Đồ án tốt ngiệp Mạng MAN đơn chăng lựa chọn bước sóng dựa trên AWG

Thuật ngữ viết tắt i

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG 1

1.1 Mục tiêu và phương pháp tiếp cận 3

1.1.1 Mục tiêu 3

1.1.2 Phương pháp tiếp cận 5

1.2 Các phần tử cơ bản của mạng MAN đơn chặng lựa chọn bước sóng dựa trên AWG 6

1.2.1 Bộ kết hợp và bộ chia quang 7

1.2.2 Coupler hình sao thụ động (PSC) 8

2.1.3 Cách tử ống dẫn sóng (AWG) 8

1.2.4 Các máy phát và thu 12

1.3 Các suy giảm truyền dẫn 16

1.3.1 Suy hao 16

1.3.2 Tán sắc 16

1.3.3 Phi tuyến 17

1.3.4 Xuyên âm 19

1.3.5 Nhiễu 19

CHƯƠNG II. CÁC MẠNG WDM NỘI THỊ 21

2.1 Các mạng WDM nội thị ring 21

2.1.1 Mạng Komnet 21

2.1.2 RINGO 22

2.1.3 HORNET 24

2.1.4 IEEE 802.17 RPR 25

2.2 Các mạng WDM nội thị hình sao 25

2.2.1 RAINBOW 25

2.2.2 Telstra 26

2.2.3 NTT 27

2.3 Các mạng WDM đơn chặng 28

2.3.1 Các giao thức phân bổ trước 30

3.3.2 Các giao thức truy nhập ngẫu nhiên 31

3.3.3 Các giao thức đặt trước 32

2.3.4 Các giao thức lai 40

CHƯƠNG III. MẠNG MAN ĐƠN CHẶNG LỰA CHỌN BƯỚC SÓNG DỰA TRÊN AWG 42

3.1. Các yêu cầu mạng 42

3.2. Kiến trúc mạng 43

3.2.1. Các nguyên lý cơ bản 43

3.2.2 Kiến trúc mạng và node mạng 46

3.2.3 So sánh kiến trúc mạng 49

3.3. Giao thức MAC 77

 

 

doc115 trang | Chia sẻ: huong.duong | Ngày: 05/09/2015 | Lượt xem: 709 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đồ án tốt ngiệp Mạng MAN đơn chăng lựa chọn bước sóng dựa trên AWG, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
thu phát của một node bởi thởi gian truyền dẫn của một node khác. Một xu hướng khác để tránh xung đột bộ thu là sử dụng các sợi trễ chuyển mạch (FDLs). Nếu có hai hay nhiều hơn node cùng gửi dữ liệu tới một node đích, các gói tin dữ liệu được đưa vào FDL chuyển mạch của node đích và được nhận lần lượt. Phương pháp này làm giảm tính bùng nổ của mạng và nâng cao hiệu năng trễ-thông lượng mạng. Một giao thức dựa trên kênh điều khiển thích ứng có khả năng làm giảm số lượng xung đột bộ thu được phân tích dựa trên một PSC. Mỗi node có cấu trúc FT2-TR-FR và một kênh riêng cho truyền dữ liệu, do đó tránh được xung đột kênh. Mỗi node lưu trữ dữ liệu phản hồi trong một bộ đệm khác nhau, mỗi bộ đệm cho một đích (cấu trúc bộ đệm này được gọi là hàng đợi đầu ra ảo (VOQ)). Nghẽn đầu dòng (HOL) có thể bị loại bỏ nếu trang bị cho mỗi node một đa hàng đợi đích cho mỗi đích. Do đó, một gói tin dữ liệu với một bộ thu đích bị chiếm giữ không ngăn cản một gói tin khác mà bộ thu tương ứng của nó đang rỗi gửi đi. Do đó hiệu năng trễ-thông lượng mạng sẽ tăng lên. Mỗi node lựa chọn ngẫu nhiên một trong các gói tin theo phân bố xác suất P. Địa chỉ đích của gói tin dữ liệu được chọn được phát quảng bá bằng cách mỗi node gửi gói tin điều khiển qua một kênh chung và sau đó tiếp tục truyền dẫn gói tin dữ liệu được chọn trên kênh của chính nó. Sau một vòng trễ truyền dẫn các node đều biết về lưu lượng điều khiển dù cho bộ thu gói tin dữ liệu có bị xung đột hay không. Trong trường hợp các xung đột bộ thu, xác suất P thay đổi sao cho các gói tin dữ liệu bị xung đột bộ thu được chọn với xác suất nhỏ hơn trong lần đặt trước tiếp theo. Phương pháp truyền dẫn ngẫu nhiên thích ứng này cung cấp hiệu năng trễ-thông lượng mạng tốt hơn truyền dẫn ngẫu nhiên tĩnh và phương pháp vào trước ra trước (FIFO). Một phương pháp thích ứng tương tự để tránh xung đột kênh trong một mạng dựa trên PSC với cấu trúc node FF-TR. Trong trường hợp này tình trạng của tất cả các bước sóng được giám sát bởi mỗi node và được sử dụng để cập nhật P trong các gói tin mà có nhiều khả năng truyền dẫn không xung đột hoặc trên các bước sóng rỗi. Ngược lại, nếu trên một bước sóng cho trứoc xung đột xảy ra thì các gói tin ít khả năng được gửi trên bước sóng đó. Hai giao thức đặt trước với độ phức tạp báo hiệu khác nhau dùng để tránh xung đột kênh và bộ thu của các gói dữ liệu sử dụng hệ thống FT2-TR-FR dựa trên PSC. Mỗi node có một bộ thu phát có bước sóng gán với một kênh chung cố định, một bộ phát điều chỉnh cố định dùng để truyền dẫn dữ liệu, và một bộ thu điều chỉnh được để nhận dữ liệu. Trong mô hình giao thức được đề xuất đầu tiên, tất cả các node dùng một thuật toán xử lí giống nhau sử dụng một bộ tạo số ngẫu nhiên có cùng hạt nhân. Do vậy, tất cả các node sẽ có cùng một kết quả. Một bộ phát i được lựa chọn ngẫu nhiên trong số tất cả các bộ phát. Trong số các hàng đợi bộ thu không rỗng tại bộ phát thứ i, một hàng đợi r được lựa chọn ngẫu nhiên. Trong khe kế tiếp bộ phát i gửi một gói tin cho bộ thu r. Nếu tất cả các hàng đợi bộ thu đều rỗng khe thời gian vẫn chưa được sử dụng. Trong kênh điều khiển, hàng đợi bộ thu của tất cả các node được liên tục quảng bá sử dụng một lược đồ TDM cố định. Do vậy, mỗi node có thông tin toàn mạng cho việc thực hiện thuật toãnử lý phân tán chung. Thuật toán được lặp lại trên mỗi khe dữ liệu cho tới khi tất cả các bộ phát được phục vụ. Tại mỗi bước, các bộ phát và các bộ thu đã được xếp lịch sẽ bị loại bỏ khỏi thuật toán. Trong cách này, các mức ưu tiên cao được cho vào hàng đợi với tốc độ dữ liệu đến cao bằng cách lựa chọn chỉ những hàng đợi bộ thu không rỗng. Chú ý rằng khi mạng tăng thì lưu lượng báo hiệu có thể trở nên khá nhiều. Để giảm báo hiệu mào đầu giao thức thứ hai là sự kết hợp của TDM và giao thức đầu, nghĩa là, nó duy trì cả việc gán khe phân bổ trước và gán khe động. Một giao thức tránh cả hai loại xung đột của gói tin dữ liệu bằng cách sử dụng các bảng tình trạng bộ thu và kênh tại mỗi node. Mạng dựa trên một PSC và mỗi node có cấu trúc TT-TR-FR. Trên một kênh điều khiển chung, mỗi node được gán một khe điều khiển theo một kiểu lặp cố định. Các gói tin điều khiển bao gồm bốn trường: địa chỉ đích, địa chỉ nguồn, bước sóng dữ liệu và kích thước gói (gói có thể có kích thước biến đổi). Mỗi node duy trì hai bảng trạng thái. Bảng trạng thái kênh lưu trữ trạng thái các bước sóng và được sử dụng để tránh xung đột kênh. Bảng trạng thái node tại mỗi node loại bỏ xung đột bộ thu bằng cách lưu trữ trạng thái của các bộ thu chuyển đổi được ở mọi node. Thông số bảng chỉ ra số lượng các bước sóng và các bộ thu đang bận và được cập nhật bởi thông tin điều khiển. Một giao thức đặt trước không đòi hỏi kênh điều khiển. Tất cả các bước sóng được chia thành pha điều khiển và pha dữ liệu lặp lại tuần hoàn. Trong pha điều khiển tất cả các node sử dụng mọi bước sóng được gán theo kiểu TDM để đặt trước. Các gói tin dữ liệu tương ứng sẽ được truyền dẫn trong pha dữ liệu sau một vòng trễ truyền dẫn. Các node có thể có cấu trúc TT-FR hoặc TT-TR. TT được làm bằng một dãy các bộ phát cố định cho mỗi bước sóng. Phát quảng bá tất cả các gói tin điều khiển được thực hiện bằng cách kích hoạt tất cả các bộ phát đồng thời. Băng thông được sử dụng hiệu quả hơn bằng cách dùng TR thay cho FR tại mỗi node. Để làm vậy, một node cho trước cần gửi gói tin điều khiển chỉ trên một bước sóng cho bộ thu của tất các các node khác. Hơn thế, do độ mềm dẻo của hệ thống TT-TR so với TT-FR, tận dụng bước sóng được nâng lên trong khi trễ giảm xuống. Mạng này có N>W nghĩa là một bước sóng được sử dụng cho nhiều node. Đối với hệ thống TT-FR có thể xảy ra kênh riêng của một node cho trước bận trong khi các bước sóng khác không được sử dụng. Vì bộ thu các node được điều chỉnh cố định không thể chuyển sang các bước sóng rỗi. Dẫn đến gói tin dữ liệu tương ứng không được gửi mà các bước sóng rỗi còn lại vẫn không được sử dụng. Ngược lại, hệ thống TT-TR có các các node đích và nguồn đều có thể điều chỉnh bộ phát và bộ thu tới một bước sóng rỗi và bắt đầu truyền dẫn gói tin dữ liệu tương ứng. Đối với lưu lượng không đồng nhất thì cấu trúc node TT-TR ưu điểm hơn hẳn TT-FR ở hiệu năng. Trong khi các kênh của hệ thống TT-FR không tận dụng được với lưu lượng không đồng nhất thì hệ thống TT-TR cho phép cân bằng tải trong tất cả các bước sóng dẫn đến độ tận dụng kênh tốt hơn và nâng cao hiệu năng trễ-thông lượng mạng. Hơn thế, bằng cách cho phép mỗi node đặt trước hơn một bước sóng hiệu năng trễ-thông lượng mạng cũng tăng lên. Nhờ triển khai các bộ thu quang âm có dải chuyển đổi khá rộng mỗi node có thể dùng nhiều bước sóng hơn và hiệu năng trễ-thông lượng mạng tăng lên. Hơn thế, nhờ ứng dụng khả năng lọc đa bước sóng của các bộ thu quang âm nên đã nâng cao hơn nữa hiệu năng trễ-thông lượng mạng vì tăng tính đồng nhất. Lưu lượng điều khiển có thể giảm bằng cách cho phép mỗi node đặt trước các gói tin dữ liệu kích thước biến đổi thay vì gửi nhiều gói tin điều khiển cho mỗi phần của gói tin dữ liệu gốc. Trong đề xuất này, mỗi node có hiểu biết toàn cục về tất cả các đặt trước của node khác và dùng một cơ chế xếp lịch phân tán có mục tiêu là tránh các hoạt động điều chỉnh bộ thu phát không cần thiết. Cả hai bước sóng dữ liệu và điều khiển đều được gán khe, trong khi mỗi khe điều khiển được phân bổ trước cho mỗi node. Vì các khe trong kênh điều khiển và các bước sóng dữ liệu không nhất thiết phải đồng bộ thì các khe điều khiển có thể được thêm vào hoặc loại bỏ, do đó tăng tính dễ nâng cấp của mạng. Hơn thế, thời gian điều chỉnh bộ thu có thể che kín nhờ điều chỉnh các bộ phát rỗi tới bước sóng mà trên đó bộ thu của node đích tương ứng đang hoạt động và bắt đầu gửi dữ liệu ngay khi bộ thu đích sẵn sàng. Kết quả là bộ thu đích không phải điều chỉnh sang một bước sóng khác mà vẫn có thể bắt đầu thu dữ liệu không làm ngắt dẫn tới tăng độ tận dụng kênh. Một giao thức đặt trước không chỉ tận dụng WDMA và TDMA mà còn sử dụng đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA). Một vài node chia sẻ bước sóng bằng cách triển khai các mã khác nhau. Do vậy, số lượng các bước sóng giảm xuống. Điều này lại dẫn đến cho phép sử dụng các bộ thu phát với dải điều chỉnh nhỏ và thời gian điều chỉnh không đáng kể. Kết quả là tổn hao điều chỉnh giảm, độ tận dụng tăng và hiệu năng trễ-thông lượng mạng tăng. Một giao thức đặt trước thăm dò và làm mẫu với báo hiệu trong băng dựa trên một PSC và có cấu trúc node là TT-FR-TR. Mỗi node có kênh dành riêng cho việc nhận các gói tin dữ liệu. Một node nguồn cho trước giám sát kênh riêng của node đích tương ứng bằng cách dùng TR của nó (mẫu). Nếu kênh riêng rỗi node nguồn gửi một yêu cầu đặt trước trên kênh riêng (thăm dò). Nếu yêu cầu này thành công node nguồn bắt đầu truyền dẫn gói tin dữ liệu tương ứng trên kênh riêng của node đích. Hiệu năng của giao thức đặt trước có thể tăng lên nhờ xếp hàng các gói tin dữ liệu tại node nguồn trước khi quảng bá gói tin điều khiển. Xếp hàng nghĩa là các gói tin dữ liệu được xử lí tại node nguồn sao cho chúng không chỉ được sắp xếp bởi địa chỉ node đích mà còn cả theo chiều dài. Các dữ liệu cùng node đích (thường là vài gói tin dữ liệu) sẽ được tiếp tục xử lí theo độ dài của chúng. Có nhiều phương pháp sắp xếp khác nhau. Trong số chúng, một node nguồn cho trước bắt đầu việc đặt trước cho khối dữ liệu dài nhất và tiếp tục làm như vậy cho các khối dữ liệu theo trật tự giảm dần. Theo xu hướng này một gói tin điều khiển đặt trước cho nhiều gói tin dữ liệu sẽ nâng cao sử dụng hiệu quả băng thông và hiệu năng trễ-thông lượng mạng. Sự phân biệt dịch vụ có thể được cung cấp nhờ đặt các gói tin đến vào các hàng đợi khác nhau theo đòi hỏi QoS của chúng trước khi thực hiện đặt trước. Các hàng đợi bao gồm các gói tin thời gian thực hoặc không thời gian thực. Mỗi node nguồn cố gắng đặt trước cho gói tin có độ ưu tiên cao hơn trong bộ đệm dữ liệu thời gian thực. Một giao thức đặt trước hỗ trợ cả các dịch vụ thời gian thực là một mạng dựa trên một PSC sử dụng một bước sóng như là kênh điều khiển quảng bá. Truy nhập kênh điều khiển được thực hiện bằng TDMA hoặc ALOHA gán khe và thẻ token. Kĩ thuật truy nhập này không đòi hỏi kênh điều khiển phải gán khe và các node cần phải đồng bộ. 2.3.4 Các giao thức lai Giao thức MAC lai TDM (HTDM) kết hợp TDM và đặt trước theo nhu cầu. Kênh điều khiển và tất cả các bước sóng dữ liệu đều được gán khe. Một phần của các khe được phân bổ cố định trong khi các khe còn lại được gán động bằng cách quảng bá các gói tin đặt trước trên kênh điều khiển. Giao thức này có thể được xem là sự thoả hiệp giữa độ mềm dẻo và mào đầu báo hiệu. Các khe được gán cố định không đòi hỏi lưu lượng điều khiển nhưng chịu ảnh hưởng của lưu lượng không đồng nhất bùng nổ. Ngược lại, các khe còn lại đòi hỏi báo hiệu nhưng lại thích hợp hơn cho lưu lượng bùng nổ. Một giao thức lai được sử dụng TDM vòng kín cho lưu lượng đơn hướng và đặt trước cho tải lưu lượng đa hướng trong một mạng dựa trên một PSC với cấu trúc node FT2-TR-FR và kênh điều khiển dành riêng. Cụ thể hơn nếu phiên đa hướng có độ dài và kích thước nhóm đa hướng nhỏ gói tin đa hướng được gửi như nhiều đơn hướng sử dụng lược đồ vòng kín TDM. Tuy nhiên, nếu độ dài phiên đa hướng và kích thước nhóm đa hướng vượt quá một ngưỡng nhất định gói tin đa hướng tương ứng sẽ truyền dẫn chỉ một lần và nó sẽ được nhận bởi tất cả các node đích mong muốn. Để đạt được điều này, node nguồn tương ứng quảng bá một gói tin điều khiển để giành các bộ thu. Để làm điều này gói tin đa hướng được truyền dẫn có thể chiếm khe truyền dẫn đơn hướng vì một số node đích đa hướng có thể không nghe thấy lưu lượng đơn hướn trong khi nhận gói tin đa hướng. Một giao thức MAC lai thích ứng không chỉ kiểu lưu lượng mà còn tải lưu lượng được gọi là giao thức đặt trước lai động (HDRP). Giao thức này là sự kết hợp của các giao thức đặt trước báo và truyền và báo và chờ. Cụ thể hơn, trong khi lưu lượng đồng bộ luôn luôn truyền dẫn theo kiểu báo và chờ còn kiểu truyền dẫn của lưu lượng không đồng bộ là phụ thuộc vào tải: Với tải thấp các node dùng giao thức báo và truyền trong khi ở tải cao mỗi node dùng giao thức báo và chờ. Kiểu truyền dẫn được lựa chọn bởi mỗi node theo tải lưu lượng trong khi bộ đếm phục vụ như một chỉ thị tốt. Ưu điểm của giao thức MAC lai này là nó loại bỏ trễ vòng ở tải thấp và xung đột bộ thu ở tải cao (chú ý rằng xung đột bộ thu nhiều khả năng xảy ra ở tải lưu lượng cao). Hơn thế, giao thức đặt trước báo và chờ tố hơn khi dùng các lược đồ phân bổ cố định như là TDMA vòng kín cho lưu lượng không đồng bộ, nghĩa là lưu lượng khách-chủ. Trong các phần trên, các báo cáo trước đây đã được tổng quan lại theo thiết kế và đánh giá hiệu năng của các giao thức MAC cho các mạng đơn chặng WDM. Phần tổng quan này cố gắng nhấn mạnh các đóng góp có liên quan và các cái nhìn bên trong trong các báo cáo lí thuyết. Còn rất nhiều báo cáo liên quan đề cập tới các giao thức MAC WDM đơn chặng. Một mạng đơn chặng dựa trên hai PSC. Cấu trúc này cho phép tái sử dụng bước sóng theo không gian phân cấp dẫn đến truyền dẫn đồng thời một số lượng lớn hơn. Một mạng đơn chặng (logic) đa bước sóng dựa trên mạng ring (vật lí) có khả năng điều khiển công bằng. 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 R³1. 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. 2x2 AWG l Tín hiệu băng rộng l l FSR FSR FSR 1 2 5 1 3 4 6 Hình 3.1. Lát phổ vủa 1 tín hiệu băng rộng Hình 3.2. Tái sử dụng các bước sóng và tín hiệu băng rộng b­íc sãng 2x2 AWG l TÝn hiÖu b¨ng réng l l FSR FSR FSR 1 2 5 1 3 4 6 l 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 M¹ng dùa trªn AWG LD Nguån quang b¨ng réng Bé tr¶i phæ PD Bé d¶i tr¶i phæ §iÒu khiÓn D÷ liÖu D÷ liÖu §iÒu khiÓn D÷ liÖu §iÒu khiÓn f C«ng suÊt §iÖn Quang §iÖn Hình 5.3. Sự trải phổ của thông tin kiểm soát Sự lan rộng phổ điện tử 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 ³ 2. Mỗi node dùng một sợi để truyền và sợi kia để thu. Mạng dựa trên AWG Node 1 Node 2 Node 3 Node N Hình 3.4. Kiến trúc mạng AWG DxD Sx1 Sx1 1xS 1xS Node S Node (D-1)S Node N = DS Node 1 Node S Node (D-1) +1 Node N=DS Rx Tx Hình 3.5 Kiến trúc của mạng và node mạng Node 1 1 1 D D PD Gi¶i tr¶i phæ D÷ liÖu §iÒu khiÓn Tr¶i phæ Nguån quang b¨ng réng LD D÷ liÖu §iÒu khiÓn NodeN Bé chia Bộ kết hợp Hình 3.5. mô tả mạng và cấu trúc node chi tiết hơn. Mạng dựa vào một AWG D ´ D, trong đó D ³ 2. Ở mỗi cổng vào AWG có gắn một bộ kết hợp Sx 1 không nhạy với bước sóng, trong đó S ³ 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

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docDA20173.doc
Tài liệu liên quan