Photonic Switching Technology (광교환기술)

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1 Photonic Switching Technology (광교환기술)
원 용 협 한국정보통신대학원 Information and Communications University HSN’98

2 O U T L I N E 광교환 기술의 개요 연구동향 광ATM교환의 주요 핵심기술 HSN’98

3 광교환기술? 전화(음성) 전자 교환기 전자 컴퓨터 전화 멀티미디어 광 컴퓨터 광 교환기 HSN’98

4 Multiplex/Switching “Tripod”
Space  Waveguide-based Swiching  Free-Space Switching Wavelength Time Large Fabric = Space  Time  Wavelength HSN’98

5 광교환 기술 연구의 필요성 (I) 발전단계 가입자 단말 가입자 교환기 중계 교환기 가입자 교환기 가입자 단말 제 1 단계
제 2 단계 제 3 단계 제 4 단계 가입자전송 중계선전송 중계선전송 가입자전송 : 애널로그 (전기) : 디지털 (전기) : 디지털 (광) HSN’98

6 광교환기술 연구의 필요성(II) 전기적 ATM교환기의 한계 64Kbps(음성) x 10만 가입자 :
2Gbps (TDX-10) 교환용량으로 충분 30Mbps(동화상) x 10만 가입자 : 1.2Tbps 이상의 처리능력 필요 전기적 ATM의 한계 : 수백 Gbps 이하 광ATM 교환기 광ATM교환기 = 전자식 ATM subsystem + 광스위칭 subsystem 광스위칭 subsystem = 10Gbps x (128 x 128) = 1.28Tbps HSN’98

7 국내외 기술개발 현황 미국 : DARPA 주도하에 컨소시엄 구성 - OTDM Ring Network (AON)
유럽 : RACE project, ACTS project - 반도체 광소자 기반 - WDM 광 ATM 스위치 일본 : NTT, FUJITSU 등 기업체 중심 - Silica PLC 광소자 기반 - WDM/TDM 광 ATM 스위치 한국 : ETRI - 반도체, 폴리머 광소자 기반 HSN’98

8 국내 연구 현황 1995년 1996년 1997년 광 ATM 교환기술 선행연구 - 광 버퍼 메모리 - 고속 가변 필터
1995년 년 년 광 ATM 교환기술 선행연구 - 광 버퍼 메모리 - 고속 가변 필터 - 고속 파장변환기 - 광헤더 처리 - 광동기 처리 - 광 셀 충돌 해소 320G 광 ATM 교환 기 선행 연구 - 16파장, 2.5Gbps 링크, 8 병렬스위치 광 패킷 프로토콜의 광구현 - 10G Ring Network Telecom’95 출품 (스위스) - 광 STM 방식 (시간/공간 혼합) - 4x4 광교환기 - 1.2Gbps 가입자 수용 HSN’98

9 광 ATM 교환 연구 추진 계획 1 단계(1997~2005) 2 단계(2006~2010) 3 단계(2011~2015) 용량
1 단계(1997~2005) 단계(2006~2010) 단계(2011~2015) 용량 320 Gbps Tbps Tbps 방식 파장분할 파장/공간분할 파장/공간/시간분할 광파장 고정 필터 SOA 응용 기술 WDM 광 수동 스위치 파장 가변 광송신 광 버퍼 메모리 가변 파장 변환 고속 광 스위치/ 구동기술 파장 다중/역다중 셀/비트 동기 헤더 검출/교체 초단 펄스 생성 셀 압축/역압축 고속 광 헤더 변환 WD/TD 광버퍼 RZ<->NRZ TDM<->WDM 핵 심 기 술 광소자/시스템 패키징, 광교환 시스템 안정화 HSN’98

10 광교환망의 향후 모델 MAN WAN 전달망 OXC : optical cross-connect
ALAN PABX AMUX OAS OPR OXC OXC : optical cross-connect OPR : optical packet routing OAS : optical ATM switch ALAN : ATM LAN AMUX : ATM MUX Conventional ATM Layer Optical Packet Routing Transparent MAN WAN 전달망 HSN’98

11 광 교환망 스위칭 노드의 구조 NNI Optical Switch Network Header Clock MUX Control
DEMUX UNI User User User User HSN’98

12 파장/공간분할 대용량 광교환기 구성 예 HSN’98 ATM Subsystem : - 128 Sub(155Mbps)
- 20 Gbps Electrical Switch - UNI 수행 Optical ATM 스위치 : - 최대 8192 Sub(155Mbps) - 1.2Tbps 스위칭 용량 Optical Self Routing Subsystem I Optical Self Routing Subsystem II 1 10 Gbps 16 Electrical ATM Subsystem ATM Subsystem Processor module Local SW 155M 8 WDM Sapce Switching Module (16x16) I/O Module (1) (4) 광/전정합부 HSN’98

13 광 파장 변환 기술 l1 (입력) l2 (입력) l2 (출력) l2 신호 l1 신호 굴절율변화에 따른 광신호 위상변화 SOA
광이득 조정 (출력) l2 신호 (입력) l1 신호 HSN’98

14 WDM 광버퍼 광신호 시간 지연 모듈 광 파장 선택 모듈 가변 광파장 필터 l1~N L : 버퍼 크기 T .. (L-1)T 광
지연선 게이트 광결합기 T 광 지연선 게이트 가변 광파장 필터 l1~N 광분배기 .. L : 버퍼 크기 광 지연선 (L-1)T 게이트 HSN’98

15 루프형 광섬유 메모리 SOA 루프형 광섬유 메모리 광섬유 메모리 출력 측정 결과 광스위치 광스위치 제어신호 광버퍼 출력신호
HSN’98

16 광신호의 압축 기술 S 2(T-t) T-t T 입력신호 Delay=0 Delay=(T-t) Delay=2(T-t)
광변조기 T 2(T-t) T-t 입력신호 S 출력신호 t 광결합기 광섬유지연선 Delay=0 Delay=(T-t) Delay=2(T-t) Delay=3(T-t) HSN’98

17 광 헤더 처리 1. 광 헤더의 기능 - 패킷 주소 (Destination) 결정: 패킷 생성시
- 패킷 검출 (패킷 분류): 패킷 수신시 - 패킷 레벨 동기 검출: 패킷 수신시 2. 광헤더의 생성 및 검출방법 - Reduced bitrate header - Spread header - WDM header - Subcarrier header - Code division header - 1.5 T header 등 HSN’98

18 광 ATM 셀 헤더 검출기술 - 1.5Tb 간격의 두펄스를 이용 Head Payload 광헤더 검출기 : Cell Sync
Bit Head Payload 광헤더 검출기 : HSN’98

19 패킷 헤더검출 실험 결과 HSN’98

20 광 셀 헤더 교체기술 전기 제어 장치 셀 형태 HSN’98 Syn. Header G1 G2 광 비트수 체배기
SOA1 SOA2 SOA3 MZ-mod. C1 C2 Payload : Optic : Electric A D Syn. Header G1 G2 셀 형태 B C 광 비트수 체배기 전기 제어 장치 - SOA : 반도체 광증폭기 - MZ-mod. : 마하젠더 광 변조기 - C1,C2 : 광 커풀러 HSN’98

21 헤더 교체 실험 결과 지점 지점 A B HSN’98 (a) (b) 3 bit sync. Guard Header "110101"
New Header "101010" 5.413dBm -5.12dBm 지점 A 지점 B HSN’98

22 비트레벨 광동기 신호 검출 광신호 (ls) 광신호 F8L을 이용한 DeMux 광신호 및 광신호 (ls) 비트레벨 광동기 발생부
복원 처리부 광신호 발생부 F8L을 이용한 비트레벨 광동기 신호 검출부 광신호 (ls) 광신호 (ls) 광동기신호(lc) HSN’98

23 광동기 신호 검출방법 External-Cavity LD Mode-Locked Fiber Ring Laser
Phase-Locked-Loop (PLL) External-Cavity LD Mode-Locked Fiber Ring Laser Figure-of-8 Fiber Ring Laser HSN’98

24 Figure-of-8 Laser를 이용한 비트레벨 광동기 신호 검출
기본 원리: 광 신호로 fiber ring laser의 active mode-locking을 유도 F8L의 구성 요소: - Active Mode-Locking: NALM(Nonlinear Optical Loop Mirror + SOA) 사용 - Optical Gain: Erbium Doped Fiber Amplifier 사용 - Output coupling: SOA를 구동하는 입사 광신호와 다른 파장의 광동기신호 방출 SOA EDFA NALM: Nonlinear Amplified Loop Mirror HSN’98

25 Summary 광교환망의 발전단계 광 XC--> 광ATM 망 --> 완전 광교환망
주요 핵심기술(WDM바탕의 광 ATM) - 파장변환기술 - 광 헤더처리 기술 (헤더검출, 헤더교체, 동기신호검출) - 광신호 압축기술 - 광메모리 및 버퍼기술 - 광스위치, 광MUX/DeMUX, 광파장 필터 등 HSN’98