Nghiên cứu công nghệ chuyển mạch quang
Chuyển mạch quang là một công nghệ viễn thông mới, phức tạp do đó việc lựa chọn phương pháp nghiên cứu là rất quan trọng để có thể dễ dàng nắm bắt được vấn đề và đạt được hiệu quả cao nhất. Tuy nhiên ở Việt Nam công nghệ chuyển mạch này chưa có các sản phẩm thực tế do vậy việc nhgiên cứu có nhiều hạn chế, chủ yếu dựa trên cơ sở lý thuyết bằng cách đọc, dịch các tài liệu phù hợp với nội dung dề tài.......
TuyÓn tËp ®Ò tµi nghiªn cøu khoa häc HS-SV
Nghiªn cøu c«ng nghÖ chuyÓn m¹ch quang
Më ®Çu
M¹ng viÔn th«ng ®ang ph¸t triÓn nhanh chãng tõ m¹ng b¨ng hÑp sang
m¹ng sè tÝch hîp ®a dÞch vô b¨ng réng (B-ISDN) do viÖc xuÊt hiÖn sè l îng lín
c¸c øng dông dÞch vô víi c¸c yªu cÇu kh¸c nhau. C¸c øng dông nµy bao gåm
truyÒn h×nh theo yªu cÇu, héi nghÞ truyÒn h×nh, ®iÖn tho¹i thÊy h×nh,
truyÒn d÷ liÖu tèc ®é cao… Mçi dÞch vô nµy lµm n¶y sinh mét sè l îng lín yªu
cÇu vµ do ®ã n¨ng lùc xö lý cña hÖ thèng chuyÓn m¹ch cã thÓ lªn tíi hµng chôc
Tb/s cïng víi dung lîng trªn m¹ng chuyÓn t¶i sÏ t¨ng lªn. VÊn ®Ò ®Æt ra lµ
ph¶i gi¶i quyÕt yªu cÇu vÒ chuyÓn m¹ch nh thÕ nµo, cã thÓ dïng c¸c thiÕt bÞ
quang kh«ng nh÷ng chØ ®Ó truyÒn tÝn hiÖu mµ cßn chuyÓn m¹ch c¸c tÝn
hiÖu ®ã hay kh«ng.
C«ng nghÖ chuyÓn m¹ch tõ khi ra ®êi cho tíi nay ®· cã nh÷ng tiÕn bé vît
bËc, ph¸t triÓn tõ nh÷ng hÖ thèng chuyÓn m¹ch víi dung l îng h¹n chÕ, ®iÒu
khiÓn nh©n c«ng trong giai ®o¹n ®Çu tiªn ®Õn nh÷ng hÖ thèng chuyÓn m¹ch
phøc t¹p ®iÒu khiÓn theo ch¬ng tr×nh ghi s½n SPC (Stored Program Control).
HiÖn nay c¸c hÖ thèng chuyÓn m¹ch ®ang ®îc nghiªn cøu thiÕt kÕ trªn thÕ
giíi kh«ng nh÷ng ®¸p øng nhu cÇu dÞch vô viÔn th«ng tr íc m¾t mµ cßn cè
g¾ng tho¶ m·n nhu cÇu ngµy mét t¨ng trong t ¬ng lai tiÕn tíi mét m¹ng viÔn
th«ng toµn cÇu víi nh÷ng “siªu xa lé th«ng tin” tiÕp cËn ®Õn tõng kh¸ch hµng
mäi n¬i mäi lóc.
Xu híng ph¸t triÓn cña m¹ng viÔn th«ng lµ tiÕn tíi mét m¹ng toµn quang
trong ®ã tÊt c¶ c¸c thµnh phÇn chÝnh cña m¹ng nh t¸ch/ghÐp kªnh, truyÒn
dÉn vµ chuyÓn m¹ch ®Òu ®îc thùc hiÖn víi tÝn hiÖu quang. Do vËy mét c«ng
nghÖ chuyÓn m¹ch míi ra ®êi-c«ng nghÖ chuyÓn m¹ch quang. Qu¸ tr×nh ph¸t
triÓn tíi m¹ng viÔn th«ng toµn quang ®îc biÓu diÔn nh h×nh vÏ díi ®©y:
Häc viÖn c«ng nghÖ BCVT 145
TuyÓn tËp ®Ò tµi nghiªn cøu khoa häc HS-SV
Cã ba bíc ph¸t triÓn:
(a) TruyÒn dÉn quang ®iÓm nèi ®iÓm
(b) cã thªm ghÐp vµ t¸ch kªnh quang
(c) Cã thªm chuyÓn m¹ch quang
ChuyÓn m¹ch
®iÖn t ö
Tr uyÒn dÉn quang
(a) bíc 1: TruyÒn dÉn quang ®iÓm
C¸c bé ghÐp
nèi
Tr uyÒn dÉn quang
(b) b-íc 2: GhÐp k ªnh
ChuyÓn m¹ch
quang
Tr uyÒn dÉn quang
(c) b-íc 3: ChuyÓn m¹ch quang
H×nh 1. Ba bíc ph¸t triÓn tíi m¹ng th«ng tin toµn quang
C«ng nghÖ chuyÓn m¹ch quang ®ang trong giai ®o¹n nghiªn cøu thö
nghiÖm. Trªn thÕ giíi c¸c trung t©m nghiªn cøu viÔn th«ng hµng ®Çu thÕ giíi
nh: Mü (h·ng AT&T), NhËt (h·ng NEC), Ch©u ¢u (h·ng ERICSON, SIEMENS)
bíc ®Çu ®· thu ®îc nh÷ng kÕt qu¶ ®¸ng kÓ.
Cïng víi xu thÕ cña thÕ giíi, ViÖt Nam ®ang trong giai ®o¹n nghiªn cøu
tiÕp cËn víi c«ng nghÖ míi nµy ®Ó cã thÓ øng dông vµo thùc tÕ trong t ¬ng lai.
§©y lµ mét vÊn ®Ò cÇn quan t©m vµ mang tÝnh cÊp thiÕt.
1. Ph ¬ng ph¸p nghiªn cøu ®Ò tµi
Häc viÖn c«ng nghÖ BCVT 146
TuyÓn tËp ®Ò tµi nghiªn cøu khoa häc HS-SV
ChuyÓn m¹ch quang lµ mét c«ng nghÖ viÔn th«ng míi, phøc t¹p do ®ã
viÖc lùa chän ph¬ng ph¸p nghiªn cøu lµ rÊt quan träng ®Ó cã thÓ dÔ dµng
n¾m b¾t ®îc vÊn ®Ò vµ ®¹t ®îc hiÖu qu¶ cao nhÊt. Tuy nhiªn ë ViÖt Nam
c«ng nghÖ chuyÓn m¹ch nµy cha cã c¸c s¶n phÈm thùc tÕ do vËy viÖc nhgiªn
cøu cã nhiÒu h¹n chÕ, chñ yÕu dùa trªn c¬ së lý thuyÕt b»ng c¸ch ®äc, dÞch c¸c
tµi liÖu phï hîp víi néi dung dÒ tµi.
C«ng nghÖ chuyÓn m¹ch quang liªn quan chÆt chÏ víi b¶n chÊt cña ¸nh
s¸ng. HÇu hÕt c¸c u ®iÓm cña chuyÓn m¹ch quang nh: thêi gian chuyÓn m¹ch
nhá h¬n 10-12(s), Ýt xuyªn ©m vµ nhiÔu, t¨ng ®é tin cËy, t¨ng th«ng l îng nót
kÕt nèi chÐo… ®Òu cã tõ ®Æc tÝnh c¬ b¶n cña ¸nh s¸ng; ®ång thêi ®Ó gi¶i
thÝch ®îc c¬ chÕ chuyÓn m¹ch ¸nh s¸ng th× tr íc khi nghiªn cøu vÒ c«ng nghÖ
chuyÓn m¹ch quang cÇn ph¶i nghiªn cøu vÒ b¶n chÊt ¸nh s¸ng.
Trªn c¬ së ph©n tÝch vÊn ®Ò vµ t×m hiÓu tµi liÖu, viÖc nghiªn cøu ®îc
tiÕn hµnh theo ph¬ng ph¸p ®i tõ tæng quan ®Õn chi tiÕt, tõ nh÷ng kh¸i niÖm
®¬n gi¶n ®Õn nh÷ng vÊn ®Ò phøc t¹p nh»m ®¹t ®îc hiÖu qu¶ cao nhÊt.
2. Néi dung nghiªn cøu cña ®Ò tµi.
2.1 Giíi thiÖu chung.
2.2 C¸c ph¬ng thøc chuyÓn m¹ch quang vµ ma trËn chuyÓn m¹ch quang ph©n
chia kh«ng gian.
Cã thÓ ph©n chia thµnh nhiÒu ph¬ng thøc chuyÓn m¹ch quang kh¸c
nhau dùa trªn c¸c c¬ së kh¸c nhau. ChuyÓn m¹ch quang ®îc ph©n chia phï hîp
víi c¸c c«ng nghÖ ghÐp kªnh c¬ b¶n bao gåm:
ChuyÓn m¹ch quang ph©n chia theo kh«ng gian
ChuyÓn m¹ch quang ph©n chia thêi gian
ChuyÓn m¹ch quang ph©n chia bíc sãng
a. ChuyÓn m¹ch èng dÉn sãng 2x2.
Häc viÖn c«ng nghÖ BCVT 147
TuyÓn tËp ®Ò tµi nghiªn cøu khoa häc HS-SV
§Ó thiÕt kÕ mét ma trËn chuyÓn m¹ch quang ph©n chia kh«ng gian th×
c¸c phÇn tö chuyÓn m¹ch c¬ së lµ c¸c chuyÓn m¹ch èng dÉn sãng 2x2 ®îc sö
dông.
PhÇn tö chuyÓn m¹ch c¬ b¶n
nµy ®îc cÊu tróc trªn nÒn tinh V
I nput 1 Out put
thÓ LiNbO3 lµ hîp chÊt cã kh¶
Ti
n¨ng thay ®æi chiÕt suÊt khi cã I nput 2 Out put 2
®iÖn ¸p ngoµi dÆt vµo lµm ®æi
híng truyÒn cña ¸nh s¸ng. Sù
biÕn ®æi nµy cã kh¶ n¨ng ®¸p
H×nh 2. ChuyÓn m¹ch èng
øng nhanh vÒ mÆt trong thêi
dÉn sãng 2x2.
NÕu c¸c èng dÉn sãng kh«ng ®îc cung cÊp ®iÖn ¸p th× chuyÓn mach ë
tr¹ng th¸i CROSS (chÐo), c«ng suÊt ¸nh s¸ng ë c¸c ®Çu ra:
Pout.2 = Pin.1
Pout.1 = 0
NÕu cung cÊp mét ®iÖn ¸p thÝch hîp cho èng dÉn sãng th× chuyÓn
m¹ch chuyÓn sang tr¹ng th¸i BAR (ngang):
Pout.2 = 0
Pout.1 = Pin.1
b. C¸c tiªu chÝ thiÕt kÕ ma trËn chuyÓn m¹ch quang ph©n chia kh«ng gian.
Cã rÊt nhiÒu th«ng sè kü thuËt cÇn xem xÐt khi thiÕt kÕ 1 ma trËn
chuyÓn m¹ch quang ph©n chia theo kh«ng gian ®Ó cã thÓ ®a ra mét cÊu
h×nh tèi u øng víi tõng øng dông cô thÓ.
C¸c th«ng sè c¬ b¶n bao gåm: ®é suy hao, xuyªn ©m, sè c¸c phÇn tö
chuyÓn m¹ch c¬ b¶n, toµn th«ng hay kh«ng toµn th«ng, tèc ®é chuyÓn m¹ch,
®é æn ®Þnh, ®é tin cËy, cÊu tróc module, gi¸ thµnh.
Häc viÖn c«ng nghÖ BCVT 148
TuyÓn tËp ®Ò tµi nghiªn cøu khoa häc HS-SV
Trong ®ã mét sè th«ng sè quan träng nhÊt yªu cÇu ®èi víi mét ma trËn
chuyÓn m¹ch quang ®ã lµ:
Suy hao c«ng suÊt thÊp
Xuyªn ©m thÊp
KÕt nèi ®¬n gi¶n
Kh«ng nghÏn néi (non-blocking)
c. Ma trËn chuyÓn m¹ch quang.
Sö dông c¸c phÇn tö chuyÓn m¹ch c¬ b¶n 2x2 vµ trªn c¬ së c¸c tiªu chÝ
thiÕt kÕ ma trËn cã thÓ thiÕt kÕ c¸c ma trËn chuyÓn m¹ch kh¸c nhau phï hîp
víi môc ®Ých sö dông vµ ®¸p øng c¸c yªu cÇu kü thuËt kh¸c nhau.
• Ma trËn chuyÓn m¹ch cross-bar
I1 I1
I2 I2
I3 I3
I4 I4
O1 O2 O3 O4 O1 O2 O3 O4
(a) (b)
H×nh 3. Ma trËn chuyÓn m¹ch cross-bar
(a) cross-bar cã x¶y ra nghÏn néi
(b) cross-bar kh«ng x¶y ra nghÏn néi
Ma trËn nµy cã nhîc ®iÓm lµ khi dung lîng tr êng chuyÓn m¹ch lín sÏ
yªu cÇu sè giao ®iÓm chuyÓn m¹ch lín lµm t¨ng kh«ng gian kÕt nèi vµ
gi¸ thµnh cña ma trËn chuyÓn m¹ch. Mét ph¬ng ph¸p ®Ó gi¶m sè giao
nxm mxn
rxr
§iÒu kiÖnlµ ®Ódông chuyÓn m¹ch nhiÒu tÇng (chuyÓn m¹ch Clos).
®iÓm nµy sö ma 1 1
1
• Ma trËn chuyÓn m¹ch Clos:
t rËn chuyÓn m¹ch
2 2
Clos ba tÇng hoµn
t oµn kh«ng nghÏ n néi
lµ m ≥ 2n-1. m
r r
Häc viÖn c«ng nghÖ m¹ch
ChuyÓn BCVT 149
Clos cã nhiÒu kÕt
nèi chÐo (cr ossover )
TuyÓn tËp ®Ò tµi nghiªn cøu khoa häc HS-SV
H×nh 4. Ma trËn chuyÓn m¹ch Clos ba tÇng.
• Ma trËn chuyÓn m¹ch Benes
Ma trËn nµy lµ tr êng hîp riªng cña ma trËn chuyÓn m¹ch Clos
1 1
2 2
N/2
3 3
4 4
5 5
6 6
N/2
N -1 N -1
N N
H×nh 5. Ma trËn chuyÓn m¹ch Benes ba tÇng
Ma trËn chuyÓn m¹ch nhiÒu tÇng cã nhîc ®iÓm chung lµ tÝch luü
xuyªn ©m qua c¸c tÇng chuyÓn m¹ch lµm ¶nh hëng nghiªm träng ®Õn tÝn
hiÖu. Kh¾c phôc nhîc
1 1
®iÓm nµy b»ng c¸ch sö 2 2
dông ma trËn chuyÓn 3 3
m¹ch Benes më réng 4 4
trong ®ã c¸c ph©n tö 5 5
chuyÓn m¹ch c¬ b¶n 6 6
2x2 ë tÇng mét vµ tÇng 7 7
ba chØ cã mét ®Çu vµo 8 8
Häc viÖn c«ng nghÖ BCVT 150
TuyÓn tËp ®Ò tµi nghiªn cøu khoa häc HS-SV
H×nh 6. Ma trËn chuyÓn m¹ch Benes më réng
C¸c ®Æc ®iÓm chÝnh cña c¸c ma trËn chuyÓn m¹ch ph©n chia kh«ng
gian cã thÓ ®îc tãm t¾t trong b¶ng sau:
Sè giao Sè giao
Sè giao ®iÓm ®iÓm
Sè ®êng
®iÓm chuyÓn chuyÓn Kh«ng
CÊu Sè nèi chÐo
chuyÓn m¹ch lín m¹ch nhá nghÏn
tróc tÇng Cross
m¹ch nhÊt trªn nhÊt trªn néi
Over
Crosspoint 1 tuyÕn 1 tuyÕn
nèi nèi
Crossba - N2 2N - 1 1 Wide - Kh«ng
r sense
N+1 2N 2 N+1 N+1 Cã
Double Wide -
3 2N m + m 2 (n + r + 3 Kh«ng
Crossba sense
(N/n) 2 m) - 3 trong 3D
2p - 2p - 1
r
Cã [1]
1 N (p - 1/2) 2p - 1 Kh«ng
2p
Clos
Rearrang trong 3D
2p 2Np 2p
Benes eably
Kh«ng
Dilated Rearrang trong 3D
Benes eably
3. KÕt luËn:
HiÖn nay, chuyÓn m¹ch quang vÉn lµ mét lÜnh vùc míi mÎ, ®ang ®îc
tiÕp tôc nghiªn cøu trªn thÕ giíi. C«ng nghÖ chuyÓn m¹ch quang vÉn cha ®ñ
tr ëng thµnh ®Ó cã thÓ x©m nhËp vµo thÞ tr êng. H¬n n÷a, còng cha cã nhu
cÇu thùc sù cÊp b¸ch vÒ c¸c vÊn ®Ò lu lîng trªn m¹ng viÔn th«ng, do vËy hiÖn
t¹i viÖc ¸p dông vµo m¹ng viÔn th«ng quèc gia lµ cha cÇn thiÕt. Tuy nhiªn,
Häc viÖn c«ng nghÖ BCVT 151
TuyÓn tËp ®Ò tµi nghiªn cøu khoa häc HS-SV
m¹ng viÔn th«ng hiÖn t¹i ®· sö dông c«ng nghÖ truyÒn dÉn SDH ®ång thêi
m¹ng ®ang ph¸t triÓn theo híng ®a dÞch vô b¨ng réng, do vËy trong t ¬ng lai,
viÖc sö dông c¸c bé kÕt nèi chÐo quang OXC hay chuyÓn m¹ch quang t¹i c¸c nót
m¹ng cã dung lîng cao cã thÓ lµ mét gi¶i ph¸p hîp lý. Ngoµi ra, còng cÇn cã hÖ
thèng chuyÓn m¹ch quang thö nghiÖm ®Ó sö dông trong c«ng t¸c nghiªn cøu
nh»m tiÕp cËn s©u h¬n ®ång thêi trang bÞ cho c¸c c¸n bé kü thuËt cã kiÕn
thøc cô thÓ h¬n vÒ lo¹i c«ng nghÖ míi nµy, qua ®ã cã thÓ triÓn khai c¸c øng
dông chuyÓn m¹ch quang trªn m¹ng viÔn th«ng khi c«ng nghÖ ®· tr ëng thµnh
®Çy ®ñ.
Tµi liÖu tham kh¶o
[1] MaxMing-Kang liu, Principles and applications of optical communications
Irwin,1996
[2] Michael Bass-Eric W.Van Stryland, David R.Williamss L.Wolffe
Hand Book of optics
[3] D¬ng V¨n Thµnh, C¬ së kü thuËt chuyÓn m¹ch, HVCNBCVT, 2000
[4] ViÖn KHKT Bu §iÖn (Tæng côc Bu §iÖn)
Nghiªn cøu tiÕp cËn c«ng nghÖ chuyÓn m¹ch quang trong m¹ng viÔn th«ng
t ¬ng lai, 1999
[5] Vò V¨n San, Hoµng V¨n Vâ
Kü thuËt th«ng tin quang, Nxb Khoa häc & Kü thuËt, 1997
[6] L¬ng Duyªn B×nh, VËt lý ®¹i c¬ng (tËp 3) Nxb Gi¸o dôc
[7] T¹p chÝ BCVT-Tæng côc Bu §iÖn (Sè th¸ng 4-2000).
Häc viÖn c«ng nghÖ BCVT 152
TuyÓn tËp ®Ò tµi nghiªn cøu khoa häc HS-SV
Häc viÖn c«ng nghÖ BCVT 153
