slidethongtimquang-100126114757-phpapp01 pdf

Bộ chuyển mạch quang
GVHD: Th.s
Nhóm sinh viên: Ngô Tùng Bách
Lê Quang Duy
Trần Huy Hòa
Lớp: ĐT10 – K50
Mục lục

Tổng quan về chuyển mạch quang

Bộ chuyển mạch quang

Bộ chuyển mạch quang đơn

Khối chuyển mạch quang lớn
Tổng quan về chuyển mạch quang

Khái niệm : Về nguyên lý, một chuyển mạch
thực hiện chuyển lưu lượng từ một cổng lối vào
hoặc kết nối lưu lượng trên một khối chuyển
mạch tới một cổng lối ra.

Hệ thống chuyển mạch quang là một hệ thống
chuyển mạch cho phép các tín hiệu bên trong
các sợi cáp quang hay các mạch quang tích hợp
được chuyển mạch có lựa chọn từ một mạch
này tới một mạch khác.
Bộ chuyển mạch quang

Phân loại:


Bộ chuyển mạch quang đơn ( Single Optical Switch)

Là bộ chuyển mạch có ít đầu vào/ra

VD: Bộ chuyển mạch on/off (1x1), bộ chuyển mạch
chuyển tiếp 1x2 hoặc 2x2

Bộ chuyển mạch quang lớn (Multistage/Large
Optical Switch)

Là bộ chuyển mạch có số lượng đầu vào/ra lớn, có thể từ
một vài đến hàng nghìn đầu vào/ra.

VD: khối chuyển mạch 4x4 ( Crossbar) hay khối chuyển
mạch 1024x1024 (Clos)…
1. Bộ chuyển mạch quang đơn

Phân loại theo chức năng:

On/off (1x1): cho phép tín hiệu quang truyền qua
hay không.

Chuyển tiếp:

1x2

2x2

Nối thẳng (bypass/bar)


Nối chéo (cross/inserted)
1.1 Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của các bộ chuyển mạch đơn
thường dựa trên: điện quang, cơ quang và nhiệt quang

CM on/off dùng SOA

Bộ ghép ống dấn sóng chế tạo từ LiNbO3

CM dùng lăng kính chuyển động

CM dùng gương hình cầu

CM bằng cách di chuyển sợi quang

CM dùng hiệu ứng FTIR

CM quang – nhiệt sử dụng bộ giao thoa Mach – Zehnder
Chuyển mạch on/off dùng SOA
(Semiconductor Optical Amplifier )

SOA chỉ khuếch đại ánh sáng khi nó được phân cực, và
hấp thụ ánh sáng khi không được phân cực.

Đây là một chuyển mạch điện-quang
Bộ ghép ống dẫn sóng chế tạo từ LiNbO3

Tinh thể LiNbO3 tạo hiệu ứng thay đổi chiết
suất theo các hướng khác nhau khi có tác dụng

của điện trường ngoài.

Khi đó tỉ số ghép của bộ ghép ống dẫn sóng sẽ
thay đổi theo điện áp đặt vào
Bộ ghép ống dẫn sóng chế tạo từ LiNbO3

Cấu hình chuyển mạch quang dùng bộ ghép định
hướng ( theo nguyên lý ghép mode)
Bộ ghép ống dẫn sóng chế tạo từ LiNbO3

Cấu hình chuyển mạch quang dùng giao thoa kế
Mach-Zehnder
Chuyển mạch dùng lăng kính chuyển động
Chuyển mạch dùng gương cầu
Chuyển mạch hiệu ứng FTIR (Frustration of
Total Internal Reflection)
Chuyển mạch quang - nhiệt sử dụng bộ giao
thoa Mach-Zehnder

Bộ giao thoa MZ kết hợp với một bộ dịch pha gắn
trong mỗi nhánh giao thoa.

Bằng hơi nóng, có thể điều khiển lượng số lượng bộ
dịch pha, tức là định hướng tín hiệu quang
Nguyên lý hoạt động

Các tham số của bộ chuyển mạch

Tỉ số tắt mở (Extinction ratio): tỉ số giữa năng lượng ánh sáng ở
trạng thái on và trạng thái off ( của chuyển mạch on/off) (~45-50

dB)

Suy hao xen (Insertion loss): đơn vị đo công suất suy hao do
chuyển mạch gây ra (~ 0,5 dB)

Nhiễu xuyên âm (Crostalk)(~ 80dB)

Thời gian chuyển mạch (Switching time):

CM kênh: ~ ms – µs

CM gói: ~ ps – ns

CM đơn cơ – quang và quang – nhiệt: 2 – 20 ms

CM đơn quang – điện : ~ ns

Dải bước sóng làm việc

Nhiệt độ phòng
1.2 Ứng dụng của CM quang đơn

CM on/off: dùng làm các đầu phát và đầu thu cách ly trong
thiết bị đo thử

CM 1x2: cho phép lựa chọn kênh và được dùng cho CM bảo
vệ.

CM 1xn: để kiểm tra và đo các linh kiện quang, kiểm tra từ xa
hệ thống thông tin quang


CM 2x2: dùng để nối thẳng nút trong các mạng quang, thường
được ứng dụng trong mạng FDDI (Fiber Distributed Data
Interface ). Khi một trạm bị hư hỏng hay mất nguồn, bộ CM sẽ
tự động thay đổi sang trạng thái nghẽn, đảm bảo luồng lưu
lượng không bị ảnh hưởng
2. Khối chuyển mạch quang lớn

Cấu trúc Cossbar

Cấu trúc Clos

Cấu trúc Spanke

Cấu trúc Benes

Cấu trúc Spanke-Benes
Cấu trúc Crossbar

Dùng các phần tử CM 2x2

Cấu trúc Crossbar nxn cần có n2 phần tử CM 2x2

Quy tắc định tuyến kết nối: Để kết nối từ đầu vào i
đến đầu ra j, đường dẫn được chọn sẽ đi qua các phần
tử CM trên hàng i, đến cột j, sau đó đi trên các phần
tử CM ở cột j đến đầu ra j.

Luôn tồn tại điểm nối chéo.
Cấu trúc Crossbar


Khối chuyển mạch Crossbar 4x4 dùng 16 phần
tử chuyển mạch 2x2
Cấu trúc Clos

Là một cấu trúc đa tầng, với số lượng đầu
vào/ra n rất lớn.

Mỗi phần tử CM ở tầng trước sẽ kết nối với
tất cả các phần tử CM ở tầng sau

Số phần tử CM tối thiểu là:

Số lượng phần tử CM nhỏ hơn rất nhiều so
với cấu trúc crossbar (n2).
nn .4.24
2
3
−
Cấu trúc Clos

Khối CM 1024x1024 sử dụng kết nối các bộ chuyển
mạch 32x64 và 32x32 trong cấu trúc Clos 3 tầng
Cấu trúc Spanke

Cấu trúc Spanke

Khối CM nxn được tạo ra bằng cách kết nối n phần tử CM
1xn với n phần tử CM nx1.


Một CM quang 1xn có thể được xây dựng bằng cách sử
dụng một phần tử CM duy nhất ( ứng dụng công nghệ
MEMS – Microelectromechanical systems ), thay vì tổ hợp
từ các phần từ 1x2 hay 2x2.

Chỉ cần 2n phần tử CM để tạo nên khối CM nxn.

Mỗi kết nối chỉ đi qua 2 phần tử CM
Cấu trúc Spanke

Chuyển mạch nxn sử dụng các kết nối giữa 2n phần
tử chuyển mạch 1xn trong cấu trúc Spanke.
Cấu trúc Benes

Là một trong những cấu trúc hiệu quả nhất về số
lượng phần tử CM 2x2 để tạo nên khối CM lớn.

Cấu trúc CM nxn thì cần (n/2)(2log2n-1) phần tử CM
2x2 , nhỏ hơn rất nhiều so với cấu trúc Crossbar.

Số lượng điểm giao nhau của các ống dẫn sóng theo
yêu cầu làm cho cấu trúc này khó chế tạo trong mạng
quang tích hợp.
Cấu trúc Benes

Khối chuyển mạch 8x8 sử dụng các kết nối giữa 20
phần tử CM 2x2 trong cấu trúc Benes