DUY TRÌ TRONG MẠNG QUANG WDM CHƯƠNG 3_2

Chia sẻ: Tran Le Kim Yen Tran Le Kim Yen | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:22

Thêm vào BST

Báo xấu

46
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong đó r biểu thị số lượng bộ thu phát cho mỗi node, mỗi bộ thu phát này hoạt động ở một bước sóng khác nhau, S biểu thị tốc độ dữ liệu của mỗi bộ thu phát

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: DUY TRÌ TRONG MẠNG QUANG WDM CHƯƠNG 3_2

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN THÔNG TIN QUANG ĐỀ TÀI: DUY TRÌ TRONG MẠNG QUANG WDM CHƯƠNG III. MẠNG MAN ĐƠN CHẶNG LỰA CHỌN BƯỚC SÓNG DỰA TRÊN AWG Trong đó r biểu thị số lượng bộ thu phát cho mỗi node, mỗi bộ thu phát này hoạt động ở một bước sóng khác nhau, S biểu thị tốc độ dữ liệu của mỗi bộ thu phát, N biểu thị số lượng node trong mạng và h biểu thị khoảng cách chặng trung bình của mạng. Chúng ta giả thiết thiết rằng việc gửi nhận các gói tin ở đây là các gói tin có kích thước cố định. Cần nhớ rằng trong mạng đơn chặng mỗi node được trang bị rS bộ thu phát chuyển đổi được trong đó 1≤rS≤N-1. Đối với mạng đơn chặng chúng ta giả thiết rằng các bộ thu phải được chuyển tới mỗi bước sóng đối với mỗi gói tin truyền dẫn. Do đó sự ước lượng dung lượng của chúng ta là khá ôn hoà ở khía cạnh là mỗi bộ thu, nói chung, có thể được chuyển tới cùng một bước sóng khi đang truyền dẫn nhiều hơn một gói tin theo hai hướng. Giả thiết τ biểu thị thời gian chuyển đổi của các bộ
thu khác không. Thời gian này giảm một cách đáng kể tốc độ dữ liệu của mỗi bộ thu phát. Kết quả là tốc độ dữ liệu mạng cho mỗi bộ thu phát biểu thị bởi: SS = L .S (4.7) L+ 1 (4.8) L = .S ,  L 1+ L Trong đó τL biểu thị thời gian chuyển đổi bộ thu phát đã được bình thường hoá bởi thời gian truyền dẫn gói tin L. Với khoảng cách chặng trung bình hS =1 thì dung lượng của mạng đơn chặng sẽ là: CS rS . S . (4.9) = N 1 + L
Hình 3.8 Khoảng cách chặng trung bình và rM với N = 16 Trong mạng đa chặng mỗi node có rM bộ thu phát trong đó 1≤rM≤N- 1. Vì các bộ thu phát này là cố định nên sẽ không có thiết hại do thời gian chuyển đổi. Kết quả là tốc độ dữ liệu hiệu quả sẽ bằng S. Sử dụng giới hạn dưới của khoảng cách chặng trung bình cho trong phương trình 4.5 sẽ cho giới hạn trên của dung lượng mạng đa chặng như sau: CM≤ rM . S . N (4.10) hM rM . S . N . (N-1) [ N-1 ][ N-1 ]+1 rM rM rM + [(N-1) mod rM] [ N-1 2 rM * Tính toán với một vài giá trị thực tế.
Trong các kết quả dưới đây chúng ta xem xét các gói tin với kích thước cố định 1500 byte được thu – phát với tốc độ 10Gb/s. Vì thế thời gian truyền dẫn một gói tin sẽ là L = 1,2µs. Độ lớn của kênh được giả thiết là 100GHz (tương ứng với 0,8nm tại bước sóng 1,55µm). Đầu tiên chúng ta xem xét mạng đơn chặng trong đó mỗi node có các bộ thu phát quang âm chuyển đổi nhanh với thời gian chuyển đổi là 10ns. Nó sẽ dân đến thời gian chuyển đổi bộ thu phát đã bình thường hoá là rL=8,33.10-3. Với độ rộng kênh là 0,8nm và dải chuyển đổi bộ thu phát giới hạn là 10-15nm thì số lượng các bước sóng sẵn sàng sấp xỉ bằng 16. Điều này cho phép hiện thực hoá mạng đơn chặng và đa chặng với kích thước lên tới N=16 node. Hình 3.8 biểu thị khoảng cách chặng trung bình của hai loại mạng trên như là hàm của số lượng các bộ thu phát rM cố định được sử dụng tại mỗi node của mạng đa chặng. Rõ ràng là, khoảng cách chặng trung bình trong mạng đơn chặng luôn là 1 không phụ thuộc vào rM và đóng vai trò như một tham chiếu cho khoảng cách chặng trung bình của mạng đa chặng tương ứng. Đối với mạng đa chặng hình 3.8 chỉ ra giới hạn dưới của khoảng cách chặng trung bình được nêu ở phương trình 4.5. Chúng ta thấy rằng giới hạn dưới sẽ giảm nhanh chóng khi rM tăng. Kết quả là một vài bộ thu phát cố định tại mỗi node là đủ để giảm khoảng cách chặng trung bình của mạng đa chặng một cách đáng kể và tiếp cận với khoảng cách chặng trung bình của mạng đơn chặng. Bổ sung thêm các bộ thu phát cho mỗi node sau đó chỉ có tác dụng nhỏ lên khoảng cách chặng trung bình của mạng đa chặng. Cần
chú ý rằng rM=(N-1) = 15 thì cả mạng đơn chặng và đa chặng đều có khoảng cách chặng trung bình bằng 1. Tuy nhiên từ quan điểm dung lượng mạng thì rất có hiệu quả nếu trang bị cho mỗi node trong mạng đa chặng càng nhiều bộ thu phát cố định càng tốt. Hình 3.9 miêu tả giới hạn trên của dung lượng đối với mạng đa chặng, được cho trong phương trình 4.11, như là hàm của rM. Dung lượng của mạng đa chặng tăng theo hàm mũ hai khi rM tăng. Điều này là bởi vì thực tế rM lớn không chỉ làm giảm khoảng cách chặng trung bình mà còn tăng tính đồng bộ bằng cách sử dụng đồng thời tất cả rM bộ thu phát tại mỗi node. Để so sánh hình 3.9 cũng chỉ ra dung lượng của mạng đơn hơp với số lượng bộ thu phát rS=1 tại mỗi node được cho trong phương trình 4.9. Chú ý rằng mạng đa chặng cần ít nhất bốn bộ thu phát cố định cho mỗi node để đạt được dung lượng bằng với mạng đơn chặng có một bộ thu phát chuyển đổi được ở mỗi node. 2500 Single-hop network 2000 Multihop network 1500 1000 500 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Number of Fixed-tuned Transceivers
Hình 3.9 Mạng dung lượng vàrM với N = 16 (rS=1, cố định) Chúng ta đã thấy rằng đối với một độ rộng kênh cho trước số lượng node N xác định dải chuyển đổi cần thiết của các bộ thu phát chuyển đổi được được sử dụng trong mạng đơn chặng. Với độ rộng kênh là 0,8nm và kích thước lên tới 16 node chúng ta có thể sử dụng các bộ thu phát quang điện với thời gian chuyển đổi không đáng kể. Tuy nhiên với số lượng node lớn hơn thì chúng ta phải sử dụngcác loại bộ thu phát khác với dải chuyển đổi rộng hơn và phải trả giá bởi sự mở rộng đáng kể thời gian chuyển đổi. Do đó với N > 16 các bộ thu phát quang âm cần phải được sử dụng. Chúng có thời gian chuyển đổi trường lớn hơn so với các bộ thu phát quang điện tương ứng dẫn đến thời gian chuyển đổi trung bình hoá là bình thường hoá τL=8,33. Ảnh hưởng của các thời gian chuyển đổi bộ thu phát khác nhau lên dung lượng mạng đơn chặng được chỉ ra trong hình 3.10 cho 2≤N≤32 và rS=1. Chúng ta thấy rằng dung lượng mạng đơn chặng sẽ tăng tuyến tính theo N khi N≤16. Có điều này bởi vì mỗi node bổ sung sẽ có đóng góp như nhau vào dung lượng tổng. Khi N>16 các bộ thu phát quang âm với dải chuyển đổi lớn hơn sẽ phải được sử dụng. Trễ chuyển đổi bộ thu phát của loại này sẽ làm giảm đáng kể dung lượng mạng. Cần chú ý rằng với N>16 dung lượng mạng cũng vẫn tăng tuyến tính theo N nhưng với độ dốc nhỏ hơn.
Network Capacity [Gbps] Hình 3.10 Mạng dung lượng vàrM với N (rS=1, rM=1 cố định) Ngoài ra hình 3.10 còn biểu thị giới hạn trên của dung lượng cho mạng đa chặng với rM =1 bộ thu phát cố định cho mỗi node. Điều thú vị là giới hạn này là hằng số khi thay đổi N. Có điều này bởi vì khi tăng N thì nhiều node sẽ được bổ sung vào dung lượng mạng nhưng mỗi node lại phải chuyển tiếp nhiều gói tin hơn do khoảng cách chặng trung bình tăng lên. Điều này lại dẫn tới làm giảm độ tận dụng kênh và làm giảm tốc độ dữ liệu mạng trên mỗi node. Điều này được thể hiện trong phương trình 4.11 trong đó giới hạn dưới của khoảng cách chặng trung bình cho mạng đa chặng tỷ lệ trực tiếp theo N. Kết quả là, giới hạn trên của dung lượng CM = 2.S = 20Gbit/s không phụ thuộc vào N. Các kết quả tương tự cũng có thể thực hiện cho rM >1.
* Ưu nhược điểm của mạng đơn chặng Chúng ta đã xem xét các mô hình đơn chặng và đa chặng logic dựa trên AWG ở các mặt khoảng cách chặng trung bình và dung lượng. Mạng đơn chặng cho khoảng cách chặng trung bình tối thiểu bằng 1 nhưng đòi hỏi các bộ thu phát chuyển đổi được tại mỗi node. Ngược lại, các bộ thu phát trong mạng đa chặng thì không cần chuyển đổi được nhưng khoảng cách chặng trung bình nói chung lại lớn 1. Trong khi trang bị cho mỗi node các bộ thu phát bổ sung thì khoảng cách chặng trung bình trong mạng đa chặng sẽ giảm nhưng vố mạng đơn chặng thì khoảng cách chặng trung bình lại không phụ thuộc vào số lượng các bộ thu phát trong mỗi node. Ưu điểm của mạng đơn chặng + Tính trong suốt: Khác với mạng đa chặng, các gói tin trong mạng đơn chặng không phải truyền dẫn qua node trung gian dọc theo đường tới node đích của nó do đó tránh được bất cứ một chuyển đổi quang- điện-quang nào. Vì không có quá trình xử lý điện liên quan nên mạng đơn chặng không quan tâm tới cấu trúc dữ liệu và có thể mang đồng thời các giao thức khác nhau và các lược đồ mã hoá bit khác nhau. Hơn thế, chúng có thể mang một dải tốc độ bit khá lớn. Ngược lại các giải pháp OEO mạng loại lưu lượng duy nhất và đòi hỏi các thiết bị chuyển đổi có giá thành cao từ các giao thức khác đối với các chuẩn được hỗ trợ. Nó cũng nâng tính phức tạp của việc quản lý mạng.
+ Đơn giản hoá việc quản lý: Mạng đơn chặng dựa trên AWG là hoàn toàn thụ động và tỷ lệ bít/gói tin chỉ thay đổi tại biên giới của mạng. Tất cả sự thông minh mạng được chuyển vào phần ngoại vi mạng sẽ làm đơn giản hoá việc quản lý mạng. mạng đơn chặng cũng chịu đựng tốt hơn đối với các lỗi node so với mạng đa chặng vì các node này không tham gia vào qua trình chuyển tiếp gói tin. + Phù hợp với xu thế: Như đã được chỉ ra ở trên các mạng đơn chặng có khả năng mang hầu hết các giáo thức trong tương lai với các tốc độ khác nhau mà không phải thay thế các thành phần linh kiện mạng. Các dịch vụ tương lai như là thuê một bước sóng sẽ dễ dàng được hiện thực hoá. Để nâng cấp tốc độ bit giữa một cặp node cho trước bất kỳ, chỉ node nguồn và node đích cần sử dụng các linh kiện tiên tiến mới. Không giống như mạng đơn chặng, tất cả các node trung gian trong mạng đa chặng đều phải cần nâng cấp. + Giảm thiểu xử lý: Trong mạng đơn chặng không node trung gian nào phải lo lắng về việc lưu trữ và chuyển tiếp gói tin. Mỗi node chỉ phải xử lý các gói tin được đánh địa chỉ đến chính nó. + Nâng cao hiệu năng trễ-thông lượng: Trong mạng đơn chặng không xảy ra lãng phí băng thông do việc chuyển tiếp gói tin nên nâng cao được độ tân dụng kênh và thông lượng. Nói chung, mạng đơn chặng cung cấp trễ gói tin nhỏ hơn so với mạng đa chặng. Trong mạng đa chặng trễ có thể lớn vì truyền dẫn một gói tin giữa hai node đôi khi chỉ có thể thông qua rất nhiều chặng, mỗi lần vượt qua một AWG. Điều này
có nghĩa là một tuyến đi dài hơn và do đó gây tăng cương trễ. Nó là thành phần trễ chính trong các mạng tốc độ cao. Nhược điểm của mạng đơn chặng là giới hạn về vùng phủ địa lí, khả năng kết hợp truyền dẫn phức hợp giữa các bộ thu chuyển đổi được, và chi phí hệ thống tương đối cao vì các bộ thu phát chuyển đổi được có giá thành cao. Các mạng đơn chặng là giải pháp đầy hứa hẹn cho mạng nội thị và mạng nội hạt nhưng không là giải pháp cho các mạng diện rộng. Các mạng đường dài thường là các mạng đa chặng chuyển đổi OEO tại các node trung gian để tái tạo tín hiệu, xử lý gói tin, và đệm. Trong mạng đơn chặng dựa trên AWG cả bộ thu và bộ phát đều phải chuyển đổi được do độ trễ chuyển đổi khác nhau rất lớn của các loại bộ thu phát khác nhau nên chỉ có các bộ thu phát quang điện với thời gian chuyển đổi vài nano giây là phù hợp để hiện thực hoá các mạng đơn chặng chuyển mạch gói đặc biệt trong môi trường tốc độ cao. Các bộ thu phát chuyển đổi nhanh với thời gian chuyển đổi vài ns đã được sử dụng trong các thí nghiệm mạng WDM nội thị. Với sự xuất hiện của laze DBR lưới mẫu hoá, các bộ thu phát chuyển đổi được không chỉ có thời gian chuyển đổi không đáng kể mà còn có dải chuyển đổi được mở rộng đáng kể lên tới hàng chục nm, công suất đầu ra lớn và tỷ lệ nén mode bên lớn. Tuy nhiên các bộ thu chuyển đổi nhanh vẫn chưa có trên thị trường tại thời điểm viết đồ án này. Chúng ta hy vọng rằng khó khăn về mặt công nghệ này sẽ nhận được nhiều sự quan tâm hơn. Việc sử dụng các bộ thu phát chuyển đổi được thực sự mang lại các lợi ích :
1. Khả năng thu được gói tin tốt hơn so với một hoặc nhiều bộ thu cố định vì các bước sóng mà các bộ thu cố định rằng đang dùng có thể bị sử dụng bởi các node khác và một node cho trước sẽ không thể thu được bất cứ gói tin nào mặc dù bước sóng khác vẫn rỗi. 2. Cho phép cân bằng tải vì lưu lượng giữa một cặp node cho trước có thể gửi trên bất cứ bước sóng nào. Đặc biệt với lưu lượng không đồng bộ, cân bằng tải tăng cường tận dụng kênh và nâng cao hiệu năng trễ thông lượng của mạng. 3. Tránh được việc phải gán một bước sóng dành riêng cho bộ thu cố định của một hoặc nhiều node sẽ làm giảm độ tận dụng kênh vì một bước sóng cho trước không thể sử dụng bởi các bộ thu khác khi nó rỗi. 4. Hỗ trợ đa phiên sẽ không hiệu quả trong một mạng với node sử dụng bộ thu cố định. Trong một hệ thống với mỗi node có một kênh dành riêng để thu, một gói tin đa hướng cho trước phải truyền rất nhiều lần. Điều này dẫn tới giảm hiệu quả băng thông so với một hệ thống trong đó mỗi node có thể chuyển bộ thu của nó tới bước sóng tương ứng của node nguồn. Các bộ thu nhạy cảm bước sóng thì đắt hơn các bộ thu cố định. Mặc dầu rất khó để dự đoán giá của các bộ thu phát chuyển đổi được sẽ có trong thị trường trong tương lai nhưng chúng ta cũng có thể rút ra được một số nhận xét sau. Vì lý do kinh tế, mỗi node trong mạng đơn chặng dựa trên AWG không nên sử dụng nhiều hơn một bộ thu phát chuyển đổi nhanh. Cần chú ý rằng một bộ thu chuyển đổi cho một node có thể đủ để tạo ra hiệu năng gần với giới hạn trên. Điều này là bởi vì đối với lưu lượng đồng dạng và một số nhỏ bước sóng xác suất có nhiều hơn một gói tin định tuyến tới một node đich và tìm thấy được một bước sóng rỗi là rất nhỏ. Với kiểu lưu lượng không đồng dạng ví dụ các máy chủ thể hiện các điểm
nóng mạng sẽ không thể đủ khi chỉ trang bị cho các node điểm nóng nhiều bộ thu phát trong khi các node còn lại vẫn chỉ sử dụng một bộ thu phát duy nhất. Trong mạng thực tế mỗi bộ thu phát chuyển đổi được phải được bảo vệ bởi một bộ thu phát thứ cấp để đảm bảo tính tồn tại trong trường hợp xảy ra lỗi. Do đó trong mạng đơn chặng thực tế mỗi node sẽ bao gồm hai bộ thu phát chuyển đổi được giống hệt nhau. Trong khi mạng đa chặng yêu cầu nhiều hơn một bộ thu phát dự phòng tại mỗi node. Mỗi bộ thu phát cố định phải được bảo vệ bởi một bộ thu phát khác hoạt động ở cùng bước sóng. Kết quả là số lượng các bộ thu phát cố định trong một node trong mạng đa chặng có thể rất lớn. Thông thường dãy các bộ thu phát này được tích hợp trên một chip duy nhất để giảm chi phí. Nếu một bộ thu phát bị hỏng, toàn bộ dãy này phải thay thế làm lãng phí các bộ thu phát vẫn còn hoạt động. Chi phí của mạng không chỉ được quyết định bởi số lượng và loại bộ thu phát mà còn bởi chi phí liên quan tới hoạt động bảo trì tiêu thụ công suất, giám sát hiệu năng và quản lý. Đặc biệt từ quan điểm giám sát hiệu năng và quản lý mạng người ta thích một số lượng nhỏ bộ thu phát trên một node hơn. Vì vậy cho dù giá cả của các bộ thu phát cố định trang bị cho một node có nhỏ hơn bộ thu phát thay đổi được thì xem ra bộ thu phát co thể thay đổi được vẫn có khả năng được lựa chọn nhiều hơn. 3.2.3.2. Mạng đơn chặng dựa trên AWG và PSC Trong phần trước chúng ta đã thất rằng các bộ thu phát chuyển đổi nhanh có thời gian chuyển đổi không đáng kể nhưng có dải chuyển đổi nhỏ. Điều này dẫn tới số lượng bước sóng cho phép là nhỏ. Tuy nhiên tất cả các bước sóng này có thể sử dụng tại mỗi công AWG đồng thời mà không dẫn đến xung đột kênh. Trong phần này chúng ta sẽ phân tích hiệu năng trễ, thông lượng của mạng đơn chặng dựa
trên AWG sẽ được lợi như thế nào từ việc tái sử dụng bước sóng theo không gian. Để thể hiện độ lợi hiệu năng nhờ tái sử dụng bước sóng theo không gian chúng ta sẽ so sánh mạng đơn chặng dựa trên AWG này với một mạng đơn chặng dựa trên PSC. Tới nay hầu hết mạng WDM đơn chặng logic được triển khai trên một cấu hình sao dựa trên PSC vật lý. Mạng này không cho phép tái sử dụng bước sóng theo không gian. Chúng ta sẽ chỉ ra rằng AWG hơn hẳn PSC về mặt thông lượng, trễ và tổn thất gói tin. a. Tái sử dụng bước sóng trong không gian Không giống như PSC, AWG cho phép tái sử dụng bước sóng trong không gian nghĩa là mỗi bước sóng có thể được sử dụng tại tất cả các cổng vào AWG một cách đồng thời mà không dẫn tới xung đột kênh tại các cổng ra AWG. Một cách lý tưởng AWG sẽ định tuyến mỗi bước sóng tới một cổng ra khác nhau mà không gây nên xuyên âm kênh tại các cổng ra AWG còn lại. Tuy nhiên AWG thực tế chịu ảnh hưởng bởi dò rỉ do các lỗi pha đường quang. Kết quả là mỗi bước sóng được định tuyến không chỉ tới cổng ra AWG mong muốn mà còn được thu một phần tại các cổng ra AWG còn lại. Điều này dẫn tới sử dụng cùng một bước sóng tại nhiều cổng vào AWG đồng thời sẽ dẫn tới nhiễu do xuyên âm tín hiệu tại các cổng ra AWG. Nhiễu này có cùng bước sóng với tín hiệu và không thể loại bỏ được bởi các bộ giải ghép kênh. Nhiễu homodyne này sẽ tạo ra giới hạn cho mạng về tốc độ bit, số lượng kênh bước sóng trên một sợi quang và số lượng các cổng đầu vào/đầu ra AWG. Xuyên âm tín hiệu có ảnh hưởng nghiêm trên lên tỷ lệ lỗi bít (BER). Nó không phụ thuộc vào tốc độ bít, tổn hao công suất ở trường hợp kém nhất đối với trạng thái phân cực ghép được cho bởi công thức
P = - 5log10 [1- 4q2 A 10edB/10]dB Trong đó, edB là thành phần (trong trường hợp AWG của chúng ta) xuyên âm dưới dạng dB, A biểu thị số lượng thành phần xuyên âm và q = 5,9 cho tỷ lệ lỗi là 10-9. Hình 3.11 thể hiện tổn hao công suất trong phương trình 4.12 cho A{1,2,4,8,16,32,100}. Rõ ràng tái sử dụng bước sóng theo không gian trong một mạng đơn chặng AWG chỉ xảy ra với tổn hao nhất định. Hình 4.7 chỉ ra rằng đối với một AWG thực tế một xuyên âm khoảng –35dB và một tổn hao công suất 1dB. Một bước sóng cho trước không thể tái sử dụng theo không gian nhiều quá 8 lần. Do đó trong đồ án này chúng ta chỉ xem xét AWG có số cổng  8. Chú ý rằng giới hạn này là cho các AWG sử dụng công nghệ Planar. Tuy nhiên bằng cách sử dụng các AWG rỗng không gian có dòng tiêm kênh lân cận nhỏ hơn –40dB và xuyên âm nền nhỏ hơn –60dB đã xuất hiện. Sử dụng AWG rỗng không gian này sẽ có nhiều cổng hơn nhờ đó cho phép tái sử dụng bước sóng theo không gian mở rộng hơn nũa.
A=100 32 16 8 4 2 1 Hình 3.11 Tái sử dụng bước sóng trong không gian làm tăng một cách đáng kể cấp đồng bộ nghĩa là có thê truyền dẫn đồng thời nhiều hơn. Cho N cổng đầu vào, một AWG sử dụng một FSR gồm N bước sóng sẽ có khả năng hỗ trợ lên tới truyền dẫn N2 bước sóng đồng thời so với một PSC chỉ cho phép truyền dẫn N bước sóng đồng thời để không dẫn tới xung đột kênh tại các cổng ra tương ứng. Kết quả là với N node truyền thông đồng thời trong một mạng đơn chặng dựa trên AWG số lượng bước sóng sẽ rất nhỏ vì chỉ cần [ N ] bước sóng tái sử dụng theo không gian tại tất cả các cổng vào AWG trong đó [x] biểu thị số nguyên nhỏ nhất mà lớn hơn hoặc bằng x. Ngược lại trong mạng đơn chặng dựa trên PSC số lượng bước sóng cần thiết sẽ tăng tuyến tính theo số lượng node truyền thông đồng thời N, mỗi node trên một bước sóng riêng. Hình 3.12 thể hiện số lượng bước sóng cần thiết và số lượng node truyền thông đồng thời cho mạng đơn chặng dựa trên AWG và PSC. Rõ ràng AWG cần số lượng bước sóng ít hơn nhiều so với PSC đặc biệt với N. Điều này lại
cho phép mạng đơn chặng dựa trên AWG triển khai các bộ thu phát quang điện có thời gian chuyển đổi vài ns đối với số lượng node mà ở đó một mạng đơn chặng dựa trên PSC đã phải sử dụng các bộ thu phát quang âm. Chúng ta đã biết rằng các bộ thu phát quang âm có dải chuyển đổi rộng nhưng có thời gian trễ chuyển đổi rất lớn. Ví dụ với N=64 node truyền thông đồng thời và độ rộng kênh 1,6nm (200GHz tại 1,55m) Một mạng đơn chặng dựa trên AWG 8x8 chỉ cần các bộ thu phát với dải chuyển đổi 11,2nm so với 100,8nm cho một mạng dựa trên PSC. Do vậy, trong mạng dựa trên AWG 8x8 các bộ thu quang điện có thể sử dụng. Chúng có thời gian chuyển đổi nhỏ hơn nhiều so với bộ thu quang âm bắt buộc phải sử dụng trong mạng dựa trên PSC. Do tổn hao chuyển đổi nhỏ hơn nên các kênh bước sóng được tận dụng hiệu quả hơn so với mạng sử dụng PSC dẫn tới tăng hiệu năng mạng.   15 AWG    PSC  Số lượng bớc sóng yêu 13  11   cầu 9   7   5              3     1 1 3 5 7 9 11 13 15 Số lượng node mạng Hình 3.12 Yêu cầu giữa số lượng bước sóng yêu cầu và số lượng node phát đồng thời
 Kiến trúc và gán bước sóng Để so sánh các mạng đơn chặng dựa trên AWG và PSC chúng ta xem xét một số lượng node N cho trước. Cả hai mạng đều hỗ trợ tính hoàn toàn kết nối và cho phép mỗi node truyền thông ở thời điểm bất kỳ. Trong mạng đơn chặng dựa trên PSC mỗi node được gắn tới một cổng PSC riêng như trong hình 3.13. Mỗi node được trang bị một bộ thu phát giống hết nhau gồm một bộ thu và một bộ phát. Bộ phát của một node được gắn tới một trong N cổng vào PSC trong khi bộ thu tương ứng gắn ở cổng ra đối diện. Vì tất cả các node đều có mụcđích tích cực tại thời điểm bất kỳ nên sẽ cần N bước sóng khác nhau để tránh xảy ra xung đột kênh. Trong mạng đơn chặng dựa trên PSC bộ phát và/hoặc bộ thu của mỗi node phải chuyển đổi được để đảm bảo tính kết nối hoàn toàn cho mạng đơn chặng. Tx Rx 1 1 2 2 PSC NxN N N
Hình 3.12 Kiến trúc mạng đơn chặng dựa trên PSC Với một bộ phát chuyển đổi được và bộ thu cố định, mỗi node có kênh riêng để thu và tất cả node khác phải chuyển đổi bộ phát của nó tới kênh riêng của node đích để truyền thông. Tương tự như vậy với một bộ phát cố định và một bộ thu chuyển đổi được mỗi node truyền trên một kênh riêng và các node còn lại phải chuyển các bộ thu chuyển đổi được của chúng tới bước sóng của node nguồn tương ứng để thực hiện việc thu nhận. Dù trong trường hợp nào mỗi node cũng chịu trễ nhất định khi chuyển đổi bộ phát và/hoặc bộ thu của nó từ một bước sóng tới một bước sóng khác. Trong một mạng đơn chặng dựa trên PSC số lượng cổng của PSC bằng với số lượng node mạng N thì số lượng cổng của AWG chỉ là N (để đơn giản sau đây chúng ta giả thiết rằng N là nguyên, nếu không chúng ta coi nó là [ N ]). Vì thực tế mỗi cổng của AWG N x N thì N bước sóng được tái sử dụng theo không gian tạo ra tổng N kênh cho phép hỗ trợ N node tích cực đồng thời. Hình 3.14 thể hiện mạng đơn chặng dựa trên AWG trong đó đối với mỗi cổng vào và cổng ra AWG một bộ kết hợp N x1 và một bộ chia 1x N được ghép tương ứng. Các thiết bị này là cần thiết để gắn N node tới mỗi cổng AWG. Tất cả các bộ kết hợp và bộ chia phải nhạy cảm bước sóng. Vì trong một mạng đơn chặng dựa trên AWG cả bộ phát và bộ thu đều phải chuyển đổi được để đảm bảo tính kết nối hoàn toàn trong mạng đơn chặng. Mỗi node được trạng bị một bộ thu phát giống hệt nhau gồm một bộ thu chuyển đổi được và một bộ phát chuyển đổi được. Bộ phát chuyển đổi được của một node cho trước được gán tới một trong các cổng vào bộ
kết hợp trong khi bộ thu chuyển đổi được tương ứng nằm ở phía bên kia của cổng ra bộ chia. Mỗi node có khả năng truyền dẫn N bước sóng khác nhau. Chúng được đưa vào các cổng vào AWG tương ứng. Tương tự mỗi node nhận dữ liệu từ các node còn lại trên N bước sóng khác nhau. Do đó các bộ phát và bộ thu phải thu thập và phân phát tất cả N bước sóng một cách tương đương. Nghĩa là cả bộ phát và bộ thu đều phải nhạy cảm bước sóng. Ưu điểm của các bộ chia là chúng có khả năng thực hiện đa hướng quang bằng cách phân phát tín hiệu quang đầu vào ngang nhau tới các bộ thu được ghép. Mặt khác các bộ kết hợp và các bộ chia đều chịu ảnh hưởng của suy hao do chia. Suy hao do chia của mạng đơn chặng dựa trên AWG bằng 2x10log N = 10logN (dB). Nó bằng với suy hao do chia của mạng dựa trên PSC NxN. Tx Rx 1 1 2 x1 +1 x1 ( -1) +1 AWG 2 +1 x1 +2 x1 +2 2 ( -1) +2 x ( -1) +1 x1 x1 ( -1) +2 2 N N Hình 3.14 Kiến trúc mạng đơn chặng dựa trên AWG
Chú ý rằng trong hình 3.14 các bộ thu được ghép theo kiểu vòng lặp. Lý do cho điều này được thể hiện trong hình 3.15 và 3.16 với N = 4. Hình 3.15a thể hiện kiến trúc không sử dụng các bộ thu ghép vòng lặp. Cần nhắc lại rằng mạng này được xây dựng để cho phép tất cả N = 4 node thu/nhận tại thời điểm bất kỳ. Nếu các node được gắn tới cùng một bộ kết hợp truyền thông trên cùng bước sóng đồng thời thì xung đột kênh sẽ xảy ra tại cổng vào AWG tương ứng. Để không những tránh xung đột kênh mà còn cả xung đột bộ thu chúng ta sử dụng một lược đồ gán bước sóng ghép kênh phân chia theo thời gian vòng tròn như được chỉ ra trong hình 3.15b. Thời gian được chia thành các khung lặp lại tuần hoàn. Mỗi khung gồm 4 khe thời gian có độ dài bằng với thời gian truyền dẫn gói tin công với thời gian chuyển đổi bộ thu phát. Thời gian của các gói tin được giả thiết là hằng số. Các bộ thu phát chuyển đổi trên cơ sở mỗi gói tin. Trong mỗi khe, truyền thông giữa N=4 cặp node sẽ xảy ra trong đó X/Y biểu thị node X truyền thông tới node Y. Rõ rằng, bằng thông bị lãng phí trong khe thời gian khi X = Y. Vì đặc trưng định tuyến bước sóng của AWG nên tất cả các khe thời gian chỉ được gán tới bước sóng 1. Rx Tx Rx 1 2x1 2x1 2 2 AWG 2x2 3 3 2x1 2x1 4 4 a)