NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CẢI THIỆN HIỆU NĂNG MẠNG CHUYỂN MẠCH GÓI QUANG (OPS) (Luận án tiến sĩ)

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
---------------------------------------

CAO HỒNG SƠN

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CẢI THIỆN HIỆU NĂNG
MẠNG CHUYỂN MẠCH GÓI QUANG (OPS)

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

HÀ NỘI – 2017


HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
---------------------------------------

CAO HỒNG SƠN

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CẢI THIỆN HIỆU NĂNG
MẠNG CHUYỂN MẠCH GÓI QUANG (OPS)
CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT VIỄN THÔNG
MÃ SỐ: 62.52.02.08

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. TS. NGUYỄN MINH HỒNG
2. PGS. TS. HỒ QUANG QUÝ

HÀ NỘI – 2017

i

LỜI CAM ĐOAN
Nghiên cứu sinh xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của chính mình.
Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng đựợc công bố trong bất
cứ công trình của bất kỳ tác giả nào khác.
Người cam đoan

Cao Hồng Sơn


ii

LỜI CẢM ƠN
Nghiên cứu sinh xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc tới các Thầy hướng dẫn, TS.
Nguyễn Minh Hồng và PGS.TS. Hồ Quang Quý, vì đã định hướng và liên tục hướng
dẫn các nhiệm vụ khoa học trong suốt quá trình thực hiện luận án này.
Nghiên cứu sinh xin bày tỏ sự biết ơn các ý kiến chỉ dẫn của các nhà khoa học
GS.TSKH. Nguyễn Ngọc San, TS. Vũ Văn San, PGS.TS. Bùi Trung Hiếu đã giúp
nghiên cứu sinh có được các kiến thức học thuật quý báu.
Nghiên cứu sinh bày tỏ lòng biết ơn Lãnh đạo Học viện, các thầy cô của khoa
Quốc tế và Đào tạo Sau Đại học, khoa Viễn thông 1 tại Học viện Công nghệ Bưu
chính Viễn thông. Những hỗ trợ, động viên nghiên cứu của các cộng sự xin được
chân thành ghi nhận.
Nghiên cứu sinh chân thành bày tỏ lòng cảm ơn tới gia đình đã luôn chia sẻ và
động viên nghiên cứu sinh trong suốt quá trình thực hiện nội dung luận án.
Hà Nội, tháng 11 năm 2017

Cao Hồng Sơn

iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii
MỤC LỤC ................................................................................................................. iii
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ....................................................................................... vii
DANH MỤC KÍ HIỆU ............................................................................................ xii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ................................................................................. xvi
DANH MỤC CÁC BẢNG...................................................................................... xxi
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ......................................6
1.1 GIỚI THIỆU MẠNG CHUYỂN MẠCH GÓI QUANG ..................................6
1.1.1 Kiến trúc trúc mạng chuyển mạch gói quang ...........................................10
1.1.2 Nút chuyển mạch gói quang ......................................................................11
1.1.2.1 Khối giao diện đầu vào .......................................................................11
1.1.2.2 Khối điều khiển chuyển mạch .............................................................12
1.1.2.3 Khối đệm và chuyển mạch quang .......................................................13
1.1.2.4 Khối giao diện ra ................................................................................13
1.2 CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ MÀO ĐẦU GÓI QUANG TRONG MẠNG
CHUYỂN MẠCH GÓI QUANG ..........................................................................14
1.2.1 Các giải pháp xử lý mào đầu gói quang ....................................................14
1.2.2 Các vấn đề đặt ra khi xử lý mào đầu gói quang ........................................15
1.3 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH QUANG....................................16
1.4 CÁC THAM SỐ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG MẠNG CHUYỂN MẠCH GÓI
QUANG .................................................................................................................17
1.4.1 Thời gian xử lý mào đầu ...........................................................................18
1.4.2 Công suất phát quang trung bình ..............................................................18

1.4.3 Hiệu quả sử dụng mạng.............................................................................18
1.4.4 Xác suất mất gói ........................................................................................18


iv

1.4.5 Tỉ số tín hiệu trên nhiễu quang ..................................................................18
1.5 CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI LUẬN ÁN
...............................................................................................................................19
1.5.1 Các công trình nghiên cứu trong nước ......................................................19
1.5.2 Các công trình nghiên cứu trên thế giới ....................................................19
1.5.2.1. Các nghiên cứu về công nghệ chuyển mạch toàn quang cực nhanh .19
1.5.2.2 Các nghiên cứu về giải pháp xử lí mào đầu gói .................................20
1.6 NHẬN XÉT VỀ CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU CỦA CÁC TÁC GIẢ KHÁC
VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN ...................................................26
1.6.1 Nhận xét về công trình nghiên cứu của các tác giả khác ..........................26
1.6.2 Hướng nghiên cứu và bố cục của luận án .................................................27
1.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG I .................................................................................29
CHƯƠNG 2: PHÁT TRIỂN CHUYỂN MẠCH SMZ VỚI COUPLER ĐẦU RA
KHÔNG ĐỐI XỨNG VÀ XUNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT KHÁC NHAU Ở
HAI NHÁNH ............................................................................................................31
2.1 CHUYỂN MẠCH TOÀN QUANG CỰC NHANH .......................................31
2.1.1 Chuyển mạch quang cực nhanh dựa trên UNI ..........................................32
2.1.2 Chuyển mạch quang cực nhanh dựa trên TOAD ......................................32
2.1.3 Chuyển mạch quang cực nhanh dựa trên MZI ..........................................34
2.2 KHẢO SÁT CÁC THAM SỐ SOA CHO CHỨC NĂNG CHUYỂN MẠCH
...............................................................................................................................35
2.2.1 Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của SOA ...............................................35
2.2.2 Mô hình lý thuyết SOA .............................................................................36
2.2.2.1 Phương trình tốc độ ............................................................................36

2.2.2.2 Phương trình truyền ...........................................................................37
2.2.2.3 Phương trình dịch pha ........................................................................37
2.2.3 Khảo sát các tham số SOA cho chức năng chuyển mạch .........................38
2.3 CHUYỂN MẠCH TOÀN QUANG CỰC NHANH MACH-ZEHNDER ĐỐI
XỨNG (SMZ) ........................................................................................................41


v

2.3.1 Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của chuyển mạch SMZ ........................41
2.3.2 Phát triển chuyển mạch SMZ với coupler đầu ra không đối xứng và xung
điều khiển có công suất khác nhau ở hai nhánh .................................................45
2.3.3 Phân tích hiệu năng ...................................................................................47
2.4 MÔ PHỎNG VÀ THẢO LUẬN .....................................................................51
2.4.1 Mô hình mô phỏng ....................................................................................51
2.4.2 Kết quả mô phỏng và thảo luận ................................................................54
2.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ................................................................................58
CHƯƠNG 3: PHÁT TRIỂN GIẢI PHÁP XỬ LÝ MÀO ĐẦU GÓI TOÀN QUANG
DỰA TRÊN KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ VỊ TRÍ XUNG SỬA ĐỔI (MPPM)............59
3.1 KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ VỊ TRÍ XUNG SỬA ĐỔI (MPPM) .......................59
3.1.1 Kỹ thuật điều chế vị trí xung (PPM) .........................................................59
3.1.1.1 Nguyên tắc kỹ thuật PPM ...................................................................60
3.1.1.2 Ứng dụng kỹ thuật PPM cho xử lý mào đầu gói toàn quang .............61
3.1.2 Kỹ thuật điều chế vị trí xung sửa đổi (MPPM) .........................................66
3.2 ỨNG DỤNG KỸ THUẬT MPPM CHO XỬ LÝ MÀO ĐẦU GÓI TOÀN
QUANG .................................................................................................................67
3.2.1 Bảng định tuyến MPPM ............................................................................67
3.2.2 Tách mào đầu gói toàn quang MPPM .......................................................70
3.3 KHẢO SÁT HIỆU NĂNG GIẢI PHÁP XỬ LÝ MÀO ĐẦU GÓI TOÀN
QUANG DỰA TRÊN KỸ THUẬT MPPM .........................................................70

3.3.1 Thời gian xử lí mào đầu, THP ....................................................................70
3.3.2. Công suất điều chế quang trung bình, Pavg...............................................72
3.3.3. Kết quả khảo sát hiệu năng và thảo luận ..................................................72
3.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ................................................................................77
CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG KHỐI XỬ LÝ MÀO ĐẦU DỰA TRÊN KỸ THUẬT
MPPM SỬ DỤNG CHO NÚT CHUYỂN MẠCH GÓI TOÀN QUANG ...............78
4.1 MÔ HÌNH KIẾN TRÚC NÚT CHUYỂN MẠCH GÓI TOÀN QUANG SỬ
DỤNG KHỐI MPPM-HP ......................................................................................78


vi

4.1.1 Mô hình kiến trúc của nút OPS sử dụng khối MPPM-HP ........................78
4.1.2 Hoạt động của nút chuyển mạch gói MPPM-HP ......................................79
4.2 MÔ HÌNH CẤU TRÚC KHỐI XỬ LÝ MÀO ĐẦU TOÀN QUANG DỰA
TRÊN MPPM (MPPM-HP)...................................................................................82
4.2.1 Mô hình cấu trúc khối MPPM-HP ............................................................82
4.2.2 Các khối chức năng con trong MPPM-HP................................................83
4.2.2.1 Khối tách định thời (CEM) .................................................................83
4.2.2.2 Khối tách mào đầu điều chế vị trí xung sửa đổi (MPPM-HEM)........88
4.2.2.3 Khối tạo bảng định tuyến MPPM .......................................................92
4.2.2.4. Các cổng AND tự tương quan quang ................................................94
4.3 ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG ..............................................................................95
4.3.1 Các tham số đánh giá hiệu năng ................................................................95
4.3.1.1. Hiệu quả sử dụng mạng, U ................................................................95
4.3.1.2. Xác suất mất gói, PLP .......................................................................95
4.3.1.3. Tỉ số tín hiệu trên nhiễu quang, OSNR ..............................................96
4.3.2 Kết quả đánh giá hiệu năng và thảo luận ..................................................98
4.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 ..............................................................................117
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................118

CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ ...............................................121
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................123
PHỤ LỤC ................................................................................................................135
Phụ lục A: Giới thiệu phần mềm mô phỏng OptiSystem........................................135


vii

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng việt

A
ASE

Amplified Spontaneous

Phát xạ tự phát được khuếch

Emission

đại
Phương thức truyền không

ATM

Asynchronous Transfer Mode

AWG

Arrayed Waveguide Grating

Cách tử ống dẫn sóng dãy

BER

Bit Error Rate

Tỉ số lỗi bít

BPF

BandPass Filter

Bộ lọc thông băng

BRF

Birefringent Fiber

Sợi chiết quang

BSS

Broadcast and Select Switch

đồng bộ

B

Chuyển mạch quảng bá lựa
chọn

C
CEM

Clock Extraction Module

Khối tách định thời

CCW

Counter ClockWise

Ngược chiều kim đồng hồ

CP

Control Pulse

Xung điều khiển

CPMZ

Colliding-Pulse Mach-Zehnder

CR

Contrast Ratio

Tỉ số phân biệt

CW

ClockWise

Cùng chiều kim đồng hồ

DeMultiplexer

Bộ tách kênh

Dense Wavelength Division

Ghép kênh theo bước sóng mật

Multiplexing

độ cao

Bộ Mach-Zehder xung va
chạm

D
DEMUX
DWDM

viii

F
FBG

Fiber Bragg Grating

Cách tử Bragg sợi

FIFO

First In First Out

Vào trước ra trước

FWHM

Full Width at Half Maximum

FWM

Four Wave Mixing

Trộn bốn sóng

Group Velocity Dispersion

Tán sắc vận tốc nhóm

Internet Protocol

Giao thức Internet

KEys to Optical Packet

Các vấn đề then chốt của

Switching

chuyển mạch gói quang

Lightwave Switched Path

Đường chuyển mạch quang

Độ rộng tối đa tại nửa giá trị
cực đại

G
GVD
I
IP
K
KEOPS
L
LSP
M
MEMS

MPPM

Micro-Electro-Mechanical
Systems
Modified Pulse Position
Modulation

Hệ vi cơ điện

Điều chế vị trí xung sửa đổi

MPPM-

MPPM- Address Conversion

Khối chuyển đổi địa chỉ sang

ACM

Module

MPPM

MPPM-

MPPM- Header Extraction

HEM

Module

MPPM-HP

MPPM- Header Processer

Bộ xử lí mào đầu MPPM

MPPRT

MPPM Routing Table

Bảng định tuyến MPPM

MPP-SRT

MPPM Sub-Routing Table

Bảng định tuyến con MPPM

Khối tách mào đầu MPPM


ix

MUX

Multiplexer

Bộ ghép kênh

MZI

Mach-Zehnder Interferometer

Bộ giao thoa Mach-Zehnder

Nonlinear Optical Loop Mirror

Gương vòng quang phi tuyến

OADM

Add/Drop Multiplexer

Bộ ghép xen/rẽ quang

OBS

Optical Burst Switching

Chuyển mạch Burst quang

ODL

Optical Delay Line

Đường dây trễ quang

OCS

Optical Channel Switching

Chuyển mạch kênh quang

O/E/O

Optical/Electronic/Optical

OOK

On-Off Keying

Khóa đóng mở

OPP

Optical Packet Path

Đường gói quang

OPS

Optical Packet Switching

Chuyển mạch gói quang

OS

All-Optical Switch

Chuyển mạch toàn quang

OSC

OS Control

N
NOLM
O

Chuyển đổi quang/ điện/
quang

Điều khiển chuyển mạch toàn
quang

Optical Time Division

Ghép kênh quang phân chia

Multiplex

thời gian

Optical Cross-Connect

Bộ nối chéo quang

PBS

Polarization Beam Splitter

Bộ tách tia phân cực

PLP

Packet Loss Probability

Xác suất mất gói

PPM

Pulse Position Modulation

Điều chế vị trí xung

PPM-HP

PPM- Header Processer

Bộ xử lý mào đầu PPM

PPRT

PPM Routing Table

Bảng định tuyến PPM

OTDM
OXC

P


x

PSI

Polarisation Sentitive optical

Bộ cách li quang nhạy phân

Isolator

cực

Quality of Service

Chất lượng dịch vụ

Q
QoS
R
The Research and development
RACE
ATMOS

in Advanced Communications
in Europe- Asynchronous
Transfer Mode Optical
Switching

Chuyển mạch quang ATMDự án nghiên cứu và phát triển
truyền thông tiên tiến ở Châu
Âu

RAM

Random Access Memory

Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên

RCXT

Residual Crosstalk

Xuyên nhiễu dư

RIN

Relative Intensity Noise

Nhiễu cường độ tương đối

Synchronous Digital Hierachy

Phân cấp số đồng bộ

Switch with Large Optical

Chuyển mạch có các bộ đệm

Buffers

quang lớn

S
SDH
SLOB

SMZ

Symmetric Mach-Zehnder

SNR

Signal Noise Ratio

SOA

Semiconductor Optical
Amplifier

Bộ giao thoa Mach-Zehnder
đối xứng
Tỉ số tín hiệu trên nhiễu
Bộ khuếch đại quang bán dẫn
Mạng quang đồng bộ

SONET

Synchronous Optical Network

SPC

Serial to Parallel Converter

SPM

Self Phase Modulation

Tự điều chế pha

SW

Switching Window

Cửa sổ chuyển mạch

Bộ chuyển đổi nối tiếp sang
song song


xi

T
TOAD

Terahertz Optical Asymmetric

Bộ ghép không đối xứng

Demultiplexer

quang terahertz

U
UF-OSW

UltraFast- Optical Switching

Chuyển mạch quang cực
nhanh

Ultrafast Nonlinear

Bộ giao thoa phi tuyến cực

Interferometer

nhanh

Wavelength Switched Packet

Mạng gói chuyển mạch bước

Network

sóng

Wavelength Division

Ghép kênh phân chia theo

Multiplexing

bước sóng

WR

Wavelength Routing

Định tuyến bước sóng

WRS

Wavelength Routing Switch

WWW

World Wide Web

Mạng Internet toàn cầu

XPM

Cross Phase Modulation

Điều chế pha chéo

XGM

Cross Gain Modulation

Điều chế khuếch đại chéo

UNI
W
WASPNET

WDM

Chuyển mạch định tuyến bước
sóng

X


xii

DANH MỤC KÍ HIỆU
α

Hệ số suy hao

αC

Tỉ số ghép của coupler

ai

Bít thứ i trong địa chỉ mào đầu gói

𝛼𝐿𝐸𝐹

Hệ số mở rộng vạch phổ

Ag

Hệ số khuếch đại vi phân

B0

Băng tần quang

Be

Băng tần điện

C

Số bit trường điều khiển

Clk(t)

Xung định thời

∆𝑃𝑟𝑥

Độ thiệt thòi công suất thu

n

Biến đổi chiết xuất hiệu dụng



Dịch pha giữa hai mặt cắt khuếch đại

E

Năng lượng điện tử

Eg

Độ lệch năng lượng

Ek

Mẫu địa chỉ PPRT k

𝐸𝑘′

Mẫu địa chỉ MPPRT k

Ekj

Mẫu địa chỉ j trong MPP-SRT k

f

Tần số ánh sáng

g

Hệ số khuếch đại thực tế

gm

Hệ số khuếch đại vật liệu

G

Hệ số khuếch đại SOA

G(t)

Mặt cắt khuếch đại theo thời gian của SOA

GCP

Hệ số khuếch đại xung điều khiển trong khối tách định thời

Γ

Hệ số giam hãm quang

h

Hằng số Planck

H

Chiều cao vùng tích cực

𝐼𝐴𝑆𝐸

Dòng phát xạ tự phát khuếch đại tương đương


xiii

𝑖𝑎2

Mật độ phổ công suất của dòng nhiễu đầu vào bộ khuếch đại điện

Id

Dòng tối

Ip

Cường độ dòng định thiên SOA

̅
𝐼𝑚

Dòng tách quang thu trung bình với tín hiệu thu điểm cực

𝐼𝑠̅

Dòng tách quang thu trung bình với tín hiệu thu điểm không

k

Hằng số Boltzmann

𝑘̅

Số nút OPS trên tuyến truyền gói từ nguồn tới đích



Hệ số chia đầu vào (trong MPPM-HP)

K

Tổng số cổng ra của nút OPS

LSOA

Chiều dài vùng tích cực SOA

Lf

Suy hao bộ lọc quang

LF

Độ dài khung PPM

Lexcess

Suy hao vượt của bộ chia

Lsplitter

Suy hao xen của bộ chia

Lcombiner

Suy hao xen của bộ kết hợp

LSPPRT

Suy hao công suất tổng do MPPRT

mA

Giá trị thập phân của các bít địa chỉ dạng nhị phân

mk(t)

Xung tương hợp đầu ra tương quan thứ k

N

Số bít địa chỉ mào đầu gói

Ni

Mật độ hạt mang ban đầu

N0

Mật độ hạt mang tại điểm truyền qua (trong suốt)

Nss

Mật độ hạt mang ở trạng thái ổn định

N(t)

Mật độ hạt mang

Nk

Số xung trong một mẫu địa chỉ Ek (số các thành phần Pk)

Nk,tot

Tổng số mẫu địa chỉ trong bảng định tuyến

NFSOA

Hệ số nhiễu của SOA

in

Hệ số ghép đầu vào SOA

out

Hệ số ghép đầu ra SOA

P

Công suất tín hiệu quang


xiv

𝑃𝑎𝑣𝑔

Công suất phát quang trung bình

PCP

Công suất đỉnh của xung quang điều khiển

Pe

Công suất đỉnh của xung e(t) đầu vào MPPRT

PE-k

Công suất ở đầu ra MPP-SRT

Pi

Công suất đỉnh của xung đầu vào

Pin(t)

Gói tin đầu vào

Pout,k(t)

Gói chuyển mạch ở cổng ra thứ k

Pk

Tập giá trị thập phân của các mẫu địa chỉ có cùng cổng ra k

𝑃𝐿𝑃

Xác suất mất gói

Prx

Công suất thu trung bình

Ps

Công suất thu trung bình không có RCXT

Pt

Công suất tín hiệu kênh mong muốn chuyển mạch

q

Điện tích điện tử

R

Tỉ lệ giảm công suất

R (%)

Tỉ lệ giảm tính theo phần trăm thời gian xử lý mào đầu gói

RA

Hệ số không phát xạ

RB

Hệ số tái kết hợp phát xạ tự phát

Rb

Tốc độ bit gói dữ liệu

RC

Hệ số tái kết hợp Auger

RCXT

Xuyên nhiễu dư

RL

Trở tải của bộ tách sóng quang

RS

Tốc độ tái kết hợp

Rp

Đáp ứng bộ thu quang

RINT

Nhiễu cường độ tương đối của máy phát

RINSMZ

Nhiễu cường độ tương đối của SMZ

2
𝜎𝑡𝑚

Phương sai nhiễu tổng khi thu tín hiệu tương ứng bít 1 (điểm cực)

2
𝜎𝑡,𝑠

Phương sai nhiễu tổng khi thu tín hiệu tương ứng bít 0 (điểm không)

2
𝜎𝑅𝐼𝑁

Phương sai nhiễu cường độ tương đối RIN

2
𝜎𝑆𝑂𝐴

Phương sai nhiễu ASE của SOA


xv

2
𝜎𝑟𝑒𝑐

Phương sai nhiễu nổ và nhiễu nhiệt của máy thu



Cường độ lưu lượng

TACM

Thời gian trễ yêu cầu để chuyển đổi địa chỉ PPM

TAND

Thời gian tương quan quang

Tb

Chu kỳ bit

Tpacket

Chu kỳ gói

TCEM

Thời gian yêu cầu để tách định thời trong CEM

Tdelay

Thời gian trễ giữa hai tín hiệu điều khiển

THP

Thời gian xử lí mào đầu

THR

Thời gian yêu cầu để nhận dạng mào đầu

Tk

Nhiệt độ Kelvin

TMPPM-HP

Thời gian xử lí yêu cầu cho khối MPPM-HP

Ts

Độ dài khe PPM

TSW

Độ rộng thời gian cửa sổ chuyển mạch

TMPPRT

Thời gian yêu cầu để tạo các mẫu địa chỉ trong MPPRT

𝜏𝑠

Thời gian sống hạt mang

tbias

Thời gian đạt trạng thái ổn định

U

Hiệu quả sử dụng mạng

V

Thể tích vùng tích cực SOA

Vg

Vận tốc nhóm

V()

Phương sai tín hiệu mong muốn

WSOA

Chiều rộng vùng tích cực SOA

W

Số bước sóng trên một cổng nút OPS

XMPPM

Địa chỉ MPPM chuyển đổi

x(t)

Xung định thời đầu vào của ACM

z

Chiều dài

xvi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Kiến trúc chung của mạng chuyển mạch gói quang [124].......................10
Hình 1.2: Sơ đồ khối chung của nút chuyển mạch gói quang [97]. .........................11
Hình 2.1: Cấu trúc cơ bản của UNI [10]..................................................................32
Hình 2.2: Chuyển mạch quang cực nhanh TOAD [80]. ...........................................33
Hình 2.3: Chuyển mạch quang cực nhanh MZI:(a) CPMZ, (b) SMZ và (c) Cửa sổ
chuyển mạch MZI [80]. ............................................................................................34
Hình 2.4: Cấu trúc bộ khuếch đại quang bán dẫn SOA [59]. ..................................35
Hình 2.5: Dạng xung Gausian quang đầu vào trong khảo sát. ................................39
Hình 2.6: Đáp ứng khuếch đại chuẩn hóa của SOA khi không có tín hiệu vào…. ...40
Hình 2.7: Công suất đầu vào yêu cầu cho chuyển mạch như một hàm của dòng định
thiên tại các bước sóng khác nhau ............................................................................40
Hình 2.8: Công suất đầu vào yêu cầu cho chuyển mạch theo dòng định thiên với các
chiều dài của SOA khác nhau. ..................................................................................41
Hình 2.9: Cấu trúc của chuyển mạch SMZ thông thường ........................................42
Hình 2.10: Các mặt cắt khuếch đại theo thời gian của SOA1 và SOA2 trong chuyển
mạch SMZ với TSW= 12,5ps.......................................................................................44
Hình 2.11: Cấu trúc của chuyển mạch SMZ với coupler đầu ra không đối xứng và
xung điều khiển có công suất khác nhau ở hai nhánh. .............................................45
Hình 2.12: Các mặt cắt khuếch đại G1 và G2 theo thời gian của SOA1 và SOA2 trong
chuyển mạch SMZ với TSW= 12,5ps đối với lược đồ xung điều khiển có công suất
không bằng nhau với Ropt= 0,375 dB. .......................................................................46
Hình 2.13: Mặt cắt cửa sổ chuyển mạch đối với SMZ: (a) sử dụng coupler đầu ra đối
xứng (50:50); (b) sử dụng coupler đầu ra có tỉ số ghép α=0,6 (60:40)[77] ............47
Hình 2.14: Sơ đồ khối của hệ thống OTDM điển hình với bộ tách kênh dựa trên
chuyển mạch SMZ. ....................................................................................................48
Hình 2.15: Mô hình mô phỏng hệ thống OTDM sử dụng chuyển mạch SMZ trong
phần mềm OptiSystem. ..............................................................................................52

xvii

Hình 2.16: BER của kênh tín hiệu cần tách thay đổi theo công suất đỉnh của tín hiệu
điều khiển CP. ...........................................................................................................55
Hình 2.17: BER của kênh tín hiệu cần tách thay đổi theo công suất đỉnh của tín hiệu
điều khiển CP. ...........................................................................................................55
Hình 2.18: BER của kênh tín hiệu cần tách thay đổi theo tỉ số giảm của các xung điều
khiển CP khi R=0-1,9dB. ..........................................................................................56
Hình 2.19: BER của kênh tín hiệu cần tách thay đổi theo tỉ số ghép αC của coupler
đầu ra. .......................................................................................................................56
Hình 2.20: Xuyên âm dư theo mô phỏng thay đổi theo tỉ số giảm (R). .....................57
Hình 2.21: Độ thiệt thòi công suất thu Prx thay đổi theo R với TSW=12,5ps. .........57
Hình 2.22: Kết quả mô phỏng BER kênh thứ nhất, TSW=12,5 ps..............................58
Hình 3.1: Cấu trúc gói quang với địa chỉ mào đầu dạng PPM [79]. .......................61
Hình 3.2: Bảng định tuyến thông thường (với N=5, có thể có 32 mẫu địa chỉ P) tại
một nút và các tương quan tuần tự [41]. ..................................................................62
Hình 3.3: Tương quan giữa địa chỉ PPM và các mẫu địa chỉ trong PPRT tiêu chuẩn
[41]. ..........................................................................................................................65
Hình 3.4: Sơ đồ khối MPPRT đối với địa chỉ mào đầu gói 5 bit (N=5) cho nút OPS
có 4 cổng đầu ra (K=4). ............................................................................................69
Hình 3.5: Thời gian xử lí mào đầu thay đổi theo số bit trong địa chỉ mào đầu
khi C=1, C=2 hoặc C=3; Tb=100ps (Rb=10Gb/s); TCE=200ps; TSW=100ps...........73
Hình 3.6: Thời gian xử lí mào đầu thay đổi theo số bit trong địa chỉ mào đầu
khi C=1, C=2 hoặc C=3; Tb=12,5ps (Rb=80Gb/s); TCE=25ps; TSW=12,5ps. .........74
Hình 3.7: Thời gian xử lí mào đầu thay đổi theo số bit trong địa chỉ mào đầu
khi C=1, C=2 hoặc C=3; Tb=6,25ps (Rb=160Gb/s); TCE=12,5ps; TSW=6,25ps. ....74
Hình 3.8: Thời gian xử lí mào đầu thay đổi theo tốc độ bit truyền gói khi N=14 và
C=1, C=2 hoặc C=3. ............................................................................................... 75

Hình 3.9: Tỉ lệ giảm (theo phần trăm) giữa thời gian xử lí mào đầu MPPM và thời
gian xử lý mào đầu PPM thay đổi theo trường bit địa chỉ mào đầu khi C=1, C=2
hoặc C=3; Rb=10Gb/s, Rb=80Gb/s hoặc Rb=160Gb/s. ...........................................76


xviii

Hình 3.10: Công suất quang trung bình thay đổi theo số bit trong địa chỉ mào đầu
với POOK=0 dBm và C=1, C=2 hoặc C=3. ............................................................76
Hình 4.1: Kiến trúc nút lõi toàn quang đề xuất dựa trên MPPM-HP. .....................79
Hình 4.2: Kiến trúc nút lõi toàn quang dựa trên MPPM-HP với N=5, C=2. ..........80
Hình 4.3: Mô hình cấu trúc của khối MPPM-HP. ....................................................83
Hình 4.4: Tách định thời dựa trên 2 chuyển mạch SMZ nối tầng [26],[41]. ...........84
Hình 4.5: Dạng ghép thời gian và mã hóa nhị phân gói quang với xung định thời (1
bit), mào đầu (5 bit) và tải trọng. ..............................................................................85
Hình 4.6: (a) Các gói dữ liệu đầu vào, (b) xung định thời tách tại đầu ra SMZ-1, (c)
xung định thời tách tại đầu ra SMZ-2 với tín hiệu dư đã được khử. ........................87
Hình 4.7: Sự phụ thuộc của CR theo công suất đỉnh xung gói vào với các giá trị GCP
khác nhau. .................................................................................................................88
Hình 4.8: Khối tách mào đầu MPPM toàn quang. ...................................................88
Hình 4.9: Chuyển mạch dựa trên 2 SMZ 1×2 tỉ số nghịch đảo cao [41]:
(a) không có tín hiệu điều khiển, (b) có tín hiệu điều khiển. .....................................90
Hình 4.10: Sự phụ thuộc của CRCH2 theo CPSMZ1-OP1 và CPSMZ1-OP2.........................91
Hình 4.11: Khối tạo bảng định tuyến con. ................................................................92
Hình 4.12: Công suất đầu vào Pe tỉ lệ nghịch với công suất đầu ra của mẫu địa chỉ
PE-k MPPRT thứ k. .....................................................................................................93
Hình 4.13: Công suất đầu vào Pe tỉ lệ nghịch với công suất đầu ra của mẫu địa chỉ
PE-k PPRT thứ k. ........................................................................................................93
Hình 4.14: (a) Tương quan của XMPPM và Em ; ( b) Cổng tương quan AND dựa vào
chuyển mạch SMZ [41], ............................................................................................94

Hình 4.15: Sơ đồ thiết lập định tuyến đa chặng. ....................................................... 97
Hình 4.16: Hiệu quả sử dụng mạng phụ thuộc vào chiều dài gói khi Rd=10Gb/s (a)
N=5, C=2, TPPM-HP 800ps, TMPPM-HP 425ps và Tpacket<10ms (b) N=5, C=2, TPPMHP 800ps, TMPPM-HP 425ps và Tpacket<10s (c) N=5, C=2, TPPM-HP
800ps, TMPPM-HP 425ps và Tpacket<0,01s. .....................................................99


Luận án đầy đủ ở file: Luận án full