KR20040034916A - Transmitting method of optical signal employing wavelength division multiplexing ang time division multiplexing and optical switching system using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 IP 패킷, 이더넷 프레임 등의 고속, 대용량 데이터 트래픽을 전광 영역에서 광 패킷 단위로 고속 교환하는 광 교환장치에 관한 것으로, 특히 파장분할 다중화와 시분할 다중화를 이용한 광 신호 전송방법 및 이를 이용한 광 교환장치에 관한 것이다.The present invention relates to an optical exchange device for high-speed exchange of high-speed, large-capacity data traffic such as IP packets, Ethernet frames, etc. in the all-optical area in optical packet units. In particular, an optical signal transmission method using wavelength division multiplexing and time division multiplexing and optical It relates to an exchange device.
일반적으로, 광 통신망에서 정보 전송의 크기는 망의 형태에 따라 수기가 비트(Gb/s)에서 테라 비트(Tb/s)에 달하며 이러한 고속의 광 신호를 일반 가입자, 기업체, 국가 기관, 그리고 타 국가로 효율적으로 전달하기 위해서는 고속의 고밀도 파장분할 다중(Dense Wavelength Division Multiplexing) 광 전송기술과 함께 초고속의 대용량 광 교환 기술이 반드시 필요하다. 따라서 현재 광통신 분야에서 비약적인 발전을 거듭하여 기술 선진국을 중심으로 상용화된 수백 Gb/s 급의 광 전송 기술과 최근 상용화되기 시작한 수 Tb/s 급의 광 전송 기술을 광 통신망에 적용하여 지역간 혹은 국가간의 효율적인 대용량 정보 교환을 하기 위해서는 기존의 전기적 교환장치가 갖는 한계를 극복하고 수백 Gb/s에서 수십 Tb/s의 교환 용량을 갖는 광 교환 기술의 개발이 반드시 요구된다. 광 교환은 광의 고유한 특성인 광대역성, 저손실률 및 상호 간섭성이 없이 고밀도 병렬 접속이 가능하다는 특징을 교환 기능에 이용하는 기술로서 광의 특성 활용방식에 따라 파장분할, 시분할, 공간분할 방식 등으로 구분된다.In general, the size of information transmission in an optical network ranges from handwritten bits (Gb / s) to terabits (Tb / s), depending on the type of network. In order to efficiently deliver to the country, a high-speed, high-capacity optical exchange technology is required along with a high-speed, dense wavelength division multiplexing optical transmission technology. Therefore, in the field of optical communication, we have made rapid progress in the optical communication field by applying several hundred Gb / s-class optical transmission technology commercialized mainly in advanced countries and several Tb / s-class optical transmission technology recently started to be commercialized. In order to efficiently exchange large-capacity information, it is necessary to overcome the limitations of the existing electrical exchanger and to develop an optical exchange technology having an exchange capacity of several hundred Gb / s to several tens of Tb / s. Optical exchange is a technology that uses high-density parallel connection for the exchange function without broadband, low loss rate and mutual interference, which are inherent in the light, and is classified into wavelength division, time division, and space division method according to the characteristics of optical characteristics. do.
종래에 제시된 광 교환장치에는 광 분파기와 광 게이트 스위치에 의해 스위칭 기능을 수행한 후 다량의 광섬유 지연선으로 광 패킷을 지연시킴으로써 광 패킷간의 충돌을 해결하는 방송 및 선택방식의 교환장치가 있다. 또한, 고속의 가변 파장 변환기와 파장 라우터를 사용하여 입력되는 광 패킷의 파장을 파장 라우팅 테이블에 따라 ns 단위의 고속으로 변환함으로써 스위칭 기능을 수행하고 별도의 고속 파장 변환기, 광섬유 지연선, 파장 다중화/역다중화기를 이용하여 충돌을 해결하는 파장 라우팅 방식의 시스템이 제시되었다. 또한, 파장분할다중방식(WDM)은 지원하지 않지만 입력되는 광 패킷을 시간축 상에서 압축하여 교환하는 시분할 광 교환장치가 제시되었다. 현재까지 제시된 대부분의 광 교환장치는 광 패킷의 스위칭 기능, 충돌 해결 기능을 구현하기 위해 고속의 파장 변환기를 사용하며 광 패킷간의 충돌 해결을 위해 복잡한 스위칭 알고리즘을 요구한다.BACKGROUND ART [0002] In the conventional optical exchange apparatus, there is a broadcast and selection exchange apparatus that solves a collision between optical packets by performing a switching function by an optical splitter and an optical gate switch and delaying the optical packet with a large amount of optical fiber delay lines. In addition, by converting the wavelength of the optical packet input by using a high-speed variable wavelength converter and a wavelength router at a high speed in ns units according to the wavelength routing table, a switching function is performed and a separate high-speed wavelength converter, an optical fiber delay line, and a wavelength multiplexing / A system of wavelength routing that solves a collision using a demultiplexer has been proposed. In addition, a time division optical exchange apparatus that does not support wavelength division multiplexing (WDM) but compresses and exchanges incoming optical packets on a time axis has been proposed. Most of the optical switching devices presented to date use a high speed wavelength converter to implement the switching function and the collision resolution function of the optical packet, and require a complicated switching algorithm to resolve the collision between the optical packets.
종래에 제시된 시분할 광 교환장치는 파장분할다중방식(WDM)을 지원하지 못하므로 광 패킷간의 충돌해결이 용이한 장점이 있는 반면 용량 확장에 한계가 따른다. 이러한 용량 한계의 문제점을 해결하기 위해 파장/공간 분할 혼합형 광 교환 방식이 제시되고 있으나 장치의 입, 출력 수가 증가하고 사용 파장이 많아질 경우 광학적 하드웨어 구성 및 스위칭과 충돌 해결을 위한 시스템 제어가 매우 복잡해지는 문제점이 있다.The conventional time division optical switching device does not support wavelength division multiplexing (WDM), so the collision resolution between optical packets is easy, but the capacity expansion is limited. To solve this problem of capacity limitation, wavelength / spatial division hybrid optical exchange method has been proposed, but when the number of inputs and outputs of devices increases and the wavelength of use increases, optical hardware configuration and system control for switching and conflict resolution are very complicated. There is a problem.
또한 같은 파장을 갖는 두 개 이상의 광 패킷이 동시에 같은 출력으로 스위칭 될 경우 빈번히 발생하는 광 패킷간의 충돌을 해결하기 위해 큰 용량을 갖는 광버퍼가 요구되며 이는 시스템의 복잡성을 더욱 가중시킨다.In addition, an optical buffer having a large capacity is required to solve a collision between optical packets, which frequently occurs when two or more optical packets having the same wavelength are simultaneously switched to the same output, which adds to the complexity of the system.
또한, 종래 대부분의 광 교환장치에는 광 패킷의 스위칭, 충돌해결을 위해 고속의 가변 파장 변환장치를 요구한다. 그러나 가변 파장 변환기에서 가변 파장이 안정화되는 데는 수백 ㎲ 내지 수 ㎳ 정도의 시간이 걸리므로 수 내지 수십 ns 단위의 스위칭 속도가 요구되는 광 교환 시스템에는 적합하지 않다. 또한 종래의 광 교환장치에는 요구되는 파장 변환기의 수가 많아 장치의 하드웨어가 크게 복잡해지는 문제점이 따른다.In addition, most conventional optical switching devices require a fast variable wavelength converter for switching and colliding optical packets. However, in a variable wavelength converter, it takes several hundreds of microseconds to several microseconds to stabilize the variable wavelength, which is not suitable for an optical exchange system requiring a switching speed of several to several tens of ns. In addition, the conventional optical exchange device has a problem that the number of the wavelength converter required, the hardware of the device is greatly complicated.
따라서, 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은 전기적 교환장치가 갖는 교환 용량, 처리속도 한계를 극복할 수 있는 파장분할 다중화와 시분할 다중화를 이용한 광 신호 전송방법 및 이를 이용한 광 교환장치를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention devised to solve the problems of the prior art as described above is an optical signal transmission method using wavelength division multiplexing and time division multiplexing which can overcome the limitations of exchange capacity and processing speed of an electrical exchange apparatus, and It is to provide an optical exchange device used.
본 발명의 다른 목적은 광 패킷간의 충돌로 인한 광 패킷 손실률을 최소화하며 광 교환장치의 제어를 간소화할 수 있는 파장분할 다중화와 시분할 다중화를 이용한 광 신호 전송방법 및 이를 이용한 광 교환장치를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide an optical signal transmission method using wavelength division multiplexing and time division multiplexing which can minimize the optical packet loss rate due to collision between optical packets and simplify the control of the optical switching apparatus, and an optical switching apparatus using the same. .
본 발명의 또 다른 목적은 스위칭 알고리즘을 간소화하여 고속의 광 교환이 가능하게 하는 파장분할 다중화와 시분할 다중화를 이용한 광 신호 전송방법 및 이를 이용한 광 교환장치를 제공하는데 있다.It is still another object of the present invention to provide an optical signal transmission method using wavelength division multiplexing and time division multiplexing which enables a high speed optical exchange by simplifying a switching algorithm, and an optical exchange apparatus using the same.
본 발명의 또 다른 목적은 가변 파장 변환기를 사용하지 않음으로써 하드웨어 복잡성을 감소시키고 가변 파장 변환기가 갖는 근본적이 스위칭 속도한계를 극복할 수 있는 파장분할 다중화와 시분할 다중화를 이용한 광 신호 전송방법 및 이를 이용한 광 교환장치를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to use an optical signal transmission method using wavelength division multiplexing and time division multiplexing which can reduce hardware complexity and overcome the fundamental switching speed limit of a variable wavelength converter by not using a variable wavelength converter. An optical exchange device is provided.
상기 목적들을 달성하기 위하여 본 발명의 파장분할 다중화와 시분할 다중화를 이용한 광 신호 전송방법은 파장분할 다중된 다수의 광 데이터 패킷 신호와 헤더 광 신호를 입력받아 헤더 광 신호만을 분리하는 과정과; 상기 파장분할 다중된 다수의 광 데이터 패킷 신호를 파장별로 분리하는 파장분할 역다중화 과정과; 상기 파장별로 분리된 다수의 광 데이터 패킷 신호를 상기 헤더 광 신호의 목적지 정보에 따라 각각 특정 타임슬롯에 위치시키는 과정과; 상기 타임슬롯에 따라 원하는 출력으로 스위칭하는 과정 및 상기 원하는 출력으로 스위칭 된 광 데이터 패킷 신호를 입력받아 파장분할 다중화하는 과정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above objects, an optical signal transmission method using wavelength division multiplexing and time division multiplexing according to the present invention comprises the steps of: receiving a plurality of wavelength division multiplexed optical data packet signals and header optical signals and separating only the header optical signals; A wavelength division demultiplexing process for separating the plurality of wavelength division multiplexed optical data packet signals by wavelength; Placing a plurality of optical data packet signals separated for each wavelength in a specific timeslot according to destination information of the header optical signal; And switching to a desired output according to the timeslot and wavelength division multiplexing by receiving the optical data packet signal switched to the desired output.
또한, 상기 목적들을 달성하기 위하여 본 발명의 파장분할 다중화와 시분할 다중화를 이용한 광 교환장치는 각각 헤더 광 신호와 파장분할 다중된 광 데이터 패킷 신호를 입력받아 헤더 광 신호를 검출하는 N 개의 헤더 파장 검출기와; 각각 상기 파장분할 다중된 광 데이터 패킷 신호를 입력받아 파장별로 분리하는 N 개의 파장분할 역다중화기와; 각각 상기 파장별로 분리된 N 개의 동일 파장의 광 데이터 패킷 신호를 입력받아 원하는 출력으로 스위칭 하는 N 개의 광 스위칭 유닛; 및 각각 상기 광 스위칭 유닛으로부터 원하는 출력으로 스위칭 된 광 데이터 패킷 신호를 입력받아 파장분할 다중화하는 N 개의 파장분할 다중화기를 포함하여 구성되며,상기 N 개의 광 스위칭 유닛은 상기 파장별로 분리된 N 개의 동일 파장의 광 데이터 패킷 신호를 입력받아 특정 타임슬롯에 광 데이터 패킷을 위치시키는 광 패킷 정렬장치와, 상기 정렬된 광 데이터 패킷 신호를 주기적인 스위치 연결에 따라 원하는 출력으로 스위칭 하는 시분할 공간 스위치와, 상기 스위칭 된 광 데이터 패킷 신호들이 임의의 시간 간격 내에 1개씩만 존재하도록 버퍼링하는 광 패킷 버퍼 및 상기 헤더 검출기로부터 입력되는 헤더 광 신호의 목적지 주소에 따라 상기 광 데이터 패킷 신호가 상기 광 패킷 정렬장치 내의 특정 타임슬롯에 위치하도록 제어하는 광 스위칭 유닛 제어기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.In addition, in order to achieve the above objects, an optical switching apparatus using wavelength division multiplexing and time division multiplexing of the present invention includes N header wavelength detectors for receiving a header optical signal and a wavelength division multiplexed optical data packet signal, respectively, for detecting a header optical signal. Wow; N wavelength division demultiplexers for receiving the wavelength division multiplexed optical data packet signals and separating the wavelengths according to wavelengths; N optical switching units for receiving the N optical data packet signals of the same wavelength separated for each wavelength to switch to the desired output; And N wavelength division multiplexers for receiving wavelength-division multiplexed signals, each of which receives an optical data packet signal switched to a desired output from the optical switching unit, wherein the N optical switching units are N identical wavelengths separated by the wavelengths. An optical packet aligning device for receiving an optical data packet signal of an optical data packet and placing the optical data packet in a specific timeslot; a time division space switch for switching the aligned optical data packet signal to a desired output according to a periodic switch connection; The optical data packet signal is stored at a specific time in the optical packet aligning device according to the optical packet buffer for buffering only one optical data packet signal within a predetermined time interval and a destination address of the header optical signal inputted from the header detector. Optical switch controls to position in slot Characterized in that configured to include a controller unit.
도 1은 본 발명에 따른 광 교환장치의 블록구성도,1 is a block diagram of an optical exchange device according to the present invention;
도 2는 본 발명에 적용된 헤더 파장 검출기의 구성 예를 나타낸 도면,2 is a view showing a configuration example of a header wavelength detector applied to the present invention;
도 3는 본 발명에 적용된 광 패킷 정렬장치의 구성 예를 나타낸 도면,3 is a view showing a configuration example of an optical packet aligning device applied to the present invention;
도 4a 내지 도 4e는 본 발명에 따른 4x4 구조의 시분할 공간 스위치의 동작을 설명하기 위한 도면,4A to 4E are diagrams for describing an operation of a time division space switch having a 4x4 structure according to the present invention;
도 5는 본 발명에 적용된 광 패킷 버퍼의 구성 예를 나타낸 도면,5 is a view showing a configuration example of an optical packet buffer applied to the present invention;
도 6은 본 발명에 따른 입력 NRZ 패킷과 RZ 패킷으로 변환된 신호를 나타내는 도면,6 is a diagram illustrating a signal converted into an input NRZ packet and an RZ packet according to the present invention;
도 7은 본 발명에 따른 비 압축 패킷과 압축 패킷을 나타내는 도면,7 illustrates an uncompressed packet and a compressed packet according to the present invention;
도 8은 본 발명에 따른 광 패킷 정렬 장치의 동작을 설명하기 위한 도면,8 is a view for explaining the operation of the optical packet alignment device according to the present invention;
도 9는 본 발명에 따른 광 패킷 버퍼의 동작 타이밍도,9 is an operation timing diagram of an optical packet buffer according to the present invention;
도 10은 본 발명에 따른 광 패킷 역압축 후의 신호 변화를 나타내는 도면,10 is a view showing a signal change after optical packet decompression in accordance with the present invention,
도 11은 RZ/NRZ 변환 후의 신호 변화를 나타내는 도면.11 is a diagram showing a signal change after RZ / NRZ conversion.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도 1 내지 도 11을 참조하여 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, with reference to Figures 1 to 11 attached to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail. Note that the same components in the drawings are represented by the same reference numerals and symbols as much as possible even though they are shown in different drawings. In addition, in describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
도 1은 본 발명에 따른 광 교환장치의 블록구성도이다.1 is a block diagram of an optical exchange device according to the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 파장분할 다중화와 광 시분할 다중화를 이용한 광 교환장치는 각각 N 개의 헤더 파장 검출기(110 내지 130), 파장 역다중화기(210 내지 230), 광 스위칭 유닛(310 내지 330), 파장 다중화기(410 내지 430) 및 광 스위칭 유닛 제어기(308)를 포함하여 구성되며, 상기 N 개의 광 스위칭 유닛(310 내지 330)은 각각 광 NRZ/RZ 변환기(301), 광 패킷 압축기(Optical Packet Compressor)(302), 광 패킷 정렬장치(Optical Packet Alinger)(303), 시분할 공간 스위치(Cyclic Time-Slot Switch)(304), 광 패킷 버퍼(Optical Packet Buffer)(305), 광 패킷 역 압축기(Optical Packet Expander)(306) 및 광 RZ/NRZ 변환기(307)를 포함한다.As shown in FIG. 1, an optical exchange apparatus using wavelength division multiplexing and optical time division multiplexing according to the present invention includes N header wavelength detectors 110 to 130, wavelength demultiplexers 210 to 230, and an optical switching unit ( 310 to 330, wavelength multiplexers 410 to 430, and an optical switching unit controller 308, wherein the N optical switching units 310 to 330 are optical NRZ / RZ converters 301, optical, respectively. Optical Packet Compressor (302), Optical Packet Alinger (303), Cyclic Time-Slot Switch (304), Optical Packet Buffer (305), Optical Packet Expander 306 and Optical RZ / NRZ Converter 307.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 광 교환장치는 N 개의 입, 출력 링크와, N 개의 광 스위칭 유닛들(310 내지 330)로 구성되며 각 링크는 n 개의 데이터 광 신호(λ1내지 λn)와 1 개의 헤더 광 신호(λh)를 수용한다.As shown in Fig. 1, the optical switching device of the present invention is composed of N input and output links and N optical switching units 310 to 330, each link having n data optical signals λ 1 to λ. n ) and one header optical signal λ h .
도 2는 본 발명에 적용된 헤더 파장 검출기의 구성 예를 나타낸 도면으로, 헤더 파장 검출기(110)는 광 교환장치로 입력되는 λ1내지 λn의 데이터 광 신호와 λh헤더 광 신호 중 헤더 광 신호만을 분리하여 광 교환장치 제어기로 송신하는 역할을 수행하며 광 써큘레이터(11)와, λh를 반사시키는 광섬유 브래그 격자(12)로 구성된다.2 is a view showing a configuration example of a header wavelength detector applied to the present invention, the header wavelength detector 110 is a header optical signal of the λ 1 to λ n data and the λ h header optical signal input to the optical exchange device It is composed of an optical circulator 11 and an optical fiber Bragg grating 12 that reflects λ h , which serves to separate the bay and transmit it to the optical switch controller.
다시 도 1을 참조하면, 파장 역다중화기(210 내지 230)는 λ1내지 λn의 데이터 광 신호를 파장별로 분리하는 역할을 하며 도파로열 격자(AWG: Arrayed Waveguide Grating) 등으로 구성이 가능하다.Referring back to FIG. 1, the wavelength demultiplexers 210 to 230 serve to separate data optical signals of λ 1 to λ n for each wavelength, and may be configured as a waveguide grating (AWG).
광 NRZ/RZ 변환기(301)는 NRZ 광 신호를 RZ 광 신호로 변환하는 기능을 수행하고 광 패킷 압축기(302)는 RZ 광 신호로 변환된 M 길이의 광 패킷을 M/N(N : 입, 출력 링크 수)의 길이로 압축하는 기능을 갖는다.The optical NRZ / RZ converter 301 converts an NRZ optical signal into an RZ optical signal, and the optical packet compressor 302 converts an M-length optical packet converted into an RZ optical signal to M / N (N: input, The number of output links).
도 3는 본 발명에 적용된 광 패킷 정렬장치의 구성 예를 나타낸 도면으로, 광 패킷 정렬장치(303)는 광 분파기(21), 온-오프 게이트 스위치(22 내지 24), 광섬유 지연선(25,26), 광 결합기(27)로 구성되며, 압축된 광 패킷을 시분할 공간 스위치(304)에서 올바른 출력으로 스위칭 될 수 있도록 특정 타임 슬롯(time slot)으로 정렬시키는 기능을 수행한다. 광 패킷 정렬 장치(303)에서 압축된 광 패킷을 특정 시간 슬롯으로 정렬시키기 위해서는 광 스위칭 유닛 제어기(도 1의 308)에서 헤더 파장내의 광 패킷 목적지 주소를 검출한 후 광 패킷 정렬 장치 내의 특정 온-오프 게이트 스위치(22 내지 24)를 동작시킴으로써 가능하다.3 is a view showing a configuration example of the optical packet aligning apparatus applied to the present invention, the optical packet aligning apparatus 303 is an optical splitter 21, on-off gate switches 22 to 24, optical fiber delay line 25 26, an optical coupler 27, which aligns the compressed optical packet into a specific time slot so that it can be switched to the correct output by the time division space switch 304. In order to align the compressed optical packet in the specific time slot in the optical packet alignment device 303, the optical switching unit controller (308 in FIG. 1) detects the optical packet destination address within the header wavelength, and then selects the specific packet in the optical packet alignment device. This is possible by operating the off gate switches 22 to 24.
광 패킷 정렬 장치에서 특정 시간 슬롯에 정렬된 광 패킷은 시분할 공간 스위치(304)에서 주기적인 스위치 연결에 따라 자동적으로 출력포트로 스위칭 되며 시분할 공간 스위치는 2x2 광 스위치들의 다단연결을 통해 구성된다.In the optical packet aligning apparatus, the optical packet aligned to a specific time slot is automatically switched to the output port according to the periodic switch connection in the time division space switch 304, and the time division space switch is configured through the multi-stage connection of 2x2 optical switches.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 핵심 블록인 시분할 공간 스위치의 동작을 설명하기 위한 도면으로, 도 4a 내지 도 4e는 시분할 공간 스위치의 동작을 4x4 구조를 예를 들어 설명한 것이다. 4x4 시분할 공간 스위치에서 하나의 프레임(도 4e의 304-5)은 4개의 타임슬롯(304-6)으로 구성된다. 각 타임 슬롯에서 스위치의 연결상태는 주기적인 스위치 제어신호에 따라 차례로 변경된다. 도 4a는 매 첫 번째 타임 슬롯일 경우, 도 4b는 매 두 번째 타임 슬롯일 경우, 도 4c는 매 세 번째 타임 슬롯일 경우, 도 4d는 매 네 번째 타임 슬롯일 경우의 시분할 공간 스위치 연결 상태를 나타낸다. 예를 들어 시분할 공간 스위치의 1번 입력으로 입력되는 광 패킷이 4번 출력으로 출력되고자 한다면 도 4d의 304-4에 나타낸 바와 같이 4번째 타임 슬롯에 위치하면 된다. 또한 시분할 공간 스위치의 3번 입력으로 입력되는 광 패킷이 1번으로 출력되고자 하면 도 4c의 304-3에 나타낸 것과 같이 3번째 타임 슬롯에 위치하면 된다. 즉, 시분할 공간 스위치로 입력되는 광 패킷들은 스위치로 입력되기 전에 특정 타임 슬롯에 위치하면 광 패킷간의 충돌 없이 정해진 스위치 연결상태에 따라 자동적으로 출력부로 스위칭 된다. 이를 일반화하면 NxN 시분할 공간 스위치에서 i 번째(i=1,2,3,...,N) 입력의 j 번째(j=1,2,3,...,N) 타임 슬롯에 위치한 광 패킷은 k 번째(k=1,2,3,...,N) 출력의 j 번째 타임 슬롯으로 출력된다. 이를 식으로 표시하면 하기 수학식 1과 같다.4A to 4E are diagrams for describing an operation of a time division space switch, which is a core block of the present invention, and FIGS. 4A to 4E illustrate an operation of the time division space switch using a 4x4 structure as an example. One frame (304-5 in FIG. 4E) in a 4x4 time division space switch consists of four timeslots 304-6. In each time slot, the connection state of the switch is changed in sequence according to the periodic switch control signal. FIG. 4A shows the first time slot, FIG. 4B shows the second time slot, FIG. 4C shows the third time slot, and FIG. 4D shows the time division space switch connection state for the fourth time slot. Indicates. For example, if the optical packet inputted to the first input of the time division space switch is to be outputted to the fourth output, it may be located in the fourth time slot as shown in 304-4 of FIG. 4D. In addition, if the optical packet inputted to the third input of the time division space switch is to be output to the first, it may be located in the third time slot as shown in 304-3 of FIG. 4C. That is, when the optical packets input to the time division space switch are located in a specific time slot before being input to the switch, the optical packets are automatically switched to the output unit according to the predetermined switch connection state without collision between the optical packets. To generalize this, optical packets located in the jth (j = 1,2,3, ..., N) time slot of the i th (i = 1,2,3, ..., N) input on an NxN time division switch Is output to the j th time slot of the k th (k = 1,2,3, ..., N) output. This is expressed by the following equation (1).
상기 식에서i j는i를j로 나눈 나머지를 뜻한다.In which i j is the remainder of i divided by j .
도 5는 본 발명에 적용된 광 패킷 버퍼의 구성 예를 나타낸 도면으로, 광 패킷 버퍼(305)는 광 커플러(31, 38), 광 분파기(32), 온-오프 게이트 스위치(34, 39, 40), 광섬유 지연선(35, 36, 41), 광 결합기(37), 광 패킷 버퍼 제어기(33)로 구성된다. 광 패킷 버퍼는 시분할 공간 스위치에서 스위칭 된 광 패킷들이 M의 시간 간격 내에 1개씩만 존재하도록 하는 기능을 수행한다.5 is a view showing an example of the configuration of the optical packet buffer applied to the present invention, the optical packet buffer 305 is an optical coupler (31, 38), optical splitter (32), on-off gate switch (34, 39, 40, optical fiber delay lines 35, 36, 41, optical coupler 37, and optical packet buffer controller 33. The optical packet buffer functions to ensure that only one optical packet switched in the time division space switch exists within a time interval of M.
광 패킷 역압축기(306)는 M/N의 길이로 압축되었던 광 패킷을 원래 길이인 M으로 역압축하는 역할을 하며 광 RZ/NRZ 변환기(307)는 역압축된 RZ 광 패킷을 NRZ 광 패킷으로 변환시킨다.The optical packet decompressor 306 serves to decompress the optical packet compressed to the length of M / N to the original length M and the optical RZ / NRZ converter 307 converts the decompressed RZ optical packet into the NRZ optical packet. Convert
파장 다중화기(410 내지 430)는 각 광 스위칭 유닛(310 내지 330)에서 출력되는 파장 신호들을 다중화하는 기능을 갖는다.The wavelength multiplexers 410 to 430 have a function of multiplexing wavelength signals output from each optical switching unit 310 to 330.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 광 교환장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the optical exchange device of the present invention having the configuration as described above is as follows.
각 링크를 통해 광 교환장치로 입력되는 파장 다중화된 광 신호들은 λ1내지 λn까지의 광 데이터 패킷과 λh의 헤더 광 신호로 구성된다. 광 데이터 패킷은 실제 데이터 정보를 포함하고 헤더 광 신호에는 각 광 데이터 패킷의 교환에 필요한 목적지 주소, CoS(Class of Service) 등의 정보가 포함되어 있다. 상기와 같은 입력 광 신호는 λh검출기(110 내지 130))로 입력되는데 헤더 광 신호 λh는 λh만을 반사시키는 광섬유 격자(12)와 광 써큘레이터(11)를 통해 광 스위칭 유닛 제어기(308)로 입력된다. 그리고 λ1내지 λn까지의 광 데이터 패킷 신호들은 광섬유 격자에서 반사 없이 통과한 후 파장 역다중화기(210 내지 230)에서 파장별로 분리된다. 분리된 파장 신호들 중 λ1파장 신호는 광 스위칭 유닛 1(310)로 연결되고, λ2파장 신호는 광 스위칭 유닛 2(320)로 연결되며, λn파장 신호는 광 스위칭 유닛 n(330)으로 연결된다. 파장 별로 분리된 각 파장 패킷은 광 NRZ/RZ 변환기(301)에서 RZ 광 패킷으로 변환된다(도 6). 변환된 RZ 광 패킷은 다시 광 패킷 압축기(302)에서 M/N의 길이를 갖는 광 패킷으로 압축된다(도 7).The wavelength multiplexed optical signals input to the optical exchange apparatus through each link are composed of optical data packets of λ 1 to λ n and header optical signals of λ h . The optical data packet includes actual data information, and the header optical signal includes information such as a destination address, a class of service (CoS), and the like necessary for the exchange of each optical data packet. The input optical signal as described above is input to the λ h detectors 110 to 130, and the header optical signal λ h is an optical switching unit controller 308 through the optical grating 12 and the optical circulator 11 reflecting only λ h. ) Is entered. The optical data packet signals of λ 1 to λ n pass through the optical fiber grating without reflection and are separated by wavelength in the wavelength demultiplexers 210 to 230. The λ 1 wavelength signal of the separated wavelength signals is connected to the optical switching unit 1 310, the λ 2 wavelength signal is connected to the optical switching unit 2 320, and the λ n wavelength signal is the optical switching unit n 330. Is connected. Each wavelength packet separated for each wavelength is converted into an RZ optical packet by the optical NRZ / RZ converter 301 (FIG. 6). The converted RZ optical packet is again compressed into an optical packet having a length of M / N in the optical packet compressor 302 (FIG. 7).
도 6은 입력 NRZ 패킷과 RZ 패킷으로 변환된 후의 신호를 나타내고, 도 7은 비 압축 패킷과 압축 패킷을 도시한 도면으로, 각 파장 패킷은 M의 길이를 가지며 비트 속도는 1/T이다.Fig. 6 shows signals after being converted into input NRZ packets and RZ packets, and Fig. 7 shows uncompressed packets and compressed packets, each wavelength packet having a length of M and a bit rate of 1 / T.
압축된 광 패킷은 시분할 공간 스위치(304)에서 스위칭 알고리즘에 따라 목적지로 교환될 수 있도록 N 개의 타임 슬롯으로 구성되는 프레임내의 특정 타임 슬롯에 위치시키는 기능을 갖는 광 패킷 정렬 장치(303))로 입력된다.The compressed optical packet is input to the optical packet aligning device 303 having the function of placing the compressed optical packet in a specific time slot in a frame consisting of N time slots so that it can be exchanged to a destination according to a switching algorithm in the time division space switch 304. do.
다시 도 3을 참조하면, 압축된 광 패킷은 1xN 광 커플러(21)에서 타임 슬롯 수 즉, N 만큼 분파된다. 분파된 광 패킷들은 온-오프 게이트 스위치(21, 22, 23)로 입력되는데 N개의 온-오프 게이트 스위치 중 하나만을 동작시키고 나머지는 구동하지 않음으로써 입력 광 패킷이 광섬유 지연선(25, 26)을 거치면서 특정 시간 지연을 얻어 원하는 타임 슬롯에 위치할 수 있도록 한다.Referring back to FIG. 3, the compressed optical packet is divided by the number of time slots, that is, N in the 1 × N optical coupler 21. The divided optical packets are input to the on-off gate switches 21, 22, and 23, and only one of the N on-off gate switches is operated, and the remaining ones are not driven. Through this we get a specific time delay so that we can be in the desired time slot.
도 8은 본 발명의 광 패킷 정렬 장치의 동작 타이밍도로써, 도 8을 참조하면, 예를 들어 두 번째 온-오프 게이트 스위치만을 동작시키고 나머지는 오프시키면 타임 슬롯 1에 있던 광 패킷은 두 번째 타임 슬롯으로 지연된다. 마찬가지로 N 번째 온-오프 게이트 스위치만을 동작시키고 나머지는 오프시키면 입력 광 패킷은 N 번째 타임 슬롯에 위치하게 된다. 위와 같은 과정을 거쳐 원하는 타임 슬롯에 위치한 광 패킷은 Nx1 광 결합기(27)를 거쳐 시분할 공간 스위치로 입력된다. 상기 도 8은 본 발명의 광 패킷 정렬장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 8 is an operation timing diagram of the optical packet alignment device of the present invention. Referring to FIG. 8, for example, when only the second on-off gate switch is operated and the rest is turned off, the optical packet in time slot 1 is the second time. The slot is delayed. Similarly, operating only the Nth on-off gate switch and turning off the rest places the input optical packet in the Nth time slot. Through the above process, the optical packet located in the desired time slot is input to the time division space switch through the Nx1 optical coupler 27. 8 is a view for explaining the operation of the optical packet aligning apparatus of the present invention.
전술한 광 패킷 정렬 장치를 제어하기 위해서는 광 헤더 신호내의 목적지 주소의 검출이 요구되는데 이는 광 스위칭 유닛 제어기(308)에서 수행된다. 광 패킷 정렬 장치에서 특정 타임 슬롯으로 지연된 후 출력된 광 패킷들은 전술한 시분할 공간 스위치(304)의 동작 원리에 따라 자동적으로 원하는 목적지 출력으로 스위칭된다.In order to control the above-described optical packet alignment device, detection of a destination address in the optical header signal is required, which is performed by the optical switching unit controller 308. The optical packets output after being delayed by a specific time slot in the optical packet alignment device are automatically switched to the desired destination output according to the operation principle of the time division space switch 304 described above.
스위칭된 광 패킷들은 광 패킷 버퍼(305)로 입력되는데 광 패킷 버퍼는 광 패킷들이 M의 시간 간격 안에 1개씩만 존재하도록 하는 기능을 수행한다. 도 9는 본 발명의 광 패킷 버퍼의 동작을 설명하기 위한 도면으로, 도 5 및 도 9를 참조하면, 광 패킷 버퍼로 입력되는 광 패킷들은 입력부의 광 커플러(31)에서 일부 전력이 분파 되어 광 버퍼 제어부(33)으로 입력되는데 제어부에서는 광 버퍼 내에 존재하는 광 패킷의 수를 카운트(count)한다. 나머지 전력의 광 패킷들은 1xB 광 분파기(32)에서 B개로 분파된다. 여기서 B는 광 버퍼의 용량이며 입력되는 광 패킷은 최대 (B-1)M(36)의 지연을 얻을 수 있다. 분파된 광 패킷들은 온-오프 게이트 스위치(34)로 입력된다. 이때 광 버퍼 제어부(33)의 카운트 개수가 0일 경우에는 광 버퍼 내에 버퍼링 되는 패킷이 없음을 의미하므로 지연 없이 진행한다. 만일, 카운트 개수가 1 일 경우 1 개의 광 패킷이 버퍼링 되고 있으므로 충돌을 피하기 위해서는 M의 지연선(35)을 거쳐 버퍼링 되어야 한다. 전술한 과정을 거쳐 도 5의 A 지점에서는 M 개의 시간 간격 내에 광 패킷들이 하나씩만 존재(도 9의 A)한다. 그러나 광 패킷간의 간격이 일정하지 않으므로 광 패킷간의 간격이 M이 되도록 해야 한다. 즉 도 5의 온-오프 게이트 스위치1 및 스위치2(39, 40)를 각각 온(ON), 오프(OFF) 상태(도 9의 스위치1, 스위치2)가 되게 하면 광 패킷은 광 커플러(38)와 피드백(feedback) 광섬유 지연선(41)을 거침으로써 M/N의 시간 지연을 얻는다. 그리고 프레임의 마지막 타임 슬롯에 온-오프 게이트 스위치1(39)은 오프(OFF), 온-오프 게이트 스위치2(40)는 온(ON)으로 전환하면 광 패킷들은 M의 시간 간격을 가지고 정렬(도 9의 출력신호)된다.The switched optical packets are input to the optical packet buffer 305, which serves to ensure that only one optical packet exists within M time interval. 9 is a view for explaining the operation of the optical packet buffer of the present invention. Referring to FIGS. 5 and 9, the optical packets input to the optical packet buffer are partially divided by the power from the optical coupler 31 of the input unit. It is input to the buffer controller 33, which counts the number of optical packets existing in the optical buffer. The remaining power optical packets are split into B in the 1xB optical splitter 32. Here, B is the capacity of the optical buffer and the input optical packet can obtain a delay of maximum (B-1) M (36). The divided optical packets are input to the on-off gate switch 34. In this case, when the count number of the optical buffer controller 33 is 0, it means that there is no packet buffered in the optical buffer, and thus the process proceeds without delay. If the number of counts is 1, one optical packet is buffered. Therefore, in order to avoid collision, the optical packet should be buffered through the delay line 35 of M. Through the foregoing process, only one optical packet exists in the M time intervals at point A of FIG. 5 (A of FIG. 9). However, since the interval between optical packets is not constant, the interval between optical packets should be M. That is, when the on-off gate switch 1 and the switch 2 39 and 40 of FIG. 5 are turned on and off (switch 1 and switch 2 of FIG. 9), the optical packet is an optical coupler 38. ) And a feedback optical fiber delay line 41 to obtain a time delay of M / N. In the last time slot of the frame, when the on-off gate switch 1 39 is turned off and the on-off gate switch 2 40 is turned on, the optical packets are aligned at a time interval of M. Output signal of FIG. 9).
도 10은 본 발명에 따른 광 패킷 역압축 동작 타이밍도로써, 광 패킷 역압축 후의 신호의 변화를 나타내고, 도 11은 RZ/NRZ 변환 동작 타이밍도로써, RZ/NRZ 변환 후의 신호의 변화를 나타낸다.Fig. 10 is a timing diagram of the optical packet decompression operation according to the present invention, which shows a change in the signal after optical packet decompression, and Fig. 11 is a timing diagram of the RZ / NRZ conversion operation, showing a change in the signal after the RZ / NRZ conversion.
도 10 및 도 11을 참조하면, M의 주기로 정렬된 M/N의 길이를 갖는 압축된 광 패킷들은 광 패킷 역압축기(306)에서 원래의 길이 M과 비트 속도(1/T)를 갖도록 역압축된다. 역압축된 광 패킷은 RZ 신호이므로 광 RZ-to-NRZ 변환기(307)에서 NRZ 광 신호로 변환된다.10 and 11, compressed optical packets having a length of M / N aligned at a period of M are decompressed to have an original length M and a bit rate (1 / T) in the optical packet decompressor 306. do. Since the decompressed optical packet is an RZ signal, it is converted by the optical RZ-to-NRZ converter 307 into an NRZ optical signal.
NRZ로 변환된 광 패킷 신호들은 다시 파장 다중화기(410 내지 430)에서 다중화된다.Optical packet signals converted to NRZ are then multiplexed in wavelength multiplexers 410 to 430.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Meanwhile, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the scope of the following claims, but also by the equivalents of the claims.
상술한 바와 같이 본 발명은 IP 패킷, 이더넷 프레임 등의 고속, 대용량 데이터 트래픽을 전광 영역에서 광 패킷 단위로 고속 교환하는 광 교환장치로써 전기적 교환장치가 갖는 처리 속도 및 교환 용량의 한계를 극복하여 향후 대용량 파장분할다중(WDM) 광통신 망에서 효율적인 사용이 가능하다. 또한 파장분할다중방식을 수용하면서도 광 시분할다중방식(OTDM)을 적용하여 광 패킷간의 충돌을 시간축 상에서 해결하여 광 패킷 손실률을 최소화하며 광 교환장치의 제어를 간소화할 수 있다. 또한, 시분할 공간 광 스위치를 사용하여 스위칭 알고리즘을 간소화함으로써 고속의 광 교환이 가능하게 하며, 가변 파장 변환기를 사용하지 않음으로써 하드웨어 복잡성을 감소시키고 가변 파장 변환기가 갖는 근본적인 스위칭 속도 한계를 극복할 수 있다.As described above, the present invention is an optical exchange device that exchanges high-speed, large-capacity data traffic such as IP packets, Ethernet frames, etc. in all-optical areas by optical packet units in an all-optical area, and overcomes limitations in processing speed and exchange capacity of the electrical exchange device. Efficient use is possible in large capacity WDM optical communication networks. In addition, while adopting the wavelength division multiplexing method, the optical time division multiplexing (OTDM) is applied to solve the collision between the optical packets on the time axis, thereby minimizing the optical packet loss rate and simplifying the control of the optical switching apparatus. In addition, the use of time-division spatial optical switch simplifies the switching algorithm, enabling high-speed optical exchange, and eliminating the use of variable wavelength converters reduces hardware complexity and overcomes the fundamental switching speed limitations of variable wavelength converters. .
Claims (5)
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