KR20220104932A - 광 스위칭 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

광 스위칭 방법 및 장치가 개시된다. 일 실시예에 따른 광 스위칭 장치는 파장 제어기에 의해 제어되어 파장이 중복되지 않게 광 신호를 출력하는 복수의 파장가변 광 송신기들; 상기 복수의 파장 가변 광 송신기들의 출력을 결합하여 출력하는 광 결합기; 복수의 입력 포트들 중에서 어느 하나가 상기 광 결합기에 접속하고, 상기 광 결합기에 의해서 파장 다중화된 신호를 복수의 출력 포트들 중에서 어느 하나로 출력하는 제1 배열 도파로 격자; 및 각각이 대응하는 상기 제1 배열 도파로 격자의 출력 포트에 접속하고, 대응하는 출력포트로부터 출력되는 파장 다중화된 신호를 파장분리하여 출력하는 복수의 제2 배열 도파로 격자들을 포함할 수 있다.

Description

광 스위칭 방법 및 장치{OPTICAL SWITCHING METHOD AND APPARATUS}

아래 개시는 광 스위칭 방법 및 장치에 관한 것이다.

전세계적으로 데이터 센터의 필요성이 급격하게 증가하고 있다. 데이터 센터는 백본망(backbone network) 또는 코어망(core network)에 위치하여 대용량의 데이터와 복잡한 연산 처리를 담당하는 하이퍼 스케일(Hyper-Scale) 데이터 센터와 액세스 망(access network)에 위치하여 다양한 종류의 서비스(예: 애플리케이션)들을 실시간으로 처리하는 소규모의 엣지 데이터센터로 발전해가고 있다.

하이퍼 스케일 데이터 센터는 대용량의 데이터를 처리하기 위해서 많은 양의 전력을 소비한다. 이는 대용량의 네트워크를 구성하기 위해 다단의 전기 스위치(예: Spine- leaf 구조)가 필요한 것이 주 원인이다. 또한, 광 링크의 용량이 10Gbps에서 100Gbps, 200Gbps로 증가함에 따라서 이를 수용하기 위해서는 전기 스위치 또한 교체되어야 하여 전체적인 유지/보수 비용이 증가하게 된다. 엣지 데이터 센터의 경우에는 다양한 서비스를 하드웨어 기반으로 빠르게 처리해 주어야하기 때문에 데이터 처리에 소요되는 지연시간을 최소화하여야 한다.

상술한 데이터 센터의 문제를 해결하기 위해서 유연한 확장성을 제공하는 대용량(High-radix), 고속 광 스위칭 기술이 연구되고 있다. 그러나 기존의 광 스위치를 사용하는 네트워킹 구조는 광 버퍼의 부재를 해결하기 위해 복잡한 스케줄링 기술을 요구하거나 고속의 광 헤더 처리 기술을 필요로 하여 상용화에 걸림돌이 되고 있다.

실시예들은 배열 도파로 격자의 순환적인 광 파장 투과특성에 맞추어 파장가변 광 송신기의 출력파장을 제어함으로써 복잡한 스케줄러와 광 버퍼 없이도 고속으로 광 신호를 스위칭할 수 있는 기술을 제공할 수 있다.

다만, 기술적 과제는 상술한 기술적 과제들로 한정되는 것은 아니며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.

일 실시예에 따른 광 스위칭 장치는 파장 제어기에 의해 제어되어 파장이 중복되지 않게 광 신호를 출력하는 복수의 파장가변 광 송신기들; 상기 복수의 파장 가변 광 송신기들의 출력을 결합하여 출력하는 광 결합기; 복수의 입력 포트들 중에서 어느 하나가 상기 광 결합기에 접속하고, 상기 광 결합기에 의해서 파장 다중화된 신호를 복수의 출력 포트들 중에서 어느 하나로 출력하는 제1 배열 도파로 격자; 및 각각이 대응하는 상기 제1 배열 도파로 격자의 출력 포트에 접속하고, 대응하는 출력포트로부터 출력되는 파장 다중화된 신호를 파장분리하여 출력하는 복수의 제2 배열 도파로 격자들을 포함할 수 있다.

도 1은 배열 도파로 격자의 파장 투과 특성의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 배열 도파로 격자의 파장 투과 특성의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 광 파장 스위칭 방법의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 광 파장 스위칭 방법의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 4에서 네트워크 스케줄러를 이용한 광 파장 스위칭 동작의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 광 파장 스위칭 방법을 수행하는 광 스위칭 장치의 일 예를 나타낸다.
도 7은 도 6의 광 스위칭 장치의 광 파장 스위칭 동작을 설명하기 위한 일 예이다.
도8은 도 6에서 파장가변 광 송신기의 출력 파장을 제어하지 않을 경우 광 수신기에서 광 신호간 충돌이 발생하는 일 예를 나타낸다.
도 9는 일 실시예에 따른 광 파장 스위칭 방법을 수행하는 광 스위칭 장치의 다른 예를 나타낸다.
도 10은 일 실시예에 따른 광 파장 스위칭 방법을 수행하는 광 스위칭 장치의 또 다른 예를 나타낸다.

실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 구현될 수 있다. 따라서, 실제 구현되는 형태는 개시된 특정 실시예로만 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 실시예들로 설명한 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.

제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 배열 도파로 격자의 파장 투과 특성의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 1에서는 1개의 입력 포트와 2개의 출력 포트를 포함하는 배열 도파로 격자(arrayed waveguide grating(AWG); 100)의 파장 투과 특성을 보여준다. 입력 포트에 ITU-T 표준안 G.692, G.694.1, G.694.2에서 정의하고 있는 일정한 파장 간격(예: 25/50/100 GHz)을 가지는 광 신호(λ₁, λ₂, λ₃, …, λ_N, 여기서 N은 광 파장(채널) 번호)가 입력될 경우 광 파장에 따라 출력 포트가 달라진다. λ₁ 파장의 광 신호는 출력 포트 1로 출력되고, λ₂ 파장의 광 신호는 출력 포트 2로 출력된다. λ₃ 파장의 광 신호는 다시 출력 포트 1로 출력되며, 이와 같은 파장 순환 특성이 N개의 파장에 대해서 연속적으로 반복되는 것이다.

도 2는 배열 도파로 격자의 파장 투과 특성의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 2에서는 N개의 입력 포트와 N개의 출력 포트를 포함하는 배열 도파로 격자(200)의 파장 투과 특성을 보여준다. λ_i,j는 입력 포트별 일정한 파장 간격(예: 25/50/100 GHz)을 가지는 광 신호를 나타낸다. 여기서 i는 광 신호가 입력되는 포트를 나타내고, j는 ITU-T 표준안 G.692, G.694.1, G.694.2에서 정의하고 있는 광 파장(채널) 번호를 나타낸다. 모든 입력 포트에 입력되는 광 신호들은 동일한 광 파장들(λ_i,1, λ_i,2, λ_i,3, … λ_i,N)로 구성되며 광 파장에 따라 서로 다른 출력 포트로 출력된다. 예를 들어, 입력 포트 1에서, 광 신호 λ_1,1은 출력 포트 1로 출력되고 광 신호 λ_1,2는 출력 포트 2로 출력되며, λ_1,N은 출력 포트 N으로 출력된다. 도 2에 도시된 바와 같이(예: 출력 포트 1에서 출력 포트 N까지 파란색으로 표시), 입력 포트 1에 입력된 광 신호들(λ_1,1, λ_1,2, λ_1,3, … λ_1,N)은 파장에 따라 중복됨이 없이 서로 다른 출력 포트로 출력된다.

동일한 광 신호(예: 동일한 파장의 광 신호)가 입력 포트 2에 입력될 경우에는 입력 포트 1과 비교해서 동일한 출력 포트로 광 채널 번호가 하나 감소한 광 신호가 출력된다. 동일한 광 신호가 입력 포트 3에 입력될 경우에는 입력 포트 1과 비교해서 동일한 출력 포트로 광 채널 번호가 두개 감소한 광 신호가 출력된다. 도 2에 도시된 바와 같이(예: 출력 포트 N에 빨간색으로 표시), 입력 포트가 하나씩 증가할수록 동일한 출력 포트로 출력되는 광 채널 번호는 하나씩 감소하게 된다. 이러한 특성을 이용하여 배열 도파로 격자(200)를 광 파장 스위치로 사용할 수 있다.

도 3은 광 파장 스위칭 방법의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 3은 데이터 센터 내 네트워크 구조에서 파장가변 광 송신기(310)와 배열 도파로 격자(350)를 이용하는 광 파장 스위칭 방법을 설명하기 위한 것이다. 데이터 센터 내 광 네트워킹 장치(10)는 복수의 노드들(예: 노드 1 내지 노드 4) 및 배열 도파로 격자(350)를 포함한다. 설명의 편의를 위해 배열 도파로 격자(350)는 4개의 입력 포트와 4개의 출력 포트를 포함하는 것으로 가정한다. 각 노드는 하나의 파장가변 광 송신기(310) 및 광 수신기(330)를 포함한다. 파장가변 광 송신기(310)는 배열 도파로 격자(350)에 연결된 노드 수와 동일한 수의 광 파장(λ₁, λ₂, λ₃, λ₄) 신호를 일정 시간(예: 타임슬롯) 간격을 두고 순환적으로 출력한다. 이 경우 광 파장 순환 시간(예: 광 파장 스위칭 시간)은 노드 수 x T_ts(예: 타임슬롯 시간)이 된다. 예를 들어, 어느 한 노드에서 λ₁ 광 신호를 출력한 후 이를 다시 출력하기 위해서는 4 x T_ts 시간이 소요되는 것이다.

이 광 파장 스위칭 방법은 복잡한 네트워크 스케줄러가 필요 없지만, 노드 수가 증가할수록 광 파장 스위칭 시간이 증가하게 된다. 증가된 파장 스위칭 시간 동안, 각 노드에서는 광 신호를 버퍼(예: 전기 버퍼)에 저장하고 있어야 하며, 버퍼 용량의 한계로 작은 규모의 스위칭 시스템에만 국한적으로 사용이 가능하다.

도 4는 광 파장 스위칭 방법의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 4는 데이터 센터 내 네트워크 구조에서 네트워크 스케줄러(410), 복수의 파장가변 광 송신기(440), 및 배열 도파로 격자(460)를 이용하는 광 파장 스위칭 방법을 설명하기 위한 것이다. 도 4의 광 파장 스위칭 방법은 파장 스위칭 시간을 단축하고자 하나의 노드에 복수 개의 파장가변 광 송신기(440)를 사용하는 것이다. 데이터 센터 내 광 네트워킹 장치(20)는 복수의 노드들(예: 노드 1 내지 노드 N), 배열 도파로 격자(460), 시스템 클럭 동기부(420), 및 네트워크 스케줄러(410)를 포함한다. 네트워크 스케줄러(410)는 복수의 노드들과 복수의 노드들 사이의 광 경로를 제어할 수 있다. 시스템 클럭 동기부(420)는 동기 클럭 및 프레임 펄스를 생성할 수 있다. 복수의 노드들은 타임슬롯에 기초하여 혼잡제어를 수행하기 위해 노드 간 클럭 동기를 맞출 수 있다. 프레임 펄스는 일정한 개수(예: N개)의 동기 클럭마다 한번씩 생성될 수 있고, 동기 클럭의 시작점을 찾기 위해 사용될 수 있다. 데이터 센터에 포함된 각 기능 블록들은 프레임 펄스가 입력되는 순간을 동기 클럭의 시작점으로 인식할 수 있다. 설명의 편의를 위해 각 노드는 3개의 파장가변 광 송신기(440)와 광 수신기(450)를 포함하고, 배열 도파로 격자(460)는 3N개의 입력 포트와 3N개의 출력 포트를 포함하는 것으로 가정한다.

도 4의 광 파장 스위칭 방법에서는 하나의 노드가 동시에 세 개의 서로 다른 노드와 연결될 수 있어 스위칭 시간을 줄일 수 있다. 복수의 노드들로부터 출력된 광 신호들이 동일한 목적지로 동시에 입력되는 것을 방지하기 위해서 네트워크 스케줄러(410)가 필요한 것이다. 또한, N개의 노드를 연결하기 위해서는 3N개의 입/출력 포트를 포함하는 배열 도파로 격자(460)가 필요하여 확장성에 제한이 있다.

도 4의 시스템 구조는 도 3과 비교하여 스위칭 시간은 단축할 수 있으나 구조가 복잡 해지며 큰 용량의 배열 도파로 격자(460)가 필요하여 실제 시스템에 적용하기 어렵다.

도 5는 도 4에서 네트워크 스케줄러를 이용한 광 파장 스위칭 동작의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 5에서 각각의 사각형은 타임슬롯을 나타내며 광 파장 스위칭은 타임슬롯 기반으로 동작한다. 타임슬롯은 동일한 목적지를 가지는 광 신호가 유지되는 최소 시간을 의미하며, 광 신호들은 N x 타임슬롯 동안 원하는 목적지로 광 신호를 송신하게 된다. 타임슬롯 내에 표시된 숫자는 출력된 광 신호의 최종 목적지 노드를 나타낸다. 가드 타임은 광 신호의 목적지 노드가 변경될 때 이를 구분하기 위해 요구되는 시간으로 파장가변 광 송신기(440)의 파장 변경 시간과 광 수신기(450)에서의 클럭과 데이터 복원 시간을 고려하여 설정된다.

도 5의 (a)는 노드 1에 위치한 세 개의 파장가변 광 송신기(440)와 노드 2에 위치한 세 개의 파장가변 광 송신기(440)가 각각 임의의 목적지 노드로 광 신호를 송신하는 일 예를 보여준다. 시간 T1에서 노드 1의 파장가변 광 송신기(440) 1번과 노드 2의 파장가변 광 송신기(440) 1번은 동일한 목적지 노드(예: 노드 2)로 광 신호를 송신한다. 이 경우 노드 2의 광 수신기(450) 1번에서는 서로 다른 광 신호가 동시에 수신되고 이들간 충돌이 발생하여 광 신호를 복원할 수 없게 된다. 이와 같은 현상은 시간 T5와 시간 T6에서도 발생하게 된다. 광 신호간 충돌을 회피하기 위해서는 도 4에 도시된 네트워크 스케줄러(410)가 필요하다.

도 5의 (b)는 네트워크 스케줄러(410)를 이용하여 충돌을 회피하는 방법을 나타낸 것이다. 네트워크 스케줄러(410)는 각 노드로부터 Request 신호를 수신하여 목적지 노드를 파악한 후 노드들간 충돌이 발생할 경우 CASE 1) 파장가변 광 송신기(440)를 변경하여 동일한 목적지라도 광 수신기(450)의 위치를 변경하거나 CASE 2) 충돌이 발생한 노드의 송신이 끝낼 때까지 기다렸다 광 신호를 출력한다.

CASE 1)의 일 예는 도 5의 (b)에서 T1과 T5에 해당한다. T1에서 노드 2는 충돌이 발생한 파장가변 광 송신기(440)를 1번에서 2번으로 변경하여 충돌을 회피한다. T5에서 노드 2는 충돌이 발생한 파장가변 광 송신기(440)를 2번에서 1번으로 변경하여 충돌을 회피한다.

CASE 2)의 일 예는 도 5의 (b)에서 T6에 해당한다. 노드 2의 파장가변 광 송신기(440) 1번은 충돌이 발생한 노드 1의 파장가변 광 송신기(440) 1번의 송신이 끝난 후 광 신호를 송신한다. 네트워크 스케줄러(410)를 사용할 경우 모든 노드는 동일한 시간에 광 신호를 송신해야 하기 때문에 도 4에 도시된 시스템 클럭 동기부(420)가 필요하다. 시스템 클럭 동기부(420)는 동기 클럭과 프레임 시작을 알리는 프레임 펄스를 모든 노드로 전송하고 노드들은 이 신호들을 이용하여 서로 시간 동기를 맞추게 된다.

도 6은 일 실시예에 따른 광 파장 스위칭 방법을 수행하는 광 스위칭 장치의 일 예를 나타낸다.

광 스위칭 장치(30)(예: 광 네트워킹 장치)는 복수의 노드들(예: 노드 1 내지 노드 4), 제1 배열 도파로 격자(650), 제2 배열 도파로 격자(670)를 포함할 수 있다. 광 스위칭 장치(30)는 데이터 센터 내 포함될 수 있다. 각 노드(노드 1 내지 노드 4)는 파장가변 광 송신기들(610 및 620), 광 파장 제어기(605), 광 결합기(630), 및 광 수신기들(680 및 690)를 포함할 수 있다. 광 파장 제어기(605)는 파장가변 광 송신기(610 및 620)로부터 출력되는 광 파장을 제어할 수 있다. 제1 배열 도파로 격자(650)는 N x N 배열 도파로 격자(여기서, N은 노드 수를 의미)일 수 있다. 제2 배열 도파로 격자(670)는 1 x M 배열 도파로 격자(여기서, M은 각 노드 송신단에 위치한 파장가변 광 송신기(610 및 620)의 수를 의미)일 수 있다.

배열 도파로 격자(예: 제1 배열 도파로 격자(650))의 입력 포트와 출력 포트 수를 줄이기 위해서 파장가변 광 송신기(610 및 620)의 출력 파장을 제어할 수 있다. 각 노드(노드 1 내지 노드 4)별 두 개의 파장가변 광 송신기(610 및 620)를 가지는 경우를 예로 들어 설명하면 파장가변 광 송신기#1(610)은 λ₁ 파장의 광 신호 및 λ₃ 파장의 광 신호를 순차적으로 출력할 수 있다. 파장가변 광 송신기#2(630)는 λ₂ 파장의 광 신호 및 λ₄ 파장의 광 신호를 순차적으로 출력할 수 있다. 광 송신 측의 파장가변 광 송신기(610 및 620)의 출력파장을 제어함으로써 광 수신 측에 위치한 배열 도파로 격자(제2 배열 도파로 격자(670))에 입력되는 파장 분할 다중화된 광 신호 파장을 제어할 수 있어 제2 배열 도파로 격자(670)(예: 1 x 2 배열 도파로 격자) 만으로 네 개의 서로 다른 광 파장을 충돌없이 수신할 수 있다.

총 네 개의 노드(노드 1 내지 노드 4)가 제1 배열 도파로 격자(650)(예: 4 x 4 배열 도파로 격자)로 연결된 경우 파장 스위칭 동작은 다음과 같을 수 있다. 각 노드(노드 1 내지 노드 4)에서, 네트워크 스케줄러의 개입 없이 파장가변 광 송신기#1(610)는 홀수 번째 광 파장(λ_i,1, λ_i,3)만을 순환적으로 출력하며 파장가변 광 송신기#2(620)는 짝수 번째 광 파장(λ_i,2, λ_i,4)만을 순환적으로 출력할 수 있다. 두 개의 파장가변 광 송신기(610 및 620)의 출력은 광 결합기(630)에 의해서 다중화(예: 파장 다중화)될 수 있다. 광 결합기(630)에 의해 파장 다중화된 신호는 제1 배열 도파로 격자(650)로 입력될 수 있다. 제1 배열 도파로 격자(650)는 도 2에 설명된 방식으로 입력 포트와 광 파장에 따라 출력 포트를 결정할 수 있다.

T1 시간(예: 제1 시간)에서, 제1 배열 도파로 격자(650)의 출력 포트 1에는 파장 다중화된(λ_1,1, λ_4,2) 광 신호가 출력되고, 출력 포트 2에는 파장 다중화된(λ_2,1, λ_1,2) 광 신호가 출력되고, 출력 포트 3에는 파장 다중화된(λ_3,1, λ_2,2) 광 신호가 출력되고, 출력 포트 4에는 파장 다중화된(λ_4,1, λ_3,2) 광 신호가 출력될 수 있다. T1 시간에서, 제1 배열 도파로 격자(650)의 모든 출력 포트의 광 신호는 λ_i,1과 λ_i,2 파장만으로 구성될 수 있다.

T2 시간(예: 제2 시간)에서, 제1 배열 도파로 격자(650)의 출력 포트 1에는 파장 다중화된(λ_3,3, λ_2,4) 광 신호가 출력되고, 출력 포트 2에는 파장 다중화된(λ_4,3, λ_3,4) 광 신호가 출력되고, 출력 포트 3에는 파장 다중화된(λ_1,3, λ_4,4) 광 신호가 출력되고, 출력 포트 4에는 파장 다중화된(λ_2,3, λ_1,4) 광 신호가 출력될 수 있다. T2 시간에서, 제1 배열 도파로 격자(650)의 모든 출력 포트의 광 신호는 λ_i,3과 λ_i,4 파장만으로 구성될 수 있다.

즉, 모든 노드들(노드 1 내지 노드 4)이 같은 시간에 동시에 수신할 수 있는 광 신호는 T1 시간에는 λ₁ 파장의 광 신호와 λ₂ 파장의 광 신호이고, T2 시간에는 λ₃ 파장의 광 신호와 λ₄ 파장의 광 신호가 될 수 있다. 파장 다중화된(λ₁, λ₂ 또는 λ₃, λ₄) 광 신호는 광 신호 수신 측에 위치한 제2 배열 도파로 격자(670)에 의해서 광 파장별로 분리될 수 있다. 제2 배열 도파로 격자(670)의 파장 투과특성은 도 1에 설명된 바와 같을 수 있다.

파장가변 광 송신기(610 및 620)에서의 광 파장 순환시간은 (노드 수/송신기 수) x 타임슬롯 시간이 될 수 있다. 즉, λ₁ 광 신호를 스위칭 한 후 다시 스위칭 하기 위해서는 2 x T_ts(예: 타임슬롯 시간) 시간이 요구될 수 있다. 실시예들은 도 3의 방식과 비교하여 2배 빠른 스위칭 시간이며, 스위칭 시간은 파장가변 광 송신기(610 및 620) 수에 비례하여 감소될 수 있다.

실시예들은 도 4의 방식과 비교하여 네트워크 스케줄러를 사용하지 않는 단순한 구조로 고속의 파장 스위칭이 가능하며 광 스위치 소자(예: 제1 배열 도파로 격자(650) 및 제2 배열 도파로 격자(670))의 크기(예: 입/출력 포트 수)를 줄일 수 있어 광 스위치를 사용하는 구조에서의 확장성 문제를 해결할 수 있다.

도 7은 도 6의 광 스위칭 장치의 광 파장 스위칭 동작을 설명하기 위한 일 예이다.

도 7에서 가로 축은 시간을 세로 축은 4 x 4 배열 도파로 격자(650)의 출력 포트에서의 광 신호를 나타낸다. 타임슬롯, 가드타임 등에 대한 설명은 도 5에서 기술한 것과 같을 수 있다. 타임슬롯내 숫자는 각각 목적지 노드와 광 파장을 나타낸다.

T1 시간에 노드 1의 파장가변 광 송신기#2(620)와 노드 2의 파장가변 광 송신기#1(610)은 동일한 시간에 동일한 목적지(예: 노드 2)와 서로 다른 광 파장(λ₂, λ₁)을 가지고 4 x 4 배열 도파로 격자(650)의 동일한 출력 포트(예: 출력 포트 2)로 출력될 수 있다. 이 경우, 도 4의 방식에서는 광 수신기는 파장 다중화된 두 개의 광 신호(λ_2,1, λ_1,2)를 구분할 수 없어 수신된 광 신호를 복원할 수 없게 된다. 반면에, 실시예들에서는 파장 다중화된 두 개의 광 신호(λ_2,1, λ_1,2)가 광 수신기(680 및 690)에 입력되기 전에 1 x 2 배열 도파로 격자(670)에 의해서 광 파장별로 분리되어 서로 다른 광 수신기(680 및 690)에 입력될 수 있다. 노드(노드 1 내지 노드 4)의 광 수신기(680 및 690)에는 동일 시간에 한 개의 파장만이 입력되어 수신된 광 신호를 복원할 수 있다.

T1 시간에 노드 2의 파장가변 광 송신기#2(620)와 노드 3의 파장가변 광 송신기#1(610)은 동일한 시간에 동일한 목적지(예: 노드 3)와 서로 다른 광 파장(λ₂, λ₁)을 가지고 4 x 4 배열 도파로 격자(650)의 동일한 출력 포트(예: 출력 포트 3)로 출력될 수 있다. 파장 다중화된 두개의 광 신호(λ_3,1, λ_2,2)는 노드 3의 광 수신기(680 및 690)에 입력되기 전에 1 x 2 배열 도파로 격자(670)에 의해서 광 파장별로 분리되어 서로 다른 광 수신기(680 및 690)에 입력될 수 있다.

도8은 도 6에서 파장가변 광 송신기의 출력 파장을 제어하지 않을 경우 광 수신기에서 광 신호간 충돌이 발생하는 일 예를 나타낸다.

도 8에서 각 노드의 광 신호 송신 측에 위치한 파장가변 광 송신기의 파장을 실시예들의 방식으로 제어하지 않을 경우 각 노드의 광 신호 수신 측에 위치한 광 수신기에서 광 신호간 충돌이 발생할 수 있다.

노드 1의 광 신호 수신 측에 위치한 광 수신기#1(680)에는 T1 시간에 λ₁ 파장의 광 신호와 λ₃ 파장의 광 신호가 동시에 입력되어 두 광 신호간 충돌이 발생하여 광 수신기(680 및 690)에서는 이를 복원할 수 없게 된다. 다른 노드의 광 수신기(680 및 690)에서도 광 신호간 충돌이 발생하게 된다.

도 9는 일 실시예에 따른 광 파장 스위칭 방법을 수행하는 광 스위칭 장치의 다른 예를 나타낸다.

도 9는 도 6과 동일한 방식으로 노드(노드 1 내지 노드 6)별 두 개의 파장가변 광 송신기(910 및 920)를 이용하여 여섯 개의 노드를 연결한 광 스위칭 장치(40)를 나타낸 것이다.

각 노드(노드 1 내지 노드 6)의 파장가변 광 송신기#1(910)은 광 파장 λ_i,1, λ_i,3, λ_i,5를 순환적으로 송신하며 파장가변 광 송신기#2(920)는 광 파장 λ_i,2, λ _i,4, λ _i,6을 순환적으로 송신할 수 있다. 이 경우 광 수신 측에 위치한 1 x 2 배열 도파로 격자(970)에는 시간대 별로 파장 다중화된 광 신호 (λ_i,1, λ_i,2), (λ_i,3, λ_i,4), (λ_i,5, λ_i,6)가 순차적으로 입력되어 두 개의 출력포트로 충돌 없이 출력될 수 있다.

도 10은 일 실시예에 따른 광 파장 스위칭 방법을 수행하는 광 스위칭 장치의 또 다른 예를 나타낸다.

도 10은 도 6과 동일한 방식으로 노드(노드 1 내지 노드 6)별 세 개의 파장가변 광 송신기(1010, 1020, 및 1030)를 이용하여 여섯 개의 노드를 연결한 광 스위칭 장치(50)를 나타낸 것이다.

도 10의 광 스위칭 장치(50)는 도 9의 광 스위칭 장치(40)에서 보다 파장 스위칭 시간을 감소시킬 수 있다. 각 노드(노드 1 내지 노드 6)의 파장가변 광 송신기#1(1010)은 광 파장 λ_i,1, λ_i,4를 순환적으로 송신하고 파장가변 광 송신기#2(1020)는 광 파장 λ_i,2, λ_i,5를 순환적으로 송신하며 파장가변 광 송신기#3(1030)은 광 파장 λ_i,3, λ_i,6을 순환적으로 송신할 수 있다. 이 경우 광 신호 수신 측에 위치한 1 x 3 배열 도파로 격자(1070)에는 시간대 별로 파장 다중화된 광 신호 (λ_i,1, λ_i,2, λ_i,3)와 (λ_i,4, λ_i,5, λ_i,6)가 순차적으로 입력되어 세 개의 출력포트로 충돌 없이 출력될 수 있다.

상술한 바와 같이, 실시예들은 송신단에 위치한 파장가변 광 송신기의 출력파장을 제어함으로써 배열형 도파로 격자의 입/출력 포트 수를 감소시킬 수 있으며, 출력파장이 제어되는 복수 개의 파장가변 광 송신기를 사용하여 광 스위칭 시간을 줄일 수 있다. 실시예들에서 제안한 방식으로 네트워크를 구성할 경우 복잡한 광헤더 처리기와 노드간 충돌을 회피하기 위한 스케줄러가 필요없는 단순한 구조로 대용량의 고속 광 스위칭 네트워크가 가능할 수 있다.

이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 저장할 수 있으며 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.

위에서 설명한 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 또는 복수의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (1)

1. 파장 제어기에 의해 제어되어 파장이 중복되지 않게 광 신호를 출력하는 복수의 파장가변 광 송신기들;
   상기 복수의 파장 가변 광 송신기들의 출력을 결합하여 출력하는 광 결합기;
   복수의 입력 포트들 중에서 어느 하나가 상기 광 결합기에 접속하고, 상기 광 결합기에 의해서 파장 다중화된 신호를 복수의 출력 포트들 중에서 어느 하나로 출력하는 제1 배열 도파로 격자; 및
   각각이 대응하는 상기 제1 배열 도파로 격자의 출력 포트에 접속하고, 대응하는 출력포트로부터 출력되는 파장 다중화된 신호를 파장분리하여 출력하는 복수의 제2 배열 도파로 격자들
   을 포함하는, 광 스위칭 장치.

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