KR100602269B1 - 파장 오프셋 편광분할 다중화 방식의 레이블링을 이용한광 패킷 통신 시스템 - Google Patents

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Abstract

파장 오프셋 편광분할 다중화 방식의 레이블링을 이용한 광 패킷 통신 시스템이 개시된다. 본 발명에 따른 파장 오프셋 편광분할 다중화 방식의 레이블링을 이용한 광 패킷 통신 시스템은 광패킷 스위칭 네트워크에서 송신단이 위치한 출발지 노드에 존재하고, 편광방향이 수직이며, 소정 파장 간격을 유지하는 패킷 데이터 및 레이블을 각각 생성하여 결합한 후, 경유지 노드로 전송하는 광신호 전송장치 및 전송받은 광신호로부터 레이블을 검출하여 패킷 데이터의 다음 이동 위치에 대한 정보를 검출하고, 새로운 레이블을 생성하여 검출된 레이블과 교체한 후, 검출된 다음 이동 위치로 패킷 데이터와 새로운 레이블을 결합시켜 전송하는 레이블 스와핑 장치를 포함한다. 본 발명에 의하면, 편광모드분산이나 편광의존손실 등으로 인해 발생하는 비팅 노이즈를 줄일 수 있으며, 보다 안정적이면서 저렴한 비용으로 패킷 데이터와 레이블을 전송할 수 있는 장점이 있다.
레이블링, 패킷 데이터, 광패킷 스위칭 네트워크, 레이블 스와핑, 편광 분할 다중화

Description

파장 오프셋 편광분할 다중화 방식의 레이블링을 이용한 광 패킷 통신 시스템{The optical packet communication system using the labling of the wavelength-offset polarization-division multiplexing}
도 1은 부반송파 다중화(Sub-Carrier Multiplexing) 방식의 레이블링을 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 파장 오프셋 편광분할 다중화 방식의 레이블링을 이용한 광 패킷 통신 시스템의 구성을 도시한 블럭도,
도 3은 일반적인 편광분할 다중화 방식을 이용하여 레이블링을 한 경우, 패킷 데이터와 레이블을 도시한 도면,
도 4a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파장 오프셋 편광분할 다중화 방식을 이용하여 레이블링을 한 경우, 패킷 데이터와 레이블을 도시한 도면이며, 도 4b는 패킷 데이터와 레이블이 일정한 파장 간격을 유지할 때, 비팅 노이즈의 발생이 감소되는 현상을 설명하기 위한 도면, 그리고
도 5는 패킷 데이터와 레이블의 파장 간격에 따른 비팅 노이즈 성분의 크기를 도시한 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 간단한 설명 *
100: 광신호 전송장치 110: 패킷 생성부
120: 제1 레이블 생성부 130: 제1 편광빔 결합부
200: 레이블 검출장치 210: 편광 조절부
220: 편광빔 분리부 230: 패킷 검출부
240: 레이블 검출부 250: 노드 제어부
300: 레이블 스와핑 장치 310: 제2 레이블 생성부
320: 제2 편광빔 결합부
본 발명은 파장 오프셋 편광분할 다중화 방식의 레이블링을 이용한 광 패킷 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 패킷 데이터와 레이블이 위치하는 파장 간격을 일정하게 유지하여 비팅 노이즈를 감소시켜 광신호의 성능 열화를 방지하기 위한 파장 오프셋 편광분할 다중화 방식의 레이블링을 이용한 광 패킷 통신 시스템에 관한 것이다.
일반적인 광패킷 스위칭 네트워크에서 각 노드는 송신단이 위치한 출발지 노드(lngress Node), 경유지 노드(Core Node), 수신단이 위치한 목적지 노드(Egress Node) 등으로 이루어지며, 광신호는 출발지 노드에서 생성되어 경유지 노드를 거쳐 목적지 노드로 전송되거나, 직접 목적지 노드로 전송된다.
이와 같은 광패킷 스위칭 네트워크에서는 패킷 데이터의 이동 방향에 관한 정보를 나타내는 레이블(label)을 패킷 데이터와 함께 전송하며, 이 때, 레이블을 어떤 방식으로 할당한 것인지를 레이블링(labeling)이라 한다. 레이블링된 광신호는 송신단이 위치하는 출발지 노드에서 생성되어 경유지 노드로 전송되며, 경유지 노드에 존재하는 레이블 스와핑(label swapping) 장치를 통해 광신호가 이동할 노드를 결정하고, 결정된 노드로 다시 광신호를 전송한다. 레이블 스와핑이란 출발지 노드로부터 광신호를 전송받은 경유지 노드에서, 기존의 레이블을 광신호의 다음 이동 방향에 관한 정보를 담고 있는 새로운 레이블로 변경하는 작업을 말한다.
레이블링의 종류에는 시분할 다중화(Time-Division Multiplexing:TDM) 방식의 레이블링, 파장분할 다중화(Wavelength-Division Multiplexing:WDM) 방식의 레이블링, 광학코드분할 다중화(Optical-Code-Division Multiplexing:OCDM) 방식의 레이블링, 부반송파 다중화(Sub-Carrier Multiplexing:SCM)방식의 레이블링, 수직형 광레이블링(Orthogonal Optical Labling) 등이 있다.
도 1은 부반송파 다중화 방식의 레이블링을 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 부반송파 다중화 방식의 레이블링은 각 파장 λn(n은 자연수)마다 정보를 담은 패킷 데이터가 존재하며, 각 파장에서 ±fc만큼 떨어진 위치에 부반송파 형태로 레이블을 실어서 패킷 데이터와 함께 전송한다. 이러한 부파송파 다중화 방식의 레이블링은 레이블 스와핑을 위한 장치가 매우 복잡하고 구현하기 어려운 문제점이 있다.
파장 분할 다중화 방식은 하나의 광섬유에 파장이 다른 여러 개의 광채널을 다중화하여 전송하는 기술이다. 파장분할 다중화 방식의 레이블링은 홀수 번째 파 장 λ2m+1(m은 양의 정수)에 패킷 데이터를 전송하고, 짝수 번째 파장 λ2m(m은 양의 정수)에 레이블을 실어 전송한다. 이와 같이, 파장분할 다중화 방식의 레이블링은 패킷 데이터와 별도의 파장에 레이블 정보를 실어 전송하므로, 레이블링을 위해 광채널(optical channel)가 추가적으로 요구되어 비경제적인 단점이 있다.
시분할 다중화 방식의 레이블링은 패킷 데이터의 첫 번째 비트에서 여덟 번째 비트 사이에 레이블을 할당하여 전송한다. 따라서, 파장분할 다중화 방식이나 부반송파 다중화 방식과 달리, 레이블 정보를 얻기 위해 패킷 데이터를 프로세싱 (processing)해야하므로, 레이블 스와핑(lable swapping) 처리가 복잡한 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 저비용으로 안정적인 레이블링을 수행하기 위한 파장 오프셋 편광분할 다중화 방식의 레이블링을 이용한 광 패킷 통신 시스템을 제공하기 위함이다.
본 발명의 다른 목적은 편광모드분산이나 편광의존손실 등으로 인해 발생하는 비팅 노이즈를 감소시켜 광신호의 열화를 방지할 수 있는 파장 오프셋 편광분할 다중화 방식의 레이블링을 이용한 광 패킷 통신 시스템을 제공하기 위함이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 파장 오프셋 편광분할 다중화 방식의 레이블링을 이용한 광 패킷 통신 시스템은 광패킷 스위칭 네트워크에서 송신 단이 위치한 출발지 노드에 존재하고, 편광방향이 수직이며, 소정 파장 간격을 유지하는 패킷 데이터 및 레이블을 각각 생성하여 결합한 후, 경유지 노드로 전송하는 광신호 전송장치; 및 전송받은 광신호로부터 레이블을 검출하여 패킷 데이터의 다음 이동 위치에 대한 정보를 검출하고, 새로운 레이블을 생성하여 검출된 레이블과 교체한 후, 검출된 다음 이동 위치로 패킷 데이터와 새로운 레이블을 결합시켜 전송하는 레이블 스와핑 장치;를 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 광신호 전송장치는, 발진 파장이 다른 복수의 레이저를 이용하여 각각 편광방향이 수직이고 소정 파장간격을 유지하는 패킷 데이터와 레이블을 생성하는 패킷 생성부와, 레이블 생성부; 및 생성된 패킷 데이터와 레이블을 결합하여 전송하는 편광빔 결합부;를 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 소정 파장 간격은, 패킷 데이터의 전송속도가 10Gb/s인 경우 대략 12GHz에서 20GHz인 것이 바람직하다.
여기서, 패킷 데이터와 레이블이 소정 파장 간격을 유지함에 따라, 편광모드분산이나 편광의존손실에 의해 발생하는 비팅 노이즈(beating noise)가 감소되는 것이 바람직하다.
여기서, 레이블링 스와핑 장치는, 광신호로부터 레이블을 검출하여 광신호의 다음 이동 위치 정보를 파악한 후, 파악된 위치 정보를 참조하여 패킷 데이터가 레이블에 기록된 위치로 이동될 수 있도록 광스위치를 제어하는 레이블 검출장치; 새로운 제2 레이블을 생성하기 위한 제2 레이블 생성부; 및 패킷 데이터와 제2 레이블을 결합하여 전송하는 제2 편광빔 결합부;를 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 레이블 검출장치는, 광신호 전송장치로부터 입력받은 광신호의 편광을 조절하여 출력하는 편광 조절부; 편광 조절부로부터 인가된 광신호를 수직 편광 성분과 수평 편광 성분으로 분리하여 출력하는 편광 빔 분리부; 편광 빔 분리부로부터 패킷 데이터를 인가받는 패킷 검출부; 편광 빔 분리부로부터 인가받은 레이블로부터 광신호가 다음에 이동할 위치 정보를 파악한 후, 파악된 위치 정보를 출력하는 레이블 검출부; 및 레이블 검출부에서 파악된 위치 정보를 참조하여 패킷 데이터가 레이블에 기록된 위치로 이동될 수 있도록 광스위치를 제어하는 노드 제어부;를 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 편광 빔 분리부는 편광 빔 결합부와 동일한 소자로 이루어지는 것이 바람직하다.
이하에서는 첨부된 예시도면을 참조하여 본 발명에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 파장 오프셋 편광분할 다중화 방식의 레이블링을 이용한 광 패킷 통신 시스템의 구성을 도시한 블럭도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 파장 오프셋 편광분할 다중화 방식의 레이블링을 이용한 광 패킷 통신 시스템은 크게 광신호 전송장치(100), 레이블 스와핑 장치(200)를 포함한다.
광신호 전송장치(100)는 광패킷 스위칭 네트워크에서 송신단이 위치한 출발지 노드에 존재하며, 패킷 생성부(110), 제1 레이블 생성부(120), 및 제1 편광 빔 결합부(130)를 포함한다. 패킷 생성부(110)와 제1 레이블 생성부(120)는 각각 광소스인 레이저를 구비하며, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 일반적인 편광분할 다중화 방식과 달리 발진 파장이 서로 다른 레이저를 이용하여, 레이블의 파장을 시 프트(shift)시킨다.
패킷 생성부(110)는 편광이 X축으로 편향되어 있는 패킷 데이터를 생성하고, 제1 레이블 생성부(120)는 패킷 데이터의 편향방향과 수직인 방향으로 편향되어 있는 레이블을 생성하여, 제1 편광 빔 결합부(130)에 인가한다. 제1 편광 빔 결합부(130)는 패킷 생성부(110)와 제1 레이블 생성부(120)에서 인가된 두 개의 직교 편광 성분인 패킷 데이터와 레이블을 결합하여 전송하며, 결합 후에도 패킷 데이터 및 레이블의 편광은 계속 유지된다.
제1 편광 빔 결합부(130)에 의해 결합된 광신호는 패킷 데이터와 레이블을 포함하며, 이와 같이 레이블링된 광신호는 출발지 노드의 광신호 전송장치(100)로부터 경유지 노드로 전송된다.
광신호가 출발지 노드로부터 첫 번째 경유지 노드로 전송되면, 경유지 노드에 존재하는 레이블 스와핑 장치(200)는 광신호로부터 레이블을 검출하여 패킷 데이터의 다음 이동 위치에 대한 정보를 검출한다. 그 후, 패킷 데이터의 이동 위치에 대한 정보를 담은 새로운 레이블을 생성하여 검출된 레이블과 교체한 후, 패킷 데이터와 새로운 레이블을 결합시킨 후, 검출된 다음 이동 위치로 결합된 패킷 데이터와 새로운 레이블을 전송한다.
레이블 스와핑 장치(300)는 크게 레이블 검출장치(200)와 제2 레이블 생성부(310), 및 제2 편광 빔 결합부(320)를 포함한다. 레이블 검출장치는(200) 편광 조절부(210), 편광 빔 분리부(220), 패킷 검출부(230), 레이블 검출부(240), 및 노드 제어부(250)를 포함한다. 여기서, 편광 빔 분리부(220)는 앞서 언급된 제1 편광 빔 결합부(130) 및 제2 편광 빔 결합부(320)와 동일한 소자이다.
편광 조절부(210)는 광신호 전송장치(100)로부터 입력받은 광신호의 편광을 조절하여, 편광 빔 분리부(220)에 인가한다. 편광 빔 분리부(220)는 광신호를 수직 편광 성분과 수평 편광 성분으로 분리하여 출력한다. 이 때, 수직 편광 성분이 패킷 데이터인 경우, 수평 편광 성분은 레이블이 되며, 수직 편광 성분이 레이블인 경우, 수평 편광 성분은 패킷 데이터가 된다. 패킷 검출부(230) 및 레이블 검출부 (240)는 편광 빔 분리부(220)로부터 패킷 데이터와 레이블을 각각 인가받는다.
레이블 검출부(240)는 인가된 레이블로부터 광신호가 다음에 이동할 노드의 위치 정보를 파악한 후, 파악된 위치 정보를 노드 제어부(250)에 인가한다. 노드 제어부(250)는 레이블 검출부(240)에서 파악된 위치 정보를 참조하여 패킷 데이터가 레이블에 기록된 노드 위치로 이동될 수 있도록 광스위치를 제어한다. 패킷 검출부(230)에서 검출된 패킷 데이터는 제2 편광 빔 결합부(320)에 인가된다.
한편, 레이블 스와핑 장치(300)의 제2 레이블 생성부(310)는 광신호의 다음 이동 방향에 관한 정보를 담고 있는 새로운 레이블을 생성하여 제2 편광 빔 결합부(320)에 인가한다. 제2 편광 빔 결합부(320)에 인가되는 패킷 데이터 및 새로이 생성된 레이블은 서로 다른 파장 간격을 유지하며, 편광 방향은 수직이다.
제2 편광 빔 결합부(320)는 제1 편광 빔 결합부(130)와 마찬가지로 두 개의 직교 편광 성분인 패킷 데이터와 레이블을 결합한 후, 결합된 패킷 데이터 및 레이블을 레이블 검출부(240)에서 파악된 다음 이동 노드로 전송한다. 이와 같은 방식에 의해 패킷 데이터는 다수의 경유지 노드를 거쳐 최종 목적지 노드로 전송된다.
도 3은 일반적인 편광분할 다중화 방식을 이용하여 레이블링을 한 경우, 패킷 데이터와 레이블을 도시한 도면이다. 도 3에서 Z축은 패킷 데이터의 편광방향, Y축은 레이블의 편광방향으로 설정되어 있으며, X축은 광신호의 진행방향으로 설정되어 있다. 일반적인 편광분할 다중화 방식의 레이블링은 동일한 발진 파장을 갖는 레이저를 이용하여 동일한 파장에 서로 수직하는 편광을 갖는 패킷 데이터와 레이블을 생성하여 함께 전송하는 방식으로 광통신에 일반적으로 사용된다.
그러나, 일반적인 편광분할 다중화 방식의 레이블링을 광패킷 스위칭 네트워크에 적용할 경우, 광섬유의 특성으로 인해 발생하는 편광모드분산(Polarization Mode Dispersion:PMD)이나 편광의존손실(Polarization Dependence Loss:PDL)로 인해 직교편광이 깨져 패킷 데이터와 레이블이 합쳐지는 단일편광 현상이 발생된다.
이러한, 단일편광 현상으로 인해 패킷 데이터와 레이블 사이에 일종의 간섭 현상인 광 비팅(Optical Beating)이 발생하며, 광 비팅으로 인한 비팅 노이즈 (Beating Noise)로 인해 광신호의 성능이 열화된다.
도 4a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파장 오프셋 편광분할 다중화 방식을 이용하여 레이블링을 한 경우, 패킷 데이터와 레이블을 도시한 도면이다. 도 4a를 참조하면, 패킷 데이터와 레이블은 각각 서로 다른 파장을 갖는 레이저에 의해 생성된다. 따라서, 패킷 데이터와 레이블은 소정 파장 간격을 유지하며, 서로 수직하는 편광방향을 갖도록 생성된다. 이 때, 패킷 데이터와 레이블이 위치하는 파장의 간격은 패킷 데이터의 전송속도가 10 Gb/s인 경우 대략 12GHz에서 20GHz인 것이 바람직하다.
도 4b는 패킷 데이터와 레이블이 일정한 파장 간격을 유지할 때, 비팅 노이즈의 발생이 감소되는 현상을 설명하기 위한 도면이다. 도 4b를 참조하면, 패킷 데이터와 레이블이 12GHz에서 20GHz의 파장 간격이 유지되면, 도 2에 도시된 레이블 검출장치(200)에서 레이블과 패킷이 분리될 때, 패킷 검출부(230) 내부의 저역통과필터(미도시)에 의해 편광모드분산이나 편광의존손실 등으로 발생하는 비팅 노이즈가 패킷 데이터의 수신기에서 필터링되어 패킷 데이터의 성능이 열화되는 것을 방지할 수 있게 된다.
도 5는 패킷 데이터와 레이블의 파장 간격에 따른 비팅 노이즈 성분의 크기를 도시한 도면이다. 도 5를 참조하면, 패킷 데이터와 레이블이 대략 12 GHz 이상 떨어진 경우, 비팅 노이즈 성분이 최소화되는 것을 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 편광모드분산이나 편광의존손실 등으로 인해 발생하는 비팅 노이즈를 줄일 수 있으며, 보다 안정적이면서 저렴한 비용으로 패킷 데이터와 레이블을 전송할 수 있는 장점이 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위에 있게 된다.

Claims (7)

  1. 광패킷 스위칭 네트워크에서 송신단이 위치한 출발지 노드에 존재하고, 편광방향이 수직이며, 소정 파장 간격을 유지하는 패킷 데이터 및 레이블을 각각 생성하여 결합한 후, 경유지 노드로 전송하는 광신호 전송장치; 및
    전송받은 상기 광신호로부터 레이블을 검출하여 상기 패킷 데이터의 다음 이동 위치에 대한 정보를 검출하고, 새로운 레이블을 생성하여 검출된 레이블과 교체한 후, 검출된 다음 이동 위치로 상기 패킷 데이터와 새로운 레이블을 결합시켜 전송하는 레이블 스와핑 장치;를 포함하는 파장 오프셋 편광분할 다중화 방식의 레이블링을 이용한 광 패킷 통신 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광신호 전송장치는,
    발진 파장이 다른 복수의 레이저를 이용하여 각각 편광방향이 수직이고 소정 파장간격을 유지하는 패킷 데이터와 레이블을 생성하는 패킷 생성부와, 레이블 생성부; 및
    생성된 상기 패킷 데이터와 상기 레이블을 결합하여 전송하는 편광빔 결합부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 오프셋 편광분할 다중화 방식의 레이블링을 이용한 광 패킷 통신 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 소정 파장 간격은,
    상기 패킷 데이터의 전송속도가 10 Gb/s인 경우, 12GHz에서 20GHz인 것을 특징으로 하는 파장 오프셋 편광분할 다중화 방식의 레이블링을 이용한 광 패킷 통신 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 패킷 데이터와 상기 레이블이 상기 소정 파장 간격을 유지함에 따라, 편광모드분산이나 편광의존손실에 의해 발생하는 비팅 노이즈(beating noise)가 감소되는 것을 특징으로 하는 파장 오프셋 편광분할 다중화 방식의 레이블링을 이용한 광 패킷 통신 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 레이블링 스와핑 장치는,
    상기 광신호로부터 레이블을 검출하여 광신호의 다음 이동 위치 정보를 파악한 후, 파악된 위치 정보를 참조하여 패킷 데이터가 레이블에 기록된 위치로 이동될 수 있도록 광스위치를 제어하는 레이블 검출장치;
    새로운 제2 레이블을 생성하기 위한 제2 레이블 생성부; 및
    상기 패킷 데이터와 상기 제2 레이블을 결합하여 전송하는 제2 편광빔 결합부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 오프셋 편광분할 다중화 방식의 레이블링을 이용한 광 패킷 통신 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 레이블 검출장치는,
    상기 광신호 전송장치로부터 입력받은 광신호의 편광을 조절하여 출력하는 편광 조절부;
    상기 편광 조절부로부터 인가된 광신호를 수직 편광 성분과 수평 편광 성분으로 분리하여 출력하는 편광 빔 분리부;
    상기 편광 빔 분리부로부터 패킷 데이터를 인가받는 패킷 검출부;
    상기 편광 빔 분리부로부터 인가받은 레이블로부터 상기 광신호가 다음에 이동할 위치 정보를 파악한 후, 파악된 위치 정보를 출력하는 레이블 검출부; 및
    상기 레이블 검출부에서 파악된 위치 정보를 참조하여 패킷 데이터가 레이블에 기록된 위치로 이동될 수 있도록 광스위치를 제어하는 노드 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 오프셋 편광분할 다중화 방식의 레이블링을 이용한 광 패킷 통신 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 편광 빔 분리부는 상기 편광 빔 결합부와 동일한 소자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 파장 오프셋 편광분할 다중화 방식의 레이블링을 이용한 광 패킷 통신 시스템.
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