Chuyển mạch gói cáp quang

Đồ án tốt nghiệp đại học
MỤC LỤC
CH NG 1: GI I THI U CHUNG ƯƠ Ớ Ệ ............................................................................5
1.1 S phát tri n c a m ng quangự ể ủ ạ ..........................................................................5
1.1.1 S phát tri n c a topo m ngự ể ủ ạ .................................................................5
1.1.2 S phát tri n c a dung l ng truy n d nự ể ủ ượ ề ẫ ............................................5
1.1.3 S phát tri n c a m ngự ể ủ ạ .........................................................................6
1.2 Chuy n m ch quangể ạ ..........................................................................................7
1.2.1 Phân lo i chuy n m ch quangạ ể ạ ..............................................................9
1.2.1.1 K thu t chuy n m ch kênh quang ỹ ậ ể ạ ..........................................9
1.2.1.2 Chuy n m ch gói quang ể ạ ..........................................................10
1.2.1.3 Chuy n m ch burst quangể ạ ...........................................................13
1.3 So sánh ............................................................................................................ 13
1.3.1 Gi a chuy n m ch kênh v góiữ ể ạ à ..........................................................13
1.3.2 Gi a chuy n m ch gói v chuy n m ch burst ữ ể ạ à ể ạ .................................13
CH NG 2: M T S PH N T QUANG I N TƯƠ Ộ Ố Ầ Ử Đ Ệ Ử..............................................4
2.1 Tr ng chuy n m ch quangườ ể ạ .............................................................................4
2.1.1 Tr ng chuy n m ch không gianườ ể ạ .........................................................4
2.1.2 Tr ng chuy n m ch th i gianườ ể ạ ờ ...........................................................7
2.1.3 Tr ng chuy n m ch b c sóngườ ể ạ ướ ..........................................................8
2.1.4 Tr ng chuy n m ch mã quangườ ể ạ ........................................................12
2.2 Coupler quang..................................................................................................13
2.3 B chuy n i b c sóng kh ch nh (TWC)ộ ể đổ ướ ả ỉ .................................................14
2.3.1 Chuy n i b c sóng quang/ i nể đổ ướ đ ệ ....................................................14
2.3.2 Chuy n i b c sóng b ng hi u ng k t h pể đổ ướ ằ ệ ứ ế ợ .................................15
2.3.2.1 Tr n b n b c sóng (FWM)ộ ố ướ .......................................................15
2.3.2.2 T o t n s vi saiạ ầ ố ..........................................................................16
Lê Tiến Trung D2001VT–
Đồ án tốt nghiệp đại học
2.3.3 Chuy n i b c sóng b ng công ngh i u ch chéoể đổ ướ ằ ệ đ ề ế ...................16
2.3.3.1 Khuy ch i quang bán d n trong ch XGM v XPM: ế đạ ẫ ế độ à .....16

2.3.3.2 S d ng Laser bán d nử ụ ẫ ...............................................................17
2.4 B nh tuy n b c sóng (Wavelength Router)ộ đị ế ướ ..............................................17
2.5 B l c quang âm kh ch nhộ ọ ả ỉ ............................................................................17
CH NG 3: CHUY N M CH GÓI QUANGƯƠ Ể Ạ ............................................................19
3.1 Gi i thi u chungớ ệ ..............................................................................................19
3.2 Vai trò c a m ng chuy n m ch gói quangủ ạ ể ạ .....................................................19
3.3 c tính l u l ng c a chuy n m ch gói quangĐặ ư ượ ủ ể ạ ..........................................21
3.3.1 c tính l u l ng c a chuy n m ch không có ch c n ng tách - Đặ ư ượ ủ ể ạ ứ ă
ghép...................................................................................................................... 21
3.3.1.1 M ng v ki n trúc chuy n m ch c a h th ng WDMạ à ế ể ạ ủ ệ ố .............21
3.3.1.2 nh h ng c a các b chuy n i b c sóng kh ch nh ả ưở ủ ộ ể đổ ướ ả ỉ .......22
3.3.2 c tính l u l ng c a chuy n m ch v i ch c n ng tách ghépĐặ ư ượ ủ ể ạ ớ ứ ă ....25
3.3.2.1 L u l ng c a m ng chuy n m ch gói tách- ghép WDMư ượ ủ ạ ể ạ .......27
3.3.2.2 Thu t toán nh tuy n v ki u ki m traậ đị ế à ể ể ....................................30
3.4 B m trong chuy n m ch gói quangộ đệ ể ạ ...........................................................33
3.4.1 Các k thu t mỹ ậ đệ ...............................................................................33
3.4.1.1 B m u raộ đệ đầ ...........................................................................35
3.3.1.2 B m chia xộ đệ ẻ..........................................................................36
3.3.1.3 B m vòngộ đệ ...............................................................................36
3.3.1.4 B m u v oộ đệ đầ à ........................................................................36
3.4.2 Chuy n m ch n t ngể ạ đơ ầ ......................................................................37
3.4.2.1 OASIS .........................................................................................37
3.4.2.2 Chuy n m ch l a ch n v qu ng bá ể ạ ự ọ à ả ........................................40
3.4.2.3 m vòng l p a b c sóngĐệ ặ đ ướ .....................................................41
3.4.2.4 Chuy n m ch gói quang dùng chung b nh ể ạ ộ ớ ............................42
Lê Tiến Trung D2001VT–
Đồ án tốt nghiệp đại học
3.4.3 Chuy n m ch a t ng ể ạ đ ầ ........................................................................44
3.4.3.1 Chuy n m ch ghép b c sóng Wave-Mux ể ạ ướ ...............................44
3.4.3.2 Chuy n m ch ghép t ng s d ng các ph n t chuy n m ch 2 x ể ạ ầ ử ụ ầ ử ể ạ

2........................................................................................................................ 46
3.4.3.3 Chuy n m ch v i b m quang l n SLOB ể ạ ớ ộ đệ ớ .............................49
3.5 Ki n trúc nh tuy n th c nghi m gói quang có kh n ng hoán i nh n ế đị ế ự ệ ả ă đổ ẵ
OPERA.................................................................................................................... 49
3.5.1 Ki n trúc m ngế ạ ....................................................................................49
3.5.2 B nh tuy n giao di n m ng quangộ đị ế ệ ạ ................................................51
3.6 Ki n trúc chuy n m ch góiế ể ạ .............................................................................52
3.6.1 Chuy n m ch d a trên tr ng chuy n m ch không gianể ạ ự ườ ể ạ ..................52
3.6.1.1 Chuy n m ch xen kể ạ ẽ..................................................................53
3.6.1.2 Chuy n m ch gói photonic b m u raể ạ ộ đệ đầ ...............................53
3.6.1.3 Chuy n m ch d a trên chuy n m ch không gian không b mể ạ ự ể ạ ộ đệ
..........................................................................................................................54
3.6.1.4 Chuy n m ch DAVID ể ạ ...............................................................55
3.6.2 Chuy n m ch nh tuy n b c sóng ể ạ đị ế ướ .................................................56
3.6.2.1 Chuy n m ch nh tuy n b c sóng b m u raể ạ đị ế ướ ộ đệ đầ ...............56
3.6.2.2 Chuy n m ch nh tuy n b c sóng m u v oể ạ đị ế ướ đệ đầ à .......................58
3.6.3 Chuy n m ch l a ch n v qu ng báể ạ ự ọ à ả ..................................................60
3.6.3.1 Chuy n m ch l a ch n v qu ng bá KEOPSể ạ ự ọ à ả ...........................60
3.6.3.2 Chuy n m ch l a ch n v qu ng bá ULPHAể ạ ự ọ à ả ...........................62
3.6.3.3 Chuy n m ch b nh l p s iể ạ ộ ớ ặ ợ .....................................................62
3.6.5 Chuy n m ch nh tuy n quang phân khe th i gianể ạ đị ế ờ .........................63
CH NG 4: CÁC MÔ HÌNH CHUY N M CHƯƠ Ể Ạ ......................................................66
4.1 Ki n trúc chuy n m ch ATMOSế ể ạ ....................................................................66
4.2 Ki n trúc chuy n m ch KEOPS ế ể ạ .....................................................................66
4.3 Ki n trúc chuy n m ch WASPNETế ể ạ ................................................................67
Lê Tiến Trung D2001VT–
Đồ án tốt nghiệp đại học
4.3.1 Chuy n m ch WASPNETể ạ ...................................................................68
4.3.2 i u khi n m ngĐ ề ể ạ ................................................................................69
4.3.3 nh d ng góiĐị ạ ......................................................................................69

4.4 M ng ng d ng cho chuy n m ch gói quangạ ứ ụ ể ạ ................................................69
4.4.1 Chuy n m ch gói quang trong su tể ạ ố .....................................................69
4.4.1.1 Các m ng gói quangạ ....................................................................69
4.4.1.2 Node chuy n m ch gói quangể ạ .....................................................75
4.4.2 M ng k t n i quang v i b nh tuy n IP terabitạ ế ố ớ ộ đị ế .............................76
4.4.2.1 Ki n trúc b nh tuy n IP terabit.ế ộ đị ế .............................................77
4.4.2.2 B i u khi n tuy n v module b nh tuy nộ đ ề ể ế à ộ đị ế ........................80
4.4.2.3 M ng k t n i quangạ ế ố ....................................................................83
4.4.2.4 Kh i phân x Ping –Pongố ử .........................................................88
K T LU NẾ Ậ .....................................................................................................................88
TÀI LI U THAM KH OỆ Ả ..............................................................................................89
Lê Tiến Trung D2001VT–
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1: Giới thiệu
chung
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 node
quang, 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.
Hình1.1: Các topo mạngdạng Điểm - điểm, vòng, sao, lưới.
Trong mạng WDM topo kiểu vòng được ưa dùng hơn. Topo kiểu mạng lưới có
nhiều ưu điểm hơn khi so sánh với các loại trước bởi vì dung sai cắt sợi tốt hơn, khi có
nhiều lựa chọn định tuyến. Thêm nữa, một node với tốc độ lưu lượng cao được nối với
vài node, và một node với lưu lượng dữ liệu trên một node đơn chỉ có thể nối với node
đơn này. Đáng tiếc, một mạng topo dạng mạng lưới gặp nhiều khó khăn khi triển khai
do yêu cầu phức tạp trong định tuyến và chuyển mạch. Mạng WDM đầu tiên xuất hiện
giữa những 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 các mạng có topo mạng kiểu mạng lưới. Một phần các mạng gói quang được thực

hiện trong môi trường phòng thí nghiệm. Chắc chắn các mạng gói thương mại sẽ theo sự
phát triển giống 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 sự
phát triển của tổng dung lượng và tốc độ bít người sử dụng.
1995 2000 2005 2010
Dung lượng
tổng
20-40 Gbit/s 800 Gbit/s
≥ 1Tbit/s
Tốc độ bít
người sử
dụng
POTS
64kbit/s
ADSL
2-8Mbit/s
Quang, ADSL
155Mbit/s
2,10,50 Mbit/s
Quang, điện
622Mbit/s
100Mbit/s
Lê Tiến Trung D2001VT–
5
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1: Giới thiệu
chung
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 sẽ
tới đỉnh điểm của nó trong nửa cuối năm nhưng năm 2000. Sự phát triển vẫn tăng nhanh
nếu 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 nghệ
ghép kênh ưa chuộng nhất cho các mạng thông tin quang, bởi vì mọi thiết bị đầu cuối sử
dụng 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
cầu mỗi đầu cuối của mỗi người sử dụng chỉ hoạt động tại tốc độ điện tử và các kênh
ghép WDM 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
hoạt động tại bất kỳ tốc độ được thiết kế này.
Ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) xuất hiện như một giải pháp được
lựa chọn để cung cấp một cơ sở hạ tầng mạng nhanh hơn, đáp ứng được sự bùng nổ của
Internet. 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 cấu
hình tĩnh.
Thế hệ thứ hai của WDM có khả năng thiết lập các tuyến quang kết nối từ đầu cuối
tới đầu cuối trong lớp quang sử dụng kết nối chéo lựa chọn bước sóng WSXC. Các
tuyến quang tạo ra một tôpô ảo trên tôpô sợi quang vật lý. Cấu hình bước sóng ảo có thể
thay đổi 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 bộ
tách ghép bước sóng với khả năng chuyển đổi bước sóng, định tuyến động và phân bố
bước 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 .

Lê Tiến Trung D2001VT–
6
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1: Giới thiệu
chung






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.
Các chuyển mạch không gian và các bộ định tuyến bước 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 nhưng lựa chọn tốt nhất là sử dụng các SOA (các bộ khuyếch
đại quang bán dẫn). Như hình 1.3 mô tả một chuyển mạch không gian.
Lê Tiến Trung D2001VT–
7
Thế hệ thứ 3Thế 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
Hình 1.2 Sự phát triển mạng WDM
WADM
WAMP
DCX
WSXC(OCX)
OPR
OBS
OLS
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1: Giới thiệu
chung
Hình 1.3: Chuyển mạch dựa trên cổng SOA.
Chuyển mạch dựa trên cổng SOA N×N như mô tả ở trên gồm N bộ tách 1×N, N
2
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
nối tới 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
bước sóng j luôn được truyền trực tiếp tới đầu ra k. Một ví dụ của bộ định tuyến lại 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 đưa tới tất cả các lưới ống dẫn sóng mà các lưới
ống dẫn 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
khác nhau tại một cổng đầu ra đơn.
Mặc dù một bộ định tuyến bước sóng không cấu hình trước không có thuộc tính
chuyển mạch thì vẫn được sử dụng rộng rãi trong các chuyển mạch gói quang định tuyến

theo bước sóng. Y tưởng chính để mọi gói được chuyển đổi đầu tiên thành một bước 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 bước sóng, mỗi gói sẽ được chuyển tới cổng ra đã định.
Lê Tiến Trung D2001VT–
8
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1: Giới thiệu
chung
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.
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 được chia thành:
 Chuyển mạch kênh quang.
 Chuyển mạch gói quang.
 Chuyển mạch burst quang.
1.2.1.1 Kỹ thuật chuyển mạch kênh quang
Chuyển mạch kênh quang hoạt động theo kiểu định tuyến theo bước sóng. Trong
mạng chuyển mạch kênh quang, một đường dẫn bước sóng riêng được thiết lập trong
khoảng 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 cho
một kết nối.
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 Õ n h o ¹ t ® é n g

Hình 1.5 Mạng chuyển mạch kênh.
Lê Tiến Trung D2001VT–
9
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1: Giới thiệu
chung
Trong mạng chuyển mạch kênh trên đây yêu cầu nối giữa điểm A và B. Một kênh
được 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 được
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 bước sóng cố định theo đường dẫn lựa chọn, mỗi
liên kết 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
khiển được 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
đường 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 được giải
phóng. Đích gửi về nguồn một bản tin xác nhận. Các node trên đường truyền lần
lượt được giải phóng để phục vụ cho kết nối khác.
Hình 1.6 Tín hiệu trong chuyển mạch kênh.
1.2.1.2 Chuyển mạch gói quang
Chuyển mạch gói quang là công nghệ tiếp theo được lựa chọn phục vụ cho việc
truyền tải dữ liệu qua WDM. Hoạt động trong chuyển mạch gói: Các gói thông tin được
gửi đi trên tuyến thích hợp được lựa chọn bởi bộ định tuyến tại node khi gói đến. Trong
chuyển mạch gói, mỗi gói có một tiêu đề tương ứng mang thông tin về gói cũng như 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.
Lê Tiến Trung D2001VT–
Giữ liệu người dùng
ACK
Tín hiệu chấp
nhận cuộc gọi
Trễ xử lý
Trễ đường truyền
Yêu cầu
cuộc gọi
10
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1: Giới thiệu
chung
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 Õ n h o ¹ t ® é n g
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 và
tới 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 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. Trường hợp gói có độ dài cố định, một bản tin

kích thước Lb sẽ được chia thành các gói nhỏ hơn có kích thước giống nhau. Trường
hợp gói có độ dài khác nhau, bản tin được chia thành Lb/Smax gói và đệm chỉ cần thiết
đối với gói nhỏ hơn Smin.
Một đặc điểm chính của chuyển mạch gói là lưu giữ và chuyển tiếp. Tức là một gói
cần phải được tập hợp đầy đủ tại một node nguồn và mỗi node trung gian trước khi nó
được chuyển đi. Đặc điểm này sẽ dẫn đến gói phải trải qua một khoảng thời gian trễ
tương ứng với Lb tại mỗi node, khi đó cần phải có bộ đệm tại mỗi node trung gian của
mạng 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 truy
nhập vào trường chuyển mạch. Tuy nhiên để ứng dụng cho trường 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 lưu đệm và chuyển tiếp. Đặc
điểm này 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
và chuyển tiếp.
Lê Tiến Trung D2001VT–
11
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1: Giới thiệu
chung
 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.
Lê Tiến Trung D2001VT–
12
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1: Giới thiệu
chung
1.2.1.3 Chuyển mạch burst quang

Khái niệm chuyển mạch quang xuất hiện từ đầu những năm 1980. Gần đây, chuyển
mạch burst quang được nghiên cứu trở lại và được biết đến như một giải pháp kế tiếp
của chuyển mạch gói quang. Thực chất chuyển mạch burst quang được xem xét trong
tầng quang đơn thuần như một môi trường 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.
Sự bùng nổ lưu lượng mạnh mẽ trong mạng Internet, sự phát triển nhanh chóng các
lớp lưu lượng là những vấn đề quan trọng cần phải được xử lý. Để hỗ trợ cho việc sử
dụng độ rộng băng có hiệu quả, phương pháp truyền tải toàn quang cho phép đệm quang
trong 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
tiếp qua mạng WDM quang mà không cần bộ đệm.
Chuyển mạch burst quang là phương pháp kết hợp cả hai kỹ thuật chuyển mạch
kênh quang và chuyển mạch gói quang. Nó được thiết kế đạt được cân bằng giữa những
ưu điểm của chuyển mạch kênh quang và nhược điểm của chuyển mạch gói quang.
1.3 So sánh
1.3.1 Giữa chuyển mạch kênh và gói
Các mạng toàn quang hiện nay là các chuyển mạch kênh. Các mạng chuyển mạch
gói quang 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, lưu lượng viễn thông trong
tương lai vẫn còn tiếp tục bùng nổ. Trong bất cứ trường hợp nào, thì lưu lượng dạng gói
sẽ ở mức lựa chọn cao hơn. Nếu tìm thấy một cách để thực hiện thương 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 như kỹ thuật chuyển mạch vẫn chưa đáp ứng được yêu càu thì
chuyển mạch kênh vẫn là lựa chọn số 1.
1.3.2 Giữa chuyển mạch gói và chuyển mạch burst
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 bước sóng liên kết giữa các gói với các nguồn và
các đích khác nhau. Tuy nhiên do cơ cấu lưu 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.
Lê Tiến Trung D2001VT–
13
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1: Giới thiệu
chung
Chuyển mạch burst quang không cần phải có bước sóng riêng cho mỗi kết nối đầu
cuối tới đầu cuối vì vậy ngay sau khi burst đi qua một tuyến liên kết thì bước sóng sẽ
được giải phóng ngay. Khác với chuyển mạch gói, chuyển mạch burst 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 thương mại cao hơn chuyển mạch gói quang,
nó tránh được 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 trường
chuyển mạch. Bởi vì dữ liệu được 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. Trước tiên, là đạt được 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 được đệm trong miền điện tại cạnh của mạng thay cho bộ đệm tại mỗi node
vì thời gian mao đầu đã được xử lý. Các trường chuyển mạch có thể được triển khai mà
không cần bộ đệm hoặc với một vài đường trễ để giải quyết xung đột. Chuyển mạch
burst đã tránh được những vấn đề của chuyển mạch gói, và phù hợp cho yêu cầu lưu
lượng hiện nay. Trong thời gian tới, chuyển mạch burst rõ ràng sẽ hấp dẫn hơn chuyển
mạch gói quang, và trong cuộc đua đường dài chuyển mạch burst dường như là đối thủ
mạnh nhất của chuyển mạch gói quang.
Lê Tiến Trung D2001VT–
14
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2: Một số phần tử quang
điện tử
CHƯƠNG 2: MỘT SỐ PHẦN TỬ QUANG ĐIỆN TỬ
2.1 Trường chuyển mạch quang

2.1.1 Trường chuyển mạch không gian
Chuyển mạch quang phân chia theo không gian (còn gọi là chuyển mạch không
gian) là loại chuyển mạch được sử dụng phổ biến nhất, đó là quá trình kết nối vật lý
đường 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 sợi
đầu ra được tạo ra theo yêu cầu; các kết nối khác nhau sử dụng các đường khác nhau và
mỗi kết nối mới yêu cầu thêm một không gian vật lý trong trường chuyển mạch. Dưới
đây là một khái niệm cơ bản về chuyển mạch phân chia theo không gian (Hình 2.1).
(a) Chuyển mạch lựa chọn (b) Chuyển mạch cổng
Hình 2.1: Chuyển mạch quang không gian
Hình 2.1 a là kiểu chuyển mạch không gian lựa chọn, cổng ra được lựa chọn một
cách trực tiếp, do đó về nguyên tắc là không có tổn hao về chuyển mạch, cổng ra có thể
lựa chọn bằng cách điều khiển chiết suất của ống dẫn sóng.
Cấu trúc trong hình 2.1b là kiểu chuyển mạch cổng, các tín hiệu đầu vào được
phân chia và chọn các cổng thiết bị để đến đầu ra. Trong trường hợp này, năng lượng tín
hiệu phân 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 và Broadcast. Cổng thiết bị có thể được thực hiện bởi bộ khuyếch đại quang
bán dẫn và các modul hấp thụ.
Phần tử chuyển mạch không gian cơ bản là phần tử 2x2. Một phần tử chuyển mạch
2x2 định tuyến các tín hiệu quang từ sợi đầu vào tới sợi đầu ra và có hai trạng thái: Trạng
thái nối chéo (Cross) và trạng thái song song (Bar), như được mô tả trong hình 2.2.
Lê Tiến Trung D2001VT–
I
1
I
2
O
1
O

2
I
1
I
2
O
1
O
2
4
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2: Một số phần tử quang
điện tử
(a) Trạng thái nối chéo (b) Trạng thái song song
Hình 2.2 Trạng thái của phần tử chuyển mạch không gian 2x2
Trạng thái nối chéo được mô tả trong hình 2.2(a), trong trạng thái này nếu I1 có tín
hiệu đến thì sẽ được chuyển mạch tới đầu ra O2; và nếu đầu vào I2 có tín hiệu đến thì
tín hiệu 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
được chuyển tới đầu ra O2.
Ma trận chuyển mạch không gian được tạo thành từ các phần tử chuyển mạch cơ
bản 2x2. 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
hình thành hai trạng thái kết nối đó là kết nối chéo và kết nối song song (hình 2.3).
(a) (b)
(a) Dựa vào phối ghép phương hướng
LiNbO
3
(b) Dùng sợi quang nối liền 4 khoá
quang 1x2
Hình 2.3 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 dẫn
sóng, sử dụng phương pháp điều khiển ngoài hiệu suất khúc xạ ống dẫn sóng để chọn
ống dẫn 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 ống dẫn sóng rất lớn, bao gồm tổn hao của bản thân nó và tổn hao một nửa năng
lượng để thực 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 chuyển
mạch cơ khí hoặc chuyển mạch vi gương. Chuyển mạch cơ khí có ưu điểm là tổn hao
nhỏ, độ cách li cao, làm việc ổn định có độ tin cậy…, nhưng nhược điểm của nó là tốc
độ chuyển mạch chậm, kiểu chuyển mạch này đã được sử dụng trong thực tế. Hình 2.4
mô tả ma trận chuyển mạch vi gương.
Lê Tiến Trung D2001VT–
5
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2: Một số phần tử quang
điện tử
Hình 2.4 Ma trận chuyển mạch vi gương.
Ma trận chuyển mạch vi gương bao gồm các vi gương được đặt tại các giao điểm
giữa các sợi đầu vào và các sợi ra. Các gương này có đường kính rất nhỏ, khoảng
200µm. Công suất quang đến sẽ được truyền thẳng nếu gương quay đi khỏi điểm giao
nhau của các ống dẫn sóng (trạng thái ngắt). Nếu gương quay về mặt giao điểm (trạng
thái dẫn), thì công 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 điều khiển hoạt động của gương. Tốc độ chuyển mạch và kích thước ma trận chuyển
mạch phụ thuộc vào loại chuyển mạch, sự phụ thuộc này được chỉ ra ở hình 2.5.
Hình 2.5 Tốc độ và kích cỡ của một số ma trận chuyển mạch.
Lê Tiến Trung D2001VT–
6
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2: Một số phần tử quang
điện tử
2.1.2 Trường chuyển mạch thời gian

Giả định tín hiệu ghép theo thời gian trong mỗi khung ghép có T khe thời gian, các
khe thời gian rộng bằng nhau và là một kênh tín hiệu. Kiểu chuyển mạch theo thời gian
được sử dụng cho hệ thống ghép kênh theo thời gian, đó là quá trình chuyển đổi tín hiệu
quang đã ghép trên trục thời gian ở khe t
i
sang vị trí khe thời t
j
khác. Như vậy, chuyển
mạch phân chia theo thời gian chính là chuyển mạch theo thời gian, nó phải chuyển
mạch bất kỳ khe thời gian nào trong một khung tín hiệu đầu vào đến một khe thời gian
khác ở đầu ra.
Có thể ghép kênh theo bit hoặc nhóm bit (khối), do phần tử chuyển mạch cần có
tín hiệu điều khiển nên ở giữa các tín hiệu ghép phải có vùng bảo vệ để hoàn thành việc
chuyển 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 khe
thời gian t
i
và t
j
, quá trình chuyển đổi từng bit tín hiệu 10Gb/s yêu cầu thời gian chuyển
mạch nhỏ hơn 100ps. Tuy nhiên, những yêu cầu về thời gian chuyển mạch sẽ giảm đi
trong 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
chia theo thời gian hay là trao đổi khe thời gian cần phải có bộ nhớ quang (bộ trễ
quang). Sợi quang có thể làm bộ trễ quang trong chuyển mạch quang phân chia theo thời
gian, lấy độ rộng một khe thời gian làm đơn vị, nếu tín hiệu quang cần trễ bao nhiêu khe
thời gian độ dài sợi quang có đơn vị chiều dài tương ứng. Hoặc là một kiểu bộ trễ quang
khác được thực hiện kết hợp giữa sợi quang và phần tử chuyển mạch 2x2. Hiện nay, các
bộ chuyển mạch theo thời gian đều do khoá quang không gian và các dây trễ quang tạo
thành.

Hình 2.6 Sơ đồ khối chuyển mạch theo thời gian.
Sơ đồ khối chuyển mạch quang như trong hình 2.6, tầng đầu tiên là bộ tách khe
thời 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
Lê Tiến Trung D2001VT–
7
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2: Một số phần tử quang
điện tử
dữ liệu này sẽ được làm trễ theo yêu cầu và đi vào bộ ghép thời gian để ghép thành
khung tín hiệu theo thời gian.
Chuyển mạch quang cần phân chia theo thời gian (TD) có ưu điểm là có thể tương
thích với các hệ thống truyền dẫn sợi quang TDM. Khi các hệ thống chuyển mạch được
kết 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
độ hoạt động của bộ nhớ cũng như bộ tách ghép thời gian phải rất nhanh, đồng thời
cũng đòi hỏi khắt khe về sự đồng bộ các bit/frame.
2.1.3 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
bước sóng(WDM).
Chuyển mạch theo bước sóng khác với định tuyến theo bước sóng (WLR). Định
tuyến 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 chuyển
mạch 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 mỗi
kênh, rồi được ghép lại nhờ bộ ghép.
Hình 2.7 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 2.8, bao gồm
các bộ chuyển mạch bước sóng và các bộ tách/ghép kênh theo bước sóng.

Lê Tiến Trung D2001VT–
8
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2: Một số phần tử quang
điện tử
Hình 2.8 Bộ chuyển mạch bước sóng
Tín 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 sóng
riêng biệt ra khỏi tín hiệu WDM. Tín hiệu quang đầu ra bộ lọc bước sóng có khả năng
điều chỉnh được đưa vào một bộ điều biến điều khiển bằng quang và thực hiện điều biến
cường độ vào sóng mang quang có bước sóng xác định trước, sóng mang quang này
được tách ra khỏi ánh sáng chuẩn bằng một bộ lọc bước sóng cố định. Qua bộ biến điệu
điều khiển bằng quang các bước sóng λ
a
,λ
b
,…, λ
z
được chuyển đổi thành bước sóng λ
1
,
λ
2
,…,λ
N
tương ứng mà không có tổn hao trong quá trình biến điệu cường độ. Sau đó các
bước sóng λ
1
, λ
2
,…,λ

N
lại được ghép thành tín hiệu WDM đầu ra. Ngoài ra, bằng cách
điều khiển bộ lọc điều chỉnh được để chọn tín hiệu có cùng bước sóng, khi đó có thể
thực hiện 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 2.9.
Hình 2.9 Chuyển mạch theo bước sóng sử dụng trong mạng quảng bá và lựa chọn.
WC bộ chuyển đổi bước sóng
Lê Tiến Trung D2001VT–
9
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2: Một số phần tử quang
điện tử
λ
1
, λ
2
,…,λ
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
các đầu ra. Các bộ lọc quang điều chỉnh được tại các đầu ra coupler hình sao lọc lấy một
bước 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
tới người sử dụng dịch vụ có bước sóng λ
1
cố định.
Hình 2.10 Chuyển mạch định tuyến bước sóng
Kiểu chuyển mạch định tuyến theo bước sóng được mô tả trong hình 2.10, gồm
hai dãy các bộ chuyển đổi bước sóng đặt tại hai phía và bộ định tuyến lưới ống dẫn sóng
(WGR).

Hình 2.11, bộ định tuyến lưới ống dấn sóng WGR bao gồm hai coupler hình sao và
một 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 kênh
bước 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 E
in
, thì sóng ánh sáng sau khi chia đi vào cổng đầu vào s là:
sp
j
in
s
e
N
E
E
,
ϕ
⋅
=
Trong đó ϕ
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 sóng
thứ s, nó sẽ bị dịch pha đi một lượng khác tỷ lệ với chiều dài của ống dẫn sóng. Nếu ống
dẫn sóng có chiều dài Ls =s. ∆L+L, trong đó ∆L là sự chênh lệch về chiều dài giữa các
ống dẫn sóng kề nhau. Khi đó ống dẫn sóng gây dịch pha:
( )
LLs
n

wgr
s
+∆⋅
⋅Π
=
λ
φ
2
Lê Tiến Trung D2001VT–
10
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2: Một số phần tử quang
điện tử
Trong đó, n
wgr
là chỉ số khúc xạ của các ống dẫn sóng
Hình 2.11 Bộ định tuyến lưới ống dẫn sóng
Khi 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 cổng đầu 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 của các tín hiệu qua các ống dẫn sóng khác nhau cũng phải giống nhau.
Với kết quả tính toán trong [1] cho thấy rằng để định tuyến kênh bước sóng ở đầu vào p
tới đầu ra q của WGR thì bước sóng của ánh sáng tới ở cổng đầu vào p coupler sao đầu
tiên phải được điều chỉnh tới:
λ
p.q
=λ
0
–(p+q).∆λ
Trong đó λ

0
là bước sóng tham chiếu được xác định bởi WGR
∆λ 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 xác
định tới một cổng đầu ra xác định dựa vào bước sóng của tín hiệu. Các tín hiệu có các
bước 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
xác định). Khi đó các tín hiệu khác nhau sử dụng sử dụng cùng một bước sóng ở các
cổng đầu vào khác nhau sẽ không bị ảnh hưởng lẫn nhau tại các cổng đầu ra.
Như vậy, các bộ WC trong tầng đầu (hình 2.10) dùng để chuyển đổi các bước sóng
vào, nếu bước sóng tại cổng p cần định tuyến tới cổng ra q thì bước sóng của nó trước
tiên được chuyển thành λ
p.q
. Sau đó tại đầu ra của WGR các bước sóng lại được chuyển
đổi 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 lựa
chọn thực hiện đơn giản hơn nhưng bị suy hao phân tán lớn hơn. phương pháp định
tuyến bước sóng có suy hao công suất thấp nhưng lại yêu cầu điều khiển và chuyển đổi
Lê Tiến Trung D2001VT–
11
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2: Một số phần tử quang
điện tử
bước sóng chính xác. Với cả hai phương pháp chuyển mạch các kênh bước sóng đều
được định tuyến trong miền không gian. Một giải pháp lựa chọn khác là chuyển mạch
bước sóng có thể được thực hiện trong miền bước sóng, phương pháp này được gọi là
trao đổi kênh bước sóng(WCI). Hình 2.12, một WCI gồm một bộ tách kênh bước sóng,
một dãy WC và một coupler.
Hình 2.12 Bộ trao đổi kênh bước sóng.
Khi sử dụng WCI kết hợp với WGR có thể hình thành các trường chuyển mạch
λ-S-λ và S-λ-S.

So với hệ thống chuyển mạch phân chia thời gian (TD), hệ thống chuyển mạch
WD quang 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
lưu lượng, 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 là ứng dụng tuyệt vời để mở rộng hệ thống chuyển mạch băng rộng và dễ dàng
kết nối với hệ thống truyền dẫn WDM.
2.1.4 Trường chuyển mạch mã quang
Phương pháp truy nhập phân chia theo mã quang (CDMA) đang được nghiên cứu. Nó
liên quan đến việc ghép phân chia theo mã quang (OCDM). Phương pháp này có đặc điểm:
 Các bộ giải mã và lập trình mã quang thực hiện bằng các thiết bị quang đơn giản
hơn so với các phương pháp OTDM và WDM.
 Không yêu cầu hệ thống điều khiển đồng bộ thời gian như phương pháp OTDM.
 Có khả năng nối tới mạng không dây và có dây.
Mạng chuyển mạch phân chia theo mã quang OCDM hoàn toàn dựa trên nguyên
tắc tự định hướng và cấu trúc thiết bị chuyển mạch quang không tuyến tính. Tuy nhiên
chuyển mạch phân chia theo mã không được ưa chuộng về mặt cấu trúc, cho nên kiểu
chuyển mạch này ít được sử dụng.
Lê Tiến Trung D2001VT–
12
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2: Một số phần tử quang
điện tử
2.2 Coupler quang
Coupler quang là một thiết bị phổ dụng nhất trong mạng thông tin quang. Các
coupler quang có thể sử dụng để chia công suất quang từ một sợi quang đầu vào tới
nhiều sợi ở đầu ra. Hoặc nó có thể hợp các tín hiệu ánh sáng từ hai sợi vào một sợi đầu
ra như hình 2.13.
Một 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 coupler

quang 2x2 (hình 2.14), một phần tín hiệu đầu vào phía trên định hướng tới cổng đầu ra
phía trên, và phần còn lại định hướng tới cổng đầu ra phía dưới. Tín hiệu đầu vào phía
dưới cũng tương tự. Các phần định hướng tới các cổng đầu ra có thể là tương đương, và
cũng có thể là khác nhau.
oupler quang có thể thực hiện bằng cách ghép hai sợi đơn mode thông qua xử lí hai
đầu sợi hình nón như hình 2.15.
Dạng hình học của hình nón có thể điều chỉnh để đạt được tỉ lệ phân chia theo yêu
cầu. Các coupler bốn cổng có thể được liên kết với nhau để tạo ra các coupler sao với n
đầu vào và n đầu ra, hoặc couper sao lên tới 128 cổng có thể sản suất như một thiết bị
tích hợp. 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 2.16.
Lê Tiến Trung D2001VT–
Bộ chia quang Bộ kết hợp quang Coupler quang
Hình 2.13: Mô hình các coupler quang.
1/ 2 (λ
1
+ λ
2
)
1/ 2 (λ
1
+ λ
2
)
Coupler quang
2 x2
λ
1
λ
2

Hình 2.14: Coupler 2x2 (3 dB)
Hình 2.15: Coupler 4 cổng
13
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2: Một số phần tử quang
điện tử
2.3 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 chuyển
nhiều gói quang ở nhiều bước sóng khác nhau trên cùng một đường dây trễ. Mặc dù sử
dụng TOWC có thể làm đảo lộn thứ tự gói, song ta có thể bỏ qua vì ảnh hưởng lên lưu
lượng 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 với
bước sóng của mạng. Ví dụ trong thời gian đầu, mạng cáp quang thường dùng bước
sóng 850nm để mang tín hiệu, nhưng khi phát triển hệ thống mạng sang hoạt động ở
bước sóng 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
sử dụng các bước sóng.
Có nhiều phương pháp công nghệ để tạo ra thiết bị chuyển đổi bước sóng như
dùng điện quang, dùng cổng quang, phương pháp trộn sóng… và có thể chia làm hai
loại đó là chuyển đổi bước sóng quang/điện và chuyển đổi bước sóng toàn quang. Công
nghệ chuyển đổi bước sóng toàn quang lại được chia làm hai loại đó là công nghệ hiệu
ứng kết hợp và công nghệ điều chế chéo.
2.3.1 Chuyển đổi bước sóng quang/điện
Trong chuyển đổi bước sóng quang/điện, trước hết, tín hiệu quang được biến đổi
thành tín hiệu điện nhờ PD. Luồng bit điện sẽ được lưu trong bộ đệm. Tín hiệu điện sẽ
điều khiển đầu vào của Laser khả chỉnh để có đầu ra là bước sóng yêu cầu. Phương
pháp này được thử nghiệm ở tốc độ 10 Gb/s. Tuy nhiên phương pháp này phức tạp hơn
Lê Tiến Trung D2001VT–

Bộ kết hợp
Bộ kết hợp
Bộ kết hợp
Bộ kết hợp
Bộ kết hợp
Bộ kết hợp
Bộ kết hợp
Bộ kết hợp
Bộ kết hợp
Bộ kết hợp
Bộ kết hợp
Bộ kết hợp
Bộ chia
Coupler
Coupler
Coupler
Coupler
Bộ chia
Bộ chia
Bộ chia
Bộ chia
Bộ chia
Bộ chia
Bộ chia
Bộ chia
Bộ chia
Bộ chia
Bộ chia
Hình 2.16: Coupler sao 16 x 16
14