Download luận án tiến sĩ ngành quản lí công với đề tài: Nghiên cứu giải pháp cải thiện hiệu năng mạng chuyển mạch gói quang (ops), cho các bạn làm luận án tham khảo Nhận viết luận văn đại học, thạc sĩ trọn gói, chất lượng, LH ZALO=>0909232620 Tham khảo dịch vụ, bảng giá tại: https://baocaothuctap.net

1. 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

2. 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

3. 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

4. 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

5. 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

6. 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

7. 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

8. 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

9. vii
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng việt
A
ASE
Amplified Spontaneous
Emission
Phát xạ tự phát được khuếch
đại
ATM Asynchronous Transfer Mode
Phương thức truyền không
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
BSS Broadcast and Select Switch
Chuyển mạch quảng bá lựa
chọn
C
CEM Clock Extraction Module Khối tách định thời
CCW Counter ClockWise Ngược chiều kim đồng hồ
CP Control Pulse Xung điều khiển
CPMZ Colliding-Pulse Mach-Zehnder
Bộ Mach-Zehder xung va
chạm
CR Contrast Ratio Tỉ số phân biệt
CW ClockWise Cùng chiều kim đồng hồ
D
DEMUX DeMultiplexer Bộ tách kênh
DWDM
Dense Wavelength Division
Multiplexing
Ghép kênh theo bước sóng mật
độ cao

10. viii
F
FBG Fiber Bragg Grating Cách tử Bragg sợi
FIFO First In First Out Vào trước ra trước
FWHM Full Width at Half Maximum
Độ rộng tối đa tại nửa giá trị
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
KEOPS
KEys to Optical Packet
Switching
Các vấn đề then chốt của
chuyển mạch gói quang
L
LSP Lightwave Switched Path Đường chuyển mạch quang
M
MEMS
Micro-Electro-Mechanical
Systems
Hệ vi cơ điện
MPPM
Modified Pulse Position
Modulation
Điều chế vị trí xung sửa đổi
MPPM-
ACM
MPPM- Address Conversion
Module
Khối chuyển đổi địa chỉ sang
MPPM
MPPM-
HEM
MPPM- Header Extraction
Module
Khối tách mào đầu MPPM
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

11. 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
O/E/O Optical/Electronic/Optical
Chuyển đổi quang/ điện/
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
OSC OS Control
Điều khiển chuyển mạch toàn
quang
OTDM
Optical Time Division
Multiplex
Ghép kênh quang phân chia
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

12. x
PSI
Polarisation Sentitive optical
Isolator
Bộ cách li quang nhạy phân
cực
Q
QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
R
RACE
ATMOS
The Research and development
in Advanced Communications
in Europe- Asynchronous
Transfer Mode Optical
Switching
Chuyển mạch quang ATM-
Dự án nghiên cứu và phát triển
truyền thông tiên tiến ở Châu
Âu
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
SLOB
Switch with Large Optical
Buffers
Chuyển mạch có các bộ đệm
quang lớn
SMZ Symmetric Mach-Zehnder
Bộ giao thoa Mach-Zehnder
đối xứng
SNR Signal Noise Ratio Tỉ số tín hiệu trên nhiễu
SOA
Semiconductor Optical
Amplifier
Bộ khuếch đại quang bán dẫn
SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ
SPC Serial to Parallel Converter
Bộ chuyển đổi nối tiếp sang
song song
SPM Self Phase Modulation Tự điều chế pha
SW Switching Window Cửa sổ chuyển mạch

13. xi
T
TOAD
Terahertz Optical Asymmetric
Demultiplexer
Bộ ghép không đối xứng
quang terahertz
U
UF-OSW UltraFast- Optical Switching
Chuyển mạch quang cực
nhanh
UNI
Ultrafast Nonlinear
Interferometer
Bộ giao thoa phi tuyến cực
nhanh
W
WASPNET
Wavelength Switched Packet
Network
Mạng gói chuyển mạch bước
sóng
WDM
Wavelength Division
Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo
bước sóng
WR Wavelength Routing Định tuyến bước sóng
WRS Wavelength Routing Switch
Chuyển mạch định tuyến bước
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

14. 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
𝛼 𝐿𝐸𝐹 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

15. xiii
𝑖 𝑎
2
Mật độ phổ công suất của dòng nhiễu đầu vào bộ khuếch đại điện
Id Dòng tối
Ip Cường độ dòng định thiên SOA
𝐼̅ 𝑚 Dòng tách quang thu trung bình với tín hiệu thu điểm cực
𝐼̅𝑠 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

16. 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
𝜎𝑡𝑚
2
Phương sai nhiễu tổng khi thu tín hiệu tương ứng bít 1 (điểm cực)
𝜎𝑡,𝑠
2
Phương sai nhiễu tổng khi thu tín hiệu tương ứng bít 0 (điểm không)
𝜎 𝑅𝐼𝑁
2
Phương sai nhiễu cường độ tương đối RIN
𝜎𝑆𝑂𝐴
2
Phương sai nhiễu ASE của SOA

17. xv
𝜎𝑟𝑒𝑐
2
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
𝜏 𝑠 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

18. 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

19. 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

20. 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<10ms (b) N=5, C=2, TPPM-
HP 800ps, TMPPM-HP 425ps và Tpacket<10s (c) N=5, C=2, TPPM-HP
800ps, TMPPM-HP 425ps và Tpacket<0,01s......................................................99

21. xix
Hình 4.17: Hiệu quả sử dụng mạng phụ thuộc vào chiều dài gói khi Rd=80Gb/s, (a)
N=5, C=2, TPPM-HP 100ps, TMPPM-HP 55ps và Tpacket<10ms, (b) N=5, C=2, TPPM-HP
100ps, TMPPM-HP 55ps và Tpacket<10s, (c) N=5, C=2, TPPM-HP 100ps, TMPPM-HP
55ps và Tpacket<0,01s.............................................................................................100
Hình 4.18: Hiệu quả sử dụng mạng thay đổi theo tốc độ bit truyền gói khi (a) N=5,
C=2 và Tpacket=10ms. (b) N=5 , C=2 và Tpacket=10s. (c) N=5 , C=2 và Tpacket=0,1s
........................................................................................................................101
Hình 4.19: Xác suất mất gói, PLP thay đổi theo số bước sóng W sử dụng (a) Khi
Rd=10Gb/s, k =10 nút, p=103
gói/s, TPacket=0,1ms (b) Khi Rd=10Gb/s, k =10 nút,
p=106
gói/s, TPacket=1s (c) Khi Rd=10Gb/s, k =10 nút, p=108
gói/s, TPacket=0,01s
........................................................................................................................103
Hình 4.20: Xác suất mất gói, PLP thay đổi theo số bước sóng W sử dụng (a) Khi
Rd=80Gb/s, k =10 nút, p=103
gói/s, TPacket=0,1ms (b) Khi Rd=80Gb/s, k =10 nút,
p=106
gói/s, TPacket=1s(c) Khi Rd=80Gb/s, k =10 nút, p=108
gói/s, TPacket=0,01s
........................................................................................................................104
Hình 4.21: Sơ đồ thiết lập định tuyến ba chặng trong phần mềm OptiSystem.......105
Hình 4.22: Sơ đồ khối của nút OPS dựa trên PPM-HP và các khối chức năng:
(a) Sơ đồ khối của nút OPS dựa trên PPM-HP; (b)Sơ đồ cấu trúc khối chức năng
CEM; (c) Sơ đồ cấu trúc khối chức năng PPM-HEM; (d) Sơ đồ cấu trúc khối chức
năng PPRT 4entry; (e)Sơ đồ cấu trúc khối chức năng ANDs gate; (f) Sơ đồ cấu trúc
của các khối AND; (g)Sơ đồ cấu trúc khối chức năng OS_OSC; (h) Sơ đồ cấu trúc
của các khối OS; (i) Sơ đồ cấu trúc của các khối OSC. .........................................108
Hình 4.23: Sơ đồ khối của nút OPS dựa trên MPPM-HP và các khối chức năng:
(a) Sơ đồ khối của nút OPS dựa trên MPPM-HP; (b)Sơ đồ cấu trúc khối chức năng
CEM; (c) Sơ đồ cấu trúc khối chức năng MPPM-HEM; (d) Sơ đồ cấu trúc khối chức
năng MPPRT 4entry; (e)Sơ đồ cấu trúc khối chức năng ANDs gate; (f) Sơ đồ cấu trúc
của các khối AND; (g)Sơ đồ cấu trúc khối chức năng OS_OSC; (f) Sơ đồ cấu trúc
của các khối OS.......................................................................................................110

22. xx
Hình 4.24: Dạng sóng thời gian của (a)Các gói đầu vào nút 1, (b) Xung định thời
được tách từ nút 1, (b) Xung định thời được tách từ nút 2, (c) Xung định thời được
tách từ nút 3.............................................................................................................113
Hình 4.25: Dạng sóng thời gian của (a)Các gói đầu ra nút 1 dựa trên PPM HP, (b)
Các gói đầu ra nút 1 dựa trên MPPM HP, (c) Các gói đầu ra nút 2 dựa trên PPM
HP, (d) Các gói đầu ra nút 2 dựa trên MPPM HP, (e)Các gói đầu ra nút 3 dựa trên
PPM HP, (f) Các gói đầu ra nút 3 dựa trên MPPM HP.........................................115
Hình 4.26: Dạng sóng thời gian của (a)Mào đầu gói đầu vào nút 1, (b)Mào đầu gói
đầu ra nút 1 dựa trên PPM HP, (c)Mào đầu gói đầu ra nút 1 dựa trên MPPM HP
.................................................................................................................................116
Hình 4.27: Sơ đồ thiết lập định tuyến ba chặng trong phần mềm OptiSystem.......117

23. xxi
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Các tham số của SOA cho tính toán dịch pha..........................................38
Bảng 2.2: Các tham số của SOA cho tính toán mặt cắt khuếch đại. ........................43
Bảng 2.3: Các tham số SOA cho mô phỏng (1). .......................................................53
Bảng 2.4: Các tham số SOA cho mô phỏng (2). .......................................................53
Bảng 2.5: Các tham số của OTDM và chuyển mạch SMZ cho mô phỏng................54
Bảng 2.6: Kết quả mô phỏng xuyên âm dư thay đổi theo tỉ số giảm. .......................57
Bảng 2.7: Kết quả mô phỏng độ thiệt thòi công suất thu Prx thay đổi theo R với
TSW=12,5ps................................................................................................................57
Bảng 3.1: Bốn mẫu địa chỉ PPM trong bảng PPRT tiêu chuẩn
được tạo ra từ bảng định tuyến thông thường (RT) trong hình 3.2 [41]..................64
Bảng 3.2: Chuyển đổi PPRT tiêu chuẩn sang MPPRT.............................................68
Bảng 4.1: Các tham số của CEM..............................................................................86
Bảng 4.2: Các tham số mô phỏng cho định tuyến 3 chặng dựa trên nút OPS. ......111

24. 1
MỞ ĐẦU
Chuyển mạch gói là một mô hình thông tin trong đó thông tin được phát dưới
dạng gói. Ở đây, các gói là các khối dữ liệu rời rạc được định tuyến giữa các nút qua
các liên kết dữ liệu. Trong mỗi nút mạng, các gói được đệm hoặc phát tới đầu ra và
gây ra trễ hàng đợi. Điều này là ngược hoàn toàn với chuyển mạch kênh, trong đó các
liên kết được thiết lập trước và được giữ cho đến khi truyền xong thông tin. Công
nghệ chuyển mạch gói được sử dụng để tối ưu dung lượng kênh trong mạng mà vẫn
duy trì thời gian truyền dữ liệu qua mạng và tăng khả năng hoạt động cho mạng.
Chuyển mạch gói thực hiện ghép kênh thống kê với tính hạt băng tần rất mịn [72].
Trong công nghệ chuyển mạch gói quang OPS (Optical Packet Switching) dữ liệu
trong các gói được giữ trong miền quang mà không chuyển đổi O/E
(Optical/Electronic) và E/O (Electronic/Optical) tại các nút chuyển mạch. Các ưu
điểm mà công nghệ OPS có được bao gồm cung cấp tốc độ bít cao, khuôn dạng trong
suốt và cấu hình mềm dẻo do hoạt động chuyển mạch ở lớp vật lí. Ngoài ra, mạng
OPS có thể cung cấp phân bổ băng tần động trên cơ sở gói xen gói. Phân bổ động này
dẫn tới mức độ ghép kênh thống kê cao làm cho mạng đạt được khả năng sử dụng tối
ưu khi lưu lượng thay đổi và có tính bùng nổ.
Mạng OPS được phân làm hai loại là mạng đồng bộ và mạng không đồng bộ
với các gói có kích cỡ cố định hoặc thay đổi [108]. Đối với mạng đồng bộ, tất cả các
gói đầu vào phải được đồng chỉnh trước khi đưa vào ma trận chuyển mạch. Ngược
lại, trong mạng không đồng bộ các gói đến không cần phải đồng chỉnh khi đưa vào
ma trận chuyển mạch, nên hoạt động chuyển mạch gói xen gói có thể xuất hiện ở bất
kể thời điểm nào [121]. Tuy nhiên, mạng OPS không đồng bộ rất khó hiện thực hóa
trong thực tế hiện nay, do có một số khó khăn như các RAM (Random Access Memory)
quang bây giờ đang được nghiên cứu và một số công nghệ, một số tiêu chuẩn mới chỉ
đang được hoàn thiện.
Trong các mạng OPS đồng bộ phân khe vấn đề chính liên quan đến chuyển
mạch gói quang là phải xử lí hiệu quả mào đầu gói toàn quang và phải phát triển được
các chuyển mạch toàn quang cực nhanh để giảm thiểu thời gian chuyển tiếp gói tại

25. 2
các nút, ngoài ra còn phải xây dựng được kiến trúc của các nút chuyển mạch hiệu quả
trong khi tối ưu hóa được các yêu cầu đệm và vấn đề tranh chấp gói nhằm nâng cao
hiệu năng của mạng OPS. Hiện nay, với sự phát triển nhanh chóng của các công nghệ
linh kiện quang tử cùng với nhu cầu sử dụng ngày càng tăng nhiều loại hình dịch vụ
băng rộng của nhiều khách hàng, việc ứng dụng công nghệ OPS đang thu hút được
nhiều quan tâm nghiên cứu.
Để có thể hiện thực hóa được công nghệ OPS cần phải vượt qua các thách thức
trong việc giảm thời gian xử lí mào đầu gói quang tại các nút cũng như xây dựng các
mô hình kiến trúc chuyển mạch quang nhanh, dung lượng lớn kết hợp các phương
pháp đệm, định tuyến hiệu quả. Do đó, việc nghiên cứu đề xuất giải pháp cải thiện
hiệu năng của mạng OPS là rất cần thiết.
Xu hướng nghiên cứu hiện nay trên thế giới là tìm kiếm, đề xuất các giải pháp
làm giảm thời gian xử lí gói tại các nút nhằm cải thiện hiệu năng của mạng OPS, đồng
nghĩa với mục tiêu tối ưu hoạt động của mạng. Theo hướng tiếp cận này, trong luận
án của mình, nghiên cứu sinh hướng tới phát triển giải pháp xử lí mào đầu gói toàn
quang dựa trên kỹ thuật tự tương quan song song kết hợp sử dụng các chuyển mạch
quang cực nhanh áp dụng cho OPS thông qua mô hình giải tích, cải thiện được các
thông số hiệu năng mạng OPS. Các kết quả nghiên cứu được đánh giá và minh chứng
qua phân tích số và mô phỏng. Các mô hình toán học và chương trình tính toán mô
phỏng này sẽ là công cụ hỗ trợ cho những nghiên cứu tiếp theo, cho việc thiết kế,
đánh giá tính khả thi và điều kiện hoạt động tin cậy của mạng OPS phân khe đồng bộ.
Đây chính là ý nghĩa khoa học của luận án. Ý nghĩa thực tiễn mà nghiên cứu hy vọng
đạt được thể hiện ở giải pháp mà luận án đưa ra nhằm cải thiện hiệu năng, cụ thể giảm
thời gian xử lý gói tại các nút và tăng được cự ly các chặng kết nối trong mạng OPS,
từ đó góp phần thúc đẩy quá trình triển khai ứng dụng công nghệ mạng OPS trong
mạng truyền thông.
Mục tiêu chính mà luận án hướng đến là nghiên cứu tìm kiếm giải pháp khả
thi để cải thiện hiệu năng mạng OPS thông qua kỹ thuật xử lý mào đầu gói toàn quang
kết hợp sử dụng các chuyển mạch quang cực nhanh. Để đạt được mục tiêu chính này,

26. 3
luận án phải xây dựng được mô hình giải tích để mô hình hóa giải pháp xử lý mào
đầu gói toàn quang và xây dựng mô hình cấu trúc khối xử lý mào đầu toàn quang mới
sử dụng các chuyển mạch toàn quang cực nhanh để áp dụng cho nút chuyển mạch gói
toàn quang. Trên cơ sở đó khảo sát hiệu năng nút và mạng OPS sử dụng các giải pháp
cải thiện hiệu năng đã đề xuất.
Đối tượng nghiên cứu của luận án là mạng OPS và hiệu năng của mạng OPS.
Phạm vi nghiên cứu giới hạn với các mạng OPS đồng bộ phân khe. Tham số hiệu
năng của nút và mạng OPS được đánh giá, khảo sát trong luận án này là thời gian xử
lý mào đầu, công suất phát quang trung bình, hiệu quả sử dụng mạng, xác suất mất
gói và tỉ số tín hiệu trên nhiễu quang.
Để đạt được mục tiêu nghiên cứu, các nhiệm vụ nghiên cứu trong quá trình
thực hiện luận án bao gồm:
1. 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.
2. 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.
3. 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.
Trên cơ sở các nhiệm vụ nghiên cứu đã nêu ở trên, nghiên cứu sinh dựa trên
phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với mô phỏng. Phương pháp nghiên cứu
lý thuyết dựa trên mô hình giải tích được sử dụng cho nghiên cứu về nguyên lý hoạt
động của các phần tử mạng OPS như chuyển mạch toàn quang cực nhanh, xử lý mào
đầu gói toàn quang. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với mô phỏng được
sử dụng để đánh giá hiệu năng nút và mạng OPS.
Với các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu đã nêu ở trên, các kết quả nghiên
cứu của luận án được bố cục thành bốn chương với các nội dung chính như sau:
Chương 1 với tiêu đề “Tổng quan về vấn đề nghiên cứu ” trình bày về mô
hình kiến trúc mạng và nút OPS, các giải pháp xử lý mào đầu gói trong mạng chuyển

27. 4
mạch quang, các công nghệ chuyển mạch quang. Các tham số đánh giá hiệu năng
mạng OPS cũng được giới thiệu trong chương này. Nội dung chính của chương tập
trung khảo sát các các nghiên cứu liên quan đến hiệu năng hệ thống OPS, từ đó phát
hiện ra một số vấn đề tồn tại của các nghiên cứu trước đây và xác định hướng nghiên
cứu, phạm vi nghiên cứu cũng như phương thức tiếp cận, giải quyết của luận án. Một
phần nội dung của chương liên quan tới vấn đề khảo sát các chuyển mạch quang trong
OPS và vấn đề xử lý mào đầu gói quang đã được nghiên cứu sinh công bố trong 3 bài
báo đăng trên Tạp chí Công nghệ thông tin và truyền thông [J6],[J7],[J8].
Chương 2 với tiêu đề “Phát triển chuyển mạch SMZ với coupler đầu ra
không đối xứng và xung điều khiển công suất khác nhau ở hai nhánh” trình bày
về mô hình giải tích, các tham số về chuyển mạch quang cực nhanh Mach-Zehnder
đối xứng SMZ (Symmetric Mach-Zehnder) và các ứng dụng SMZ trong xử lý toàn
quang. Đóng góp mới của luận án trong chương này là kết quả nghiên cứu của nghiên
cứu sinh liên quan đến việc hoàn thiện kết quả của các tác giả trước đề xuất nhằm cải
thiện hiệu năng của chuyển mạch SMZ. Một phần nội dung của chương 2 liên quan
đến chuyển mạch SMZ với coupler đầu ra không đối xứng và xung điều khiển công
suất khác nhau ở hai nhánh đã được công bố trong 01 bài báo đăng trên Tạp chí nghiên
cứu khoa học và công nghệ quân sự - Viện khoa học Công nghệ và Quân sự [J4].
Chương 3 với tiêu đề “Phát triển giải pháp xử lý mào đầu gói toàn quang
dựa trên kỹ thuật điều chế vị trí xung sửa đổi” trình bày về phương pháp xây dựng
các mô hình giải tích nhằm khảo sát hiệu năng các giải pháp xử lý mào đầu gói toàn
quang. Đặc biệt, đóng góp của luận án trong chương này là đề xuất giải pháp xử lý
mào đầu gói toàn quang dựa trên kỹ thuật điều chế vị trí xung sửa đổi (MPPM-
Modified Pulse Position Modulation) nhằm cải thiện hiệu năng quá trình xử lý mào
đầu gói. Các đóng góp của luận án được trình bày trong chương này đã được công bố
trong 01 bài báo báo đăng trên Tạp chí nghiên cứu khoa học và công nghệ quân sự -
Viện khoa học Công nghệ và Quân sự [J1].
Chương 4 với tiêu đề “Xây dựng khối xử lý mào đầu toàn quang dựa trên
kỹ thuật MPPM sử dụng cho nút chuyển mạch gói toàn quang” tập trung trình bày

28. 5
về mô hình kiến trúc nút chuyển mạch gói toàn quang mới MPPM-HP (MPPM-
Header Processing). Giải pháp cải thiện hiệu năng cho nút mạng và mạng OPS được
đề xuất trong chương này là khối xử lý mào đầu toàn quang dựa trên kỹ thuật MPPM.
Tính đúng đắn của đề xuất được xác minh thông qua phân tích lý thuyết và kiểm
chứng qua mô phỏng thông qua các tham số hiệu năng. Các đóng góp của luận án
trong chương này đã được công bố trong 02 bài báo khoa học: 01 bài báo đăng trên
Tạp chí nghiên cứu khoa học và công nghệ quân sự - Viện khoa học Công nghệ và
Quân sự [J2], 01 bài báo đăng trên Tạp chí quốc tế (International Journal of
Electronics and Data Communications, Vol.3, No.3, pp.90-99, Nov 2015) [J3] và 01
bài báo được chấp nhận đăng trên Tạp chí khoa học và công nghệ - Trường Đại học
Công nghiệp Hà Nội [J5].
Trong phần Kết luận, nghiên cứu sinh tóm tắt các nội dung đề xuất chính trình
bày trong luận án cùng với những bàn luận xung quanh đóng góp mới cả về ưu điểm
và nhược điểm từ đó đưa ra những gợi mở cần tiếp tục nghiên cứu.

29. 6
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Tóm tắt (1)
: Nội dung của chương trình bày về các đặc tính kỹ thuật của mạng chuyển
mạch gói quang OPS (Optical Packet Switching), các giải pháp xử lý mào đầu gói
trong mạng chuyển mạch quang, giới thiệu một số công nghệ chuyển mạch quang,
các tham số đánh giá hiệu năng mạng OPS [J6],[J7],[J8]. Nội dung chính của chương
sẽ tập trung khảo sát các nghiên cứu liên quan đến hiệu năng mạng OPS để từ đó tìm
ra các hạn chế của các nghiên cứu trước đây và đề xuất hướng nghiên cứu, phạm vi
nghiên cứu và hướng tiếp cận, giải quyết của luận án.
1.1 GIỚI THIỆU MẠNG CHUYỂN MẠCH GÓI QUANG
Trong những năm gần đây lưu lượng Internet đã tăng rất nhanh là do số lượng
người sử dụng WWW (World Wide Web) tăng đột biến, ngày càng có nhiều máy chủ
thông tin trực tuyến, các loại hình dịch vụ mạng đã được phát triển rộng rãi, công
nghệ truyền thông đa phương tiện tích hợp dữ liệu âm thanh và hình ảnh đóng vai trò
hết sức quan trọng. Vì vậy việc mở rộng băng tần mạng là một nhu cầu cấp bách.
Với sự tăng trưởng bùng nổ của Internet và sự phát triển nhanh của kỹ thuật
ghép kênh phân chia theo bước sóng mật độ cao (DWDM- Dense Wavelength
Division Multiplexing), sợi quang đã trở thành môi trường truyền tải hoàn hảo cho
các mạng tốc độ cao hiện tại và trong tương lai. Trong hệ thống DWDM, mỗi sợi
quang truyền đồng thời được rất nhiều kênh, mỗi kênh hoạt động ở một bước sóng
khác nhau. Một hệ thống truyền dẫn quang như thế có thể cung cấp dung lượng hơn
50 Tb/s trên một sợi quang [76].
1
Một phần nội dung của Chương 1 đã được công bố trên tạp chí Tạp chí Công nghệ thông tin và truyền thông [J6,J7,J8].

30. 7
Các mạng điển hình hiện nay thường có mô hình nhiều lớp và mỗi lớp có một
kỹ thuật khác nhau, thí dụ mô hình IP/ATM/SDH/DWDM gồm bốn lớp: Lớp IP
(Internet Protocol) để truyền các dịch vụ và các ứng dụng, lớp ATM (Asynchronous
Transfer Mode) dành cho kỹ thuật lưu lượng, lớp SONET/SDH (Synchronous Optical
Network/ Synchronous Digital Hierachy) dành cho truyền tải và lớp DWDM dành
cho băng thông. Khi một luồng dữ liệu đến một điểm chuyển mạch, tín hiệu dữ liệu
quang được biến đổi thành dạng điện, việc xử lý và chuyển mạch được thực hiện
trong miền điện. Quá trình này được gọi là biến đổi quang/ điện (O/E). Khi tín hiệu
dữ liệu dạng điện chuyển tới cổng đầu ra, nó sẽ được biến đổi ngược lại thành tín hiệu
quang (E/O). Những điểm chuyển mạch như thế đã thực hiện chuyển đổi O/E/O.
Trong các mạng này, chất lượng truyền tín hiệu sẽ bị hạn chế bởi khả năng xử lý trong
miền điện. Mặc dù hiện nay các bộ định tuyến IP điện tử tốc độ cao có dung lượng
lên tới vài trăm Gb/s nhưng vẫn không tương xứng với dung lượng truyền dẫn của hệ
thống quang DWDM [69].
Nếu lưu lượng IP đóng vai trò chính thì kiến trúc mạng phân lớp truyền thống
không còn thích hợp với sự phát triển của Internet nữa. Trong kiến trúc nhiều lớp,
mỗi lớp có thể làm hạn chế đến qui mô và tăng thêm chi phí cho toàn bộ mạng. Do
dung lượng của cả các bộ định tuyến và các bộ nối chéo quang (OXC- Optical Cross-
Connect) tăng nhanh, nên luồng dữ liệu quang tốc độ cao được đề xuất bỏ qua các
lớp ATM và SONET/SDH và chuyển các chức năng cần thiết của chúng đến lớp khác
[69]. Kết quả là mạng có chi phí hiệu quả hơn mà vẫn truyền tải được lưu lượng rất
lớn, đồng thời kiến trúc lại rất đơn giản. IP/quang được xem là một giải pháp hứa hẹn
cho mạng thế hệ sau vì nó không còn có các lớp trung gian, do đó có thể bỏ qua các
chức năng không cần thiết của các lớp trung gian này.
Còn có một số khó khăn trong việc hiện thực hóa mạng toàn quang, như các
RAM quang bây giờ đang được nghiên cứu và một số công nghệ và một số tiêu chuẩn
đang được hoàn thiện. Do đó việc xử lý các gói IP trong miền quang vẫn chưa được
thực hiện và hệ thống điều khiển bộ định tuyến chỉ được thực hiện bằng điện tử.
Trong những năm qua, hầu như chỉ nghiên cứu các mạng truyền tải quang bán trong

31. 8
suốt, trong đó bản tin điều khiển được xử lý trong miền điện và dữ liệu được truyền
trong các kênh quang tốc độ cao. Để hiện thực hóa kiến trúc IP/DWDM, các nhà
nghiên cứu mạng đã đề xuất một số phương pháp như chuyển mạch kênh quang
(OCS- Optical Channel Switching) còn được gọi là mạng định tuyến bước sóng (WR-
Wavelength Routing), chuyển mạch burst quang (OBS- Optical Burst Switching) và
chuyển mạch gói quang (OPS). Các kỹ thuật chuyển mạch này khác nhau chủ yếu
dựa vào các tài nguyên mạng được phân bổ như thế nào và mức độ chi tiết hoá băng
tần đối với phân bổ tài nguyên mạng [12].
Trong mạng OCS, một kết nối toàn quang gọi là một đường quang được thiết
lập để tạo một kênh nối giữa hai nút biên thông qua các nút lõi. Các đường này có thể
thiết lập động theo các yêu cầu kết nối trong mạng hoặc được cung cấp tĩnh dựa trên
các yêu cầu lưu lượng. Dù OCS phù hợp với lưu lượng có tốc độ cố định như lưu
lượng thoại, nhưng nó có thể không phù hợp với lưu lượng thay đổi [12]. Hơn nữa,
do các đường quang được thiết lập khi sử dụng sơ đồ hai hướng nên phải chịu trễ
quay vòng. Mào đầu thiết lập kết nối lớn nên không phù hợp đối với các lưu lượng
nhỏ. Hơn nữa, khi lưu lượng bùng nổ thì phải có khả năng giám sát băng tần để cung
cấp tải lưu lượng cao nhất, dẫn đến sử dụng mạng không hiệu quả khi tải nhỏ hoặc
rỗi [92].
Trong mạng OBS, dữ liệu vào được ghép thành các đơn vị cơ bản gọi là burst
dữ liệu, sau đó được truyền qua mạng lõi quang. Báo hiệu điều khiển (được thực hiện
ngoài băng nhờ các gói điều khiển) mang thông tin về chiều dài, địa chỉ đích và yêu
cầu QoS (Quality of Service) của burst quang. Gói điều khiển tách rời burst một
khoảng thời gian bù, cho phép gói điều khiển được xử lý tại mỗi nút trung gian trước
khi dữ liệu burst đến. OBS cung cấp phân bổ băng tần động và ghép kênh dữ liệu
thống kê [35], [94].
Trong mạng OPS, dữ liệu được phát dưới dạng các gói quang và được chuyển
qua các nút trung gian mà không phải chuyển thành dạng điện. Mạng OPS có thể
cung cấp phân bổ băng tần động trên cơ sở gói xen gói. Phân bổ động này dẫn tới

32. 9
mức độ ghép kênh thống kê cao làm cho mạng đạt được khả năng sử dụng tối ưu khi
lưu lượng thay đổi và có tính bùng nổ [35].
Mong muốn đối với các mạng truyền tải quang trong tương lai là truyền lưu
lượng ngày càng tăng và phục vụ được đa dạng các loại hình dịch vụ trong điều kiện
các mẫu lưu lượng thay đổi động. Các nghiên cứu trong những năm vừa qua đã đưa
ra một số kết quả có tính thuyết phục là các kiến trúc mạng quang OCS có các chức
năng xử lý và định tuyến đơn giản trong mạng DWDM tốc độ bit cao, dung lượng
lớn [36], [123]. Tuy nhiên, kiến trúc này có hạn chế là hiệu suất sử dụng băng tần
không hiệu quả, tính linh hoạt thấp. Đối với mạng OBS ưu điểm là không cần sử dụng
các bộ nhớ quang nhưng do phải ghép/tách các gói IP vào/từ burst tại các nút biên và
trễ truyền burst lớn, nên hiệu năng không cao. Hiện nay, với những tiến bộ đạt được
trong việc nghiên cứu chế tạo các bộ đệm quang, các chuyển mạch quang tốc độ cao
cũng như đề xuất các kỹ thuật xử lí thông tin điều khiển toàn quang đã mở ra một
tương lai đầy hứa hẹn cho mạng OPS [7], [15], [47]. Trong tương lai, khi có hệ thống
mạng toàn quang trở thành hiện thực mạng sẽ cung cấp các kết nối trong miền kênh
quang (bước sóng) giữa các bộ định tuyến biên trên một mạng lõi quang; nếu lúc này
các kết nối kênh quang là hoàn toàn tĩnh, chúng không thể tự cung cấp lưu lượng một
cách hiệu quả. Lý tưởng để cung cấp tốt nhất trong mạng quang là chuyển mạch
quang tại mức gói quang [30].
Mạng viễn thông Việt Nam hiện đang trong giai đoạn chuyển đối, hướng tới
mạng NGN. Với tốc độ phát triển cơ sở hạ tầng như hiện nay, khả năng ứng dụng
chuyển mạch quang trong mạng viễn thông Việt Nam là rất lớn. Hiện nay chuyển
mạch kênh quang đang được thực hiện. Chuyển mạch kênh quang sẽ đóng vai trò rất
lớn khi nâng cấp mạng quang WDM điểm-điểm thành thế hệ mạng quang trong định
tuyến theo bước sóng DWDM. Trong xu hướng phát triển mạng truyền tải toàn quang,
chuyển mạch quang sẽ tiến tới chuyển mạch gói quang. Việc ứng dụng chuyển mạch
quang cho mạng viễn thông Việt Nam trong tương lai cần phải xây dựng mục tiêu
đáp ứng lưu lượng chuyển mạch cũng như khả năng duy trì mạng.

33. 10
1.1.1 Kiến trúc trúc mạng chuyển mạch gói quang
Kiến trúc chung của mạng OPS được trình bày như trong hình 1.1. Kiến trúc
mạng gồm có mạng lõi và mạng khách hàng (client). Nút biên hoạt động như một
giao diện giữa mạng khách hàng và mạng lõi và nằm ở biên của mạng. Tại nút biên
các gói điện đến được tập hợp và sắp xếp vào các gói quang với tải trọng có tốc độ
bít rất cao nhằm sử dụng hiệu quả băng tần của mạng lõi. Phần mào đầu tốc độ bít
thấp cũng được thêm vào và được chuyển vào mạng lõi. Thông tin lưu trong mào đầu
được sử dụng để định tuyến gói. Các gói quang được chuyển qua các nút lõi với tải
trọng vẫn được duy trì trong miền quang. Khi các gói đến các nút biên đầu ra các gói
điện được tách từ tải trọng và đưa đến các mạng khách hàng.
Hình 1.1: Kiến trúc chung của mạng chuyển mạch gói quang [124].
Do đó, vấn đề then chốt liên quan đến mạng quang là thiết kế cấu trúc bộ định
tuyến/chuyển mạch để thực hiện hoạt động chuyển mạch hiệu quả với tốc độ dữ liệu
cao. Các chuyển mạch này được phân thành các chuyển mạch quang hoặc chuyển
mạch toàn quang. Trong phương thức chuyển mạch quang dữ liệu vẫn được giữ trong
miền quang mà không cần một sự chuyển đổi O/E và E/O nào ở các nút trung gian
nhưng hoạt động điều khiển phải thực hiện trong miền điện. Chuyển mạch gói quang
vẫn cung cấp tốc độ bít cao, khuôn dạng trong suốt và cấu hình mềm dẻo do hoạt
động chuyển mạch ở lớp vật lí. Trong phương thức toàn quang, truyền dữ liệu và xử
lí tín hiệu được thực hiện trong miền quang.

34. 11
Nói chung mạng OPS được phân làm hai loại: Mạng đồng bộ và mạng không đồng
bộ với kích cỡ gói cố định hoặc kích cỡ gói thay đổi [108].
1.1.2 Nút chuyển mạch gói quang
Hình 1.2 đưa ra sơ đồ khối chung của một nút chuyển mạch gói quang. Các
khối chức năng chính bao gồm [97], [104]: Khối đầu vào; Khối đệm và chuyển mạch;
Khối điều khiển; Khối đầu ra.
Các gói quang khi đến nút chuyển mạch sẽ được đưa qua một bộ tách kênh
quang (ODEMUX- Optical DeMultiplexer) để tách phần tải trọng đưa vào bộ đệm
quang (đường dây trễ), và thông tin điều khiển đưa vào khối đầu vào của khối điều
khiển chuyển mạch nhằm xử lý lấy thông tin định tuyến để điều khiển khối chuyển
mạch. Thực hiện chuyển mạch gói dữ liệu tới đầu ra phù hợp, rồi qua bộ ghép quang
(OMUX- Optical Multiplexer) và được đưa lên đường truyền quang tới nút tiếp theo
trên đường đi từ nút nguồn tới nút đích.
Hình 1.2: Sơ đồ khối chung của nút chuyển mạch gói quang [97].
1.1.2.1 Khối giao diện đầu vào
Chức năng chính của khối giao diện đầu vào là thu, đồng chỉnh gói quang để
chuẩn bị đưa vào trường chuyển mạch và tách thông tin điều khiển đưa lên khối điều
khiển chuyển mạch.
Đồng chỉnh gói là vấn đề cơ bản cần phải quan tâm khi các chuyển mạch quang
đơn kết hợp thành mạng chuyển mạch tập trung hoặc phân tán. Để thực hiện định

35. 12
tuyến thành công, cần phải đồng chỉnh các gói trong cơ cấu chuyển mạch nhờ mào
đầu trong bộ xử lí định tuyến. Nói chung, đồng bộ trong mạng chuyển mạch gói quang
được chia làm hai loại tùy thuộc mạng phân khe (đồng bộ) và không phân khe (không
đồng bộ). Do trạng thái cơ cấu chuyển mạch chỉ thay đổi ở các thời điểm riêng biệt,
nên người thiết kế mạng quyết định (hoặc không) đồng chỉnh tất cả các gói đầu ra
trước khi đưa vào cơ cấu chuyển mạch. Trong cả hai trường hợp này, đồng bộ bit và
khôi phục đồng hồ nhanh được yêu cầu để nhận ra mào đầu gói. Trong mạng phân
khe, các gói kết hợp với mào đầu để đặt vào trong một khe thời gian cố định. Độ dài
khe lớn hơn độ dài tổng của gói. Điều này sẽ cung cấp băng bảo vệ hiệu quả giữa các
gói. Trong hầu hết các trường hợp, đệm quang được thực hiện bằng cách sử dụng các
vòng sợi hoặc các đường dây trễ có trễ truyền bằng hoặc là bội số của chiều dài khe.
Dẫn đến yêu cầu tất cả các gói đến ở các cổng đầu vào phải được đồng chỉnh trong
ranh giới khe thời gian với tham chiếu định thời nội bộ. Trong mạng không phân khe,
các gói đến có thể có hoặc không có cùng kích cỡ. Các gói đến và đưa vào chuyển
mạch mà không cần phải đồng chỉnh. Ở đây khả năng xẩy ra tranh chấp lớn hơn bởi
vì cách thức hoạt động của các gói đầu vào là không dự đoán trước được và ít được
chỉnh lại. Trong các mạng này, bộ đệm quang sẽ phức tạp hơn. Bằng cách thiết kế
hiệu quả cấu trúc nút và các giao thức theo các đặc tính mạng thì có thể đạt được hiệu
năng mong muốn ngay cả trong hệ thống không phân khe [97].
1.1.2.2 Khối điều khiển chuyển mạch
Khối này thực hiện thu nhận các thông tin từ khối đầu vào và phân tích thông
tin điều khiển nhằm tìm kiếm cơ sở dữ liệu định tuyến (thông tin này nằm trong phần
mào đầu của gói quang) và thực hiện điều khiển khối chuyển mạch (lựa chọn cổng ra
và sau đó cấu hình các phần tử chuyển mạch để gói được chuyển tới cổng ra mong
muốn tại thời điểm lập lịch). Ngoài ra sau khi phân tích xong thông tin điều khiển
còn phải có chức năng cấu tạo lại phần thông tin điều khiển đưa tới khối đầu ra (tráo
đổi/tái tạo mào đầu).

36. 13
1.1.2.3 Khối đệm và chuyển mạch quang
Đây là thành phần chính trong mỗi nút chuyển mạch quang thực hiện chức
năng chuyển mạch thông tin từ đầu vào tới đầu ra theo yêu cầu và giải quyết tranh
chấp gói.
Chuyển mạch là cơ chế thực hiện cấu hình trạng thái/liên kết chuyển mạch để
chuyển gói tới cổng ra được chọn.
Tranh chấp gói xẩy ra khi ở đầu vào của chuyển mạch, có thể nhận đồng thời
nhiều gói yêu cầu chuyển tiếp tới cùng một cổng đầu ra. Do một gói được phát đến
cổng ra tại thời điểm đã cho nên xuất hiện tranh chấp. Để giải quyết tranh chấp có thể
sử dụng ba giải pháp sau [3], [38], [75]: Định tuyến lệch hướng trong miền không
gian; Chuyển đổi bước sóng trong miền quang; Đệm quang trong miền thời gian.
1.1.2.4 Khối giao diện ra
Thực hiện đệm đầu ra, ghép thông tin tải trọng và thông tin điều khiển mới
(thay thế mào đầu), biến đổi thành tín hiệu phù hợp với đường truyền và đưa lên
đường truyền dẫn.Thay thế mào đầu liên quan đến việc tính toán, tạo và chèn lại mào
đầu với tải trọng trước khi ra khỏi cổng ra chuyển mạch tương ứng. Có một số trường
hợp trong đó yêu cầu các chức năng này, nghĩa là trong một chuyển mạch gói toàn
quang thì mào đầu được tách hoàn toàn khỏi tải trọng để xử lí, hoặc các chiến lược
định tuyến yêu cầu thay đổi mào đầu gói. Quan trọng là kỹ thuật tái tạo mào đầu phải
hoạt động với các chuyển mạch nối tầng và độc lập với số chuyển mạch và gói chuyển
qua.
Cấu trúc chung của gói gồm có mào đầu và tải trọng. Mào đầu chỉ chứa thông
tin được xử lí bởi các chuyển mạch. Nó có thể bao gồm địa chỉ đích, ưu tiên, bit chèn
gói và chiều dài gói. Tải trọng chứa thông tin chỉ xử lí bởi nguồn và đích. Nó có thể
bao gồm dữ liệu, số gói và địa chỉ nguồn. Vì mào đầu được xử lí tại mỗi nút chuyển
mạch, nên mong muốn mào đầu phải có tốc độ bit cố định tương đối nhỏ. Sử dụng
các gói có chiều dài cố định sẽ đơn giản thực hiện giải quyết tranh chấp, định tuyến
gói và đồng bộ gói. Chuyển mạch gói không yêu cầu liên kết có băng tần dữ trữ hoặc
dành riêng. Phụ thuộc vào mạng và băng tần sẵn có trên các đường khác nhau thì bất

37. 14
cứ gói nào cũng đều có thể chiếm một số tuyến để đi đến đích. Trong trường hợp này,
trong các gói có số tuần tự để đảm bảo các gói không bị thu nhầm nếu chúng đến
không đúng trật tự. Kích cỡ của các gói (cố định/thay đổi) phụ thuộc vào cấu trúc
thiết kế mạng.
1.2 CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ MÀO ĐẦU GÓI QUANG TRONG MẠNG
CHUYỂN MẠCH GÓI QUANG
1.2.1 Các giải pháp xử lý mào đầu gói quang
Theo các tài liệu đã công bố hiện nay, giải pháp xử lí mào đầu gói được phân
làm hai loại chính là giải pháp xử lí mào đầu gói trong miền điện và giải pháp xử lí
mào đầu gói trong miền quang.
Giải pháp xử lí mào đầu gói trong miền điện đã được công bố trong các dự án:
RACE ATMOS [71], KEOPS [46] và WASPNET [84]. Trong giải pháp xử lí mào
đầu gói này, dùng kỹ thuật khóa ON-OFF nhờ các phần tử biến đổi quang-điện.
Xử lý mào đầu gói trong miền toàn quang là một thách thức lớn cho các nút
chuyển mạch gói quang. Chuyển mạch gói quang yêu cầu xử lý tín hiệu của địa chỉ
mào đầu gói quang bên trong nút. Nó bao gồm việc tách mào đầu gói tin (bộ định
thời và địa chỉ) và hoạt động tương quan địa chỉ gói tin. Việc xử lý mào đầu thông
thường được thực hiện ở miền điện bằng cách truyền các mào đầu gói ở tốc độ thấp
hơn nhiều so với tải trọng [71]. Trong chuyển mạch gói quang, nhận dạng mào đầu
gói thường được thực hiện bằng cách truyền các mào đầu gói và tải trọng trong hai
miền khác nhau (biên độ, bước sóng, pha, hoặc phân cực) [52], [61]. Tuy nhiên, đây
không phải là một nhiệm vụ dễ dàng để duy trì cùng một phân cực hoặc pha giống
nhau dọc theo đường truyền vì tác động, ảnh hưởng của tán sắc và các hiệu ứng phi
tuyến kết hợp trong các sợi quang và các thiết bị quang [61], [89]. Mào đầu gói truyền
ở dạng biên độ khác nhau cũng bị ảnh hưởng xấu đi do sự biến thiên công suất gây
ra bởi suy hao công suất khác nhau/ đặc tính khuếch đại của mỗi đường quang dọc
theo đường truyền [61]. Mào đầu truyền với bước sóng khác nhau sẽ dẫn đến thời
gian đến khác nhau do ảnh hưởng của tán sắc vận tốc nhóm (GVD- Group Velocity
Dispersion) khi một gói tin truyền qua mạng. Chuyển mạch gói quang đã được nghiên

38. 15
cứu rộng rãi để thực hiện định tuyến trong mạng toàn quang [47], [50]. Tuy nhiên,
trong hầu hết các trường hợp, mào đầu tráo đổi/ điều chế được yêu cầu tại mỗi nút
chuyển mạch, do đó làm tăng sự phức tạp của các bộ định tuyến [50], [62]. Một số sơ
đồ xử lý mào đầu gói toàn quang và tương quan địa chỉ đã được đề xuất, và có thể
được phân thành ba loại:
1- Tự định tuyến [53], [58]: Địa chỉ mào đầu gói được thiết lập để trực tiếp điều khiển
trạng thái đóng/ mở của các chuyển mạch đầu ra. Mô hình này ít phức tạp hơn vì
không có mối tương quan giữa địa chỉ và bảng định tuyến. Tuy nhiên, khi số chặng
tăng thì phải tăng chiều dài của trường địa chỉ mào đầu gói.
2- Bộ tương quan cách tử Bragg sợi quang (FBG- Fiber Bragg Grating) [49], [72]:
Một thiết bị thụ động thường được sử dụng trong mạng. Tuy nhiên, khi chiều dài của
địa chỉ mào đầu tăng, số lượng bộ tương quan yêu cầu cũng tăng tỉ lệ theo.
3- Tương quan cổng logic: Tất cả các cổng logic quang, chẳng hạn như cổng XOR
[101], [114] và cổng AND [74] thường được sử dụng để so sánh các thông tin địa chỉ
với bảng định tuyến nội bộ. Tuy nhiên, sự phức tạp của các khối nhận dạng địa chỉ
càng lớn khi tăng độ dài địa chỉ.
1.2.2 Các vấn đề đặt ra khi xử lý mào đầu gói quang
Trong mạng chuyển mạch gói quang (OPS), các mào đầu gói quang được gắn
với tải trọng của gói quang và tốc độ tải trọng thường lớn hơn nhiều so với tốc độ
mào đầu gói quang. Mào đầu gói quang được truyền đi cùng với tải trọng, tuy nhiên
đến một nút chuyển mạch thì mào đầu gói quang phải được tách ra để xử lí nhằm thực
hiện định tuyến đường đi tiếp theo cho gói quang, dẫn đến hiện tượng gói quang bị
trễ và gây ra nghẽn cổ chai tại nút. Mặt khác, trong các nút chuyển mạch gói quang
có các đầu vào/ra lớn đòi hỏi khối xử lý mào đầu gói quang phức tạp, số lượng các
bộ tương quan quang lớn.
Như vậy để giải quyết các vấn đề đã đặt ra, cần phải chọn được giải pháp xử
lí mào đầu gói toàn quang hiệu quả: chiều dài trường địa chỉ mào đầu gói phải nhỏ,
thời gian xử lí tiêu đề địa chỉ phải nhanh, số lượng các bộ tương quan trong khối xử
lí mào đầu gói quang phải nhỏ. Đây cũng là mục tiêu chính mà luận án hướng đến là

39. 16
nghiên cứu tìm kiếm giải pháp khả thi để cải thiện hiệu năng mạng OPS thông qua
kỹ thuật xử lý mào đầu gói toàn quang kết hợp sử dụng các chuyển mạch toàn quang
cực nhanh.
1.3 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH QUANG
Theo thời gian chuyển mạch, công nghệ chuyển mạch được chia làm hai nhóm.
Nhóm 1, có thời gian chuyển mạch > 1ps; Nhóm 2, có thời gian chuyển mạch < 1ps
(gọi là các chuyển mạch quang cực nhanh) [34], [78].
Nhóm 1 đã có một số công nghệ chuyển mạch quang được đề xuất:
(a) Chuyển mạch hệ thống vi cơ điện (MEMS- Micro-Electro-Mechanical
Systems): trong đó các gương rất nhỏ được đặt trong các đế silic và điều khiển
nó nhờ sử dụng phương pháp điện từ. Thời gian chuyển mạch của các MEMS
là khoảng 10ms [11], [116].
(b) Chuyển mạch tinh thể lỏng: Gắn điện áp vào tế bào để thay đổi phân cực ánh
sáng. Nhờ sử dụng bộ tách và kết hợp tia phân cực, ánh sáng được chuyển
mạch. Thời gian chuyển mạch của các chuyển mạch tinh thể khoảng 4ms [70],
[89].
(c) Chuyển mạch bọt (bubble): Sử dụng công nghệ tương tự máy in phun, nhằm
tạo ra các bọt để làm lệch ánh sáng. Thời gian chuyển mạch của chuyển mạch
bọt khoảng 10ms [70], [89].
(d) Chuyển mạch nhiệt – quang: Sử dụng nhiệt độ để thay đổi chiết suất của hai
ống dẫn sóng. Khi đó pha của tín hiệu trên hai ống dẫn sóng sẽ khác nhau, dẫn
đến làm chuyển mạch tín hiệu. Thời gian chuyển mạch của các chuyển mạch
nhiệt- quang khoảng 3ms [70], [89].
(e) Chuyển mạch điện- quang: Để thay đổi chiết suất trong vùng ghép nhờ điện
áp gắn vào. Thời gian chuyển mạch của các chuyển mạch điện quang khoảng
10ps [70], [89].
(f) Chuyển mạch quang- âm: Hoạt động của thiết bị này dựa trên hiệu ứng
quang- âm. Hiệu ứng này là do sự thay đổi chiết suất của môi trường, gây ra
do căng cơ học khi sóng âm bề mặt truyền qua. Các sóng này thiết lập một

40. 17
cách tử nhiễu xạ trong môi trường. Bước cách tử có thể làm thay đổi phân cực
tín hiệu quang khi truyền qua môi trường.
(g) Ngoài ra, trong những năm gần đây cũng đã có các nghiên cứu về chuyển
mạch quang cực nhanh dựa trên các vật liệu mới như Ôxit thiếc Indi [48], dàn
tinh thể tổ ong của các nguyên tử Cácbon [81], với ưu điểm dễ tích hợp và đặc
biệt là tiêu thụ năng lượng quang thấp (6.0 mW cm-2
). Thời gian chuyển mạch
của loại chuyển mạch này khoảng 63ps [17].
Nhóm 2 là các chuyển mạch toàn quang cực nhanh:
Tất cả các chuyển mạch như bộ giao thoa phi tuyến cực nhanh (UNI- Ultrafast
Nonlinear Interferometer) [87], bộ tách không đối xứng quang Terahertz (TOAD-
Terahertz Optical Asymmetric Demultiplexer) [64], [99], và bộ giao thoa Mach-
Zehnder (MZI- Mach-Zehnder Interferometer) [60], [65], [114] dựa trên hiệu ứng
điều chế pha chéo (XPM- Cross Phase Modulation) của SOA (Semiconductor
Optical Amplifier), để làm lệch pha tín hiệu trong bộ giao thoa dẫn đến làm chuyển
mạch tín hiệu.
Các chuyển mạch toàn quang dựa trên hiệu ứng XPM của SOA được sử dụng
rộng rãi cho chức năng định tuyến trong miền quang do thời gian chuyển mạch cực
nhanh (< 1ps) [34], [78]. Các chuyển mạch này sẽ được nghiên cứu cụ thể trong nội
dung chương 2.
1.4 CÁC THAM SỐ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG MẠNG CHUYỂN MẠCH GÓI
QUANG
Thuật ngữ hiệu năng là một khái niệm chung. Nó có thể được xem là hiệu suất
các bit được hình thành, chuyển tải và thu trong mạng. Các tham số hiệu năng điển
hình trong trường hợp này là tỉ số lỗi bit (BER) hoặc tỉ số tín hiệu trên nhiễu (SNR).
Cũng có thể coi hiệu năng là hiệu suất các gói truyền tải qua mạng bằng các giao thức
mạng. Các giao thức mạng khi hoạt động có thể bị trễ và đôi khi gây mất gói, nên các
tham số hiệu năng chủ yếu là trễ gói trung bình (thời gian xử lí gói) và xác suất mất
gói mà cơ bản được xem là tỉ lệ mất gói trong mạng.

41. 18
Trong luận án này, các tham số hiệu năng được đánh giá là: Thời gian xử lý
mào đầu, công suất phát quang trung bình, hiệu quả sử dụng mạng, xác suất mất gói
tin và tỉ số tín hiệu trên nhiễu quang.
1.4.1 Thời gian xử lý mào đầu
Thời gian xử lí mào đầu gói quang, 𝑇𝐻𝑃, được định nghĩa là khoảng thời gian
từ khi gói đến cho đến khi bộ xử lí mào đầu xác định được thông tin điều khiển để
điều khiển cơ cấu chuyển mạch [9], [41], [112].
1.4.2 Công suất phát quang trung bình
Công suất phát quang trung bình, 𝑃𝑎𝑣𝑔, được định nghĩa là công suất quang
yêu cầu tại đầu ra máy phát đối với một lược đồ điều chế bất kỳ để đạt được một mức
BER qui định [120].
1.4.3 Hiệu quả sử dụng mạng
Hiệu quả sử dụng mạng, 𝑈, sử dụng để đánh giá hiệu năng của mạng như là
một hàm của thời gian xử lý mào đầu và thời gian truyền gói. Nó cũng được xem là
thông lượng của mạng khi xác suất mất gói bằng 0 [61].
1.4.4 Xác suất mất gói
Xác suất mất gói, 𝑃𝐿𝑃, là tham số quan trọng để đánh giá khả năng xử lí của
nút lõi OPS. Xác suất mất gói, được định nghĩa là xác suất các gói vào bị mất khi
không có một bước sóng đầu ra phục vụ cho gói [103], [117].
1.4.5 Tỉ số tín hiệu trên nhiễu quang
Tỉ số tín hiệu trên nhiễu quang, 𝑂𝑆𝑁𝑅, là tỉ số giữa công suất tín hiệu quang
mong muốn thu được và công suất tín hiệu gây nhiễu. Rõ ràng, một mạng có OSNR
lớn sẽ có hiệu năng tốt, có nghĩa là hệ thống sẽ có BER nhỏ, dung lượng lớn. OSNR
phụ thuộc vào công suất tín hiệu thu được tại bộ thu, do đó, sẽ được quyết định bởi
cự ly truyền dẫn, băng thông truyền dẫn và các tham số đường truyền. Lưu ý là để hệ
thống quang hoạt động tốt thì yêu cầu 20OSNR dB [67].

42. 19
1.5 CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI LUẬN ÁN
1.5.1 Các công trình nghiên cứu trong nước
Ở Việt Nam, theo như tìm hiểu của nghiên cứu sinh số lượng các kết quả
nghiên cứu về các vấn đề liên quan đến chuyển mạch gói quang còn rất hạn chế. Dưới
đây là những nghiên cứu điển hình đã có kết quả công bố:
Nghiên cứu tổng quan các kỹ thuật chuyển mạch quang tiên tiến, tình hình
triển khai công nghệ chuyển mạch quang trên thế giới và khả năng ứng dụng tại Việt
Nam. Nghiên cứu này được thực hiện bởi nhóm tác giả tại Viện khoa học Kỹ thuật
Bưu điện- Học viện công nghệ Bưu chính Viễn thông. Nghiên cứu này chỉ dừng ở
mức tìm hiểu về nguyên lí và hoạt động của các kỹ thuật chuyển mạch quang [1].
Nghiên cứu phát triển modul chuyển mạch quang được thực hiện bởi tác giả
Trần Quốc Việt trong luận án Tiến sĩ tại Học viện công nghệ Bưu chính Viễn thông.
Trong nghiên cứu này tác giả đã nghiên cứu phát triển chuyển mạch quang mở rộng
cấu trúc nối tầng, bù suy hao, tránh xuyên âm, giảm nhiễu, lập thí nghiệm và ứng
dụng chuyển mạch [2].
1.5.2 Các công trình nghiên cứu trên thế giới
1.5.2.1. Các nghiên cứu về công nghệ chuyển mạch toàn quang cực nhanh
Các chuyển mạch quang cực nhanh (UF-OSW- UltraFast- Optical Switching)
được thực hiện theo nhiều cách khác nhau sử dụng các thành phần quang phi tuyến
thụ động hoặc tích cực.
a) Chuyển mạch quang cực nhanh sử dụng thành phần phi tuyến thụ động:
(i) Nhóm của C. N. Ironside đã đưa ra cấu trúc chuyển mạch quang toàn cực
nhanh sử dụng các thành phần quang phi tuyến thụ động sợi quang và ống dẫn
sóng quang. Các cấu trúc chuyển mạch toàn quang dựa trên cấu trúc gương
vòng phi tuyến và coupler dẫn hướng phi tuyến [56].
(ii) Hao Hu và các cộng sự đã đưa ra cấu trúc chuyển mạch gói toàn quang sử
dụng nano dây silic, hoạt động dựa trên điều chế pha chéo trong silic [53].
b) Chuyển mạch quang cực nhanh sử dụng thành phần phi tuyến tích cực:

43. 20
UF-OSW chủ yếu được thực hiện nhờ sử dụng các thành phần quang phi tuyến
tích cực được nghiên cứu nhiều nhất là bộ khuếch đại quang bán dẫn (SOA). SOA
thu hút được nhiều sự chú ý với các ứng dụng chuyển mạch toàn quang là do đặc tính
phi tuyến cao, cấu trúc đơn giản, dễ tích hợp và đặc biệt là tiêu thụ năng lượng quang
thấp (pJ) [27], [32], [43], [44].
(iii)N. S. Patel và các cộng sự đã đưa ra cấu trúc chuyển mạch quang cực nhanh
dựa trên bộ giao thoa phi tuyến cực nhanh (UNI) [87].
(iv) Nhóm của J. P. Sokoloff và nhóm của Z. Ghassemlooy đã đưa ra cấu trúc
chuyển mạch quang cực nhanh dựa trên cấu trúc bộ tách không đối xứng quang
Terahert (TOAD) [64], [99] và bộ giao thoa Mach-Zehnder (MZI) [60], [65],
[114] dựa trên hiệu ứng điều chế pha chéo (XPM) của SOA, để làm lệch pha
tín hiệu trong bộ giao thoa dẫn đến làm chuyển mạch tín hiệu.
1.5.2.2 Các nghiên cứu về giải pháp xử lí mào đầu gói
a) Giải pháp xử lí mào đầu gói trong miền điện:
(i) Dự án RACE ATMOS:
F.Masetti và các cộng sự đã xây dựng dự án RACE ATMOS chuyển mạch
quang hoạt động ở vùng bước sóng 1550nm vào năm 1992. Hệ thống có ba tầng:
Tầng thứ nhất mã hóa bước sóng, tầng thứ hai sử dụng các bộ đệm (đường dây trễ
quang) để giải quyết tranh chấp và tầng thứ ba tách kênh để lựa chọn các gói nhờ các
bộ lọc thông băng. Quá trình điều khiển được thực hiện trong miền điện [71].
(ii) Dự án KEOPS:
Trong dự án KEOPS, C. Guillemot, P. Gambini và các cộng sự đã sử dụng
khuôn dạng gói quang chiều dài không đổi, các gói từ đầu vào cho trước luôn được
chuyển lên một bước sóng đầu ra xác định. Tải trọng và mào đầu truyền nối tiếp cùng
một bước sóng. Hoạt động đồng bộ được thực hiện và sử dụng bộ đệm là các đường
dây trễ. Mào đầu gói truyền ở tốc độ 622Mb/s và xử lí trong miền điện [46].
(iii)Dự án WASPNET:
Với dự án WASPNET, D. K. Hunter và các cộng sự đã thực hiện truyền nối
tiếp mào đầu và tải trọng trên cùng một bước sóng. Hai kiến trúc điều khiển được sử

44. 21
dụng là tuyến bước sóng tán xạ và tuyến bước sóng chia sẻ. Mào đầu gói truyền ở tốc
độ 155 Mb/s và xử lí trong miền điện [84].
b) Giải pháp xử lí mào đầu gói trong miền quang
Để khắc phục các hạn chế của giải pháp xử lí mào đầu gói trong miền điện do
thời gian xử lí lâu [10s] [86], giải pháp xử lí mào đầu quang đã được đề xuất.
(i) Xử lý mào đầu gói toàn quang tự định tuyến:
Nhóm của E. Kehayas [58] và nhóm của H. Hiura [53] đã đề xuất sơ đồ xử lý
mào đầu gói toàn quang tự định tuyến mà không sử dụng tương quan giữa địa chỉ và
bảng định tuyến, để thực hiện trong sơ đồ sử dụng chuyển mạch quang giao thoa
Mach-Zehnder với các SOA. Địa chỉ mào đầu gói được thiết lập để trực tiếp điều
khiển trạng thái đóng/mở của các chuyển mạch đầu ra.
Xử lý mào đầu gói toàn quang tự định tuyến của nhóm E. Kehayas [58]:
Trong đề xuất của nhóm E. Kehayas đã đưa ra cấu trúc mạng tự định tuyến,
trong đó đã thực hiện thành công mà không cần sự can thiệp điện nào tránh cần phải
nhận dạng mào đầu quang và giải mã ở mỗi nút, nhờ sử dụng các mạch toàn quang.
Trong mạng tự định tuyến đã thực hiện chuyển mạch mức gói với xử lí mức bit nhờ
các cổng quang ở tốc độ dữ liệu cao. Tất cả các quyết định định tuyến được thực hiện
nhờ sử dụng trực tiếp thông tin gắn trong phần mào đầu, do đó tránh được các chuyển
đổi O/E/O hoặc tạo địa chỉ nội bộ và nhận dạng mào đầu toàn quang. Chuyển mạch
hoạt động dựa trên cơ sở gói xen gói và có khả năng định tuyến các gói không đồng
bộ 40Gb/s, linh hoạt và trong suốt đối với mạng. Ngoài ra, chuyển mạch tự đồng bộ
do đó không yêu cầu đồng bộ pha với các bộ dao động điện và quang nội bộ. Khi kết
hợp với các giao thức điều khiển thích hợp thì kiến trúc chuyển mạch đề xuất sẽ cung
cấp truyền chế độ gói và hạn chế hiện tượng thắt nút cổ chai dữ liệu ở các bộ điều
khiển định tuyến tránh mất thời gian tìm kiếm và cập nhật bảng định tuyến.
Cụ thể kiến trúc mạng định tuyến gồm hai lớp. Tất cả các chức năng mạng kết
hợp với truyền dẫn, tái tạo và định tuyến thực hiện trong lớp quang. Mặt phẳng điều
khiển điện tương ứng với chức năng giành trước tài nguyên và thiết lập kết nối.
Truyền dẫn các gói quang được thực hiện nhờ sử dụng các mào đầu quang chứa các

45. 22
nhãn quang đã được sắp xếp, mỗi một phần tương ứng với một nút riêng. Do đó, đuôi
quang chứa thông tin mức bit để điều khiển ma trận chuyển mạch của nút và định
tuyến gói dữ liệu đến liên kết đầu ra tương ứng và đến chặng tiếp theo. Trong mạng
khi một yêu cầu được thiết lập, thông tin điều khiển được khởi tạo để phân phổ các
tài nguyên yêu cầu và thiết lập kết nối giữa hai nút. Để giải quyết các vấn đề tranh
chấp, hiệu suất băng tần và sử dụng dung lượng trong khi phải đáp ứng yêu cầu không
đệm trong mạng tự định tuyến thì thông tin định thời được sử dụng để sắp xếp các
luồng lưu lượng và các tuyến chuyển mạch quang (LSP- Lightwave Switched Path).
Sau khi các tuyến truyền dẫn được tính toán và tất cả các nguồn tài nguyên được phân
bổ, mào đầu quang được gắn vào gói chứa thông tin tất cả các nút (các nhãn) tùy theo
tuyến đường tính toán và yêu cầu truyền dẫn. Khi đến nút tiếp theo nhãn đầu tiên
được loại bỏ và gói được chuyển tiếp đến liên kết đầu ra tương ứng của nút nhờ các
tín hiệu điều khiển gắn vào bên trong của mỗi nhãn. Như vậy, nhờ sử dụng các nhãn
như các tín hiệu điều khiển trong mỗi nút gói sẽ được định tuyến cho đến nút đích.
Khuôn dạng gói sử dụng trong mạng quang tự định tuyến gồm phần mào đầu
và tải trọng, được truyền ở tốc độ 40Gb/s. Mào đầu quang bao gồm một số các nhãn
quang phụ thuộc vào số chặng trong mạng và chúng được gắn tại nút vào. Mỗi nhãn
chứa một tín hiệu điều khiển là một từ mã nhị phân sử dụng để thiết lập các chuyển
mạch trong ma trận chuyển mạch của các nút.
Xử lý mào đầu gói toàn quang tự định tuyến của nhóm H. Hiura [53]:
Nhóm H.Hiura đề xuất một hệ thống nhận dạng nhãn toàn quang cho các nhãn
OOK (On-Off Keying) sử dụng lược đồ tự định tuyến như nhóm E. Kehayas mà không
thêm các tín hiệu định thời, nhưng phải sử dụng tín hiệu điều khiển chính là bit đầu
tiên của nhãn. Phần nhãn chủ yếu là địa chỉ đích dành cho chuyển tiếp. Để thực hiện
định tuyến nhãn, trong lược đồ đã đề xuất thêm một bít ở đầu của các bit địa chỉ. Bit
thêm này đóng hai vai trò quan trọng. Thứ nhất, để tách bit nhãn từ chuỗi xung nối
tiếp bằng cách sử dụng bit thêm như bit điều khiển trong trường chuyển mạch. Thứ
hai, để nhận dạng cổng đích tùy theo các bit địa chỉ trong khối nhận dạng địa chỉ nhờ

46. 23
định tuyến bit thêm đến một trong những cổng ra. Do đó, bit thêm này còn được gọi
là bit chỉ thị trong hệ thống đề xuất.
Khối nhận dạng địa chỉ gồm nhiều chuyển mạch quang nối theo cấu trúc cây
nhị phân. Trong khối này, bit đầu tiên của nhãn được sử dụng như bit chỉ thị và định
tuyến tín hiệu sử dụng như tín hiệu điều khiển. Trong trường hợp nhãn “1111” thì
xung tín hiệu định tuyến được đưa vào chuyển mạch quang đầu tiên do bit đầu tiên
của địa chỉ là “1”. Do đó, chuyển mạch quang đầu tiên đưa ra tín hiệu chỉ thị ở cổng
thứ nhất. Tương tự như vậy, chuyển mạch quang tiếp theo sẽ đưa ra tín hiệu chỉ thị ở
đầu ra thứ nhất do bit thứ hai của địa chỉ cũng bằng “1”. Nhờ hoạt động liên tục như
thế này, một tín hiệu xung đầu ra được thu như bộ chỉ thị tại cổng ra mong muốn
tương ứng với địa chỉ đích nhãn.
(ii) Xử lý mào đầu gói toàn quang dựa trên bộ tương quan quang bằng cách tử
Bragg sợi quang (FBG):
Trong các công bố của nhóm A. E. Willner, J. E. McGeehan cùng các cộng sự
[72], [113] đã sử dụng bộ tương quan quang bằng cách tử Bragg sợi quang (FBG) để
nhận dạng mào đầu.
Trong đó, thực hiện nhận dạng mẫu bit quang nhờ sử dụng bộ tương quan
quang miền thời gian để tương hợp chuỗi bít quang nối tiếp với địa chỉ bảng định
tuyến quang. Mục đích của bộ tương quan quang là so sánh tín hiệu đầu vào với một
tín hiệu “lưu” trong bộ tương quan. Bộ tương quan đề xuất là cách tử Bragg sợi quang
(FBG), bao gồm một tập các FBG. Một FBG được chế tạo nhờ làm thay đổi chiết
suất sợi theo chu kỳ với chiều dài vài milimet đến centimet dọc theo lõi sợi. Đặc tính
quan trong của bộ lọc FBG đó là phổ phản xạ có thể điều chỉnh khoảng vài nanomet
nhờ nhiệt hoặc kéo căng cách tử. Phản xạ của cách tử gần như 100% tại trung tâm
phản xạ và giảm rất nhanh ở vùng ngoài băng tần cách tử. Các bộ tương quan quang
được xây dựng bằng cách xếp nhiều cách tử nối tiếp với chu kỳ đặt các cách tử bằng
khoảng thời gian một bit để cho thời gian quay vòng giữa các cách tử tương ứng với
một bit trễ. Khi đặt bit “1” trong chuỗi tương quan thì cách tử sẽ phản xạ một phần
hoặc toàn bộ và khi đặt bit “0” thì cách tử sẽ không phản xạ. Kết quả dãy cách tử sẽ

47. 24
tạo một đầu ra ứng với chuỗi đầu vào tương quan với chuỗi được thiết lập trước và
nhờ bộ tách ngưỡng sẽ xác định được mẫu tương hợp.
Kỹ thuật xử lý mào đầu này cũng được áp dụng trong các mạng trung tâm dữ
liệu toàn quang tốc độ Petabit/s, được nhóm của Wang Miao đề xuất [73].
(iii)Xử lý mào đầu gói toàn quang dựa trên bộ tương quan quang bằng các cổng
logic XOR hoặc AND:
Nhóm của H. Sun cùng các cộng sự [101] và nhóm của S. Mikroulis [74] cùng
các cộng sự đã công bố kỹ thuật tương quan mào đầu bằng các cổng logic XOR hoặc
AND, với mục đích sử dụng để so sánh các thông tin địa chỉ với bảng định tuyến.
Trong đó, các gói quang có phần mào đầu đặt trước phần tải trọng và được
truyền cùng một bước sóng. Khi gói đến một nút, nhãn quang sẽ được tách ra khỏi tải
trọng nhờ mạch tách nhãn/ tải trọng, bằng cách sử dụng một cổng logic AND toàn
quang kết hợp với mạch khôi phục định thời gói để tách nhãn từ tải trọng. Sau khi
tách nhãn, tải trọng sẽ được làm trễ bằng các đường dây trễ quang (ODL- Optical
Delay Line) để có đủ thời gian xử lý nhãn. Nhãn quang được đưa qua các bộ tương
quan quang XOR. Tại đây sẽ thực hiện so sánh nhãn với tập giá trị địa chỉ nội bộ (địa
chỉ nội bộ được tạo ra nhờ sử dụng các (ODL). Một xung quang được tạo ra nếu tương
hợp địa chỉ được tìm thấy. Xung quang sẽ thiết lập khối điều khiển (mạch lật quang)
phát tín hiệu điều khiển để chọn bước sóng cho gói. Tại thời điểm này một nhãn mới
được tạo ra và chèn vào trước phần tải trọng. Gói sau đó được gửi đến một cách tử
dẫn sóng dãy (AWG- Arrayed Waveguide Grating) và đến cổng ra. Số lượng các bộ
tương quan quang (XOR) và các mạch lật (flip-flop) phụ thuộc vào số lượng các giá
trị địa chỉ nội bộ và chiều dài bit mào đầu sử dụng trong bảng định tuyến.
(iv) Xử lý mào đầu gói toàn quang dựa trên kỹ thuật tương quan mào đầu sử dụng
điều chế vị trí xung PPM:
Đối với các nghiên cứu của nhóm Z. Ghassemlooy và các cộng sự đã công bố
kỹ thuật tương quan mào đầu dựa vào điều chế vị trí xung PPM [20], [25], [39], kỹ
thuật này giúp giảm được thời gian xử lí mào đầu do giảm thời gian tìm kiếm mẫu
địa chỉ (giảm số lượng mẫu địa chỉ trong bảng định tuyến) so với các kỹ thuật nêu