KR20000009569A - 양방향 애드/드롭 다중화기를 구비한 양방향파장분할다중방식자기치유 광통신망 - Google Patents

양방향 애드/드롭 다중화기를 구비한 양방향파장분할다중방식자기치유 광통신망 Download PDF

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Abstract

본 발명은 양방향 애드/드롭 다중화기를 구비한 양방향 파장분할다중방식 자기치유 광통신망에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 하나의 N×N 다중화기를 이용하여 간단한 구조의 양방향 애드/드롭 다중화기를 구현하고, 이를 이용하여 2가닥의 광섬유만을 사용하는 양방향 자기치유 광통신망을 제공하는데 있다.
이를 위한 본 발명의 제1 실시예는, 노드 간에 2가닥의 광섬유를 이용해 상호 연결한 광통신망에 있어서, 상기 각 노드는, 광신호의 수신 여부를 감지하는 적어도 2개의 광신호수신수단; 운용 광섬유의 절단시 예비 광섬유로 절체하기 위한 적어도 2개의 스위칭수단; 상기 스위칭수단을 제어하기 위한 적어도 2개의 스위칭 제어수단; 상기 스위칭수단 간에 연결되어 다중화 및 역다중화를 동시에 수행하는 다중화/역다중화 수단; 및 상기 운용 링과 예비 링에 연결된 다수개의 광증폭수단을 구비하되, 상기 다중화/역다중화 수단은, 폴드-백(fold-back) 형태로 연결되어 파장분할된 신호들의 다중화 및 역다중화를 동시에 수행하는 하나의 다중화기와, 적어도 2개의 서큘레이터, 및 상기 다중화기로부터 출력되는 다중화된 신호를 필터링하는 적어도 2개의 필터링수단을 포함한 것을 특징으로 한다.

Description

양방향 애드/드롭 다중화기를 구비한 양방향 파장분할다중방식 자기치유 광통신망
본 발명은 양방향 애드/드롭 다중화기(B-ADM: Bidirectional Add/Drop Multiplexer)를 구비한 양방향 파장분할다중방식(WDM: Wavelength Division Multiplexing) 자기치유 광통신망에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 간단한 구조의 양방향 애드/드롭 다중화기(B-ADM)를 이용해 광섬유의 이용 효율을 종래에 비해 2배정도 향상시킨 양방향 파장분할다중방식 자기치유 광통신망에 관한 것이다.
파장분할다중방식을 이용하는 광통신망에서는 광/전 및 전/광 변환없이 각 노드에서 원하는 정보를 송수신할 수 있어, 수 Tb/s 이상의 대용량 광통신 시대의 가능성을 제시하고 있다. 이와 같이 통신망의 속도가 현저하게 증가함에 따라 새롭게 대두되는 문제는 광통신망의 신뢰성이다. 예를 들어, 80 Gb/s 광전송시스템은 한 쌍의 광섬유를 통해서 백만 명이 동시에 통화할 수 있도록 해 준다. 그러므로, 만약 이러한 시스템에 장애가 발생하여 통신이 두절되면 도시 혹은 국가 전체의 기능이 마비될 수 있다. 따라서, 통신속도를 고속화하는 것과 병행하여 통신망의 신뢰도를 향상시키는 것이 매우 중요하다. 통신망의 신뢰도를 높이기 위해서는 시스템이나 전송선의 장애시에도 통신망이 서비스를 중단하지 않도록 해주는 자기 치유(self-healing) 기능을 가지고 있어야 한다.
현재 제안되고 있는 자기치유 기능을 갖는 파장분할다중방식의 광통신망으로는 2가닥의 광섬유를 사용하는 단방향 환형 광통신망, 4가닥의 광섬유를 사용하는 양방향 환형 광통신망, 그리고 그물(mesh) 형태의 망을 구성하고 있는 전광전송망이 있다.
환형 광통신망은 전광전송망에 비해 비교적 간단한 방법에 의해서 자기치유 기능을 구현할 수 있고, 기존의 소넷(SONET) 망과도 쉽게 연동시킬 수 있는 장점을 가지므로 이에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 4가닥의 광섬유를 사용하는 양방향 환형 광통신망은 2가닥의 광섬유를 사용하는 단방향 광통신망에 비해 2배의 광섬유가 필요하지만, N개의 각 노드를 전부 연결하는 데에 (N2-1)/8 개의 파장이 필요하므로 N(N-1)/2의 파장이 소요되는 단방향 환형 광통신망에 비해 4배 정도의 파장의 이용 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 양방향 환형 광통신망에서는 송신된 신호가 수신되기 전에 지나가야 하는 최대 노드의 수가 (N-1)/2이므로 (N-1)개의 노드를 지나야 하는 단방향 환형 광통신망보다 신호의 왜곡이 줄어드는 장점이 있다. 따라서, 각 노드를 전부 연결하는 광통신망으로는 양방향 환형 광통신망을 사용하는 것이 유리하다. 기존의 4가닥의 광섬유를 이용하는 양방향 광통신망에서는 2가닥의 광섬유를 통해서 양방향 광통신이 이루어지며, 나머지 2가닥은 보호용이다. 따라서 각 방향마다 신호를 수신(드롭)하거나, 송신(애드)하기 위하여 각 노드마다 단방향 애드/드롭 다중화기가 따로 필요하다.
광섬유 이용 효율을 높이기 위해서 최근에 한 가닥만의 광섬유를 이용하는 양방향 광통신이 실현되었다. 또한, 양방향으로 전송되는 신호를 애드/드롭할 수 있는 다중화기가 제안되어 2가닥의 광섬유를 사용하여 양방향 환형 광통신망을 구현할 수 있는 가능성이 보고 되었다. 그러나, 기존의 양방향 애드/드롭 다중화기는 2개의 1×N 다중화기를 이용하고, 각 채널마다 광증폭기를 사용하거나, 써큘레이터(circulator)와 애드/드롭하려는 채널마다 광섬유 격자 필터들을 사용하는 등 소요되는 부품의 수가 많았다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 하나의 N×N 다중화기를 이용하여 간단한 구조의 양방향 애드/드롭 다중화기를 구현하고, 이를 이용하여 2가닥의 광섬유만을 사용하는 양방향 자기치유 광통신망을 제공하는데 있다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기치유 광통신망의 노드 블럭 구성도.
도2는 본 발명에 따른 양방향 애드/드롭 다중화기의 블럭 구성도.
도3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 자기치유 광통신망의 노드 블럭 구성도.
도4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 다중화 영역을 공유하는 자기치유 광통신망의 노드 블럭 구성도.
도5는 제1 실시예를 이용한 양방향 파장분할다중방식 자기치유 광통신망의 예시도.
도6은 본 발명을 이용해 전송된 신호의 수신세기에 따라 측정된 비트 오율을 나타낸 그래프.
도7은 양방향 파장분할다중방식 자기치유 광통신망의 자기치유 특성을 나타낸 그래프.
도8은 본 발명을 이용해 복구된 신호의 측정 비트 오율을 나타낸 그래프.
도9는 본 발명에서 발생되는 상대강도잡음과 증폭기의 ASE 잡음 누적에 의한 패널티를 나타낸 그래프.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10, 19 : 커플러
11, 15, 18, 30, 35, 39, 40, 41, 49, 50 : 양방향 어븀첨가광섬유증폭기
12, 17 : 제어부
13, 16, 31, 32, 37, 38, 42, 43, 47, 48 : 스위치
14, 34, 45, 46 : 양방향 애드/드롭 다중화기
33, 36 : 감쇄기
44 : 스위치 박스
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 실시예는, 다수개의 노드를 구비하며, 상기 노드와 노드간에는 2가닥의 광섬유를 이용해 상호 연결하여 운용 링과 예비 링을 구성한 양방향 파장분할다중방식 자기치유 광통신망에 있어서, 상기 각 노드는, 운용 광섬유의 절단 상태를 감시하기 위해 광커플러를 포함하여 광신호의 수신 여부를 감지하는 적어도 2개의 광신호 수신수단; 운용 광섬유의 절단시 예비 광섬유로 절체하기 위한 적어도 2개의 스위칭수단; 상기 광신호 수신수단에 의해 광신호가 수신되지 않음을 인지하는 경우 상기 스위칭수단을 제어하기 위한 적어도 2개의 스위칭 제어수단; 상기 스위칭수단 간에 연결되어 상기 각 노드에서 송신할 신호를 애드(Add)하기 위해 다중화 하고, 수신될 신호를 드롭(Drop)하기 위해 역다중화 하는 다중화/역다중화 수단; 및 광신호를 증폭하기 위해 상기 운용 링과 예비 링에 연결된 다수개의 광증폭수단을 구비하되, 상기 다중화/역다중화 수단은, 입력 및 출력 포트수를 반으로 나누었을 때, 상부와 하부가 상호 대응되게 연결하는 폴드-백(fold-back) 형태로 연결되어 파장분할된 신호들의 다중화 및 역다중화를 동시에 수행하는 하나의 다중화기와, 상기 다중화기와 연결되어 양방향의 신호를 분리하고, 재다중화된 양방향 신호들을 병합하는 적어도 2개의 광신호 분리/병합수단, 및 상기 다중화기로부터 출력되는 다중화된 신호를 필터링하는 적어도 2개의 필터링수단을 포함한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 실시예는, 다수개의 노드를 구비하며, 상기 노드와 노드간에는 2가닥의 광섬유를 이용해 상호 연결하여 운용 링과 예비 링을 구성한 양방향 파장분할다중방식 자기치유 광통신망에 있어서, 상기 각 노드는, 운용 광섬유의 절단 상태를 감시하기 위해 광커플러를 포함하여 광신호의 수신 여부를 감지하는 적어도 2개의 광신호 수신수단; 운용 광섬유의 절단시 예비 광섬유로 절체하기 위한 적어도 2개의 스위칭수단; 운용 광섬유에서 예비 광섬유로 절체시의 광증폭기의 이득차이를 보상하기 위한 2개의 광감쇄기 수단; 상기 광신호 수신수단에 의해 광신호가 수신되지 않음을 인지하는 경우 상기 스위칭수단을 제어하기 위한 적어도 2개의 스위칭 제어수단; 및 상기 스위칭수단 간에 연결되어 상기 각 노드에서 송신할 신호를 애드(Add)하기 위해 다중화 하고, 수신될 신호를 드롭(Drop)하기 위해 역다중화 하는 다중화/역다중화 수단을 구비하되, 상기 다중화/역다중화 수단은, 입력 및 출력 포트수를 반으로 나누었을 때, 상부와 하부가 상호 대응되게 연결하는 폴드-백(fold-back) 형태로 연결되어 파장분할된 신호들의 다중화 및 역다중화를 동시에 수행하는 하나의 다중화기와, 상기 다중화기와 연결되어 양방향의 신호를 분리하고, 재다중화된 양방향 신호들을 병합하는 적어도 2개의 광신호 분리/병합수단과, 상기 다중화기로부터 출력되는 다중화된 신호를 필터링하는 적어도 2개의 필터링수단, 및 광신호를 증폭하기 위한 다수개의 광증폭수단을 포함한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제3 실시예는, 다수개의 노드를 구비하며, 상기 노드와 노드간에는 2가닥의 광섬유를 이용해 상호 연결하여 운용 링과 예비 링을 구성하고, 상기 정상시에는 운용 링과 예비 링을 통해 광신호를 전송하는 양방향 파장분할다중방식 자기치유 광통신망에 있어서, 상기 각 노드는, 운용 광섬유의 절단 상태를 감시하기 위해 광커플러를 포함하여 광신호의 수신 여부를 감지하는 적어도 2개의 광신호 수신수단; 운용 광섬유의 절단시 예비 광섬유로 절체하기 위한 적어도 2개의 스위칭수단; 상기 광신호 수신수단에 의해 광신호가 수신되지 않음을 인지하는 경우 상기 스위칭수단을 제어하기 위한 적어도 2개의 스위칭 제어수단; 상기 스위칭수단 간의 예비 광섬유와 운용 광섬유에 각각 연결되어 상기 각 노드에서 송신할 신호를 애드(Add)하기 위해 다중화 하고, 수신될 신호를 드롭(Drop)하기 위해 역다중화 하는 적어도 2개의 다중화/역다중화 수단; 광신호를 증폭하기 위해 상기 운용 링과 예비 링에 연결된 다수개의 광증폭수단; 및 상기 예비 링상에 연결된 다중화/역다중화 수단에 연결되어 통신장애 발생시에 상기 예비 링을 통해 전송되던 모든 신호를 차단하기 위한 스위치 박스를 구비하되, 상기 다중화/역다중화 수단은, 입력 및 출력 포트수를 반으로 나누었을 때, 상부와 하부가 상호 대응되게 연결하는 폴드-백(fold-back) 형태로 연결되어 파장분할된 신호들의 다중화 및 역다중화를 동시에 수행하는 하나의 다중화기와, 상기 다중화기와 연결되어 양방향의 신호를 분리하고, 재다중화된 양방향 신호들을 병합하는 적어도 2개의 광신호 분리/병합수단, 및 상기 다중화기로부터 출력되는 다중화된 신호를 필터링하는 적어도 2개의 필터링수단을 포함한 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 하나의 N×N 다중화기를 사용하여 양방향 애드/드롭 다중화기를 구현함으로써, 종래의 양방향 애드/드롭 다중화기에 비하여 경제적으로 양방향 자기치유 광통신망을 구현할 수 있다. 본 발명에 따른 양방향 애드/드롭 다중화기에서는 양방향 광통신에서 반대 방향으로 진행하는 신호들간의 혼선(Rayleigh 후방산란과 광섬유 융착 접속점에서의 반사 등이 원인임)으로 인한 잡음 및 N×N 다중화기에서의 혼선으로 인한 잡음을 간단한 대역통과필터를 이용해 제거할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 양방향 광통신망에서 수용 가능한 노드의 수가 단방향 광통신망의 경우와 유사하다. 또한, 본 발명은 별도의 양방향 애드/드롭 다중화기와 광스위치를 사용함으로써, 보호용 광섬유를 이용하여 장애시에 서비스를 중단하여도 되는 정보를 전달하여 광섬유의 이용 효율을 향상시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 양방향 파장분할다중 방식의 자기치유 광통신망 노드의 블럭 구성도로서, 도면에서 10, 19는 커플러, 11, 15, 18은 양방향 어븀첨가광섬유증폭기(EDFA: Erbium-Doped Fiber Amplifier), 12, 17은 스위칭 제어부, 13, 16은 스위치, 14는 양방향 애드/드롭 다중화기(B-ADM)를 각각 나타낸다.
각 노드는 하나의 양방향 애드/드롭 다중화기(B-ADM; 14)와 두 개의 2×2 스위치(13, 16)와 세 개의 양방향 증폭기(11, 15, 18), 그리고 통신망의 전송장애를 광의 영역에서 복구하기 위한 1:99 커플러(10, 19)와 제어부(12, 17)를 구비한다.
1:99 커플러(10, 19)는 수신되는 광신호의 유무를 확인하기 위해 수신되는 광신호를 분기하는 기능을 수행한다.
제어부(12, 17)는 커플러(10, 19)로부터 광신호가 입력되는지를 검사함으로써, 운용 광선로의 절단 여부를 확인하여 스위치(13, 16)를 절체하기 위한 기능을 수행한다.
어븀첨가광섬유증폭기(11, 15, 18)는 양방향 증폭기로서, 광신호를 증폭하여 송신하는 기능을 담당한다.
2×2 스위치(13, 16)는 제어부(12, 17)에 의해 예비 광선로로 절체하거나, 운용 광선로로 절체하는 기능을 담당한다.
양방향 애드/드롭 다중화기(14)는 각 노드에서 송신할 신호를 애드하거나, 수신할 신호를 드롭하는 기능을 담당하며, 이에 대한 상세 구성도가 도2에 도시되어 있다.
도2는 본 발명에 따른 양방향 애드/드롭 다중화기의 상세 구성도로서, 도면에서 20, 28은 서큘레이터(circulator), 21, 22, 26, 27은 단방향 어븀첨가광섬유 증폭기, 23은 N×N 다중화기, 24, 25는 광용 대역통과필터(OBPF: Optical Band Pass Filter)를 각각 나타낸다.
양방향 애드/드롭 다중화기에 대해 동일 출원인이 1998년 1월 5일자로 출원한(출원번호 98-63) " 하나의 도파관열 격자 다중화기를 이용한 양방향 애드/드롭 광증폭기 모듈"에 상세히 기재되어 있어, 여기에서는 개략적으로 설명하기로 한다.
양방향 애드/드롭 다중화기는 하나의 N×N 다중화기(23)와, 두 개의 서큘레이터(20, 28)와, 두 개의 대역통과필터(24, 25)를 구비한다.
하나의 N×N 다중화기(23)는 도파로형 회절격자로서, 이를 폴드-백(fold-back) 형태로 동작되도록 하여 파장분할 다중화된 신호들의 다중화와 역다중화를 동시에 수행할 수 있도록 하였다. 즉, 도면에 도시된 바와 같이 8×8 다중화기에 있어서, 입력 및 출력 포트수를 각각 반으로 나누었을 때, 상부와 하부가 서로 대칭되게 연결하여 다중화 및 역다중화를 동시에 수행할 수 있도록 한다. 도면에 도시된 바와 같이 입력 및 출력 포트 모두 5번 포트는 1번 포트와 연결되고, 2번 포트와 6번 포트는 애드 혹은 드롭을 위한 포트로 사용되며, 3번 포트는 7번 포트와 각각 연결되고, 4번 포트와 8번 포트는 전송용 포트로 사용된다. 여기서, 4번 포트는 수신용 포트로서, 수신된 신호를 역다중화 하고, 8번 포트는 송신용 포트로서, 송신될 신호를 다중화 한다. 따라서, 입력단의 1, 2, 3번 포트는 출력단의 8번 포트로 다중화 되고, 입력단의 4번 포트는 출력단의 1, 2, 3번 포트로 역다중화 되며, 출력단의 4번 포트는 입력단의 5, 6, 7번 포트로 역다중화 되고, 출력단의 5, 6, 7번 포트는 입력단의 8번 포트로 다중화 된다.
서큘레이터(20, 28)는 양방향의 신호를 분리하여 역다중화 하고, 재다중화된 양방향 신호들을 병합하는 기능을 담당한다.
한 가닥의 광섬유를 이용하는 양방향 광전송시스템에서는 Rayleigh 후방산란(backscattering), 광반사(optical reflection) 또는 다중화기의 혼선 등에 의해서 상대 강도 잡음(relative intensity noise)이 발생하여 시스템의 성능을 제한하고 광통신망의 확장성을 제한한다. 본 발명에서는 이러한 상대 강도 잡음의 누적을 억제하기 위하여 대역통과필터(OBPF; 24, 25)를 사용하였다. 즉, 8번 포트를 통해 파장분할 다중화된 신호를 양방향으로 송신할 때, 대역통과필터(24, 25)를 각각 연결하여 송신되는 신호의 대역을 제한한다.
도2에서 괘선과 이중괘선으로 표시된 단방향 어븀첨가광섬유증폭기(21, 22, 26, 27)는 운용 링(ring)의 양방향 증폭기 대신에 양방향 애드/드롭 다중화기 내에 증폭기를 사용하는 방식을 나타낸다. 즉, 운용 링(ring)에 양방향 광증폭기를 사용하지 않고 양방향 애드/드롭 다중화기 내에 단방향 광증폭기를 사용하는 경우의 예를 나타낸 것이다. 따라서, 일반적으로 운용 링상에 양방향 증폭기를 사용하는 경우에는 이 단방향 증폭기는 사용되지 않는다.
도1과 같은 구조의 노드를 사용함으로써 본 발명에 따른 양방향 파장분할다중방식 자기치유 광통신망에서는 통신장애를 광의 영역에서 자동적으로 복구할 수 있다. 즉, 1:99 커플러(10, 19)를 이용하여 운용 링의 신호 유무를 감지함으로써, 광섬유 절단 등에 의하여 통신이 두절되는 경우 (즉, 운용 링을 통해 신호가 수신되지 않는 경우)에는 제어부(12, 17)에 의해 스위치(13, 16)를 절체하여 운용 링을 통해 전송하던 신호를 예비 링을 통해 전송함으로써, 광섬유 절단 등에 의한 통신의 두절을 자동적으로 복구할 수 있다. 예비 링(protection ring)에 사용된 광증폭기(15)는 예비 링의 광섬유 전송 손실과 스위치 등의 소자 손실을 보상하기 위하여 사용된다.
도3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 양방향 파장분할다중방식 자기치유 광통신망의 노드의 블럭 구성도로서, 도면에서 30, 35, 39는 양방향 어븀첨가광섬유증폭기, 31, 32, 37, 38은 스위치, 33, 36은 감쇄기, 34는 양방향 애드/드롭 다중화기를 각각 나타낸다.
예비 링에 있는 광증폭기는 예비용 광섬유의 손실을 보상하기 위한 것으로, 이의 이득은 노드간의 광섬유의 손실과 같다. 만약 노드와 노드 사이에서 광섬유가 절단되어 통신망에 장애가 발생하면 장애가 발생된 구간에 인접한 2개의 노드에서는 광스위치를 절체하여 운용 링의 신호를 예비 링으로 전환한다. 이때, 인접한 두 개의 노드의 예비 링에 있는 광증폭기의 이득은 운용 링에 있는 광증폭기의 이득보다 {(광섬유 손실[dB] - 애드/드롭 다중화기의 삽입손실[dB])/2} 만큼 높다. 따라서, 도3의 노드 구조에서는 도1과 같이 2×2 스위치를 사용하는 대신에 1×2 스위치 2개(31, 32 혹은 37, 38)와 감쇄기(33 혹은 36)를 사용하여 이러한 초과 이득을 보상하였다. 만약 양방향 애드/드롭 다중화기(34)의 삽입 손실이 광섬유의 손실보다 큰 경우에는 예비 링의 장애에 인접한 두 개 노드의 예비 링에 있는 광증폭기(35)의 이득을 증가시켜서 이를 보상한다.
도3에서는 광선로의 이상 유무를 확인하기 위한 부분과 1×2 스위치를 제어하기 위한 제어부가 도시되어 있지 않으나, 이는 도1의 구성과 동일하다.
도4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 양방향 애드/드롭 다중화기를 이용한 다중화 영역을 공유하는 자기치유 광통신망의 노드의 블럭 구성도로서, 40, 41, 49, 50은 양방향 광증폭기, 42, 43, 47, 48은 스위치, 44는 스위치 박스, 45, 46은 양방향 애드/드롭 다중화기를 각각 나타낸다.
다중화 영역을 공유하는 자기치유 광통신망은 정상상태에서 예비 링을 통해 신호를 전송하는 통신망이다. 그러나, 예비 링을 통해 전송되던 신호들은 자기치유 기능을 갖지 않는다. 즉, 정상상태에서는 운용 링과 예비 링을 통해 신호를 전송하고, 통신 장애의 발생시에는 운용 링을 통해 전송되던 신호들만 복구하는 것이다. 이와 같은 통신망은 다른 자기치유 광통신망에 비해 광섬유를 좀 더 효율적으로 사용할 수 있다는 장점을 갖는다.
도4는 다중화 영역을 공유하는 자기치유 광통신망을 구현하기 위해 예비 링에도 양방향 애드/드롭 다중화기(45)를 더 구비케한 형태이다. 또한, 예비 링에 사용되는 양방향 애드/드롭 다중화기(45)에는 스위치 박스(44)를 사용하여 통신장애의 발생시에 예비 링을 통해서 전송하던 모든 신호를 차단하도록 하였다.
도4의 본 발명의 제3 실시예에서는 4개의 양방향 광섬유 증폭기(40, 41, 49, 50)를 각각의 링상에 구비하고, 양방향 애드/드롭 다중화기(45, 46)를 운용 링과 예비 링상에 각각 구비한다. 그리고, 운용 링과 예비 링을 절체하기 위한 4개의 1×2 스위치(42, 43, 47, 48)를 양방향 애드/드롭 다중화기(45, 46)의 전 후단에 각각 연결하는데, 예비 링의 전단에 설치된 스위치(42)는 운용 링의 후단에 설치된 스위치(48)와 연결되고, 예비 링의 후단에 설치된 스위치(47)는 운용 링의 전단에 설치된 스위치(43)와 연결된다.
이와 같은 도4의 구성에서 나타내지 않은 제어부와 서큘레이터의 동작은 도1과 동일하다. 또한, 도4에 도시된 스위치는 도1에 도시된 스위치를 그대로 이용할 수도 있으며, 이외의 다양한 스위치를 사용할 수도 있다.
도5는 도1에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 노드를 이용하여 양방향 파장분할다중 방식의 자기치유 광통신망을 구현한 예를 나타낸다.
2가닥의 광섬유 중에 1가닥은 예비용으로 구비된 것이고, 정상 상태에서는 1가닥의 운용 링을 통해 양방향 통신이 이루어진다. 각 노드사이에는 40km의 단일 모드 광섬유를 사용하여 각 노드를 환형으로 연결하였다.
본 발명에서 제시된 양방향 자기치유 광통신망의 성능을 확인하기 위하여 노드 1에서 각 방향으로 두 개의 신호를 2.5 Gb/s으로 변조하여 전송하였다. 사용된 신호의 파장은 반시계 방향의 경우 1549.32 nm와 1550.92 nm 였으며, 시계 방향의 경우에는 1555.75 nm와 1557.36 nm 였다. 광통신망의 양방향 애드/드롭 기능을 확인하기 위하여 각 방향의 신호중에 한 신호씩을 각각 노드 2(반시계 방향: 1549.32 nm)와 노드 3(시계방향: 1557.36 nm)에서 드롭하였다. 이와 같이 신호를 드롭한 노드에서는 드롭된 신호와 같은 파장의 신호를 같은 방향으로 애드하여 노드 1까지 전송하였다. 또한, 양방향 전송의 성능을 확인하기 위하여 각 방향의 한 신호(반시계 방향 : 1550.92 nm, 시계 방향 : 1555.75 nm)는 환형망을 일주하여 노드 1에서 수신하였다. 이와 같이 애드/드롭 없이 환형망을 일주한 신호들은 모두 6개의 양방향 증폭기와 3개의 양방향 애드/드롭 다중화기를 통해 전송된 신호들이다.
도6은 본 발명에 따른 양방향 파장분할다중방식 자기치유 광통신망을 통해 파장분할 다중화된 신호들을 전송할 경우, 수신된 신호의 세기에 따라 측정한 비트 오율을 나타낸 그래프이다.
도면을 통해 알 수 있듯이, 각 경로를 통해 전송된 6개의 신호들의 신호세기 패널티는 10-9의 비트오율에서 0.5 dB 미만임을 알 수 있다.
본 발명에 따른 양방향 광통신망의 자기치유 기능을 확인하기 위하여 노드 1과 3 사이에 음향 광학 변조기(acousto-optic modulator)를 사용하여 통신장애(즉, 광섬유 절단)를 발생시켰다.
도7은 본 발명에 따른 양방향 파장분할다중 방식 자기치유 광통신망에서 측정된 자기치유 특성을 나타낸다.
도면에 나타낸 두 개의 선중에서 위의 선은 음향-광학 변조기에 가해진 전기적 신호를 나타낸다. 따라서, 전기적 신호의 낮은 레벨은 통신장애 상태에 해당된다. 아래의 선은 통신장애 복구 전후에 노드 1에서 수신되는 1550.92 nm의 신호를 나타낸다. 통신장애가 발생하기 전(정상상태)에 이 신호는 운용 링을 통해 환형망을 일주하고 수신된다. 그러나, 광섬유 절단이 발생하는 경우에는 이 신호들이 더 이상 운용 링을 통해 전송될 수 없다. 따라서 이 신호들은 노드 3에서 예비 링으로 전송된 후, 예비 링을 통해 노드1에서 수신된다(노드 1-2-3-2-1). 도7에서 알 수 있듯이 본 발명에 따른 광통신망의 통신장애 복구는 2 ms 이내에 이루어진다.
도8은 본 발명에 따른 양방향 파장분할다중방식 자기치유 광통신망을 통해 복구된 신호들의 측정 비트 오율을 나타낸 그래프이다.
복구된 신호들의 최대 수신감도 패널티(penalty) 즉, 운용 링의 3개 노드와 예비 링의 3개 노드를 거쳐 복구된 신호의 패널티는 0.5 dB 미만이다.
도9는 광통신망의 확장성을 예측하기 위하여 본 발명에 따른 양방향 파장분할다중 방식 자기치유 광통신망에서 발생되는 상대 강도 잡음과 증폭기의 ASE 잡음의 누적에 의한 패널티를 계산한 결과이다.
이 계산에 있어서, 양방향 광증폭기의 신호 이득은 노드간의 전송 손실과 동일하다고 가정하였으며, 상대 강도 잡음은 주로 Rayleigh 후방 산란에 의해서 생긴다고 가정하였다. 계산에 사용된 값들은 다음과 같다. 광증폭기의 잡음 지수 = 5.5 dB; 측정된 Rayleigh 반사 계수 = -28 dB; 대역통과필터의 소광비(extinction ratio) = 35 dB; 광섬유 손실 = 0.275 dB/km.
도9의 결과로부터 대역통과필터에 의한 상대 강도 잡음의 억제 효과를 알 수 있다. 도면에서 알 수 있듯이 대역통과필터를 사용하지 않는 경우에는 노드간의 간격이 40km인 경우에도 3개 이상의 노드를 갖는 양방향 파장분할다중 방식 자기치유 광통신망을 구현하기 어렵다. 이에 비하여 본 발명에 따른 광통신망과 같이 대역통과필터를 사용하는 경우에는 상대 강도 잡음에 의한 영향은 무시할 수 있을 만큼 즐어들고, 광통신망의 크기는 광증폭기의 ASE 잡음에 의하여 제한되는 것을 알 수 있다. 즉, 대역통과필터를 사용하는 경우에는 40개 이상의 노드를 갖는 광통신망을 구현 할 수 있다. 노드간의 간격이 증가하게 되면 광증폭기의 ASE 잡음이 증가하게 됨으로, 광통신망의 확장성은 더욱 제한 받는다. 즉, 노드간의 간격이 80km로 증가하게 되면 본 발명에 따른 양방향 광통신망은 14개 노드(통신 장애 발생시 예비 링을 거치는 것을 가정한 경우)까지 확장할 수 있다. 이와 같이 광통신망의 크기가 확장되면, 통신망을 통해 전송되는 광신호들이 여러 개의 노드를 거치면서 여러 개의 다중화기를 통과하게 됨에 따라 등가적인 다중화기의 통과대역이 줄어들게 된다. 이러한 다중화기의 통과 대역의 협소화도 광통신망의 확장성을 제한하는 요인이 된다. 그러나, 이와 같은 제한 요인은 평탄한 통과대역 특성을 갖는 다중화기를 사용함으로써 쉽게 극복할 수 있다.
양방향 파장분할다중 방식 광통신망은 각 노드를 전부 연결하는 데에 적합한 구조이다. 4가닥의 광섬유를 사용하는 일반적인 양방향 자기치유 광통신망에서는 양방향 통신을 위해서 2가닥의 광섬유를 사용함으로써(나머지 2가닥은 예비 용), 임의의 2노드 간을 연결하는 데에 같은 파장을 사용하여 양방향 통신을 수행할 수 있다. 또한, 노드간을 연결할 경우에 시계방향과 반시계방향 중에서 적은 노드 수를 거치면서 연결이 가능한 방향을 선택할 수 있다. 따라서, N개의 노드를 갖는 광통신망에서 각 노드를 전부 연결하는 데에 (N2-1)/8 개의 파장이 필요하게 된다. 이것은 단방향 자기치유망에서 요구되는 파장의 개수 N(N-1)/2의 1/4에 해당한다. 본 발명에 따른 양방향 파장분할다중 방식 자기치유 광통신망에서는 양방향 통신을 위해 한가닥의 광섬유를 사용하기 때문에 양방향 통신에 같은 파장을 사용할 수 없다. 따라서, 제안된 광통신망에서는 4가닥의 광섬유를 이용하는 경우와 비교할 때, 노드를 전부 연결하는 데에 필요한 파장이 두 배로 증가하여 대략 (N2-1)/4 가 된다. 그러나, 본 발명에 따른 광통신망은 단방향 자기치유 광통신망에 비해서는 파장의 개수가 반으로 줄어드는 것을 알 수 있다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은 간단하고 경제적인 양방향 애드/드롭 다중화기를 사용함으로써, 양방향 자기치유 광통신망을 구현하는 데에 필요한 광섬유의 수를 반으로 줄일 수 있다. 즉, 단방향 자기치유 광통신망과 같이 2가닥의 광섬유를 이용하여 양방향 자기치유 광통신망을 구현할 수 있으며, 노드간을 전부 연결하는 데에 필요한 파장의 개수는 4가닥의 광섬유를 이용하는 경우보다 두 배로 증가하였지만, 단방향 자기치유 광통신망보다는 반이 적은 파장을 이용하여 노드간을 전부 연결할 수 있는 효과가 있다.

Claims (20)

  1. 다수개의 노드를 구비하며, 상기 노드와 노드간에는 2가닥의 광섬유를 이용해 상호 연결하여 운용 링과 예비 링을 구성한 양방향 파장분할다중방식 자기치유 광통신망에 있어서,
    상기 각 노드는,
    운용 광섬유의 절단 상태를 감시하기 위해 광커플러를 포함하여 광신호의 수신 여부를 감지하는 적어도 2개의 광신호 수신수단;
    운용 광섬유의 절단시 예비 광섬유로 절체하기 위한 적어도 2개의 스위칭수단;
    상기 광신호 수신수단에 의해 광신호가 수신되지 않음을 인지하는 경우 상기 스위칭수단을 제어하기 위한 적어도 2개의 스위칭 제어수단;
    상기 스위칭수단 간에 연결되어 상기 각 노드에서 송신할 신호를 애드(Add)하기 위해 다중화 하고, 수신될 신호를 드롭(Drop)하기 위해 역다중화 하는 다중화/역다중화 수단; 및
    광신호를 증폭하기 위해 상기 운용 링과 예비 링에 연결된 다수개의 광증폭수단을 구비하되,
    상기 다중화/역다중화 수단은,
    입력 및 출력 포트수를 반으로 나누었을 때, 상부와 하부가 상호 대응되게 연결하는 폴드-백(fold-back) 형태로 연결되어 파장분할된 신호들의 다중화 및 역다중화를 동시에 수행하는 하나의 다중화기와,
    상기 다중화기와 연결되어 양방향의 신호를 분리하고, 재다중화된 양방향 신호들을 병합하는 적어도 2개의 광신호 분리/병합수단, 및
    상기 다중화기로부터 출력되는 다중화된 신호를 필터링하는 적어도 2개의 필터링수단
    을 포함한 것을 특징으로 하는 양방향 파장분할다중 자기치유 광통신망.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 스위칭수단은 2×2 스위치인 것을 특징으로 하는 양방향 파장분할다중 자기치유 광통신망.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 스위칭수단은 예비 광섬유와 운용 광섬유에 각각 연결된 적어도 2개의 1×2 스위치와,
    상기 1×2 스위치 간에 연결되어 상기 예비 링에 설치된 광증폭수단과 상기 운용 링에 설치된 광증폭수단 간의 이득차를 보상하기 위한 감쇄기를 포함한 것을 특징으로 하는 양방향 파장분할다중 자기치유 광통신망.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수개의 광증폭수단은,
    상기 예비 링의 상기 스위칭수단 간에 설치된 제1 양방향 광증폭기와,
    상기 운용 링의 상기 스위칭수단과 상기 커플링수단 간에 각각 설치된 제2 및 제3 양방향 광증폭기를 포함한 것을 특징으로 하는 양방향 파장분할다중 자기치유 광통신망.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 광신호 분리/병합수단은 서큘레이터를 포함한 것을 특징으로 하는 양방향 파장분할다중 자기치유 광통신망.
  6. 다수개의 노드를 구비하며, 상기 노드와 노드간에는 2가닥의 광섬유를 이용해 상호 연결하여 운용 링과 예비 링을 구성한 양방향 파장분할다중방식 자기치유 광통신망에 있어서,
    상기 각 노드는,
    운용 광섬유의 절단 상태를 감시하기 위해 광커플러를 포함하여 광신호의 수신 여부를 감지하는 적어도 2개의 광신호 수신수단;
    운용 광섬유의 절단시 예비 광섬유로 절체하기 위한 적어도 2개의 스위칭수단;
    상기 광신호 수신수단에 의해 광신호가 수신되지 않음을 인지하는 경우 상기 스위칭수단을 제어하기 위한 적어도 2개의 스위칭 제어수단; 및
    상기 스위칭수단 간에 연결되어 상기 각 노드에서 송신할 신호를 애드(Add)하기 위해 다중화 하고, 수신될 신호를 드롭(Drop)하기 위해 역다중화 하는 다중화/역다중화 수단을 구비하되,
    상기 다중화/역다중화 수단은,
    입력 및 출력 포트수를 반으로 나누었을 때, 상부와 하부가 상호 대응되게 연결하는 폴드-백(fold-back) 형태로 연결되어 파장분할된 신호들의 다중화 및 역다중화를 동시에 수행하는 하나의 다중화기와,
    상기 다중화기와 연결되어 양방향의 신호를 분리하고, 재다중화된 양방향 신호들을 병합하는 적어도 2개의 광신호 분리/병합수단과,
    상기 다중화기로부터 출력되는 다중화된 신호를 필터링하는 적어도 2개의 필터링수단, 및
    광신호를 증폭하기 위한 다수개의 광증폭수단
    을 포함한 것을 특징으로 하는 양방향 파장분할다중 자기치유 광통신망.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 각 스위칭수단은 2×2 스위치인 것을 특징으로 하는 양방향 파장분할다중 자기치유 광통신망.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 각 스위칭수단은 예비 광섬유와 운용 광섬유에 각각 연결된 적어도 2개의 1×2 스위치와,
    상기 1×2 스위치 간에 연결되어 상기 예비 링과 상기 운용 링에 각각 설치된 광증폭수단 간의 이득차를 보상하기 위한 감쇄기를 포함한 것을 특징으로 하는 양방향 파장분할다중 자기치유 광통신망.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 광신호 분리/병합수단은 서큘레이터를 포함한 것을 특징으로 하는 양방향 파장분할다중 자기치유 광통신망.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 다수개의 광증폭수단은,
    상기 서큘레이터와 상기 다중화기 간에 각각 연결되어 수신되는 광신호를 증폭하여 상기 다중화기로 입력하는 제1 및 제2 단방향 광증폭기와,
    상기 서큘레이터와 상기 필터링수단 간에 각각 연결되어 상기 필터링수단에 의해 필터링된 광신호를 증폭하여 상기 서큘레이터를 통해 다른 노드로 송신하기 위한 제3 및 제4 단방향 광증폭기를 포함한 것을 특징으로 하는 양방향 파장분할다중 자기치유 광통신망.
  11. 다수개의 노드를 구비하며, 상기 노드와 노드간에는 2가닥의 광섬유를 이용해 상호 연결하여 운용 링과 예비 링을 구성하고, 상기 정상시에는 운용 링과 예비 링을 통해 광신호를 전송하는 양방향 파장분할다중방식 자기치유 광통신망에 있어서,
    상기 각 노드는,
    운용 광섬유의 절단 상태를 감시하기 위해 광커플러를 포함하여 광신호의 수신 여부를 감지하는 적어도 2개의 광신호 수신수단;
    운용 광섬유의 절단시 예비 광섬유로 절체하기 위한 적어도 2개의 스위칭수단;
    상기 광신호 수신수단에 의해 광신호가 수신되지 않음을 인지하는 경우 상기 스위칭수단을 제어하기 위한 적어도 2개의 스위칭 제어수단;
    상기 스위칭수단 간의 예비 광섬유와 운용 광섬유에 각각 연결되어 상기 각 노드에서 송신할 신호를 애드(Add)하기 위해 다중화 하고, 수신될 신호를 드롭(Drop)하기 위해 역다중화 하는 적어도 2개의 다중화/역다중화 수단;
    광신호를 증폭하기 위해 상기 운용 링과 예비 링에 연결된 다수개의 광증폭수단; 및
    상기 예비 링상에 연결된 다중화/역다중화 수단에 연결되어 통신장애 발생시에 상기 예비 링을 통해 전송되던 모든 신호를 차단하기 위한 스위치 박스
    를 구비하되,
    상기 다중화/역다중화 수단은,
    입력 및 출력 포트수를 반으로 나누었을 때, 상부와 하부가 상호 대응되게 연결하는 폴드-백(fold-back) 형태로 연결되어 파장분할된 신호들의 다중화 및 역다중화를 동시에 수행하는 하나의 다중화기와,
    상기 다중화기와 연결되어 양방향의 신호를 분리하고, 재다중화된 양방향 신호들을 병합하는 적어도 2개의 광신호 분리/병합수단, 및
    상기 다중화기로부터 출력되는 다중화된 신호를 필터링하는 적어도 2개의 필터링수단
    을 포함한 것을 특징으로 하는 양방향 파장분할다중 자기치유 광통신망.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 각 스위칭수단은 2×2 스위치인 것을 특징으로 하는 양방향 파장분할다중 자기치유 광통신망.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 각 스위칭수단은,
    상기 운용 링과 예비 링에 각각 연결된 다중화/역다중화 수단을 사이에 두고 각각 연결된 적어도 4개의 1×2 스위치를 포함하되,
    상기 예비 링에 설치된 1×2 스위치는 상기 운용 링에 설치된 1×2 스위치와 연결되고, 상기 1×2 스위치 간에 연결되어 상기 예비 링과 상기 운용 링에 각각 설치된 광증폭수단 간의 이득차를 보상하기 위한 감쇄기를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 파장분할다중 자기치유 광통신망.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 다수개의 광증폭수단은,
    상기 예비 링과 상기 운용 링에 각각 설치된 적어도 4개의 양방향 광증폭기를 포함한 것을 특징으로 하는 양방향 파장분할다중 자기치유 광통신망.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 광신호 분리/병합수단은 서큘레이터를 포함한 것을 특징으로 하는 양방향 파장분할다중 자기치유 광통신망.
  16. 다수개의 노드를 구비하며, 상기 노드와 노드간에는 2가닥의 광섬유를 이용해 상호 연결하여 운용 링과 예비 링을 구성하고, 상기 정상시에는 운용 링과 예비 링을 통해 광신호를 전송하는 양방향 파장분할다중방식 자기치유 광통신망에 있어서,
    상기 각 노드는,
    운용 광섬유의 절단 상태를 감시하기 위해 광커플러를 포함하여 광신호의 수신 여부를 감지하는 적어도 2개의 광신호 수신수단;
    운용 광섬유의 절단시 예비 광섬유로 절체하기 위한 적어도 2개의 스위칭수단;
    상기 광신호 수신수단에 의해 광신호가 수신되지 않음을 인지하는 경우 상기 스위칭수단을 제어하기 위한 적어도 2개의 스위칭 제어수단;
    상기 스위칭수단 간의 예비 광섬유와 운용 광섬유에 각각 연결되어 상기 각 노드에서 송신할 신호를 애드(Add)하기 위해 다중화 하고, 수신될 신호를 드롭(Drop)하기 위해 역다중화 하는 적어도 2개의 다중화/역다중화 수단; 및
    상기 예비 링상에 연결된 다중화/역다중화 수단에 연결되어 통신장애 발생시에 상기 예비 링을 통해 전송되던 모든 신호를 차단하기 위한 스위치 박스
    를 구비하되,
    상기 다중화/역다중화 수단은,
    입력 및 출력 포트수를 반으로 나누었을 때, 상부와 하부가 상호 대응되게 연결하는 폴드-백(fold-back) 형태로 연결되어 파장분할된 신호들의 다중화 및 역다중화를 동시에 수행하는 하나의 다중화기와,
    상기 다중화기와 연결되어 양방향의 신호를 분리하고, 재다중화된 양방향 신호들을 병합하는 적어도 2개의 광신호 분리/병합수단과,
    상기 다중화기로부터 출력되는 다중화된 신호를 필터링하는 적어도 2개의 필터링수단, 및
    광신호를 증폭하기 위해 상기 운용 링과 예비 링에 연결된 다수개의 광증폭수단
    을 포함한 것을 특징으로 하는 양방향 파장분할다중 자기치유 광통신망.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 각 스위칭수단은 2×2 스위치인 것을 특징으로 하는 양방향 파장분할다중 자기치유 광통신망.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 각 스위칭수단은,
    상기 운용 링과 예비 링에 각각 연결된 다중화/역다중화 수단을 사이에 두고 각각 연결된 적어도 4개의 1×2 스위치를 포함하되,
    상기 예비 링에 설치된 1×2 스위치는 상기 운용 링에 설치된 1×2 스위치와 연결되고, 상기 1×2 스위치 간에 연결되어 상기 예비 링과 상기 운용 링에 각각 설치된 광증폭수단 간의 이득차를 보상하기 위한 감쇄기를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 파장분할다중 자기치유 광통신망.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 광신호 분리/병합수단은 서큘레이터를 포함한 것을 특징으로 하는 양방향 파장분할다중 자기치유 광통신망.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 다수개의 광증폭수단은,
    상기 서큘레이터와 상기 다중화기 간에 각각 연결되어 수신되는 광신호를 증폭하여 상기 다중화기로 입력하는 제1 및 제2 단방향 광증폭기와,
    상기 서큘레이터와 상기 필터링수단 간에 각각 연결되어 상기 필터링수단에 의해 필터링된 광신호를 증폭하여 상기 서큘레이터를 통해 다른 노드로 송신하기 위한 제3 및 제4 단방향 광증폭기를 포함한 것을 특징으로 하는 양방향 파장분할다중 자기치유 광통신망.
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