NGUYÊN CỨU MẠNG MAN CHUYỂN MẠCH GÓI ĐƠN CHẶNG LỰA CHỌN BƯỚC SÓNG DỰA TRÊN AWG CHƯƠNG 3_1

Chia sẻ: Tran Le Kim Yen Tran Le Kim Yen | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

41
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

3.1. Các yêu cầu mạng Mạng phải đạt được một số yêu cầu về cấu trúc và/ hay mức giao thức.Sau đây chúng ta liệt kê các yêu cầu quan trọng phải đạt được khi thiết kế cấu trúc và giao thức mạng. Đặc biệt chú ý tới các mạng metro.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: NGUYÊN CỨU MẠNG MAN CHUYỂN MẠCH GÓI ĐƠN CHẶNG LỰA CHỌN BƯỚC SÓNG DỰA TRÊN AWG CHƯƠNG 3_1

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN THÔNG TIN QUANG ĐỀ TÀI: NGUYÊN CỨU MẠNG MAN CHUYỂN MẠCH GÓI ĐƠN CHẶNG LỰA CHỌN BƯỚC SÓNG DỰA TRÊN AWG CHƯƠNG III. MẠNG MAN ĐƠN CHẶNG LỰA CHỌN BƯỚC SÓNG DỰA TRÊN AWG 3.1. Các yêu cầu mạng Mạng phải đạt được một số yêu cầu về cấu trúc và/ hay mức giao thức.Sau đây chúng ta liệt kê các yêu cầu quan trọng phải đạt được khi thiết kế cấu trúc và giao thức mạng. Đặc biệt chú ý tới các mạng metro. * Độ tin cậy: mạng phải có khả năng cung cấp chức năng end – to – end , đảm bảo mạng phục vụ người dùng trong một khoảng thời gian đã định. * Sự tồn tại: mạng phải có đủ khả năng duy trì mức hoạt động chấp nhận được trong suốt quá trình xảy ra lỗi mạng ( lỗi node và/hay kết nối) bằng cách áp dụng một số kỹ thuật bảo vệ và/hay khôi phục, để ngăn chặn hay tránh dịch vụ ngừng chạy do lỗi mạng.
* Khả năng thay đổi: Phải có thể thêm vào hay bớt các node mạng đi một cách dễ dàng mà không làm ngắt hay có biểu hiện hoạt động của mạng bị xuống cấp. * Sự kết nối: sự kết nối mạng làm cho mỗi node có khả năng truyền thông với tất cả các node mạng khác. Lưu lượng không truyền trên một số lớn các node trung gian để đảm bảo các yêu cầu về tài nguyên và độ trễ truyền thông ít hơn. * Khả năng phù hợp tương lai: mạng phải có khả năng hỗ trợ các giao thức tương lai với các tốc độ bit khác nhau mà không phải thay thế các thành phần mạng. * Chất lượng dịch vụ: Chất lượng của dịch vụ (QoS) là khả năng mạng cung cấp một số mức đảm bảo các yêu cầu về dịch vụ cho các loại lưu lượng khác nhau, ví dụ nhạy cảm về độ trễ, thời gian thực, và các ứng dụng tương tác lẫn nhau. QoS là một đơn vị đo các đặc tính (thông lượng. độ trễ, jitter, suy hao…) của tế bào hoặc gói. * Tính công bằng: tính công bằng là khả năng mạng phân phối tài nguyên công bằng và đầy đủ cho tất cả các node cần gửi số liệu. Trong các mạng với sự điều khiển công bằng của các kênh truy nhập mỗi node sẵng sàng gửi số liệu đều cơ hội truyền đi như nhau. * Tính bảo mật: bảo mật là khả năng bảo vệ mạng và dịch vụ của nó khỏi bị thay đổi, phá hủy hay tiết lộ trái phép. Nó đảm bảo rằng mạng vẫn thực hiện đúng các chức năng cốt yếu và không có phản ứng phụ. * Vận hành khai thác và bảo dưỡng (OAM) đơn giản: các khía cạnh quản lý họat động và bảo trì (OAM) của mạng nên càng đơn giản càng tốt để giảm chi phí mạng và tổng chi phí.
* Hỗ trợ multicast: mạng phải có khả năng cung cấp điểm đa điểm để hỗ trợ các ứng dụng multicast như hội nghị video và các trò chơi đảm bảo tính kinh tế và hiệu quả băng thông. Thêm vào đó, đặc biệt là mạng đô thị phải biểu lộ những đặc tính sau: * Tính linh hoạt: các mạng metro thu thập nhiều loại tín hiệu của client khác nhau và kết nối chúng lại tới mạng đường trục. vì vậy các mạng metro phải có khả năng hỗ trợ một dải rộng các giao thức hỗn hợp như ATM, Frame Relay, SONET/SDH, IP, ESCON, IIIPPI, và Fibre Channel. Điều này đòi hỏi mạng phải có khả năng truyền các gói có kích thước khác nhau. * Hiệu quả về chi phí: do số ít các khách hàng chia sẻ chi phí nên các mạng metro nhạy cảm về chi phí hơn các mạng đường trục. Vì thế, khi triển khai các thành phần mạng, cấu trúc và node mạng phải mang tính kinh tế và đơn giản. Các giao thức không thực hiện hoạt động phức tạp * Tính hiệu quả: để đạt được các giới hạn về chi phí, các tài nguyên trong mạng metro (bước sóng, máy thu phát) phải được sử dụng 1 cách hiệu quả. * Khả năng nâng cấp: các nhà cung cấp thiết bị ngày càng tăng việc sử dụng các proxy caches trong mạng metro để giảm thời gian đàm thoại. Để đối phó với việc lưu lượng gia tăng cục bộ , mạng metro phải có khả năng dễ dàng nâng cấp. Các kỹ thuật tiên tiến như: máy thu phát có thể điều chỉnh với miền điều chỉnh rộng hơn và thời gian điều chỉnh ngắn hơn, phải được sử dụng mà không làm ngắt dịch vụ mạng hay phải cài đặt lại.
3.2. Kiến trúc mạng 3.2.1. Các nguyên lý cơ bản 3.2.1.1. Lát phổ quang học Giả thiết không bị suy hao, chúng ta xem xét một AWG 2x2 để giải thích. Lát phổ của tín hiệu băng rộng. Hình 3.1. biểu diễn một trường hợp trong đó 6 bước sóng bước sóng bằng nhau được đưa và được đưa vào cổng vào trên của AWG. Các bước sóng có nguồn gốc từ 6 diốt laze khác nhau được đưa vào cổng vào AWG sau khi qua một bộ kết hợp 6x1. Tín hiệu băng rộng có phổ từ 10-100nm bao phủ một hay nhiều FSR của AWG. Trong hình minh hoạ của ví dụ, phổ băng rộng được coi là trải rộng trên tất cả 6 bước sóng. Hình 5.1. cho thấy, theo chu kỳ thì AWG định tuyến mọi bước sóng chẵn tới cùng cổng đầu ra AWG. AWG cắt lát phổ băng rộng theo cách mà mỗi FSR, một lát được định tuyến tới một trong hai cổng đầu ra AWG. Sau đó, bằng cách sử dụng một nguồn quang băng rộng, điều khiển để có thể được phát quảng bá tới tất cả các cổng ra của AWG và đến các bộ thu vì thế sẽ có phổ dạng lát. Nói chung, dùng R.FSRs của AWG cơ bản, sẽ có R lát cắt tại mỗi cổng ra AWG, trong đó R1. Tất cả các lát này đều mang cùng thông tin điều khiển. Do đó, bên nhận gắn với cổng ra AWG được tự do chọn 1 trong R lát để nhận thông tin điều khiển. Như trong hình 3.1, mô tả các bước sóng và chồng lấn phổ của các tín hiệu băng rộng. Điều này cho phép báo hiệu trong băng, tức là một bộ thu là đủ để thu cả bước sóng và các lát cắt tương ứng của tín hiệu băng rộng ban đầu. Không cần thêm một bộ thu để giảm chi phí cho mạng. Tuy nhiên, cả hai tín hiệu phải được phân biệt ở bộ thu.
1 3 5   2x2 1 Tín hiệu băng rộng AWG 2 4 6 FSR FSR FSR Hình 3.1. Lát phổ vủa 1 tín hiệu băng rộng 1 3 5 TÝn hiÖu b¨ng réng   2x2 1 AWG 2 4 6   FSR FSR FSR Hình 3.2. Tái sử dụng các bước sóng và tín hiệu băng rộng
Có thể thấy trong hình 3.2. rằng tất cả các bước sóng và tín hiệu băng rộng có thể cùng vào cả hai cổng vào AWG đồng thời mà không dẫn tới xung đột kênh tại cổng ra AWG. Vì thế, các node tham gia vào các cổng vào AWG khác nhau có thể sử dụng đồng thời cùng một tập các bước sóng. Kết quả của việc tái sử dụng các bước sóng trong không gian làm tăng mức độ đồng bộ và cải thiện hiệu quả của mạng. Tuy nhiên cần chú ý rằng có thể xảy ra xung đột trong bộ thu. Một máy thu nào đó có thể cùng 1 lúc nhận cả hai tín hiệu dữ liệu và điều khiển, nhưng cả hai phải cùng bắt nguồn từ một cổng vào AWG. Nếu như hạn chế theo 1 lát ở phía thu cho các bước sóng mà xuất phát từ cùng cổng vào AWG thì có thể mất hoàn toàn tất cả bước sóng và lát còn lại. 3.2.1.2. Trải phổ điện Sự lan rộng phổ điện tử Quang §iÖn §iÖn D÷ liÖu D÷ liÖu LD PD M¹ng dùa trªn AWG §iÒu khiÓn Bé tr¶i Nguån quang Bé d¶i §iÒu khiÓn tr¶i phæ phæ b¨ng réng C«ng suÊt §iÒu khiÓn D÷ liÖu f
Sơ đồ khối trong hình 3.3 mô tả sự truyền và nhận đồng thời một bước sóng cho trước và lát tương ứng trong cùng khoảng băng thông. Để truyền dữ liệu, chúng ta sử dụng một đi-ốt laze (LD). Điều khiển phát quảng bá bằng việc sử dụng một nguồn quang băng rộng. Như mô tả trên hình vẽ, dữ liệu điều biến bởi LD, trong khi tín hiệu điều khiển được trải ra trước khi điều biến với nguồn quang băng rộng. Tín hiêuh điều khiển được trải rộng trong một vùng điển tử bằng phương pháp kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS). Cả dữ liệu và tín hiệu điều khiển được kết hợp và sau đó được định tuyến qua mạng dựa vào AWGtiết hơn. Ở đầu ra của mạng dựa vào AWG, một đi-ốt quang (PD) được chỉnh tới cùng bước sóng như LD. PD tách bước sóng và lát tương ứng của tín hiệu băng rộng gốc và chuyển
đổi tín hiệu quang kết hợp sang miền điện. Kết quả có được phổ điện từ như hình vẽ. Tốc độ điều biến và công suất đưa vào của tín hiệu băng rộng phai phù hợp sao cho tín hiệu điều khiển có (i) một bước sóng nhỏ hơn và (ii) công suất nhỏ hơn công suất tín hiệu dữ liệu. Tín hiệu điều khiển đã trải phổ coi như một tín hiệu nhiễu băng hẹp trong miền thời gian, trong miền mà mức công suất nhỏ thấp hơn mức công suất của dữ liệu. Vì mức công suất nhỏ hơn và băng thông hẹp của tín hiệu điều khiển (trải phổ),tín hiệu dữ liệu không bị truyền sai và có thể được thu mà không yêu cầu bất kì quá trình xử lí nào (trừ khi từ một số bộ phận lọc thông cao đơn giản). Để lấy được thông tin điều khiển, một phần dữ liệu kết hợp và tín hiệu điều khiển (trải phổ) được lọc thông thấp và sau đó giải trải phổ chuỗi trực tiếp. Việc trải phổ trực tiếp được thực hiện bằng cách ghép các tín hiệu được lọc với chuỗi trải phổ tương ứng, sau đó là sự kết hợp và lấy mẫu. Theo cách này, công suất của tín hiệu điều khiển được nâng lên cao hơn công suất của tín hiệu dữ liệu, vì vậy cho phép tách thông tin điều khiển. Sự trải phổ của thông tin điều khiển có 2 ưu điểm.Thứ nhất, tín hiệu trải phổ xuất hiện như nhiễu và chỉ có các node có chuỗi trải phổ đúng mới có thể gửi và nhận thông tin điều khiển. Điều này tránh được tin tặc tham gia vào lưu lượng điều khiển, dẫn đến an ninh mạng được cải thiện. Thứ hai, bằng việc dùng nhiều hơn một chuỗi trải phổ, tức là truy nhập phân chia theo mã (CDMA), các node mới có thể dễ dàng nhập vào mạng. Điều này làm cho mạng có thể thay đổi bằng cách sử dụng thêm các chuỗi trải phổ phụ thêm khi số node tăng lên. Hơn nữa, bằng việc kết hợp CDMA và WDMA, mức độ trùng hợp nên hiệu quả mạng tăng lên.
3.2.2 Kiến trúc mạng và node mạng Cấu trúc mạng đề xuất có dạng biểu đồ như trong hình 3.4. Có N node mỗi node gắn với mạng dựa vào AWG qua hai sợi cáp quang, trong đó N  2. Mỗi node dùng một sợi để truyền và sợi kia để thu. Node N Node 1 Node 2 Mạng dựa trên AWG Node 3 Hình 3.4. Kiến trúc mạng Rx Bộ kết Bé chia Tx hợp Node 1 Node 1 1xS Sx1 1 1 Node S Node S AWG DxD Node (D-1) +1 Node (D-1)S 1xS D D Sx1 Node N=DS Node N = DS
Hình 3.5. mô tả mạng và cấu trúc node chi tiết hơn. Mạng dựa vào một AWG D  D, trong đó D  2. Ở mỗi cổng vào AWG có gắn một bộ kết hợp Sx 1 không nhạy với bước sóng, trong đó S  1. Tại mỗi cổng ra AWG, các tín hiệu được phân phối bởi một bộ tách Sx1 không nhạy với bước sóng. Ngoài yêu cầu về bộ khuếch đại quang, mạng không bao gồm thiết bị họat động nào (ví dụ công tác và bộ chuyển bước sóng) vì vậy nó hoàn toàn thụ động. Như vậy, ta có mạng tin cậy và các họat động vận hành quản lý và bảo dưỡng mạng (OAM) được đơn giản hóa rõ rệt vì tất
cả các thành phần tích cực (node) được đặt ở ngoại vi mạng. Thêm vào đó, việc hỗ trợ truyền trong suốt với các bước sóng tạo ra mạng quang linh hoạt và phù hợp với tương lai có thể hỗ trợ các giao thức hiện có và các giao thức trong tương lai . Như ở phần trước thì cả hai bộ phận chia và kết hợp đều phải không nhạy về bước sóng để thu thập và phân phối tất cả các gói từ/đến node S tham gia mà không phụ thuộc vào bước sóng. Điều này cũng có thể phát multicasting quang (gửi đến 1 nhóm) nơi một gói có thể được nhận bởi tất cả các node tham gia có cùng bộ chia. Bộ kết hợp và bộc chia cung cấp thêm các cổng có nhiều node tham gia tại mỗi cổng AWG, như vậy có nhiều hơn một bước sóng có thể đồng thời được sử dụng tại mỗi cổng AWG, giả sử rằng mỗi node được trang bị một máy thu phát đơn. (Hoặc, vài máy thu phát gắn với cùng một bộ tách /ghép có thể thuộc về một node. Node này sau đó sẽ có thể gửi và nhận dữ liệu trên vài bước sóng cùng 1 lúc. Những node được trang bị nhiều máy thu phát như vậy có thể họat động như một server để xử lý với số lượng lớn lưu lượng cục bộ tại những vùng nóng ). Bộ phận kết hợp/chia ở các cổng AWG khác nhau không cần thiết phải có cùng độ S. Ví dụ, khi các cổng (D-1) AWG cung cấp cùng một số node thì chỉ cần một node đơn có thể được kết nối với cổng AWG còn lại. Hơn nữa, các node mạng có thể được thêm vào (hay bỏ đi) linh động ở các cổng AWG khác nhau, dẫn đến có thể sf các bộ kết hợp/chia khác nhau. Chú ý rằng trong mạng đơn-chặng, các node không phải gửi đi các gói. Do đó, bộ kết hợp/chiacó thể được thay thế mà không ngắt quãng thông tin giữa các node được gắn với bộ chia/kết hợp còn lại. Hơn nữa, lỗi của node không ảnh hưởng đến sự truyền tin của các node khác. Điều này làm cho mạng chống lại được ảnh hưởng của lỗi node. Tuy nhiên, AWG trung tâm lại là một node lỗi. Chúng ta sẽ không đề cập vấn đền này ở đây). Giả sử
không suy hao, chúng ta xét các bộ chia/kết hợp với cùng độ S tại các cổng AWG. Điều này làm suy hao chia tại các node là như nhau. Mạng kết nối N node, với N = D.S. Với số node N cho trước, có thể có vài cấu hình với các giá trị D và S khác nhau. Ví dụ, 8 node có thể kết nối qua một AWG 2x2 với 2 bộ chia 4x1 và 2 bộ kết hợp 1x4, hay qua một AWG 4x4 với 4 bộ chia 2x1 và 4 bộ kết hợp 1x2. Cũng có các trường hợp, ví dụ N = 7, trong đó một hay nhiều cổng không được sử dụng. Trong các trường hợp này các cổng tự do có thể được dùng để gắn thêm các node bổ sung khi cần. Chú ý rằng lựa chọn D và S là việc thoả hiệp tái sử dụng bước sóng và tạo quả gửi multicast. Từ quan điểm tái sử dụng phổ, nên ta chọn D lớn hơn N một giá trị, như vậy tất cả các bước sóng có thể được tái sử dụng tại càng nhiều cổng AWG càng tốt, như vậy gây ra xuyên âm lớn cho tín hiệu. Mặt khác, với một giá trị N, D nhỏ ám chỉ nhiều node hơn gắn với cùng một máy tách, tức là S trở nên lớn. Điều này có ưu điểm là một gói cho trước được phân phối tới nhiều node. Kết quả là một gói multicast cho trước được truyền mất ít thời gian hơn dẫn đến hiệu quả độ rộng băng được cải thiện, như vậy suy hao sẽ nhiều hơn. Nếu suy hao của bộ chia và bộ kết hợp trở nên quá lớn với việc tăng của S, khuếch đại quang, khi đó khuếch đại sợi Erbiumdoped (EDFAs), phải được chèn vào giữa các bộ chia/ kết hợp và các cổng vào/ra AWG tương ứng. Khi đó việc lựa chọn cấu hình phụ thuộc vào việc đánh giá sự hoạt động của mạng Chúng ta xem xét cấu trúc node. Mỗi node bao gồm phần thu và một phần phát. Phần phát của một node nào đó được gắn với một trong các cổng vào của bộ kết hợp. Phần nhận của cùng node đó nằm ở cổng ra của bộ chia đối diện. Vì lý do về chi phí, mỗi node chỉ triển khai một đi-ốt laze đơn (LD) để truyền dữ liệu và một
đi-ốt quang đơn (PD) để nhận dữ liệu. Do các đặc tính định tuyến bước sóng của AWG cả bộ phát và bộ thu phải chỉnh lại ít nhất một FSR của AWG DxD (mỗi FSR bao gồm D bước sóng liên tiếp) để cung cấp kết nối hòan chỉnh trong một chặng đơn. A là dải điều chỉnh của mỗi bộ thu phát,( bao gồm cả phần phát và phần thu), bằng R sát FSRs của AWG DxD, trong đó R  1. Dải điều chỉnh là số bước sóng cách đều nhau được sử dụng để truyền tin, chúng ta có thể nói rằng A bao gồm D.R bước sóng liên tiếp nhau, tức là A = D.R. Bằng việc sử dụng nhiều hơn FSR đồng thởi và do đó hiệu quả mạng tăng lên vì mỗi FSR cung cấp một kênh truyền tin bổ sung giữa bất kỳ cặp cổng vào và ra của AWG, với giả sử dải thu phát đủ rộng. Chú ý rằng mạng được đề xuất rất dễ nâng cấp với các máy thu phát tiên tiến về công nghệ có dải điều chỉnh lớn (và có thể tốc độ đường truyền cao hơn) có thể khai thác nhiều FSRs hơn của AWG chủ yếu mà không đòi hỏi cấu hình lại hay nâng cấp bản thân mạng. (Với sự ngầm điều chỉnh của bộ thu phát trong khoảng vài nanô giây để cho phép hiệu quả với chuyển mạch gói). Tới khi các thiết bị này mang tính thương mại, thì một giải pháp tạm thời có thể làm được là sử dụng hai máy thu phát giá thấp, có thể điều chỉnh qua lại với một thời gian điều chỉnh và dải điều chỉnh lớn. Ở mỗi node một bộ thu phát được chỉnh tới một bước sóng khác trong khi bộ kia đang bận. Như vậy cả hai máy thu phát cùng có khả năng tự ngầm điều chỉnh sẽ làm giảm thời gian điều chỉnh. Ngoài việc sử dụng bộ thu phát có thể điều chỉnh, mỗi node dùng một nguồn quang băng rộng cho phát quảng bá gói điều khiển. Như thấy trên hình 3.5, thông tin điều khiển được trải phôr trong miền điện trước khi được điều biến nguồn quang băng rộng. Chúng ta đã thấy ở phần 3.2.1 việc trải phổ cải thiện an ninh mạng. Tín hiệu quang băng rộng đã được điều biến được cắt lát phổ bởi AWG sao
cho một lát tín hiệu quang băng rộng được phát quảng bá tới tất cả các cổng ra của AWG. Tại phần nhận, thông tin điều khiển được nhận giải trải phổ của tín hiệu đầu vào trong miền điện. 3.2.3 So sánh kiến trúc mạng Trong chương phần trước đã chỉ ra các mạng WDM nội thị thường có cấu hình vòng hoặc sao. Các mạng hình sao có rất nhiều lợi ích. Cấu hình sao dễ lắp đặt, cấu hình, quản lí, và hiệu chỉnh. Với ưu điểm ở khả năng lắp đặt, hiệu chỉnh, cấu hình lại, nên giảm chi phí cài đặ hơn mạng ring. Hơn thế, một mạng hình sao dựa trên một PSC hoăc một AWG là đáng tin cậy vì tính thụ động của nó. Khác với cấu hình ring và bus, nó không chịu ảnh hưởng của suy hao rẽ. Suy hao mạng hình sao tăng tuyến tính với số lượng node (theo dB). Chú ý rằng các mạng hình sao khi hub trung tâm bị lỗi thì toàn bộ kết nối trong mạng đều bị mất. Do đó nên hub trung tâm phải được bảo vệ. Các mạng WDM nội thị hình sao thường dựa trên một PSC hoặc một AWG. Trong phần này sẽ có sự so sánh về các mạng AWG hình sao đơn chặng và đa chặng và các mạng đơn chặng sử dụng AWG hoặc PSC để có thể cho ta nhìn thấy ưu điểm của mạng đơn chặng sử dụng AWG. Các mạng AWG hoặc PSC được xem xét sẽ có N≥2, và giả thiết rằng các gói tin các kích thước cố định và lưu lượng là đơn hướng không đồng nhất. Kết quả so sánh cho thấy tại sao mạng WDM đơn chặng dựa trên AWG lại được đề xuất sử dụng trong mạng nội thị.
3.2.3.1. Các mạng dựa trên AWG đơn chặng và đa chặng Chúng ta sẽ xem xét hai loại mạng này dựa trên khoảng cách chặng trung bình và dung lượng của mạng (thông lượng tối đa). * Cấu trúc Mạng đơn chặng sử dụng một FSR, AWG NxN đồng thời chấp nhận tại mỗ i cổng vào tối đa N bước sóng từ λ1 tới λN và định tuyến mỗi bước sóng tới một cổng ra khác nhau mà không gây ra xung đột kênh. Tại mỗi cổng ra sẽ có N bước sóng, mỗi bước sóng từ một cổng vào đến. Vì bước sóng λ1 kết nối mỗi phần phát và phần thu của chính mỗi node nên bước sóng này được loại bỏ. N-1 bước sóng còn lại cần phải được thu phát đối với tất cả các node trong một mạng đơn chặng. Do vậy, mạng đơn chặng có thể được thiết lập bằng cách trang bị cho mỗi node hoặc là N-1 các bộ thu và bộ phát cố định hoạt động ở các bước sóng khác nhau (1) hoặc là một bộ phát và bộ thu chuyển đổi được trên dải N-1 bước sóng (2). Lựa chọn (1) có thể được coi là trường hợp đặc biệt của mạng đa chặng. Mạng đơn chặng trong đó node dùng một hoặc nhiều hơn các bộ thu phát chuyển đổi sẽ được nghiên cứu kỹ hơn. Đặc biệt mỗi node được trang bị một thiết bị với rS≥1 các bộ thu phát chuyển đổi được sao cho mỗi node có khả năng truyền dẫn đồng thời với rS node khác nhau, mỗi node trên một bước sóng. Rõ ràng là với số lượng node là N thì tố i đa sẽ cần thu phát N-1 trên một node. Nghĩa là rS≤N-1. Rõ ràng chuyển đổi từ bước sóng này sang bước sóng khác cần một thời gian chuyển đổi khác không. Trễ này phụ thuộc phần lớn vào kiểu của bộ thu phát được sử dụng. Thời gian chuyển đổ i cần thiết được xác định bởi số lượng N-1 bước sóng được sử dụng và khoảng cách kênh. Chú ý rằng các thời gian chuyển đổi của các bộ thu phát khác nhau khác nhau bởi trật tự của trường. Do đó với một khoảng trống kênh cho trước thì số lượng node N có ảnh hưởng lớn tới trễ chuyển đổi.
A E B A l2 D C A B E B E l3 D C AWG A E B l4 D C D C A E B l5 D C Hình 3.6 Các ring ảo trong một chặng đơn hop dựa trên AWG A B l2 AWG l3
Trong mạng đa chặng các bộ thu phát chuyển đổi được không được sử dụng. Thay vào đó mỗi node dùng rM≥1 các bộ thu phát cố định với các bước sóng khác nhau. Tuy nhiên nói chung, nếu 1≤rM≤(N-1) thì một node cho trước chỉ có thể gửi trực tiếp các gói tin dữ liệu tới một tập con của (N-1) node đích. Vì thế để đạt tới tất cả các node đích mong muốn thì mỗi node phải chuyển tiếp các gói tin dữ liệu tới node logic kế tiếp cho tới khi các gói tin dữ liệu tới được node đích cuối cùng và do đó hình thành mạng đa chặng logic. Cụ thể hơn mỗi bước sóng hình thành một ring ảo để kết nối các node như được thể hiện trong hình 3.7. Trong ví dụ này N=5 node (A tới E) được kết nối bởi một AWG 5x5. Cần phải nhắc lại rằng bước sóng λ1 không được sử dụng vì bước sóng này chỉ kết nối phần phát của node vớ i phần thu của chính node đó. Bốn bước sóng còn lại hình thành một ring ảo sao cho
ring ảo trên các bước sóng λ2 và λ5 là song hướng giống như ring ảo hình thành bởi λ3 và λ4. Tất cả bốn bước sóng đều được sử dụng để truyền thông giữa hai node bất kì. * Khoảng cách trung bình chặng: Để tính toán được khoảng cách chặng trung bình của mạng đơn chặng và đa chặng, giả thiết rằng 1 chặng biểu thị khoảng cách giữa 2 node liền kề về mặt logic. Hơn thế nữa giả thiết rằng khoảng cách chặng trung bình bằng với giá trị trung bình của số lượng tối thiểu các chặng mà 1 gói tin phải đi qua trên đường truyền ngắn nhất của nó từ node nguồn tới tất cả (N-1) node đích còn lại. Do tính đối xứng của mạng đơn chặng và đa chặng nên khoảng cách chặng trung bình là giống nhau cho tất cả các node. Chúng ta giả thiết rằng: Lưu lượng đơn hướng đồng dạng: Một node nguồn cho trước gửi một gói tin tới bất cứ node nào trong (N-1) node đích còn lại với xác suất là 1/(N-1). Tính liên tục bước sóng: Các gói tin phải xuất phát và đến từ 1 node trung gian chuyển tiếp cho trước ở cùng bước sóng. Nghĩa là các node không thể thực hiện chuyển đổi bước sóng. Rõ ràng là trong mạng đơn chặng mỗi node nguồn sẽ tiếp cận một node đích bất kỳ chỉ với đơn chặng duy nhất do đó khoảng cách chặng trung bình của mạng đơn chặng là: hS = 1 (4.1) Việc tính toán khoảng cách chặng trung bình trong mạng đa chặng thì phức tạp hơn thế. Để dễ hiểu chúng ta bắt đầu từ trường hợp đơn giản rM=1 trong đó
chúng ta lựa chọn một bước sóng sao cho đạt được một vòng ring đơn hướng kết nối tất cả N node lại với nhau. Khoảng cách chặng trung bình sẽ được cho bởi: 1 N 1 N ( N  1) N  i  2( N  1)  2 (4.2)  hM N  1 i 1 Trong đó khoảng cách giữa một node nguồn cho trước và (N-1) node còn lạ i sẽ tương ứng là 1, 2, … (N-1). Bây giờ xét trường hợp rM =2. Nó sẽ cho ta một vòng ring ảo khác. bước sóng bổ sung sẽ phải được lựa chọn sao cho vòng ring ảo thứ hai này làm giả m khoảng cách chặng trung bình nhiều nhất có thể. Để đạt được điều này vòng ring thứ hai phải có hướng ngược lại với vòng ring đầu tiên. Để làm được điều này với N lẻ chúng ta sẽ phải vượt qua (N-1)/2 chặng cho mỗi hướng. Khoảng cách chặng trung bình lúc này sẽ được biểu diễn bằng:  N 1  N 1  1 2 ( N 1) / 2  2  N 1 2 2 i  (4.3)  hM N  1 i 1 2( N  1) 4 Trong đó một node nguồn cho trước tiếp cận hai node đích khác nhau đối vớ i mỗi giá trị tăng của chặng. với rM≥3 thì sự lựa chọn bước sóng để bổ sung không phải là duy nhất. Điều này luôn luôn xuất hiện khi thiết kế một mạng WDM đa chặng logic. Đôi khi nó còn được gọi là bài toán xếp đặt node hoặc bài toán gá n bước sóng. Như được chỉ ra trong trường hợp này không phải luôn luôn là tốt nhất khi lựa chọn một vòng ring ảo ngược hướng để giả m thiểu khoảng cách chặng trung bình. Ví dụ trong trường hợp N=13 và rM=4 thì sự kết hợp của bất cứ một cặp ring ngược hướng nào ví dụ như {λ2, λ5, λ10, λ13} sẽ cho khoảng cách chặng trung bình là hM = 7/3 trong khi sử dụng các vòng ring không ngược hướng {λ2, λ5, λ7, λ12} sẽ cho khoảng cách chặng trung bình nhỏ hơn là hM = 9/4. Thay vì tính toán khoảng cách chặng trung bình chính xác c ủa mạng đa chặng dựa trên AWG
với giá trị N bất kỳ và 1≤rM≤N-1 công thức dưới đây sẽ chỉ ra giới hạn dưới của nó:  N 1     rM  ( N  1) mod rM  N  1 rM  (4.4) hM  i   N 1 N 1  rM  i 1   N  1  N  1     1     1   rM   rM    N  1    N  1 mod rM . (4.5)  rM  N 1  2  rM       Để có được công thức này cần chú ý rằng khoảng cách chặng trung bình sẽ là nhỏ nhất nếu (i) Càng nhiều node khác nhau có thể tiếp cận chỉ với giá trị đơn chặng (ii) khoảng cách chặng tối đa (đường kính) của mạng là nhỏ nhất. Sử dụng hai chú ý này chúng ta sẽ được phương trình 4.4 ở trên. Vì một ndoe nguồn cho trước gửi trên tối đa rM bước sóng nên rM node đích khác nhau có thể được tiếp cậ n chỉ với 1 chặng. Mỗi lần chính xác rM node đích khác nhau được tiếp cận thì giá tr ị đếm chặng sẽ là [(N-1)/rM]. Nó tương ứng với vế đầu của phương trình 4.4. Phần thứ hai của phương trình này xuất hiện khi xem xét tới các node còn lại (nhỏ hơn rM) trong đó các chặng [(N-1)/rM] ở xa node nguồn cho trước. Để xem xét xem giớ i hạn dưới này có bị chặn hay không chúng ta so sánh nó với khoảng cách chặng trung bình tối ưu đạt được thông qua một quá trình tìm kiếm cho mạng đa chặng với N là số nguyên tố. Giải pháp sẽ là tối ưu theo khía cạnh là chúng cung cấp khoảng cách chặng trung bình nhỏ nhất cho tất cả các kết hợp ring có thể xảy ra với rM và N tương ứng