Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu giải pháp cải thiện hiệu năng mạng chuyển mạch gói quang (OPS)

Chia sẻ: Trần Văn Gan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:159

Thêm vào BST

Báo xấu

39
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích của luận án nhằm Nghiên cứu tổng quát về OPS: Tập trung nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu năng; Phân tích đánh giá các kết quả nghiên cứu của các tác giả đi trước để rút ra những hạn chế và phát hiện hướng nghiên cứu của mình. Đề xuất ý tưởng nâng cao hiệu năng, tiến hành nghiên cứu xây dựng giải pháp nâng cao hiệu năng dựa trên các ý tưởng khả thi. Kiểm chứng các giải pháp đã nghiên cứu xây dựng. Luận án sử dụng mô hình giải tích và mô hình mô phỏng để kiểm chứng.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu giải pháp cải thiện hiệu năng mạng chuyển mạch gói quang (OPS)

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 Amplified Spontaneous Phát xạ tự phát được khuếch ASE Emission đại Phương thức truyền không ATM Asynchronous Transfer Mode đồng bộ AWG Arrayed Waveguide Grating Cách tử ống dẫn sóng dãy B BER Bit Error Rate Tỉ số lỗi bít BPF BandPass Filter Bộ lọc thông băng BRF Birefringent Fiber Sợi chiết quang Chuyển mạch quảng bá lựa BSS Broadcast and Select Switch chọn C CEM Clock Extraction Module Khối tách định thời CCW Counter ClockWise Ngược chiều kim đồng hồ CP Control Pulse Xung điều khiển Bộ Mach-Zehder xung va CPMZ Colliding-Pulse Mach-Zehnder chạm CR Contrast Ratio Tỉ số phân biệt CW ClockWise Cùng chiều kim đồng hồ D DEMUX DeMultiplexer Bộ tách kênh Dense Wavelength Division Ghép kênh theo bước sóng mật DWDM Multiplexing độ cao
viii F FBG Fiber Bragg Grating Cách tử Bragg sợi FIFO First In First Out Vào trước ra trước Độ rộng tối đa tại nửa giá trị FWHM Full Width at Half Maximum cực đại FWM Four Wave Mixing Trộn bốn sóng G GVD Group Velocity Dispersion Tán sắc vận tốc nhóm I IP Internet Protocol Giao thức Internet K KEys to Optical Packet Các vấn đề then chốt của KEOPS Switching chuyển mạch gói quang L LSP Lightwave Switched Path Đường chuyển mạch quang M Micro-Electro-Mechanical MEMS Hệ vi cơ điện Systems Modified Pulse Position MPPM Điều chế vị trí xung sửa đổi Modulation MPPM- MPPM- Address Conversion Khối chuyển đổi địa chỉ sang ACM Module MPPM MPPM- MPPM- Header Extraction Khối tách mào đầu MPPM 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
ix MUX Multiplexer Bộ ghép kênh MZI Mach-Zehnder Interferometer Bộ giao thoa Mach-Zehnder N NOLM Nonlinear Optical Loop Mirror Gương vòng quang phi tuyến O 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 Chuyển đổi quang/ điện/ O/E/O Optical/Electronic/Optical quang 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 Điều khiển chuyển mạch toàn OSC OS Control quang Optical Time Division Ghép kênh quang phân chia OTDM Multiplex thời gian OXC Optical Cross-Connect Bộ nối chéo quang P 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
x Polarisation Sentitive optical Bộ cách li quang nhạy phân PSI Isolator cực Q QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ R The Research and development Chuyển mạch quang ATM- in Advanced Communications RACE Dự án nghiên cứu và phát triển in Europe- Asynchronous ATMOS truyền thông tiên tiến ở Châu Transfer Mode Optical Âu Switching 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 S SDH Synchronous Digital Hierachy Phân cấp số đồng bộ Switch with Large Optical Chuyển mạch có các bộ đệm SLOB Buffers quang lớn Bộ giao thoa Mach-Zehnder SMZ Symmetric Mach-Zehnder đối xứng SNR Signal Noise Ratio Tỉ số tín hiệu trên nhiễu Semiconductor Optical SOA Bộ khuếch đại quang bán dẫn Amplifier SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ Bộ chuyển đổi nối tiếp sang SPC Serial to Parallel Converter song song SPM Self Phase Modulation Tự điều chế pha SW Switching Window Cửa sổ chuyển mạch
xi T Terahertz Optical Asymmetric Bộ ghép không đối xứng TOAD Demultiplexer quang terahertz U Chuyển mạch quang cực UF-OSW UltraFast- Optical Switching nhanh Ultrafast Nonlinear Bộ giao thoa phi tuyến cực UNI Interferometer nhanh W Wavelength Switched Packet Mạng gói chuyển mạch bước WASPNET Network sóng Wavelength Division Ghép kênh phân chia theo WDM Multiplexing bước sóng WR Wavelength Routing Định tuyến bước sóng Chuyển mạch định tuyến bước WRS Wavelength Routing Switch sóng WWW World Wide Web Mạng Internet toàn cầu X XPM Cross Phase Modulation Điều chế pha chéo XGM Cross Gain Modulation Điều chế khuếch đại chéo
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