Thành viên:Necrocancer/Optica Switching Fabrics

aaaaaaaaa, đừng ai để ý cái này

2.9.1.1 Sợi chuyển mạch hoán vị

Đa kết nối giữa các cổng riêng biệt tại đầu vào và ra của kết cấu chuyển mạch được biểu diễn bằng một ma trận kết nối. Mà tại chuyển mạch hoán vị N × N sợi sao cho chỉ có kết nối điểm-điểm (một cổng vào tới một cổng ra khác) unicast. Nó không thể kết nối truyền thông đa điểm (1 × N) hoặc đa hướng (N × 1). Do đó, ma trận khởi tạo hoán vị sẽ có một điểm chéo tại giữa mỗi hàng và cột. Một ma trận kết nối cho sợi hoán vị 4 × 4 được thể hiện trong hình 2.20a. Ma trận chuyển mạch là vuông vì có sự xuất hiện của các kết nối hoán vị. Tổng các mẫu hoặc trạng thái kết nối vào / ra có được là N! tương đương với mỗi một sợi chuyển mạch hoán vị.

2.9.1.2 Generalized Switching Fabric

Trong kết cấu chuyển mạch tổng quát, người ta có thể thực hiện tất cả các loại kết nối vào / ra, như điểm‐điểm, điểm‐đa điểm (1 × N) hoặc đa hướng (N × 1). Nói chung, nó là một ma trận (N × R) với các trạng thái kết nối 2NR. Với huyển mạch hoán vị chỉ có một điểm chéo trong một hàng hoặc cột của ma trận kết nối, còn đối với sợi chuyển mạch tổng quát, có thể có nhiều điểm chéo trong một hàng hoặc cột tùy thuộc vào việc nó có kết nối đơn hướng hay đa hướng. Không giống như chuyển mạch hoán vị, chỉ có thể điều khiển theo trạng thái thẳng và chéo, ma trận tổng quát có các điều khiển bổ sung tùy theo số lượng kết nối, như thể hiện trong Hình 2.20b cho ma trận 4 × 4.

2.9.1.3 Sợi chuyển mạch chia tuyến tính và tổ hợp

Trong cấu trúc chuyển mạch tổng quát, khi có thêm các tỷ lệ kết hợp và phân tách cho đa hướng và đa điểm chúng sẽ được gọi là chuyển mạch chia tuyến tính và tổ hợp (LDC). Vì tỷ lệ kết hợp / phân tách có thể nhận bất kỳ giá trị nào trong khoảng từ 0 đến 1, do đó, LDC có thể có một chuỗi các trạng thái kết nối liên tục.

Hình 2.20 (a) Ma trận kết nối chuyển mạch hoán vị 4 × 4. (b) Ma trận kết nối chuyển mạch tổng quát

2.9.2 Phân loại theo đặc điểm khối

Trong bất kỳ mạng nào, không thể có sẵn một lượng rất lớn các thiết bị chuyển mạch để cung cấp kết nối chuyên dụng tới tất cả các nơi cần thiết. Điều này được tạo ra để thực hiện sử dụng các tài nguyên tốt hơn nhưng không ảnh hưởng đến hiệu suất của các dịch vụ. Do đó, với ước tính trước về lưu lượng truy cập trên mạng, chúng được thiết kế để gây ít hoặc không cản trở cho việc chấp nhận yêu cầu kết nối với số lượng thiết bị chuyển mạch đang có sẵn. Vì vậy, các thiết bị chuyển mạch mà chúng ta xem xét ở đây là chuyển mạch không chặn và được phân loại dựa theo đặc điểm chặn của chúng đối với các yêu cầu ngẫu nhiên trong mạng cho các kết nối tại bất kỳ cổng đầu vào và ra nào. Đựa theo việc chặn các yêu cầu đầu vào xuất hiện ngẫu nhiên, các loại sợi chuyển mạch có thể phân ra các loại sau.

(i) Các loại sợi chuyển mạch không chặn thuần. Đúng theo định nghĩa thuần, bất kỳ yêu cầu kết nối mới đều được cho phép sử dụng bất kỳ đường dẫn tự do nào trong chuyển mạch. Kết nối mới được thực hiện mà không cần tái sắp xếp các kết nối đã có từ trước. Để điều này có thể thực hiện được, cần yêu cầu một số lượng lớn các chuyển mạch có sẵn. Các thuật toán định tuyến trong loại này rất đơn giản nhưng mang lưới đòi hỏi nhiều phần cứng hơn để kết nối không bị gián đoạn. Các cấu hình chuyển mạch không chặn thuần có tính chất đàm thoại chéo tốt và độ trễ thấp nhưng thường yêu cầu nhiều thiết bị chuyển mạch nhiều hơn mức cần thiết.

(ii) Các loại sợi chuyển mạch không chặn rộng. Các loại vải này có thể nhận biết bất kỳ kết nối mới nào mà không cần tái sắp xếp các kết nối hiện đang hoạt động, miễn là chúng tuân theo quy tắc chuẩn, được sử dụng để định tuyến cho từng kết nối mới này. Do đó, thuật toán định tuyến phải thông minh và phức tạp hơn nhưng yêu cầu ít phần cứng hơn so với cấu trúc loại thuần. Các kết nối hoạt động cũng không bị gián đoạn như trong trường hợp thuần.

(iii) Các loại sợi chuyển mạch không chặn tái sắp xếp. Những loại sợi này có phần cứng đơn giản hơn nhiều so với hai loại trên, tuy nhiên lại có hai vấn đề. Thứ nhất, để thiết lập cho kết nối mới, các kết nối đang hoạt động phải được tái định tuyến và điều này có thể gây gián đoạn trong giây lát. Thứ hai, cần có tính toán nhiều hoặc thuật toán phức tạp để cài đặt thiết bị định tuyến cho kết nối mới. Nhưng các thiết bị chuyển mạch này yêu cầu phần cứng tối thiểu và do đó ít tốn kém hơn.

2.9.3 Các loại sợi chuyển mạch không gian

Có một lượng lớn các loại sợi chuyển mạch khác nhau về chất liệu và công nghệ chế tạo. Điều khiển chuyển mạch có thể là điện cơ, điện tử và quang tử, như quang học tích hợp, gương vi mô hoặc MEMS, tinh thể lỏng, v.v. Khi chọn một loại sợi chuyển mạch cụ thể, song song với các đặc điểm chặn đã được đề cập ở trên, còn có những tiêu chí khác chẳng hạn như chi phí, kích thước, số lượng cổng, suy hao đồng nhất giữa các kết nối đầu vào và đầu ra khác nhau. Suy hao chèn được đưa vào bởi mỗi phần tử chuyển mạch trong sợi. Do đó, suy hao giữa hai cổng kết đầu vào và ra bất kỳ phụ thuộc vào số lượng phần tử chuyển mạch trong đường dẫn quang của nó. Việc đo lường tính đồng nhất của suy hao phụ thuộc vào sự khác biệt giữa số lượng chuyển mạch giữa đường nối dẫn dài nhất và ngắn nhất. Một đặc tính quan trọng khác ảnh hưởng đến hiệu suất của sợi chuyển mạch là số lần giao nhau giữa hai kết nối bất kỳ. Những lần giao nhau này tạo ra giao tiếp hoặc suy hao chéo. Ngoài ra, cấu tạo của quang học tích hợp trở nên phức tạp hơn khi có sự xuất hiện của những quá trình chéo này. Sợi chuyển mạch kích thước lớn được chế tạo bằng silica trên silicon, LiNbO3, PLC sử dụng bộ ghép định hướng và một số công nghệ khác.

Cùng với nhiều loại vải chuyển mạch như cross-bar, Benes, Clos, v.v. đều phổ biến trong mạng quang. Chúng ta thảo luận một vài trong số này sau này

2.9.3.1 Sợi chuyển mạch thanh chéo

Loại sợi thanh chéo được sử dụng trong chuyển mạch hoán vị (N × N) và tổng quát (R × N). Với sợi chuyển mạch hoán vị (N × N), nó bao gồm N dòng đầu vào, N dòng đầu ra và N2 điểm chéo. Các điểm chéo được hình thành bởi các phần tử điều khiển chuyển mạch quang (2 × 2). Còn loại sợi (R × N) sẽ yêu cầu chuyển mạch RN (2 × 2). Có nhiều cách triển khai khái niệm thanh chéo trong miền quang học.

Hai trường hợp khả thi của thanh chéo quang học (4 × 4) được thể hiện trong hình 2.21a, b. Trong hình 2.21a, nếu chuyển mạch tại điểm giao nhau TẮT, ánh sáng từ thanh dẫn đầu vào sẽ tiếp tục truyền truyền đường nằm ngang của nó qua điểm giao nhau. Nếu chuyển mạch BẬT, ánh sáng bị lệch khỏi thanh dẫn ngang tới thanh dẫn dọc tại các điểm giao. Do đó, khi tất cả các công tắc ở trạng thái TẮT, không có kết nối hoạt động nào thông qua mạch. Suy hao chèn trong trường hợp này tốt hơn nhưng không đồng đều do độ dài đường dẫn không bằng nhau, điều này cũng tạo ra các mức giao tiếp chéo không tuơng đuơng nhau trên mỗi đường dẫn. Ngược lại, tất cả các đường dẫn trong hình 2.21b đều có cùng độ dài và cùng đi qua một số lượng chuyển mạch nhất định từ trái sang phải, do đó nó có suy hao chèn độc lập với đường dẫn. Chuyển mạch TẮT, ánh sáng đựợc giữ trong thanh dẫn khi đi qua điểm chéo. Chuyển mạch ở trạng thái BẬT, ánh sáng được chuyển hướng từ thanh dẫn đầu vào sang thanh dẫn đầu ra. Mỗi đường dẫn đi qua bốn công tắc. Chuyển mạch thanh chéo thuộc loại sợi không chặn rộng.

Tóm lại, các chuyển mạch thanh chéo không giao nhau và do đó ít giao tiếp chéo hơn. Cấu trúc sợi của chúng có kích thước lớn khi số phần tử chuyển mạch tăng theo N2 với N tăng.