KR950009419B1 - 광 패킷 교환기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

광 패킷 교환기

제1도는 종래의 광 패킷 교환기의 구성을 간단히 나타낸 도면.

제2도의 (a) 및 (b)는 광 섬유 지연선로 정합 여과기의 구성을 나타낸 도면.

제3도는 본 발명에 따른 광패킷 교환기의 구성을 나타낸 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 유전체 거울 2 : 광섬유 지연선로

3 : 광섬유 4 : 광섬유 결합기

5 : 편광조절기 6 : 광스위치

6a : 광스위치의 입력단자 6b : 광스위치의 제1출력단자

6c : 광스위치의 제2출력단자 6d : 광스위치의 제어신호 입력단자

7 : 광 수신기 8 : 어드레스 처리기

9 : 스위치 구동기 10 : 광어드레스 처러기

11a : 1xN 광섬유 분파기 11b : Nx1 결합기

12 : 반도체 광 증폭기 13 : 게이트펄스발생기

본 발명은 광 패킷 교환기(Photonic Packet Switching Device)에 관한 것으로, 특히 전광어드레스 처리기(All Optical Address Processor)를 사용한 광 패킷 교환기에 관한 것이다.

대용량 통신망에서 디지틀 정보를 유연하게(flexible) 전송할 수 있는 하나의 방법으로 패킷 교환방식(packet switching system)에 대한 관심과 연구가 활발하게 진행되고 있다.

통신망의 신호 전송매체인 동선(copper wire)을 광섬유(optical fiber)로 점차적으로 대체해 나감에 따라 전송 대역폭(transmission bandwidth)의 증가를 가져왔으나, 이렇게 늘어난 광신호 대역폭을 충분히 활용하기 위해서는 종래의 전자 교환기술을 대체할 수 있는 광 교환 기술의 발전이 요구되고 있다.

패킷 정보의 패이로드(payload)정보 즉, 사용자정보가 교환 처리시 광의 형태로 계속 유지되는 광 패킷 교환기는 대용량 신호의 처리능력과 고속의 교환속도를 갖는 교환노드(switchting node)로서 종래의 전자 교환기의 속도 한계를 극복하여 통신망의 용량을 증대시킬 수 있다.

종래의 광 패킷 교환기는 입력된 광 패킷 정보의 헤더(header)정보 즉, 어드레스 정보를 이용하여 전광스위치(all optical switch)의 출력을 전기적으로 제어한다.

종래의 광 패킷 교환기는 이 헤더 정보를 전기적으로 처리함으로써 복잡한 어드레스 헤더를 복호화(decoding)한다. 패킷의 페이로드정보(사용자 정보) 부분은 전기적인 신호(electric signal)로 변환하지 않고 계속 광신호로 유지하여 전기적으로 처리된 어드레스 정보가 들어있는 패킷 헤더의 전송 속도보다 사용자 정보가 들어있는 패킷 페이로드의 데이터 전송 속도를 상대적으로 증가시켜 사용한다.

이 방식은 전자적 교환을 하면서도 패킷의 유효데이터 전송속도를 상당히 증가시킬 수 있다.

어드레스 헤더 정보의 양은 페이로드 정보의 양보다 적으므로, 표준화된 어드레스 처리 전자회로에 의해 결정된 전송속도로 헤더정보의 전송속도를 고정시키고 페이로드 정보의 전송속도를 가변시킬 수 있어 국제 전신전화 자문회의(CCITT)의 비동기 전달모드(Asynchronous Transfer Mode)패킷 교환 방식 표준 및 그 상위 표준도 만족시킬 수 있다.

제1도는 종래의 광 패킷 교환기의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.

단일모드의 광섬유(3)를 통해 전송된 광신호는 교환기에 입력이 되는데, 광섬유 결합기(4)에 의해 약 10%의 광신호가 분기되어 고속의 광수신기(7)에서 전기적 신호로 변환, 검출되어 신호 처리하기 용이한 레벨로 증폭된 후 어드레스 처리기(8)에 입력되어 헤더 어드레스가 읽혀진다. 어드레스 처리기(8)에서 어드레스 비트는 쉬프트 레지스터(도시되지 않음)를 통하여 처리된 후 어드레스 비트값에 따라 처리기(8)가 스위치 구동회로(9)를 제어한다.

광 스위치(6)는 광섬유가 끝에 달린 도파관 방향성 결합기(Waveguide directional coupler : 도시되지 않음)로 구성이 되어 있응며, 어드레스 비트값에 따라 구동회로(9)가 스위치(6)의 연결상태를 바꿔 둘 중의 하나의 목적지(destination)로 정보를 보낸다.

한편 어드레스 처리시 광 수신기(7)와 어드레스 처리기(8)에서의 전기적 신호 처리에 따른 시간 지연으로 인해 스위치(6)의 연결상태가 결정되기도 전에 입력 패킷들이 스위치(6)의 도파관 입력단에 도착하는 것을 막기 위해 광섬유 지연선로(2)에 의해 이를 보상한다. 또한 편광 조절기(Polarization controller)(5)를 사용하여 스위치(6)로 제공되는 빛의 편광을 스위치(6)의 편광과 일치시킴으로써 광신호가 편광의 부정합(mismatching)에 의해 감소 또는 소실되는 것을 막는다.

그러나 스위치(6)의 편광 비의존형(Polarization independent) 스위치로 대체할 경우 편광조절기(5)는 필요없게 된다. 광 스위치(6)를 구성하는 도파관 방향성 결합기의 기판(substrate)재료인 리튬 나이오테이트(LiNbO₃)는 신호의 손실이 많고 시간에 따라 출력이 변화하는 경향이 있으며, 전자회로와 함께 집적화 하는데 많은 어려움이 따르기 때문에 전기적으로 제어가 가능한 광 스위치 기술로서 반도체 광 증폭기(Semiconductor Optical Amplifier; SOA)의 사용에 많은 관심이 기울여지고 있는 실정이다.

리튬나이오 베이트 결합기를 수동 광 분파기의 두개의 반도체 광 증폭기 게이트로 구성된 1×2 스위치로 대체할 경우 증폭기 게이트가 on되었을때 광섬유를 통해 전송되어 오는 동안 감쇠된 신호를 증폭시켜 줄 수 있게 된다. 그러나 종래 광패킷 교환기는 광신호를 일단 전기적인 신호로 변환한 후 어드레스 헤더를 검출하므로 여전히 전자적 교환속도의 제한을 받게되는 단점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 어드레스 처리속도가 향상되어 통신망의 시스템용량을 증가시킬 수 있는 광 패킷 교환기를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 광 어드레스 처리기는 광섬유 지연정합 여과기의 문턱값 감지기로 구성된다.

광섬유 지연 정합 여과기를 구현하는 방법으로는 첫째, 제2도의 (a)에 도시된 바와같이, 유전체 반사형 광섬유 지연선로 정합 여과기를 사용하는 방법이 있다. 이 여과기는 광섬유의 단면에 유전체 박막(dielectric thin film)을 입힌후, 보통의(유전체 박막이 없는) 광섬유와 용융 접합시켜 광섬유 내에 유전체 거울(1)을 만들어 입사된 광신호가 이 거울(1)에 의해 반사되는 원리를 신호처리에 적용하는 것이다.

이와같이 만들어진 복수의 거울을 일정길이의 광섬유로 연결함으로써 광 정합 여과기(optical matched filter)를 만들 수가 있다.

두 거울 간의 광섬유 길이 L_n=ct_n/2n이 된다(여기서, c는 진공중에서 빛의 속도, n은 광섬유 코어의 굴절을(refractive index), t_n는 시간 지연으로 여과기의 n번째 어드레스 비트와 n+1번째 어드레스 비트의 시간 간격). 각 거울의 반사율을 유전체 박막의굴절율과 두께, 그리고 용융 접합시 가하는 전기방전 펄스의 전류세기와 시간에 의해 결정된다.

이 여과기 제조시 주의할 사항은 각 거울의 반사율을 적절히 조절하여 거울들로부터 반사되어 나오는 광 펄스들의 크기가 같도록 하는 것이다.

광섬유 지연 정합 여과기를 구현하는 두번째 방법으로는 제2도의 (b)에 도시된 바와같이, 광섬유 분파기(11a)를 이용하여 각각의 분기로에 원하는 시간 지연에 해당하는 광섬유 지연회로(2)를 삽입하는 방법이 있다.

각 광섬유 지연회로의 길이 L_n=ct_n/n으로 결정이 된다. 이와같이 얻어진 지연선로 광섬유 가닥들은 다시 광섬유 결합기(11b)에 의해 접합된다. 이외의 방법으로는 도파관 방향성 결합기 스위치와 도파로 혹은 광섬유를 종속적으로 연결하고 외부에서 전기적으로 스위치를 제어하는 능동 정합 여과기가 있다.

상술한 광 지연 선로 정합 여과기들에 의해 출력되는 신호는 비가간섭적(incoherent)으로 더해져서 만들어진다. 자기 상관펄스(auto correlation pulse)의 첨두치(peak value)는 항상 교차 상관펄스(cross correlation pulse)의 첨두치보다 크기 때문에 입력된 패킷의 어드레스 필드(또는 헤더)와 거울들이 반사율 혹은 광섬유 지연 선로 정합 여과기 내의 상관 펄스의 크기를 문턱값 감지기를 사용하여 자기 어드레스와 타 어드레스와의 일치 여부를 쉽게 구별할 수 있다.

광 패킷 교환을 위한 어드레스 지정 및 검출 알고리즘을 이용하면 최소한의 어드레스 비트로 최대한의 어드레스 지정이 가능하며 용이하게 어드레스를 검출할 수 있다. 정합 여과기의 출력은 통상 r(t)로 표현되는데, 그 식은 다음과 같다.

r(t)=S(Z)f(t-Z)dZ

여기서, f(Z)는 정합 여과기에 지정된 어드레스이고, s(Z)는 입력 어드레스이다.

만약 s(Z)=f(Z)일 경우(즉, 어드레스가 일치하는 경우) r(t)는 자기상관 펄스를 출력시키며, s(Z) f(Z)일 경우(즉, 어드레스가 불일치하는 경우) 어드레스가 서로 일치하지않아 교차 상관 펄스가 출력된다.

본 발명은 위에서 설명된 바와같이 광 패킷 교환기내의 어드레스 처리기로서 종래의 전기적 어드레스 처리기 대신 광 어드레스 처리기로 대체함으로써 종래의 광 패킷 교환기에서 필수적으로 요구되었던 광신호의 광전변환, 또는 전광변환이 불필요 함과 동시에 종래의 전기적 어드레스 처리방식에서 발생되는 속도제한의 결함을 제거할 수 있게 된다.

어드레스 필드의 처리 속도를 높일 수 있게되어 패킷의 어드레스 필드 전송속도와 데이터 페이로드 전송 속도를 같게 할 수 있게 된다.

제3도는 본 발명에 따라 전광 어드레스 처리기를 채용하여 구성된 광 패킷 교환기를나타낸 것이다. 입력단에서 광섬유 결합기(4)를 이용하여 수신된 광신호의 약 10% 정도를 탭핑(tapping)한 후 이를 반도체 광 증폭기(12)로 증폭시킨 다음 광 어드레스 처리기(10)에 입력시킨다.

광 어드레스처리기(10)는 광 정합 여과기와 문턱값 감지기로 구성된다. 여과기에 입력된 광 패킷의 어드레스 필드와 여과기 어드레스와의 출력상관 펄스는 고속 광 다이오드에 의해 전기적인 신호로 변환된 후 문턱값감지기에 입력된다. 문턱값 감지기는 미리 정해진 문턱값과 상관 펄스들의 첨두치를 비교하여 상관 펄스의 첨두치가 문턱값 보다 클때(어드레스가 일치할 때) 제1의 레벨신호 예를들면, 하이 레벨(high level)의제어신호를 출력하고 작을때(어드레스가 일치하지 않을때) 제2의 레벨신호 예를들면 로우레벨(low leval)의 제어신호를 출력하여 게이트 펄스발생기(13)를 구동시킨다.

이 게이트 펄스발생기(13)는 데이터 페이로드의 패킷길이의 같은 크기의 펄스를 발생시켜 수동광분파기(passive directional coupler)와 두개의 반도체 광 증폭기 게이트로 구성된 1×2 스위치(6)의 반도체 광 증폭기중 하나를 on시킨다.

광섬유 지연선로(2)의 길이는 광 어드레스 처리기(10) 감지기와 게이트 펄스 발생기(13)에 의해 생기는 시간 지연과 일치하도록 하여 신호가 증폭기에 도착했을때 스위칭시킬 수 있게 한다. 편광 조절기(5)는 입력신호의 편광을 조정하여 반도체 광 증폭기의 편광과 일치시켜 출력이 최대가 되도록 한다.

이상과 같이 본 발명은 전광 정합 여과기를 이용하여 종래의 광 패킷 교환기의 어드레스 처리방법을 개선시킨 것으로 전기적인 어드레스 처리시 발생되는 전기적 신호 처리속도 제한을 제거함으로써 패킷의 어드레스 필드전송 속도와 데이터 필드전송 속도를 동일하게 하여 디지틀 통신망의 시스템 용량을 월등히 증가시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 수신된 광신호를 탭핑하는 광섬유 결합기(4)와, 소정의 목적지로 입력 패킷들을 보내기 위한 광스위치(6)와 상기 광섬유 결합기(4)와 상기 광스위치(6) 사이에 구성되고 상기 광스위치(6)의 연결상태가 결정되기 전에 상기 입력 패킷들이 상기 광 스위치(6)의 도파관 입력단에 도달하는 것을 막기 위한 광섬유 지연선로(2)를 포함하는 광 패킷 교환기에 있어서, 상기 광섬유 결합기(4)에 의해 탭핑된 소정 입력 패킷의 어드레스 필드에 따른 제어신호를 출력하는 광어드레스 처리기(10)와, 상기 광어드레스 처리기(10)의 제어 출력 신호에 의해 구동되고 상기 광스위치(6)의 연결상태를 결정하는 소정의 펄스신호를 상기 광스위치(6)로 연결상태를 결정하는 소정의 펄스신호를 상기 광스위치(6)로 제공하는 게이트 펄스발생기(13)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 패킷 교환기.
2. 제1항에 있어서, 상기 광어드레스 처리기(10)는 상기 어드레스 필드와 자신의 어드레스와의 상관펄스를 전기신호로 변환하는 광 정합 여과기와, 상기 광 정합 여과기의출력과 소정의 문턱값을 비교하여 상기 게이트펄스 발생기(13)를 구동시키기 위한 제어신호를 출력하는 문턱값 감지기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 패킷 교환기.
3. 제2항에 있어서, 상기 문턱값 감지기는 상기 상관펄스의 첨두치가 상기 소정의 문턱값보다 클 때 제1의 레벨신호를 출력하고 상기 상관펄스의 첨두치가 상기 소정의 문턱값 보다 크지 않으면 제2의 레벨신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 광 패킷 교환기.
4. 제1, 2항 또는 제3항에 있어서, 상기 광섬유 결합기(4)와 상기 광어드레스 처리기(10) 사이에 구성되는 광증폭기(12)를 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 광 패킷 교환기.