NGUYÊN CỨU MẠNG MAN CHUYỂN MẠCH GÓI ĐƠN CHẶNG LỰA CHỌN BƯỚC SÓNG DỰA TRÊN AWG CHƯƠNG 3_2

Chia sẻ: Tran Le Kim Yen Tran Le Kim Yen | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:23

Thêm vào BST

Báo xấu

59
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

+ 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.

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_2

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 + 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 phả i 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 Power Penalty [dB] 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
 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
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
2/2 1/1 1/2 2/1 1/1 1 4/4 3/3 3/4 4/3 3/3 Thêi gian 2/4 2/3 1/4 1/3 2/4 2 4/2 4/1 3/2 3/1 4/2 4i+1 4i+2 4i+3 4i+4 4(i+1)+1 Thêi gian Khung i Khung (i+1) b) Hình 3.15 a. Mạng đơn chặng dựa trên AWG không có các bộ thu tham gia kiểu chu kỳ, b. Gán bước sóng cố định (N=4) TX RX Tx Rx 1 2x1 2x1 2 3 AWG 2x2 3 2 2x1 2x1
2/3 1/1 2/1 1/3 1/1 1 3/2 4/4 3/4 4/2 4/4 Thời gian 2/2 1/2 2/4 1/4 2/2 2 3/3 4/3 3/1 4/1 3/3 4i+1 4i+2 4i+3 4i+4 Thời gian 4(i+1)+1 Khung i Khung (i+1) b) Hình 3.16 a. Mạng đơn chặng dựa trên AWG với các bộ thu tham gia kiểu chu kỳ , b. Gán bước sóng cố định với chiều dài khung giảm (N=4)
Băng thông có thể được tiết kiệm bằng cách gắn các bộ thu tới các bộ chia theo phương pháp vòng lặp, như trong hình 3.16a. Kết quả gán bước sóng được thể hiện trong hình 3.16b. Chú ý rằng khe thời gian đầu tiên của mỗi khung có thể loại bỏ vì nó chỉ chứa cặp bộ phát/bộ thu trong đó bộ phát và bộ thu thuộc cùng một node. Để làm như vậy, độ dài khung được giảm đi một khe thời gian do đó tiết kiệm băng thông. Ý tưởng này là phù hợp với N bất kỳ. Nói chung, bộ thu i được gắn tới bộ chia đạt tại cổng ra AWG j theo thứ tự sau: j = [(i-1)mod N ] + 1, i  {1, 2, …, N}, j {1, 2, …, N} (4.13) Khung kết quả sẽ gồm (N-1) khe và đảm bảo tính kết nối hoàn toàn. Dung lượng C của cả hai mạng được định nghĩa theo công thức C= N (4.14) 1+ 300 250 200 Dung lîng tæng 150 AWG 100 PSC 50 0 101 100 102 103 Sè lîng node m¹ng N
Trong đó N thể hiện số lượng node truyền thông đồng thời, thời gian được bình thường hoá thành thời gian truyền dẫn gói tin và  biểu thị thời gian chuyển đổi bộ thu phát đã bình thường hoá. Dung lượng mạng bằng với số lượng tối đa node truyền thông đồng thời tại thời điểm bất kỳ. Trong phần 3.2.3.1 đã chỉ ra rằng trễ chuyển đổi bộ thu phát có ảnh hưởng lớn lên dung lượng mạng. Hình 3.17 thể hiện ảnh hưởng của tổn hao chuyển đổi của các loại bộ thu phát khác nhau lên dung lượng tổng của các mạng đơn chặng dựa trên PSC và AWG như là hàm của số lượng node N. Với một độ rộng kênh bằng 100GHz (0,8nm tại 1,55m) và chiều dài gói tin 104 bit thì tính không liên tục trên hình thể hiện việc bắt buộc phải chuyển đổi từ công nghệ quang điện sang quang âm và cơ để tăng N và do đó làm tăng dải chuyển đổi bộ thu phát hơn nhiều. Chúng ta thấy rằng mạng đơn chặng dựa trên AWG hơn hẳn mạng dựa trên PSC về mặt dung lượng tổng. Nhờ tái sử dụng bước sóng theo không gian nên các bộ thu phát chuyển đổi nhanh với thời gian chuyển đổi vài ns có thể được sử dụng lên tới xấp xỉ N=300 node. Ngược lại với N=300 trên mạng đơn chặng dựa trên PSC mỗi node phải sử dụng các bộ thu
phát cơ học. Chúng cung cấp dải chuyển đổi đủ rộng nhưng lại có thời gian chuyển đổi lên tới vài ms. Thời gian chuyển đổi mào đầu này làm giảm đáng kể dung lượng mạng đặc biệt là tại tốc độ cao khi mà thời gian truyền dẫn gói tin rất nhỏ. Hơn thế mạng dựa trên PSC không có khả năng cung cấp nhiều hơn N=626 node truyền thông đồng thời do giới hạn của dải chuyển đổi mà các bộ thu phát chuyển đổi được cơ học có thể thực hiện được. Trong khi trong một mạng dựa trên AWG có khả năng có N = 322 = 1024 node truyền thông đồng thời mà vẫn sử dụng các bộ thu phát quang âm với thời gian chuyển đổi vài s. 3.2.3.3 Phân tích Trong phần này chúng ta sẽ xem xét tới các node không liên tục có dữ liệu để gửi. Điều này dẫn tới độ tận dụng kênh nhỏ hơn và một thông lượng tổng nhỏ hơn dung lượng mạng. Chúng ta sẽ xem xét hiệu năng trễ - thông lượng của cả hai mạng đơn chặng dựa trên PSC và AWG đối với lưu lượng dữ liệu ngẫu nhiên. Đối với phân tích hiệu năng trễ - thông lượng thì phương pháp phân tích giao thức phân bổ đích/nguồn được thay đổi một chút để cung cấp tái sử dụng bước sóng theo không gian và tổn thất gói tin. Có N node truyền thông đồng thời trong N bước sóng trong trường hợp AWG và trên N bước sóng trong trường hợp PSC. Mỗi node có thể phát/thu một gói tin tại một thời điểm trên/từ bất cứ một bước sóng nào. Tất cả các node có N bộ đệm gói tin, một cho quá trình thu và N-1 còn lại cho phát. Do vậy, các kết nối bên trong giữa mỗi cặp node có thể thực hiện một cách độc lập. Mỗi bộ đệm thể hiện một người dùng (ảo) độc lập (i,j) 1i,jN. Chiều dài gói tin được giả thiết là hằng số thời gian được bình thường hoá thành thời gian truyền dẫn gói tin. Thời gian được chia thành các chu kỳ (giống với các khung đã được đề cập ở trên). Mỗi chu
kỳ gồm N-1 khe. Mỗi khe bao gồm thời gian truyền dẫn gói tin và thời gian chuyển đổi bộ thu phát được được bình thường hoá . mỗi cặp người dùng ảo được gán một khe thời gian trong một chu kỳ. Quá trình đến được giả thiết tuân theo quá trình poisson với tốc độ đến trung bình là  gói tin trong một đơn vị thời gian cho một người dùng. Một người dùng rỗi được định nghĩa là một người dùng có bộ đệm rỗng và một người dùng dự trữ được định nghĩa là một người dùng với một gói tin cho truyền dẫn. Các gói tin đang đến sẽ bị loại bỏ nếu như người dùng là dự trữ nghĩa là nếu như bộ đệm là đầy. Lưu lượng giữa bất cứ một người dùng nào được giả thiết là có cùng tốc độ đến trung bình . Ma trận phân bổ U(t) là một ma trận NxN có các phần tử uij(t) thể hiện số kênh trên đó người sử dụng (i,j) có thể truyền dẫn trong khe thời gian t với t = 1,2,…(N- 1). Và 1i,jN. W(t) là một ma trận nhị phân với wij (t) = Ind(uij(t) > 0), với: 1, nếu uij(t) > 0 Ind(uij(t) > 0) = 0, trong các trường hợp còn lại Ma trận phân phối U(t) thoả mãn các điều kiện sau: wij (t )  1, tức là không có nghẽn thu xuất hiện.   i wij (t ) = N, tức là số lượng truyền dẫn đồng thời bị giới hạn là N.   i j  Trong trường hợp của PSC, mọi wij(t)  0; uij(t)  ukl (t) nếu i  k và j  l, tức là không có nghẽn kênh xuất hiện.
i k  Trong trường hợp của AWG, mọi wij(t)  0; uij(t)  ukl(t) nếu [ ]=[ ] N N Và i  k, j  l, tức là không có nghẽn kênh xuất hiện. wij (t )  1, tức là một node có thể truyền trên nhiều nhất là một bước   j sóng. Khả năng thông của người dùng (i, j), được định nghĩa là số lượng các gói được truyền thành công của người dùng (i,j) trong một khe được biểu diễn như sau: N 1 1 Sij = (4.16) w (t ). ij (t ) ij ( N  1).(1   ) t 1 Trong đó  ij(t) là xác suất ổn định mà người dùng (i,j) bận (gói trong bộ đệm) tại thời điểm bắt đầu của khe thời gian t. Vì vậy, khả năng thông của hệ thống, được định nghĩa là tổng số gói được truyền thành công trong một chu kỳ, và được biểu diễn như sau: S= (4.17) S ij i j Để tính tổng khả năng thông ta sử dụng  ij (t). Xác suất  ij (t) có thể được xem xét như là một hàm của xác suất  ij (t-1), tốc độ đến trung bình của gói và ma trận W(t): -  (1   )  ij (t) = [1-  ij (t-1)](1 – e ) +  ij (t-1)[1 – wij(t-1)] (4.18) =  ij (t-1)[e   (t  ) - wij(t-1)] + (1 - e   (1 ) ), 2  t  (N-1) (4.19) Theo tính đệ qui ta có
t 1  ij (t) =  ij (1)  [e  (1 )  wij (k )]  (1  e   (1 ) ) . k 1 t 1 t 1 {   [e  (1 )  wij (k )] + 1}, 2  t  (N-1) (4.20) t  2 k l Giả sử hệ thống ổn định, có ta cân bằng:  ij (N) =  ij (1) (4.21) Thay (4.21) vào (4.20) ta có N 1 N 1 [e  (1 )  wij (k )]  1    (1 )  ij (1) = (1- e ) (4.22) t 2 k l N 1 [e   (1 )  wij (k )] 1 k 1 và với 2  t  (N-1) ta có N 1 N 1   (1 )   [e  wij (k )] 1 t- 1   (1 ) - l (1+t )  ij (t) = (1- e ) - wij (k )] + Õ [e l 2 k l N 1   (1 ) 1  [e  wij (k )] k =1 k 1 t- 1 t - 1   (1 ) ).{ å - l (1 +t ) (1- e - wij (k )] + 1 } (4.23) Õ [e l = 2 k =l Trễ gói trung bình của người dùng (i, j), được định nghĩa là thời gian trung bình giữa hai gói đến tại người dùng (i, j) và khởi đầu của truyền dẫn này được biểu diễn bởi: Qij Dij = (4.24) S ij Trong đó Qij là thời gian bận trung bình của người dùng (i, j). Để tính trễ gói trung bình trong hệ thống, ta đặt: