KR100281419B1 - 완전광 패킷 스위칭 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 WDM 궤환 채널을 갖는 광 공간 스위치의 입력단에서 파장 역다중화기 및 가변 파장 변환기를 이용하여, 출력 링크 상의 WDM 채널 수만큼 입력 패킷을 서로 다른 파장으로 변환한 후 라우팅 함으로 대용량의 광 패킷 버퍼가 필요 없는 완전광 패킷 스위치 시스템을 제공함에 있다. 이와같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 수단은 입력 링크 상의 파장 다중화된 광 패킷 데이터를 파장 역다중화하는 N개의 파장 역다중화기와, 상기 N개의 파장 역다중화기에 각각 L개가 연결되어, 상기 파장 역다중화기에서 역 다중화된 입력 패킷 데이터를 출력 링크 상의 WDM(Wavelength Division Multiplexing) 채널 수 범위 이내에서 L개의 서로 다른 파장을 갖는 광패킷 데이터로 변환하는 L·N개의 가변 파장변환기와, 상기 L·N개의 가변 파장 변환기에서 변환된 광패킷 데이터와 M개의 WDM 궤환 채널을 통해 입력되는 다수 개의 광패킷 데이터를 라우팅정보에 따라 출력단으로 라우팅한 후, 출력링크 상에 L개의 파장을 갖는 광패킷 데이터로 다중화하여 다른 완전광 패킷 스위치 또는 전자 ATM 교환기로 전송하도록 (L.N+M)x(N+M) 의 입출력 디멘젼을 갖는 광 공간 스위치를 포함하여 구성된다.

Description

완전광 패킷 스위칭 시스템(All Optical Packet Switching System)

본 발명은 완전광 패킷 스위치 시스템에 관한 것으로, 특히 광대역 및 고속의 영상 및 데이터 서비스 등과 같은 하이퍼 미디어 서비스 등을 효율적으로 수용하기 위하여, 정보 속도에 투명하게 동작하고 광/전 상호 변환이 필요 없는 완전광 패킷 스위치 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 완전광 패킷 스위치를 구현하는데 있어서, 종래의 WDM(Wavelength Division Multiplexing: WDM) 패킷 스위치에서는 스위치 입력단 혹은 출력단에 하나의 파장을 할당하여 각 패킷에 대한 라우팅을 수행하므로 패킷 스위치의 디멘젼은 사용 가능한 파장 수에 제한되는 단점이 있다.

그리고 패킷 손실을 최소화 하기 위하여 광 패킷 버퍼를 사용하는 출력 버퍼형 WDM 패킷 스위치의 경우, 광 패킷 버퍼에 저장되어 있는 패킷 선택을 위해 출력단 별로 50개 이상의 게이트 소자와 스위치 디멘젼 만큼의 파장 선택용 게이트 소자가 각각 필요하게 되는 단점이 있다.

공통 버퍼를 갖는 파장 라우팅형 WDM 스위치 경우에는, 각 출력단이 광 버퍼를 공유하므로, 필요한 버퍼의 갯수는 줄어드나, 여러 타임 슬롯에 걸친 윈도우 제어(window control:WC)로 인하여 스위치 교환 용량이 스위치 제어 장치의 처리 능력에 의하여 제한되는 단점이 있다.

그리고, 기존의 공간/파장 혼합형 완전광 패킷 스위치에서는 패킷 충돌 시에 다수개의 패킷을 서로 다른 파장으로 변환하여 라우팅하므로 대용량의 광 버퍼가 필요하지 않은 장점이 있으나, 1 타임슬롯에 걸친 윈도우 제어(WC)로 일정 수준의 패킷 손실율을 보장하기 위해서, 각 링크 별로 11 개 이상의 WDM 신호가 필요하게 되어 패킷 스위칭 기능을 수행하는 광 공간 스위치의 전체 광 게이트 소자가 사용 파장의 배수 만큼 늘어나는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 WDM 궤환 채널을 갖는 광 공간 스위치의 입력 단에서 파장 역다중기 및 가변 파장 변환기를 이용하여, 출력 링크 상의 WDM 채널 수만큼 입력 패킷을 서로 다른 파장으로 변환한 후 라우팅 함으로 대용량의 광 패킷 버퍼가 필요 없는 완전광 패킷 스위치 시스템을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 목적은 매 타임 슬롯마다 링크 용량을 초과하는 나머지 패킷 데이터에 대해서는 손실 처리하지 않고 광섬유 궤환 채널을 경유하여 다음 타임 슬롯에서 스위칭 할 수 있게 하여 결과적으로 입출력 링크에 필요한 WDM 광신호 채널 수를 줄일 수 있어, 동일한 손실 조건을 유지하면서도 적은 광 게이트 소자로 구성될 수 있는 완전광 패킷 스위치 시스템을 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 적용되는 전자 ATM 스위치와 광 패킷 스위치로 구성되는 완전광 패킷 교환시스템의 구성도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 완전광 패킷 스위치 시스템의 구성도.

도 3은 도 2에서의 가변 파장 변환기의 상세 블록도.

도 4는 도 2에서의 광 공간 스위치의 상세 블록도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

100 : 파장 역 다중화기 200 : 가변 파장 변환기

201 : 레이져 다이오드 202 : 광 게이트

203 : 파장 변환소자 300 : WDM 궤환 채널

400 : 광 공간 스위치 401 : 광 분배기

402 : 광 게이트 어레이 403 : 광 결합기

이와같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 수단은 입력 링크 상의 파장 다중화된 광 패킷 데이터를 파장 역다중화하는 N개의 파장 역다중화기와, 상기 N개의 파장 역다중화기에 각각 L개가 연결되어, 상기 파장 역다중화기에서 역 다중화된 입력 패킷 데이터를 출력 링크 상의 WDM 채널 수 범위 이내에서 L개의 서로 다른 파장을 갖는 광패킷 데이터로 변환하는 L·N개의 가변 파장변환기와, 상기 L·N개의 가변 파장 변환기에서 변환된 광패킷 데이터와 M개의 WDM 궤환 채널을 통해 입력되는 다수 개의 광패킷 데이터를 라우팅정보에 따라 출력단으로 라우팅한 후, 출력링크 상에 L개의 파장을 갖는 광패킷 데이터로 다중화하여 다른 완전광 패킷 스위치 또는 전자 ATM 교환기로 전송하도록 (L.N+M)x(N+M) 의 입출력 디멘젼을 갖는 광 공간 스위치를 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 적용되는 전자 ATM 스위치와 광 패킷 스위치로 구성되는 완전광 패킷 스위치망의 개략도를 도시한 것이다.

도면에 도시한 바와 같이, 전자 ATM 교환기(20)는 53 바이트 길이의 ATM 셀 단위로 단말간에 다양한 속도의 음성, 데이터, 영상 교환 서비스를 전자 기술을 이용하여 제공한다. 전자 ATM 교환기에 연결된 광 패킷 스위치(31-33)는 전자 교환기간에 고속으로 ATM 셀 단위 혹은 여러 ATM 셀을 다중화시킨 패킷 단위로 광/전 변환이 없이 라우팅 기능을 수행한다.

광패킷 스위치(30)에 입력되는 셀들은 패킷 헤더 정보에 근거하여 착신 전자 ATM 교환기로 라우팅되며, 순간적인 패킷 폭주로 발생되는 패킷 손실을 피하기 위해 광 패킷 스위치(30)는 광 버퍼를 이용하여 패킷을 저장해야 한다. 광 패킷 버퍼는 광섬유 지연선을 이용하여 구현될 수 있으나 현재의 광 소자 기술로는 대용량의 광 메모리 제작이 어려운 실정이다.

따라서, 전자 ATM 교환기(20),(40),(50)와 광 패킷 스위치(31),(33),(32)간, 서로 다른 광 패킷 스위치(33),(34) 간을 각각 WDM 링크로 상호 연결하고, 망내에서 패킷 폭주시 서로 다른 파장으로 변환하여 라우팅 기능을 수행하면 대용량의 광버퍼 없이 완전광 패킷 교환망을 효율적으로 구성할 수 있게 된다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 완전광 패킷 스위치 시스템의 개략 구성도를 도시한 것이다.

도면에 도시한 바와 같은, 본 발명의 실시예에 따른 완전광 패킷 스위치 시스템은 입력 링크 상의 파장 다중화된 광 패킷 데이터를 파장 역다중화하는 N개의 파장 역다중화기(100)와, 상기 N개의 파장 역다중화기(100)에 각각 L개가 연결되어, 상기 파장 역다중화기(100)에서 역 다중화된 입력 패킷 데이터를 출력 링크 상의 WDM 채널 수 범위 이내에서 L개의 서로 다른 파장을 갖는 광패킷 데이터로 변환하는 L·N개의 가변 파장변환기(200)와, 상기 L·N개의 가변 파장 변환기(200)에서 변환된 광패킷 데이터와 M개의 WDM 궤환 채널(300)을 통해 입력되는 다수 개의 광패킷 데이터를 라우팅정보에 따라 출력단으로 라우팅한 후, 출력링크 상에 L개의 파장을 갖는 광패킷 데이터로 다중화하여 다른 완전광 패킷 스위치 또는 전자 ATM 교환기로 전송하도록 (L.N+M)x(N+M) 의 입출력 디멘젼을 갖는 광 공간 스위치(400)로 구성된다.

상기 L·N개의 가변 파장변환기(200)는 상기 M개의 WDM 궤환 채널(300)을 이용한 윈도우 제어(window control)의 적용에 의해서 가변 파장 채널 수 L 이 4개이다.

상기 각 파장 역 다중화기(100), 가변 파장 변환기 및 광 공간 스위치들 간은 모두 광섬유로 상호 연결된다.

이와같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 완전광 패킷 스위치 시스템의 스위칭 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다,

먼저, 파장 역다중기(100)에 최대 L 개의 셀이 서로 다른 파장 λ₁, λ₂, ...,λ_L로 파장 다중된 상태로 전송되면, 각각의 파장 역다중기(100)는 입력 셀들을 파장별로 분리하여 가변파장 변환기(200)에 입력하고, 각각의 가변파장 변환기(200)는 라우팅 하고자 하는 광 공간스위치(400)의 각 출력단에 대하여 파장이 중복되지 않도록 각 입력 셀들의 파장을 변환한 후, 광 공간 스위치(400)의 출력단으로 라우팅 될 수 있도록 한다.

한편, 라우팅 될 패킷의 개수가 스위치 출력단의 WDM 채널 수를 초과할 때는, 상기 가변 파장 변환기(200)는 나머지 입력 패킷에 대하여 마찬가지 방법으로 파장 변환을 수행하며, 광 공간 스위치(400)와 궤환 채널(300)을 경유하여 다음 타임 슬롯에서 광 공간 스위치(400)의 출력단으로 라우팅 되게 한다.

광 공간 스위치(400)는 가변파장 변환기(200) 및 궤환 채널(300)에서 수신한 입력 셀들을 라우팅 정보에 따라 스위치 출력단으로 라우팅하여 스위치 출력 링크 상에 λ₁, λ₂, ..., λ_L의 파장으로 다중되어 다른 완전광 패킷 스위치나 혹은 전자 ATM 교환기로 전송한다.

이와 같이, 궤환 채널을 이용하여 2 타임슬롯에 걸친 윈도우 제어(window control) 과정을 거치면, 입력셀들은 2 번의 스위칭 기회를 갖게 되므로 입출력 링크 상의 파장수 L을 적게하면서도 요구되는 셀 손실율을 유지할 수 있어서, 결국 파장변환에 이용되는 가변파장 변환기의 수를 줄일 수 있고 광 공간 스위치를 구성하는 광 게이트 소자의 수도 감소한다.

또한, 파장 변환된 입력셀들은 파장 다중된 상태로 광섬유 지연선에 저장되므로, 광 공간 스위치(400)에 추가되는 궤환용 입출력 단자수 M도 N/(L+1) 이면 충분하게 되어 대용량의 광 공간 스위치의 구현에 유리하다.

도 3은 도 2에서의 가변 파장 변환기의 상세 블록도를 도시한 것이다.

도면에 도시된 바와같이, 상기 L·N개의 가변 파장 변환기(200)는 각각 L개의 서로 다른 파장(λ₁∼λ_L)의 연속 광신호를 발생하는 L개의 레이저 다이오드(201)와, 외부 스위치 제어신호에 의해 스위칭되어 상기 L개의 레이저 다이오드에서 발생된 광신호를 출력하는 L개의 광 게이트(202)와, 상기 L개의 광 게이트(202)에서 출력되는 광신호를 상기 파장 역 다중화기(100)로부터 출력되는 광 패킷 데이터로 변조하여 상기 광 공간 스위치(400)에 제공하는 파장 변환소자(203)로 구성된다.

상기 L개의 레이져 다이오드(201)는 각각 상기 L개의 광 게이트(202)의 입력단에 광섬유로 연결되고, 그 광 게이트(202)의 출력단은 광 커플러에서 합해져 상기 파장 변환소자(203)의 한 입력단에 연결된다.

이와같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 가변 파장 변환기의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.

파장 역다중기(100)로부터 입력된 λ_i파장을 갖는 광 패킷 데이터는

먼저, L 개의 레이져 다이오드(201)가 λ₁, λ₂, ...λ_L등 서로 다른 파장의 연속 광신호를 발생하면, 광 게이트(202)는 스위치 제어 신호에 의해 스위칭되어 상기 레이져 다이오드(201)에서 발생된 광신호를 선택하고, 파장변환 소자(203)는 상기 광 게이트(202)에 의해 선택된 파장의 연속 광신호를 파장 역다중기(100)에서 입력된 광 패킷 데이터로 변조하여 광 공간 스위치(400)로 파장 변환된 광 패킷 신호를 출력한다.

상기 제시된 가변파장 변환기(200)에서 광 게이트(202) 소자 및 레이져 다이오드(201)는 광 소자 집적 기술의 발달에 따라 하이브리드 형태의 광 집적회로로 구현하는 것이 효율적이며,

본 발명에서는 궤환 채널을 이용한 윈도우 제어(window control)의 적용으로 가변 파장 채널 수 L = 4개 정도로 감소하게 되어, 크기가 작고 안정된 가변 파장 변환기 구현이 가능하다.

도 4는 본 발명의 실시예에서의 광 공간 스위치의 상세 블록도를 도시한 것이다.

도 4에 도시된 바와같이, 상기 광 공간 스위치(400)는 상기 가변 파장 변환기(200)에서 제공되는 L개의 파장(λ₁∼λ_L)을 각각 갖는 L·N개의 광 패킷 데이터와 L개의 파장(λ₁∼λ_L)을 각각 갖는 상기 궤환 채널(300)를 거쳐서 수신한 다수 개의 광패킷 데이터를 N+M개의 광패킷 데이터로 분배하는 (L·N)+M개의 광분배기(401)와, 상기 (L·N)+M개의 광분배기(401)에서 분배된 광패킷 데이터를 라우팅 정보에 따라 출력하는 (L·N)+M개의 광 게이트 에레이(402)와, 상기 (L·N)+M개의 게이트 에레이(402)에서 출력되는 광패킷 데이터를 파장 다중화하여 출력 링크로 전송하는 N+M개의 광 결합기(403)로 구성된다.

상기 (L·N)+M개의 광게이트 어레이(401)중에서 L·N개의 광 게이트 어레이는 각각의 출력단이 광섬유로 N+M개로 상기 광 결합기(403)에 1 대 1로 상호 연결되고, 상기 M개의 WDM 궤한 채널(300)의 출력단에 연결되어 있는 M개의 광 게이트 어레이는 N개의 광 결합기에 1 대 1로 상호 연결된다.

상기 M개의 WDM 궤환 채널(300)은 상기 광 공간 스위치(400)의 입력단과 출력단에 연결되어, 상기 광 공간 스위치(400)에서 출력되는 L개의 파장을 갖는 광패킷 데이터를 저장한 후, 상기 광 공간 스위치(400)에 궤환시키는 M개의 광 섬유 지연선이다.

상기 광 게이트 어레이(402)는 궤환 채널용으로 N/5 개 추가되어 동일 패킷 손실 조건에서 4 ·N 개로 구성된다.

이와같이 구성된 광 공간 스위치의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 광 게이트 어레이(402)는 가변파장 변환기(200) 및 궤환 채널(300)에서 수신한 광 패킷 데이터를 라우팅 정보에 따라 광 패킷 스위치 출력단에 연결된 광 결합기(403)의 입력단으로 출력하고, 광 결합기(403)는 수신한 패킷 데이터를 파장 다중하여 광 패킷 스위치의 출력 링크로 전송한다.

그리고, 궤환 채널로 사용되고 있는 광섬유 지연선(300)에는 λ₁, λ₂, ...,λ_L등으로 최대 L 개의 입력 패킷들이 파장 다중화된 상태로 저장되고, 다음 타임슬롯 시간에 광 패킷 스위치의 출력단으로 라우팅 되므로 동일한 패킷 손실율에서도 광 공간 스위치(400)에 M = N/5 개의 게이트 어레이(402)만을 추가하여 구현할 수 있게 되어, 광 게이트 어레이 소자를 이용한 대용량 광 공간 스위치 구현에 유리하다.

본 발명은 광 공간 스위치의 M 개 입출력 단자에 궤환 채널을 위한 광섬유 지연선을 연결한 후, 광 패킷 스위치의 입력 링크 상에 파장 다중된 광패킷 데이터를 파장 역다중기로 분리하고, 분리된 광 패킷 데이터는광 공간 스위치의 입력단에 연결된 가변파장 변환기로 광 패킷 스위치의 출력 링크 상의 파장인 λ₁, λ₂, ...,λ_L등으로 변환하여 라우팅 함으로써, 광/전 변환과 대용량의 광 패킷 버퍼 없이 고속의 광 패킷 스위치 구현이 가능한 효과가 있다.

아울러, 본 발명에서의 광 패킷 스위치는 WDM 궤환 채널을 이용하여 각각의 입력 패킷들은 2번의 라우팅 기회를 갖게 됨으로써, 동일한 패킷 손실율에서 적은 수의 파장 채널 수와 적은 수의 광 게이트 어레이로 완전광 패킷 스위치를 구성할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 광 스위치에서 입력 트래픽 밀도=0.9의 부하 조건과 1x10^-6의 셀 손실 조건에서, 스위치 입출력 링크의 파장 수 L = 4 이고, 광 공간 스위치의 차수는 (L.N+N/5)x(N+N/5) 이다.

Claims (8)

1. 입력 링크 상의 파장 다중화된 광 패킷 데이터를 파장 역다중화하는 N개의 파장 역다중화기와;

   상기 N개의 파장 역다중화기에 각각 L개가 연결되어, 상기 파장 역다중화기에서 역 다중화된 입력 패킷 데이터를 출력 링크 상의 WDM 채널 수 범위 이내에서 L개의 서로 다른 파장을 갖는 광패킷 데이터로 변환하는 L·N개의 가변 파장변환기와;

   상기 L·N개의 가변 파장 변환기에서 변환된 광패킷 데이터와 M개의 WDM 궤환 채널을 통해 입력되는 다수 개의 광패킷 데이터를 라우팅정보에 따라 출력단으로 라우팅한 후, 출력링크 상에 L개의 파장을 갖는 광패킷 데이터로 다중화하여 다른 완전광 패킷 스위치 또는 전자 ATM 교환기로 전송하도록 (L.N+M)x(N+M) 의 입출력 디멘젼을 갖는 광 공간 스위치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 완전광 패킷 스위칭 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 L·N개의 가변 파장변환기는 상기 M개의 WDM 궤환 채널을 이용한 윈도우 제어(window control)의 적용에 의해서 가변 파장 채널 수 L 이 4개인 것을 특징으로 하는 완전광 패킷 스위칭 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 L·N개의 가변 파장 변환기는 각각 L개의 서로 다른 파장의 연속 광신호를 발생하는 L개의 레이저 다이오드와;

   외부 스위치 제어신호에 의해 스위칭되어 상기 L개의 레이저 다이오드에서 발생된 광신호를 출력하는 L개의 광 게이트와;

   상기 L개의 광 게이트에서 출력되는 광신호를 상기 파장 역 다중화기로부터 출력되는 광 패킷 데이터로 변조하여 상기 광 공간 스위치에 제공하는 파장 변환소자로 구성되는 것을 특징으로 하는 완전광 패킷 스위칭 시스템.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 L개의 레이져 다이오드는 각각 상기 L개의 광 게이트의 입력단에 광섬유로 연결되고, 그 광 게이트의 출력단은 광 커플러에서 합해져 상기 파장 변환소자의 한 입력단에 연결되는 것을 특징으로 하는 완전광 패킷 스위칭 시스템.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 광 공간 스위치는 상기 가변 파장 변환기에서 제공되는 L개의 파장을 각각 갖는 L·N개의 광 패킷 데이터와 L개의 파장을 각각 갖는 상기 궤환 채널를 거쳐서 수신한 다수 개의 광패킷 데이터를 N+M 개의 광패킷 데이터로 분배하는 (L·N)+M개의 광분배기와;

   상기 (L·N)+M개의 광분배기에서 분배된 광패킷 데이터를 라우팅 정보에 따라 출력하는 (L·N)+M개의 광 게이트 에레이와;

   상기 (L·N)+M개의 게이트 에레이에서 출력되는 광패킷 데이터를 파장 다중화하여 출력 링크로 전송하는 N+M개의 광 결합기로 구성되는 것을 특징으로 하는 완전광 패킷 스위칭 시스템.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 (L·N)+M개의 광게이트 어레이중에서 L·N개의 광 게이트 어레이는 각각의 출력단이 광섬유로 N+M개로 상기 광 결합기에 1 대 1로 상호 연결되고, 상기 M개의 WDM 궤한 채널의 출력단에 연결되어 있는 M개의 광 게이트 어레이는 N개의 광 결합기에 1 대 1로 상호 연결되는 것을 특징으로 하는 완전광 패킷 스위칭 시스템.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 M개의 WDM 궤환 채널은 상기 광 공간 스위치의 입력단과 출력단에 연결되어 상기 광 공간 스위치에서 출력되는 L개의 파장을 갖는 광패킷 데이터를 저장한 후, 상기 광 공간 스위치에 궤환시키는 M개의 광 섬유 지연선인 것을 특징으로 하는 완정광 패킷 스위칭 시스템.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 광 게이트 어레이는 궤환 채널용으로 N/5 개 추가되어 동일 패킷 손실 조건에서 4 ·N 개로 구성되는 것을 특징으로 하는 완전광 패킷 스위칭 시스템.