào áp dụng giải quyết các bài toán thực
tế. Đây cũng là bước quan trọng để sinh viên trau chuốt kỹ năng trước khi ra trường
bước vào một môi trường mới. Để hoàn thành đồ án không chỉ có sự nỗ lực cố gắng ở
bản thân người thực hiện, mà ở đó còn có sự chỉ dạy, hướng dẫn, góp ý, động viên từ
những người xung quanh. Đối với em trong quá trình thực hiện đồ án đã nhận được rất
nhiều sự quan tâm từ mọi người. Đó là động lực to lớn để em cố gắng thực hiện thật
tốt đề tài này.
Đầu tiên cho em được gửi lời cảm ơn đến tất cả các thầy cô trong học viện, đặc
biệt là các thầy cô giáo trong khoa Viễn thông 1- Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn
thông đã cho em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian qua.
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thạc sỹ Cao Hồng Sơn, bộ môn Thông tin
quang, người đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ em không chỉ trong thời gian làm đồ án
tốt nghiệp này, mà cả trong quá trình học tập, nghiên cứu cũng như trong cuộc sống
trong suốt thời gian qua. Trong thời gian làm việc với thầy, em không ngừng tiếp thu
thêm nhiều kiến thức bổ ích mà còn học tập được tinh thần làm việc, thái độ nghiên

cứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả. Đây là những điều rất cần thiết cho em trong quá
trình học tập và công tác sau này.
Em cũng xin cảm ơn đến bố mẹ, các thành viên trong gia đình em, cảm ơn mọi
người đã động viên, tạo điều kiện tốt để cho em hoàn thành đề tài này.Và cuối cùng
xin cảm ơn đến tất cả các bạn trong tập thể lớp D08VT4 đã gúp đỡ, góp ý cho mình
trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đồ án này.
Xin chân thành cảm ơn!
SVTH: Bùi Thúy Quỳnh – D08VT4
Đồ án tốt nghiệp Đại học
6
MỤC LỤC
MỤC LỤC
SVTH: Bùi Thúy Quỳnh – D08VT4
Đồ án tốt nghiệp Đại học
7
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt Nghĩa Tiếng Anh Nghĩa Tiếng Việt
AOLS All-Optical Label Switching Chuyển mạch nhãn toàn quang
ASE Amplified Spontaneous
Emission
Bức xạ tự phát được khuếch đại
ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền không đồng bộ
CEM Clock Extraction Module Module chọn lọc định thời
CP Control Pulse Xung điều khiển
CR Contrast Ratio Độ tương phản
CRT Conventional Routing Table Bảng định tuyến thông thường
CWDM Coarse Wavelength Division
Mutiplexing
Ghép kênh phân chia bước sóng
mật độ thấp

DCF Dispersion Compensation Fibre Sợi quang bù tán sắc
DFB Distributed-Feedback Phản hồi phân bố
DWDM Dense Wavelength Division
Mutiplexing
Ghép kênh phân chia theo bước
sóng mật độ cao
EDFA Erbium-Doped Fibre Amplifier Bộ khuếch đại quang sợi pha tạp
Erbium
FBG Fibre Bragg Grating Cách tử Bragg sợi quang
FDL Fibre Delay Line Đường trễ sợi quang
JET Just-Enough-Time Chỉ -đủ-thời gian
LAN Local Area Network Mạng cục bộ
MAN Metropolitan Area Network Mạng đô thị
MEMS Micro-Electro-Mechanical
Systems
Hệ thống vi cơ điện tử
MPPRT Multiple Pulse Position Routing
Table
Bảng định tuyến đa vị trí xung
MSB Most Significant Bit Bit quan trọng nhất
OCDM Optical Code Division
Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo mã
quang
OBS Optical Burst Switching Chuyển mạch burst quang
OCS Optical Circuit Switching Chuyển mạch kênh quang
O-E-O Optical-to-Electrical-to-Optical Chuyển đổi quang-điện-quang
OOK On-Off Keying Điều chế đóng-ngắt
SVTH: Bùi Thúy Quỳnh – D08VT4
Đồ án tốt nghiệp Đại học

8
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
OPS Optical Packet Switching Chuyển mạch gói quang
OSI Open System Interconnection Kết nối hệ thống mở
OS All-Optical Switch Chuyển mạch toàn quang
OSC All-Optical Switch Control Điều khiển chuyển mạch toàn
quang
OSNR Optical Signal to Noise Ratio Tỉ số tín hiệu trên nhiễu quang
OXC Optical Cross Connect Kết nối chéo quang
PDH Plesiochronous Digital Hierarchy Phân cấp số cận đồng bộ
PPM Pulse-Position-Modulation Điều chế vị trí xung
PPM-HP Pulse-Position-Modulation
Header Processing
Xử lý tiêu đề điều chế vị trí xung
PPRT Pulse Position Routing Table Bảng định tuyến vị trí xung
RAM Random Access Memory Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên
RF Radio Frequence Tần số vô tuyến
SDH Synchronous Digital Hierarchy Phân cấp số đồng bộ
SMF Single Mode Fibre Sợi quang đơn mode
SMZ Symmetric Mach-Zehnder Bộ giao thoa Mach-Zehnder đối
xứng
SOA Semiconductor Optical Amplifier Bộ khuếch đại quang bán dẫn
SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ
SPC Serial to Parallel Converter Bộ chuyển đổi nối tiếp song song
STM Synchronous Transport Module Module truyền tải đồng bộ
SW Switching Window Cửa sổ chuyển mạch
TAG Tell-And-Go Thông báo và tiếp tục
TAW Tell-And-Wait Thông báo và đợi
VPI Virtual Path Identifier Nhận dạng đường ảo
WAN Wide Area Network Mạng diện rộng

WDM Wavelength Division
Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo bước
sóng
SVTH: Bùi Thúy Quỳnh – D08VT4
Đồ án tốt nghiệp Đại học
9
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
SVTH: Bùi Thúy Quỳnh – D08VT4
Đồ án tốt nghiệp Đại học
10
DANH MỤC HÌNH VẼ
DANH MỤC HÌNH VẼ
SVTH: Bùi Thúy Quỳnh – D08VT4
Đồ án tốt nghiệp Đại học
11
DANH MỤC BẢNG BIỂU
SVTH: Bùi Thúy Quỳnh – D08VT4
Đồ án tốt nghiệp Đại học
12
MỞ ĐẦU
MỞ ĐẦU
Sự bùng nổ của mạng Internet, sự phát triển số lượng người sử dụng cùng
các ứng dụng dịch vụ mới trên nền IP, đó là những gì mà chúng ta đã chứng kiến
trong vòng gần một thập kỉ qua. Để đáp ứng được sự phát triển đó, hạ tầng mạng
truyền dẫn bao gồm mạng đường trục và mạng truy nhập đã và đang phải nâng cao
dung lượng bằng cách chuyển dần sang mạng truyền dẫn cáp sợi quang.
Mạng truyền dẫn quang đã đáp ứng được rất nhiều yêu cầu về dung lượng, chi
phí xây dựng và tính bảo mật thông tin. Trong khi mạng thông tin quang trước đây sử
dụng chuyển mạch điện tại các nút mạng thì ngày nay tốc độ của chuyển mạch điện

không thể đáp ứng với yêu cầu về tốc độ bit và hiệu suất sử dụng băng thông của sợi
quang. Chuyển mạch điện ở các node trung gian trong mạng cũng làm gia tăng
trễ. Những yếu tố này đã thúc đẩy sự phát triển của mạng toàn quang, trong đó các
thành phần chuyển mạch điện được thay thế bằng chuyển mạch quang với khả năng
chuyển mạch các luồng dữ liệu quang băng thông cao và và khả năng đối phó với lưu
lượng phân bố không đều.
Giải pháp toàn quang cung cấp tốc độ xử lý rất cao, trong suốt và giảm bớt thắt
nút cổ chai do chuyển đổi quang- điện- quang gây ra. Hiện nay, nhận dạng tiêu đề gói
tin được thực hiện bằng cách tương quan tuần tự tiêu đề địa chỉ gói tin với mỗi đầu
vào của một bảng định tuyến. Với một mạng có quy mô lớn có bảng định tuyến kích
thước lớn lên tới hàng trăm hoặc hàng nghìn đầu vào thì chi phí độ phức tạp và thời
gian xử lý trở thành một vấn đề thực sự. Điều này dẫn đến một sự gia tăng đáng kể
trong thời gian xử lý gói tin tại mỗi bộ định tuyến.
Một mô hình định tuyến mới sử dụng định dạng tiêu đề gói tin điều chế vị trí
xung (PPM) cũng như bảng định tuyến điều chế vị trí xung (PPRT) đã được đưa ra và
nghiên cứu. Ưu điểm chính của nó là giảm kích cỡ bảng định tuyến, dẫn tới thời gian
xử lý bộ định tuyến nhanh hơn hơn so với các bộ định tuyến sử dụng các bảng định
tuyến thông thường. Những ưu điểm này là nguyên nhân để mô hình phát triển và ứng
dụng. Xuất phát từ thực tế, em đã quyết định chọn đề tài: “Bộ định tuyến chuyển mạch
gói toàn quang dựa trên bảng định tuyến”.
Nội dung đồ án gồm 3 chương:
Chương 1: Giới thiệu chung
Chương 2: Cơ chế định tuyến điều chế vị trí xung (PPM) dựa trên bảng định
tuyến.
Chương 3: Bộ định tuyến chuyển mạch gói toàn quang dựa trên bảng định tuyến.
13
SVTH: Bùi Thúy Quỳnh – D08VT4
Đồ án tốt nghiệp Đại học
Chương I: Giới thiệu chung
CHƯƠNG I

GIỚI THIỆU CHUNG
1.1. Sự phát triển của mạng quang và cấu trúc mạng quang
1.1.1. Sự phát triển của mạng quang
Hệ thống thông tin sợi quang đã được triển khai trên toàn thế giới kể từ năm
1980 và tạo thành mạng trục dung lượng cao. Một bước đột phá đã xảy ra vào những
năm 1970 với sự phát triển của nguồn quang thương mại và sợi quang suy hao thấp.
Theo đó, sự phát triển của các hệ thống quang trở nên phổ biến từ năm 1980 trở đi.
• Các hệ thống quang thế hệ thứ nhất được phát triển vào những năm 1970, có bước
sóng hoạt động 850nm (được hiểu như cửa sổ thứ nhất) và sử dụng laser bán dẫn GaAs
và photodiode PIN như là nguồn quang và thiết bị thu tương ứng. Tốc độ bit đạt được
34÷45 Mb/s với khoảng lặp lên đến 10 km, cao hơn so với thông số có thể đã đạt được
với các hệ thống truyền tải cáp đồng hoặc vô tuyến (RF).
• Các hệ thống thế hệ thứ 2 được đưa ra trong những năm 1980, trong đó bước sóng
hoạt động được chuyển lên ~1300 nm, sợi quang có hệ số tán sắc tối thiểu và suy hao
sợi quang dưới mức 0,5 dB / km. Tốc độ bit hệ thống lên tới 100 Mb/s với sợi đa mode
và 1,7 Gb/s với sợi đơn mode (SMF) ở khoảng lặp khoảng 50 km. Các hệ thống dựa
trên SMF triển khai vào năm 1980 trên các mạng đường trục quốc tế.
• Các hệ thống thế hệ thứ 3 được đưa ra vào khoảng cuối những năm 1980 có bước sóng
hoạt động là 1550 nm trong đó sợi quang có suy hao tối thiểu là 0,2 dB/ km nhưng hệ
số tán sắc khá cao hơn so với bước sóng 1300nm. Sử dụng sợi bù tán sắc (DCF) cùng
với nguồn laser bán dẫn DFB tốc độ bit vượt quá 10 Gb/s với khoảng lặp đạt được
khoảng 60-70 km .
• Thế hệ 4 được giới thiệu vào đầu những năm 1990 đã chứng kiến sự phát triển và triển
khai của công nghệ nền tảng WDM. Một phát minh quan trọng là sự phát triển của bộ
khuếch đại sợi pha tạp erbium (EDFA) có thể khuếch đại tại bước sóng 1550 nm, vì
vậy có khả năng truyền dữ liệu tốc độ cao qua một cự li dài.
• Thế hệ thứ 5 được giới thiệu vào đầu năm 2000 với sự tăng vọt số lượng bước sóng,
dẫn đến việc tạo ra ba băng tần mới: Băng C (1530 ~ 1565 nm), cũng như các băng L
(1565 ~ 1625 nm) và băng S (1460 ~ 1530 nm), xem h́ình 2.1. Bộ khuếch đại quang
Raman đã được sử dụng thay thế cho các bộ khuếch đại EDFA không hoạt động trong

dải băng tần rộng này.
• Công nghệ WDM đầu tiên được giới thiệu vào năm 1980 và phổ biến vào năm 1995.
Lưu lượng rất lớn của các hệ thống WDM đạt được nhờ có một khoảng cách kênh rất
hẹp khoảng 0,4 nm (50 GHz) hoặc nhỏ hơn. Về nguyên tắc, dung lượng của sợi SMF
là> 30 Tb/s. Hệ thống WDM thường được phân thành 2 loại tùy thuộc vào khoảng
SVTH: Bùi Thúy Quỳnh – D08VT4
Đồ án tốt nghiệp Đại học
14
Chương I: Giới thiệu chung
cách giữa các kênh của chúng (thông thường, khoảng cách kênh> 5 nm và <1 nm
tương ứng với loại thứ nhất tức CWDM (ghép kênh phân chia theo bước sóng mật độ
thấp) và loại thứ 2 tức hệ thống DWDM (ghép kênh phân chia theo bước sóng mật độ
cao). Các hệ thống WDM phổ biến hiện nay khoảng cách kênh là 100 GHz. Gần đây,
Liên minh Viễn thông quốc tế (ITU) đã quy định thu hẹp khoảng cách kênh thành 25
và 50 GHz cho hệ thống DWDM trong tương lai.
Hình 1.1: Suy hao sợi quang thay đổi theo bước sóng
1.1.2. Cấu trúc mạng quang
Mạng quang có thể được chia thành ba nhóm tùy thuộc vào phạm vi hoạt động,
xem hình 2.2:
• Mạng cục bộ (LAN): Trong mạng LAN, khoảng cách truyền ngắn như một khu trường
học hoặc một thị xã (thường <10 km), do đó các suy hao sợi quang, tán sắc và các hiệu
ứng phi tuyến không phải là vấn đề chính, mạng LAN thường được gọi là mạng truy
nhập và là gần nhất với người dùng cuối.
SVTH: Bùi Thúy Quỳnh – D08VT4
Đồ án tốt nghiệp Đại học
15
Chương I: Giới thiệu chung
• Mạng đô thị (MAN): MAN kết nối với một số mạng LAN ở các thành phố lớn. Thông
thường, một cấu trúc vòng được sử dụng trong MAN để kết nối với mạng WAN bằng
các nút biên.

• Mạng diện rộng (WAN): WAN bao gồm một khu vực rộng lớn như một quốc gia hoặc
một lục địa, và thường được gọi là mạng truyền tải hoặc các mạng lõi, trong đó bộ
định tuyến (hoặc các nút) trong mạng lõi được đặt trong khu vực đô thị lớn.
Hình 1.2: Các mạng quang LAN, MAN, WAN
Trong các mạng quang ngày nay, hệ thống phân cấp số đồng bộ/mạng đồng bộ
quang (SDH/SONET) là các chuẩn quang quan trọng nhất, các quá trình chuyển đổi
trong SDH / SONET được thực hiện trong miền điện. SDH/ SONET được thiết kế để
thực hiện một chuẩn truyền dẫn số trước đó là hệ thống phân cấp số không đồng bộ
(PDH) và chế độ truyền không đồng bộ (ATM). SONET chỉ được sử dụng tại Mỹ và
Canada, tốc độ bit hoạt động là 51,84 Mb/s, nó cũng được chuẩn hóa như là tín hiệu
truyền tải đồng bộ - 1 (STS-1). Tuy nhiên, SDH được sử dụng trong khu vực còn lại
của thế giới với tốc độ bit hoạt động 155,52 Mb/s, nó cũng được chuẩn hóa như
module truyền tải đồng bộ - 1 (STM-1).
SVTH: Bùi Thúy Quỳnh – D08VT4
Đồ án tốt nghiệp Đại học
16
Chương I: Giới thiệu chung
Mạng truyền tải quang như SDH và SONET phù hợp với các kết nối hệ thống
mở (OSI) lớp 1, xem hình 1.3. Lớp vật lý (layer 1) chứa một số thành phần quang bao
gồm sợi quang, bộ phát, bộ khuếch đại, và bộ thu.
Hình 1.3: Mô hình OSI
Hình 1.4 là một mô hình kiến trúc phân lớp mạng truyền gói của hệ thống viễn
thông. Thông thường, các gói tin IP gửi bởi người sử dụng cuối cùng được chuyển đổi
thành các tế bào ATM trước khi được áp dụng với mạng truyền tải SDH / SONET và
các hệ thống WDM.
Hình 1.4: Mô hình phân lớp kiến trúc mạng truyền gói
SVTH: Bùi Thúy Quỳnh – D08VT4
Đồ án tốt nghiệp Đại học
17
Chương I: Giới thiệu chung

Trong các mạng quang để cung cấp các dữ liệu trên mạng đến đích, một số kỹ
thuật chuyển mạch sẽ được nêu dưới đây:
• Chuyển mạch kênh quang (OCS): Các mạng SDH / SONET hiện nay dựa trên mạng
chuyển mạch kênh là phù hợp hơn cho thoại và lưu lượng thời gian thực. Ưu điểm
chính của việc sử dụng OCS là nó sử dụng quá trình đơn giản và các hệ thống đệm.
Tuy nhiên, lưu lượng truy cập dữ liệu được lưu lượng truy cập chi phối không được tối
ưu hóa cho mạch chuyển đổi, công nghệ định tuyến bước sóng được dựa trên OCS và
hiện đang được sử dụng trong mạng WDM, các dữ liệu đến tại một bước sóng cụ thể
có thể được chuyển mạch tới đầu ra tương ứng của nó bằng cách sử dụng OXC. Mặc
dù kết nối điểm-điểm là đơn giản song lưu lượng sợi quang không được sử dụng hiệu
quả. Trong định tuyến bước sóng , kết nối cho mỗi bước nhảy được thiết lập bằng cách
sử dụng một bước sóng, được gọi là đường quang. Bởi vì lưu lượng là cố định trong
một đường quang, do đó tài nguyên trở nên lãng phí trong khi chỉ mang một lượng nhỏ
dữ liệu.
• Chuyển mạch quang ghép kênh phân chia theo mã (OCDM): Trong chuyển mạch
OCDM, thông tin định tuyến được mã hoá bằng cách truyền một loạt các xung ngắn
tên là chip trong một khoảng bit. Mỗi nút chuyển đổi được gán một mã duy nhất với
“chip". Chỉ có một dữ liệu với mã giống nhau có thể được giải mã bởi nút chuyển
mạch duy nhất, phần còn lại của dữ liệu với các mã khác nhau sẽ được coi là "nhiễu"
với các nút đặc trưng này .Về cơ bản, có hai phương pháp chuyển mạch OCDM:
chuyển mạch nhãn OCDM và chuyển mạch đường OCDM. Trong chuyển mạch nhãn
OCDM, thông tin định tuyến được thực hiện bởi một nhãn quang được mã hóa ở đầu
của dữ liệu tải trọng. Trong chuyển mạch đường OCDM, thông tin định tuyến được
thực hiện bởi các bit dữ liệu của chúng , mỗi bit dữ liệu được mã hóa quang, cách này
tương tự như định tuyến bước sóng nhưng các thông tin định tuyến được thực hiện bởi
mã quang chứ không phải là bước sóng.
• Chuyển mạch chùm quang (OBS). Trong OBS, các gói tin được kết hợp thành chùm,
và các dữ liệu và tín hiệu điều khiển được truyền trên kênh khác nhau, với các tín
hiệu điều khiển được xử lý bằng điện. Có 3 phương pháp khác nhau để truyền các
tín hiệu điều khiển : Tell-and-wait (TAW), tell-and-go (TAG), và just-enough-time

(JET). Trong phương pháp TAW , nút nguồn truyền gói tin điều khiển đầu tiên, và
chờ đợi tin nhắn phản hồi từ nút tiếp theo, sau đó gửi dữ liệu tuyền loạt. Phương
pháp TAG, nút nguồn truyền các gói tin điều khiển đầu tiên và ngay lập tức truyền
burst quang mà không cần chờ đợi phản ứng từ nút tiếp theo. Trong phương pháp
JET có một thời gian trễ giữa việc truyền tải các gói dữ liệu điều khiển và các chùm
dữ liệu quang.
SVTH: Bùi Thúy Quỳnh – D08VT4
Đồ án tốt nghiệp Đại học
18
Chương I: Giới thiệu chung
• Chuyển mạch gói quang (OPS): OPS được coi như các kỹ thuật chuyển đổi tốt nhất
cho các mạng quang thế hệ tiếp theo. Nhằm mục đích để cung cấp hiệu quả sử dụng
tốt hơn băng thông lớn cung cấp bằng sợi. Trong OPS, định tuyến nhanh có thể đạt
được bằng cách sử dụng tất cả các thiết bị chuyển mạch và các kỹ thuật xử lý tín hiệu
quang quang. Tuy nhiên, vấn đề chính trong OPS là thiếu bộ nhớ quang để đệm. Nhận
dạng và xử lý tiêu đề gói tin cũng được yêu cầu trong mỗi nút chuyển mạch, do đó làm
tăng độ phức tạp của node.
1.2. Chuyển mạch toàn quang
Các mạng thông tin quang trước đây sử dụng chuyển mạch điện tử tại các node
mạng. Tuy nhiên ngày nay tốc độ của chuyển mạch điện tử không thể đáp ứng với yêu
cầu về tốc độ bit, và hiệu suất sử dụng băng thông của sợi quang. Chuyển mạch điện
tử ở các node trung gian trong mạng cũng làm gia tăng trễ. Những yếu tố này đã thúc
đẩy sự phát triển của mạng toàn quang trong đó các thành phần chuyển mạch điện tử
được thay thế bằng chuyển mạch quang với khả năng chuyển mạch các luồng dữ liệu
quang băng thông cao. Các bộ chuyển mạch quang được sử dụng trong các mạng
quang cho nhiều ứng dụng khác nhau. Mỗi ứng dụng yêu cầu thời gian chuyển mạch
và số cổng chuyển mạch khác nhau. Một ứng dụng của các bộ chuyển mạch quang là
cung cấp các đường quang.
Trong ứng dụng này, các chuyển mạch được sử dụng bên trong các bộ WXC
nhằm cấu hình lại chúng để cung cấp các đường quang mới. Sẽ phải có một phần mềm

dùng để quản lý mạng từ đầu cuối đến đầu cuối. Một ứng dụng quan trọng khác là
chuyển mạch bảo vệ. ở đây các chuyển mạch được sử dụng để chuyển các luồng lưu
lượng từ một sợi chính sang một sợi khác trong trường hợp sợi chính bị hỏng. Toàn bộ
quá trình chuyển luồng phải được hoàn thành trong hàng chục ms, bao gồm thời gian
tìm ra lỗi, thông tin lỗi đến các phần tử mạng để điều khiển việc chuyển mạch, và thời
gian chuyển mạch thật sự. Vì vậy thời gian chuyển mạch yêu cầu khoảng một vài ms.
Có thể có các dạng chuyển mạch bảo vệ khác nhau, phụ thuộc vào phương pháp được
sử dụng, số lượng cổng chuyển mạch cần thiết có thể thay đổi từ hàng trăm đến hàng
ngàn cổng khi sửdụng trong các bộ kết nối chéo bước sóng. Các bộ chuyển mạch
quang cũng là phần tử quan trọng trong mạng chuyểnmạch gói quang tốc độ cao.
Trong các mạng này, các chuyển mạch được sử dụng để chuyển các tín hiệu trên cơ sở
các gói. Với ứng dụng này, thời gian chuyển mạch phải nhỏ hơn nhiều thời gian của
một gói nên cần có các bộ chuyển mạch tốc độ cực cao. Ví dụ kích thước của một tế
bào trong mạng ATM là 53bytes ở tốc độ 10Gbps dài 42ns, vì vậy thời gian chuyển
mạch yêu cầu khoảng một vài ns. Các bộ chuyển mạch quang còn được sử dụng như là
cá bộ điều chế bên ngoài để mở và đóng dữ liệu trước một nguồn Laser. Trong trường
hợp này, thời gian chuyển mạch phải là một phần nhỏ của chu kì bit dữ liệu. Do đó
SVTH: Bùi Thúy Quỳnh – D08VT4
Đồ án tốt nghiệp Đại học
19
Chương I: Giới thiệu chung
một bộ điều chế ngoài cho một tín hiệu 10Gbps (với một khoảng thời gian
bit 100ps) phải có thời gian chuyển mạch khoảng 10ps.
Thiết bị chuyển mạch quang là những nhân tố quan trọng trong một nút chuyển
mạch gói toàn quang cho việc chuyển mạch và xử lý các module. Có một số thiết bị
chuyển mạch quang được nêu dưới đây:
• Chuyển mạch cơ: Bằng cách di chuyển một tấm gương để phản chiếu ánh sáng, hoặc
uốn cong sợi quang trong khu vực ảnh hưởng để chuyển đổi nguồn sáng tới các cổng
đầu ra khác nhau. Thời gian chuyển mạch của chuyển mạch cơ là khoảng 10ms.
• Chuyển mạch vi cơ điện (MEMS): Đặt tấm gương nhỏ di động vào chất nền silicon và

kiểm soát nó bằng cách sử dụng phương pháp điện từ hoặc điện. Thời gian chuyển
mạch của MEMS là khoảng 10ms.
• Chuyển mạch bọt: Sử dụng một công nghệ tương tự như máy in phun, tạo ra các bọt
để làm lệch nguồn sáng. Thời gian chuyển mạch của chuyển mạch bọt là khoảng 10ms
.
• Chuyển mạch tinh thể lỏng: Áp dụng một điện áp vào một tế bào chất lỏng có thể thay
đổi sự phân cực của nguồn sáng. Bằng cách sử dụng bộ tách và bộ kết hợp chùm tia
phân cực nguồn sáng có thể được chuyển mạch. Thời gian chuyển mạch của chuyển
mạch tinh thể lỏng là là khoảng 4ms.
• Chuyển mạch nhiệt- quang: Nhiệt độ được sử dụng để thay đổi chỉ số khúc xạ của hai
ống dẫn sóng. Sự khác pha giữa 2 ống dẫn sóng sẽ dẫn đến chuyển mạch. Thời gian
chuyển mạch của chuyển mạch nhiệt- quang là khoảng 3ms.
• Chuyển mạch điện quang: Thay đổi chỉ số khúc xạ trong khu vực ghép bằng cách áp
dụng một điện áp. Thời gian chuyển mạch của chuyển mạch điện quang là khoảng
10ps
1.3. Bộ định tuyến chuyển mạch gói toàn quang và mô hình nhận dạng tiêu đề
1.3.1. Bộ định tuyến chuyển mạch gói toàn quang
Mục tiêu của mạng chuyển mạch gói toàn quang là đưa ra các mạng với chuyển
mạch nhanh và sử dụng băng tần quang mềm dẻo hơn. Tuy nhiên, để đạt được mạng
chuyển mạch gói toàn quang, cần yêu cầu xử lý tiêu đề toàn quang và tương quan địa
chỉ trong mỗi bộ định tuyến. Trong phần này sẽ đưa ra định dạng gói quang và kiến
trúc cơ bản của bộ định tuyến. Một số phương pháp khác nhau để xử lý tiêu đề gói
quang cũng được giới thiệu.
Gói quang truyền qua mạng lõi được tập hợp bởi bộ định tuyến biên từ mạng đô
thị MAN. Thông thường, một gói quang bao gồm ba phần: định thời, địa chỉ và tải
trọng, xem hình 1.5. Tín hiệu định thời được sử dụng để đồng bộ hóa thời gian trong
một bộ định tuyến, và thông tin địa chỉ được sử dụng cho gán nhãn đích đến gói tin.
SVTH: Bùi Thúy Quỳnh – D08VT4
Đồ án tốt nghiệp Đại học
20

Chương I: Giới thiệu chung
Tải trọng là thông tin, gồm các gói tốc độ thấp có cùng một đích đến. Các gói dữ liệu
quang được chuyển từ một nút này đến nút khác trên mạng lõi quang cho đến khi đạt
được đích đến gói tin, xem hình 1.2. Các node / bộ định tuyến chuyển các gói tin đến
các đường khác nhau dựa trên các thông tin được lấy từ địa chỉ gói tin.
Hình 1.5: Định dạng của một gói tin quang thông thường
Hình 1.6 cho thấy kiến trúc cơ bản của một bộ định tuyến lõi trong một mạng
chuyển mạch gói quang.
Về cơ bản, các bộ định tuyến bao gồm một số các module quan trọng, chẳng hạn
như mô-đun chọn lọc định thời để đồng bộ hóa, module tách tiêu đề gói để khôi phục
đích gói, một bảng định tuyến để lưu thông tin định tuyến (tức là đường ngắn nhất qua
một số bộ định tuyến lõi đến đích của nó), module tương quan địa chỉ gói tin để so
sánh địa chỉ gói dữ liệu và bảng định tuyến theo đó quyết định định tuyến, module
điều khiển chuyển mạch quang để điều khiển các chuyển mạch quang và các chuyển
mạch quang để chuyển mạch các gói dữ liệu đầu vào. Những module quang khác
(không được hiển thị trong hình) như các bộ lặp sửa dạng, khuếch đại (2R) và bộ lặp
sửa dạng, khuếch đại, tái định thời (3R) và module đệm quang .
Trong bất kỳ mạng nào, tranh chấp là một vấn đề cần xem xét. Tranh chấp xảy ra
khi có đồng thời nhiều gói tin được chuyển mạch tới cùng một cổng đầu ra. Có ba
phương pháp để giải quyết vấn đề tranh chấp gói là: đệm quang, định tuyến lệch
hướng và chuyển đổi bước sóng.
• Đệm quang: Trong chuyển mạch gói điện truyền thống, bộ đệm có thể được dễ
dàng thực hiện bằng cách sử dụng bộ nhớ điện truy cập ngẫu nhiên (RAM). Tuy
nhiên điều này là không dễ thực hiện trong miền quang, do hiện nay không có
bộ nhớ truy nhập ngẫu nhiên quang. Thông thường, bộ đệm quang được thực
hiện bằng cách sử dụng đường trễ sợi quang (FDL). Đường trễ sợi quang FDL
là một cách dễ dàng để thực hiện đệm. Tuy nhiên, nó vẫn không đủ linh hoạt.
SVTH: Bùi Thúy Quỳnh – D08VT4
Đồ án tốt nghiệp Đại học
21

Chương I: Giới thiệu chung
Điều này là do FDL không có khả năng truy cập ngẫu nhiên, do đó các gói tin
có thể được tìm kiếm chỉ sau khi nó đi qua một chiều dài sợi quang nhất định.
Ngoài ra, một khoảng sợi quang dài là cần thiết để đạt được thời gian trễ ngắn
(1µs trễ với 200m sợi quang).
Hình 1.6: Sơ đồ khối của kiến trúc bộ định tuyến lõi chuyển mạch toàn quang.
• Định tuyến lệch hướng: Bằng cách chuyển tiếp các gói tin tranh chấp tới các đường
khác nhau. Tuy nhiên, sử dụng đường thay thế dẫn đến trễ truyền lớn hơn (tức là yêu
cầu truyền trên đường dài hơn để đến đích của nó). Định tuyến lệch hướng cũng có thể
dẫn đến các gói tin đã được chuyển tiếp vẫn còn lưu thông trong mạng, do đó đòi hỏi
các giao thức phức tạp hơn.
SVTH: Bùi Thúy Quỳnh – D08VT4
Đồ án tốt nghiệp Đại học
22
Chương I: Giới thiệu chung
• Chuyển đổi bước sóng: Khi hai gói tin rời một cổng đầu ra cùng một lúc, một trong số
chúng được chuyển thành bước sóng khác bằng cách sử dụng một bộ chuyển đổi bước
Cách giải quyết này là cách hiệu quả nhất bởi vì không làm trễ các tín hiệu hoặc sử
dụng bộ định tuyến. Tuy nhiên, nó đòi hỏi một số lượng lớn của bộ chuyển đổi bước
sóng với nhiễu thấp và tỷ lệ phân biệt cao, do đó phải duy trì tốc độ bit gốc, định dạng
dữ liệu, phân cực, và công suất.
1.3.2. Mô hình nhận dạng tiêu đề
Ngoài các vấn đề tranh chấp, xử lý tiêu đề gói tin trong các miền toàn quang là
một thách thức lớn cho các bộ định tuyến chuyển mạch gói quang. Chuyển mạch gói
yêu cầu xử lý tín hiệu của địa chỉ tiêu đề gói tin bên trong bộ định tuyến. Nó bao gồm
sự tách tiêu đề gói tin (bộ định thời và địa chỉ) và sự tương quan địa chỉ gói tin. Việc
xử lý tiêu đề thông thường được thực hiện ở miền điện bằng cách truyền các tiêu đề
gói tin ở tốc độ thấp hơn nhiều so với tải trọng. Trong chuyển mạch nhãn quang
(AOLS), nhận dạng tiêu đề thường được thực hiện bằng cách truyền các tiêu đề và tải
trọng trong hai miền khác nhau (biên độ, bước sóng, pha, hoặc phân cực). Tuy nhiên,

không phải là một nhiệm vụ dễ dàng để duy trì cùng một phân cực hoặc pha giống
nhau dọc theo đường truyền vì tác sắc và các hiệu ứng phi tuyến kết hợp với các sợi
quang và các thiết bị quang . Tiêu đề truyền trong biên độ khác nhau cũng xấu đi bởi
sự biến thiên công suất do suy hao công suất khác nhau/ đặc tính khuếch đại của mỗi
đường quang dọc theo đường truyền. Tiêu đề với bước sóng khác nhau sẽ dẫn đến thời
gian tới khác nhau do tán sắc màu khi một gói tin truyền qua mạng . Chuyển mạch
nhãn quang AOLS đã được nghiên cứu rộng rãi để thực hiện định tuyến trong mạng
toàn quang . Tuy nhiên, trong hầu hết các trường hợp, nhãn trao đổi / điều chế được
yêu cầu tại mỗi nút chuyển mạch (tức là các bộ định tuyến), do đó làm tăng sự phức
tạp của các bộ định tuyến.
Một số sơ đồ xử lý tiêu đề gói toàn quang và tương quan địa chỉ đã được đề xuất,
và có thể được phân thành ba loại:
• Tự định tuyến: Địa chỉ gói tiêu đề được thiết lập để trực tiếp điều khiển trạng
thái đóng/ mở của các chuyển mạch đầu ra. Mô hình này ít phức tạp hơn vì
không có mối tương quan giữa địa chỉ và bảng định tuyến. Tuy nhiên, khi số
chặng tăng thì phải tăng chiều dài của địa chỉ tiêu đề.
• Bộ tương quan cách tử Bragg sợi quang (FBG):Một thiết bị thụ động thường
được sử dụng trong mạng. Tuy nhiên,khi chiều dài của địa chỉ tăng, số lượng bộ
tương quan yêu cầu tăng theo cấp số nhân.
• Tương quan cổng logic: Tất cả các cổng logic quang, chẳng hạn như cổng XOR và
cổng AND thường được sử dụng để so sánh các thông tin địa chỉ với bảng định tuyến
SVTH: Bùi Thúy Quỳnh – D08VT4
Đồ án tốt nghiệp Đại học
23
Chương I: Giới thiệu chung
cục bộ. Tuy nhiên, sự phức tạp của các module nhận dạng địa chỉ tăng theo cấp số
nhân khi tăng độ dài địa chỉ. Trong IST-LASAGNE (trao đổi nhãn quang sử dụng các
cổng logic quang học trong các nút mạng), các nhãn/địa chỉ tói tin được nhận dạng
trong tất cả các miền quang bằng cách sử dụng một chuỗi các cấu trúc SOA-MZI. Một
mô h́nh nhận dạng địa chỉ toàn quang khác dựa trên các cổng logic cũng đã được

chứng minh bằng thực nghiệm. Trong đó các bit địa chỉ được kiểm tra định kì bằng
cách sử dụng một các tầng hoạt động XOR. Tuy nhiên, số lượng của cấu trúc SOA-
MZI tăng khi số lượng bit địa chỉ tăng.
Trong đồ án này sẽ tìm hiểu về xử lý tiêu đề gói tin toàn quang và các mô hình
tương quan dựa trên bảng định tuyến PPM (PPRT). Những ưu điểm chính của các mô
hình này là:
• Thời gian xử lý tiêu đề địa chỉ nhanh hơn.
• Sử dụng chỉ một hoạt động AND đảo bit do đó tránh được thời gian phục hồi lớn của
các cổng logic toàn quang.
Nhiều chế độ truyền (đơn hướng, đa hướng và quảng bá) được ứng dụng trong
lớp quang.
SVTH: Bùi Thúy Quỳnh – D08VT4
Đồ án tốt nghiệp Đại học
24
Chương II: Định dạng địa chỉ tiêu đề gói dựa trên PPM
CHƯƠNG II
ĐỊNH DẠNG ĐỊA CHỈ TIÊU ĐỀ GÓI DỰA TRÊN PPM
2.1. Giới thiệu
Định tuyến gói toàn quang được đưa ra như là một giải pháp thay thế cho mô
hình định tuyến gói dữ liệu tốc độ thấp hiện nay, trong đó xử lý tiêu đề được thực hiện
trong miền điện. Bằng cách thay thế các module chuyển đổi tín hiệu quang-điện-quang
(O/E/O) và thực hiện xử lý tiêu đề trong miền toàn quang có thể đạt được thông lượng
dữ liệu cao hơn và tiêu thụ điện năng thấp hơn. Một phương pháp xử lý tiêu đề thay
thế dựa trên việc xử lý tiêu đề điều chế vị trí xung (PPM-HP) đã được đề xuất. Trong
đó bit địa chỉ các gói quang đến và các thông số bảng định tuyến đều được chuyển đổi
thành định dạng PPM trước khi tương quan với nhau. Tuy nhiên, PPM-HP sẽ yêu cầu
một bộ chuyển đổi nối tiếp-song song (SPC) để lấy ra các bit riêng lẻ từ địa chỉ tiêu đề
gói tin đến, một dãy chuyển mạch 1x2 và các đường dây trễ. Với các gói có mẫu bit
tiêu đề dài thì các tầng chuyển mạch sẽ tăng lên, dẫn đến suy giảm tỷ lệ phân biệt của
địa chỉ đầu ra PPM và tăng độ phức tạp của hệ thống.

Trong phần 2.2, cấu trúc node không còn sử dụng bộ chuyển đổi nối tiếp-song
song SPC và chuỗi 1x2 thiết bị chuyển mạch được đưa ra. Bằng cách sử dụng định
dạng địa chỉ tiêu đề gói dựa vào PPM, sự chuyển đổi địa chỉ không còn được yêu cầu
trong bộ định tuyến, do đó làm giảm đáng kể sự phức tạp của hệ thống. Module điều
khiển chuyển mạch quang tạo ra các xung điều khiển liên tiếp để mở một cửa sổ
chuyển mạch được giới thiệu tại mục 2.3. Ngoài ra, hiệu năng tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu
quang đa chặng cũng được thảo luận. Ảnh hưởng lên các tín hiệu tương quan và công
suất gói trung bình tại đầu ra của bộ định tuyến do bù thời gian của địa chỉ PPM được
thảo luận tại mục 2.4.
2.2. Bộ định tuyến toàn quang PPM-HP
Một gói đặc trưng bao gồm một tiêu đề (định thời và địa chỉ) và các bit tải trọng,
xem hình 2.1. Thông tin định thời được sử dụng để đồng bộ hóa trong các bộ định
tuyến. Địa chỉ tiêu đề là định dạng khung PPM gồm 2
N
khe thời gian T
s
và một xung
hẹp (< một khe thời gian).
2.2.1. PPM.
PPM là một kỹ thuật điều chế băng gốc phổ biến nhất được sử dụng trong thông
tin quang (quang sợi cũng như quang không gian) vì hiệu quả công suất của nó so với
bất kỳ kỹ thuật điều chế băng gốc khác. Trong PPM, mỗi tập N bit đầu vào b = (a
1
,
a
2
, , a
M
) ∈ (0,1)
N

được ánh xạ tới một trong L kí tự PPM, trong đó L = 2
N
.
SVTH: Bùi Thúy Quỳnh – D08VT4
Đồ án tốt nghiệp Đại học
25