전광 멀티 홉 네트워크 기술기반 포토닉 패킷 스위칭 연구동향

Research Trends on Photonic Packet Switching based on All Optical Multihop Networking

저자
양충열, 윤지욱, 정환석, 김선미 / 광액세스망연구실
권호
31권 6호 (통권 162)
논문구분
일반 논문
페이지
57-66
발행일자
2016.12.01
DOI
10.22648/ETRI.2016.J.310607
초록
통신망은 향후 통신 및 셀기반 통신망에 필요한 고속, 데이터 속도 및 투명성(transparency) 그리고 유연성(flexibility)을 제공하기 위해 빠르게 진화하고 있다. 전광 패킷 스위칭 망(all optical packet switching) 구조는 향후 급속도로 증가하는 데이터 통신 트래픽을 원활히 수용하기 위해서 싱글 홉 및 멀티 홉 전광 패킷 스위치 망의 요구사항을 만족하는 스위칭 속도, 성능, 확장성, 경제성 등을 고려한 실제 구현 가능한 구조의 필요성이 최근 대두되고 있다. 본 논문에서는 기존의 광 패킷 스위칭 기술의 한계를 극복할 수 있는 전광 멀티 홉 네트워크 기술을 기반으로 포토닉 패킷 스위칭 망을 구현하고자 세계적으로 연구되고 있는 전광 멀티 홉 네트워크 구조, 포토닉 패킷 스위칭 구조 그리고 시간동기 방법에 대해 최근의 연구동향을 분석한다.
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Ⅰ. 서론

날로 새로워지고 다양해지는 웹 응용과 클라우드 컴퓨팅에 직면하여 망(network)은 높은 쓰루풋, 낮은 지연(latency), 저 전력소모를 위해 더욱 효과적인 방법이 필요하다. 특히, 전광 망(all optical packet switching) 구조는 향후 급속도로 증가하는 데이터 통신 트래픽을 원활히 수용하기 위해서 싱글 홉 및 멀티 홉 전광 패킷 스위치 망의 요구사항을 만족하는 스위칭 속도, 크로스토크, 지연 성능, 확장성, 경제성 등이 두루 고려된 실제 구현 가능한 구조가 필요하다.

멀티 홉 시스템 설계에서 중요 이슈는 첫째, 간단하게 구현 가능해야 하며 대용량 확장이 용이하여야 하고, 둘째, 가상 구조는 노드 간 구조적 평균 홉(hop)거리가 작고 평균 패킷 지연이 최소여야 하며, 셋째, 노드 프로세싱 복잡도가 작고 간단한 메커니즘을 적용하여야 한다. 또한, 멀티 홉 라우팅의 중요한 이슈는 중간 노드에서의 버퍼링 기법인데 이는 구조적 연결패턴이 부족하여서 라우팅 복잡도(routing complexity)가 커질 수 있으므로 멀티 홉 구조의 최적 토폴로지가 필요하다.

전광 멀티 홉 구조의 포토닉 패킷 스위치 망은 향후 통신 및 셀기반 통신망에 필요한 고속, 데이터 속도 및 투명성(transparency) 그리고 유연성(flexibility)을 제공하기 위해 빠르게 진화하고 있다. 전광 멀티 홉 패킷 스위치 망은 광패킷스위치의 집합(cascaded)으로 정의할 수 있다. 광링크를 이용하여 상호 연결되고 (그림 1)과 같이 여러 스위치와 로컬 호스트 간 연결되며 광 및 광전기술이 사용된다.

(그림 1)

광패킷스위치(PPS)를 이용한 전광 멀티 홉 패킷 스위치 망[1]

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전광 패킷 스위칭 망 구조에서는 시간 다중/역다중, 동기, 버퍼링(지연) 그리고 재생(regeneration) 기술이 또한 이슈이다. 패킷이 광/전변환없이 목적지 망에 전달되고 다중 광섬유 링크와, 광 스위치, 광증폭기 등이 사용된다. 광 및 광/전변환 기술을 이용해서 라우팅 프로토콜 기반의 패킷 라우팅 기능을 처리하고, 라우팅, contention resolution, 동기 및 헤더 재생 등의 여러 기능을 포함한다.

본 논문에서는 기존의 광 패킷 스위칭 기술의 한계를 극복할 수 있는 전광 멀티 홉 네트워크 기술을 기반으로 포토닉 패킷 스위칭 망을 구현하고자 세계적으로 연구되고 있는 전광 멀티 홉 네트워크 구조, 포토닉 패킷 스위칭 구조 그리고 시간동기 방법에 대해 최근의 연구동향을 분석한다.

Ⅱ. 요구사항

1. 전광망 요구사항

향후 전광 망을 위해 쟁점이 되고 있는 요구사항은 다음과 같다.

• 확장성(enhanced scalability)

• 높은 수율(high throughput)

• 저 지연(low latency)

• 동적 동작 범위(dynamic range)

• 낮은 복잡도(최선의 광 및 전기기술을 결합한 스위치, 컨트롤러 집적화 등)

• 장애 허용력(resilience)

• CAPEX & OPEX(경제성, 운용성)

2. 전광 멀티 홉 패킷 스위칭 망 요구사항

• 미래 컴퓨터 통신 및 셀 기반 통신망을 위해 고속 데이터 속도(high speed data rate) 및 포맷 투명성(format transparency), 그리고 유연성 (flexibility)을 제공하여야 한다.

• 전광 패킷 스위치는 고속 IP 라우터 및 레이블 스위치 라우터와 경쟁력을 갖기 위해 10Gb/s 이상에서 동작하여야 한다.

• 파장변환, 광버퍼링, 편향 라우팅(deflection routing)을 갖는 간단한 노드 구조로 메쉬망 토폴로지(mesh net-work topology)를 지원하여야 한다.

• 라우팅 노드에서 패킷 페이로드 부분은 광전(optical to electrical) 변환 없이 타 망에 전송되어야 한다.

• 간단한 라우팅 프로토콜 기반의 패킷 라우팅 기능을 처리하기 위해 광 및 광전변환 기술이 사용되어야 한다.

• 작은 구성에서 큰 구성까지 모듈러식 망 확장이 가능하여야 한다.

3. 광 스위치 구조 요구사항

• 스위칭 타임의 영향을 줄이기 위한 프레임 기반 스위칭

• 고속 튜너블 레이저, TWC, AWGR 기반 구조

• 수신부 감도

• 효과적인 채널 대역폭 사용을 위한 상호연결방법

• 간단한 스케쥴링

• 모든 패킷 사이즈 취급

• 스위치 응답시간: 수 나노 초(~ns)

• 필요 대역폭 제공방법 향상

• 중간 NIU를 통한 패킷 라우팅 필요

4. 싱글 홉과 멀티 홉 망

가. 싱글 홉 망과 멀티 홉 망

광 망은 광 링크 망, broadcast-and-select(B&S) network, 파장 라우트(WR) 망, 그리고 포토닉 패킷 스위치 망 등 네 가지로 분류된다[1].

1) 파장 라우트식(WR) 망

OAM/OXC가 필수이고, Tunable Transmitter 및 Tunable Receiver는 옵션으로 사용한다. WR망은 싱글 홉 및 멀티 홉이 될 수 있다. 싱글 홉 WR 망은 광스위칭 부품만 사용하고, 멀티 홉 WR 망은 광 서킷 스위치와 전기스위치는 필수이고, Tunable Transmitters/ Receivers는 옵션으로 구성된다. Transmitter/Receiver가 fixed이면 망은 모두 서킷 스위치(all-CS)이다.

2) 광 패킷 스위치(PPS) 망

광 패킷스위치는 필수이고 광서킷스위치 및 tunable trans-mitter/receiver는 옵션으로 사용할 수 있다. 대용량 파일을 종단간(end-to-end) 고속 전달하기 위해 파장 라우팅 망이 가능한 망 프로토콜이 적용된다.

나. 싱글 홉과 멀티 홉의 특징 비교

<표 1>에 싱글 홉과 멀티 홉의 특징을 비교하였다[2]. 멀티 홉 망은 싱글 홉 망에 비해 <표 2>와 같은 장단점을 갖는다.

<표 1>

싱글 홉과 멀티 홉의 특징 비교

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<표 2>

싱글 홉 망에 비교한 멀티 홉 망의 장단점

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Ⅲ. 포토닉 패킷 스위치 동향

1. 구조

멀티 홉 망은 앞서 (그림 1)에 나타낸 바와 같이 광패킷스위치를 직렬연결(cascade)한다. 일반적인 광패킷 스위치는 (그림 2)와 같이 기본적으로 라우팅, con-tention resolution, 동기, 레벨 복구, 및 헤더 재생/재삽입(header regeneration/reinsertion) 기능을 가지며, 입력과 출력 인터페이스는 물리적 프로세스의 동기, 헤더 추출 및 재생/재 삽입 및 레벨 복구 기능을 갖는다[3].

(그림 2)

일반적인 광 패킷 스위치 구성[2]

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광패킷 스위치 구조는 <표 3>에 나타낸 바와 같이 파장 라우트식(WR) 광 패킷 스위치, B&S 타입 스위치, 그리고 AWG/공간스위치 기반 패킷스위치 등 대표적으로 세 가지가 있다[4].

<표 3>

광패킷 스위치 구조

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기존에 구현되었던 MMPONet, ShuffleNet, Ultra Shuf-fleNet, CORD, FrontierNet, ATMOS 등 패킷 스위치식 전광 멀티 홉 망 구조들은 모두 파장/공간, 공간/공간 스위치로 구현되었다[3].

2. 싱글 홉 포토닉 패킷 스위치

WDM 시스템의 대안적 분류는 노드 트랜시버를 튜너블(tunable)로 할 것인가, 고정 (fixed)으로 할 것인가를 기반으로 개발될 수 있으며 인터페이스 유닛으로 다음 네 가지 구조 중 하나를 채택할 수 있다.

- Fixed Transmitter and Fixed Receiver(FT-FR)

- Tunable Transmitter and Fixed Receiver(TT-FR)

- Fixed Transmitter and Tunable Receiver(FT-TR)

- Tunable Transmitter and Tunable Receiver(TT-TR)

이 가운데 FT-FR 구조는 다이나믹 시스템 재구성(reconfiguration)이 필요 없을 수가 있으므로 멀티 홉 시스템을 구축하는데 안정적이다. 즉, fixed receiver를 채용하기 때문에 두 통신 당사자 간 제어채널 선택에 있어서 어떤 coordination이 필요하지 않다. coordination 은 보통 FT-TR, TT-TR 구조를 채용하는 시스템에 필요하다. 각 노드는 FT-FR, FT-TR 구조에서 여러 채널을 할당하면 어떤 채널 충돌도 일어나지 않고 간단한 매체 액세스 프로토콜을 채용할 수 있지만, 최대 노드 수가 이용 가능한 채널 수로 제한된다. TT-TR기반의 구조는 가장 scalable하고 유연한 시스템이지만 트랜시버의 채널 스위칭 오버헤드가 다루어져야 한다. 또한, 일부 시스템은 노드가 많은 수의 Transceiver나 Receiver를 달아야 할 필요가 있을 수 있다.

따라서, 싱글 홉 시스템을 위해서 개발할 수 있는 시스템 구조는 다음 두 구조가 제안된다[1].

FTTT-FRTR(No pre-transmission coordination)

CC-FTTT FRTR(control channel based system)

가. 싱글 홉에 적합한 광 크로스커넥트(OXC) 스위치 구조

FOX 프로젝트의 광 크로스커넥트 스위치의 목표는 Fixed Receiver로서 high-speed tunable laser를 사용하여 고속 광스위칭을 제공하는 것이다(구현 예, LAMBDANET, RAINBOW, FOX, HYPASS, BYPASS, STAR TRACK, PLL 등).

• 두 가지의 스타 망 구조(스타, 버스, 트리 구조가 있음)가 가능한데, 하나는 프로세서에서 메모리뱅크까지 신호처리를 하고, 다른 하나는 반대방향의 정보흐름을 처리한다.

• Contention은 ‘Binary exponential back-off algo-rithm’으로 해결한다. Protection against conten-tion(PAC) 상용 스위치 칩이 있다.

• Transmitter가 tunable이기 때문에 데이터 패킷 전송시간은 0.1~1µs 이다.

• Transmitter의 tuning time은 수십 나노초(nanosecond) 이내이다.

• 시스템은 Broadcast & Select 망으로 N×N star coupler는 N×1 combiner와 1×N splitter로 구성한다.

• 싱글 홉은 대역폭 할당이 다이나믹하게 관리되어야 한다. 이를 위해 두 가지 카테고리(pre-transmission coordi-nation system, no pre-transmission coordination system)로 분류한다.

• 전자는 제어 채널 유무로 구분한다. 대부분의 싱글 홉 카테고리는 pre-transmission coordination을 위한 제어채널이 없다.

• 후자는 네 가지 구조가 있다.

- Fixed Transmitter and Fixed Receiver(FT-FR)

- Tunable Transmitter and Fixed Receiver (TT-FR)

- Fixed Transmitter and Tunable Receiver (FT-TR)

- Tunable Transmitter and Tunable Receiver (TT-TR)

• 싱글 홉을 위한 대표적인 광 스위칭 패브릭 구조는 (그림 3)과 같이 Input module, Star Coupler, Output mod-ule 등으로 구성된다.

(그림 3)

싱글 홉 광 스위칭 패브릭 구조[3]

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3. 멀티홉 포토닉 패킷 스위치

멀티 홉 시스템 설계에서 중요 이슈는 첫째, 개발 구조에서 싱글 홉이든 멀티 홉이든 이들 방법은 심플하고 구현 가능해야 하며 대용량으로 확장할 수 있어야 하고, 둘째, 가상 구조는 노드 간 구조적 평균(hop)거리가 작아야 하고 평균 패킷 지연이 최소이어야 하며, 셋째, 노드 프로세싱 복잡도가 낮아야 하며 심플한 메커니즘을 적용하여야 한다 등이다. 그밖에 이슈는 멀티 홉 라우팅 관련 문제는 중간노드에서 버퍼링 기법인데 구조적 연결패턴이 부족하여 라우팅 복잡도(routing complexity)가 커질 수 있으므로 멀티 홉 구조의 최적 토폴로지가 확보되어야 한다.

가. AWG/공간스위치 기반의 멀티 홉 스위치 구조

AWG 기반 광패킷 스위치 구조에 대해 이해하고 패킷 손실 확률과 광비용 관점에서 비교한다. (그림 4)는 AWG 기반 스위치 구조이며 백본망에 적용 할 수 있다. 다중화된 데이터가 스위치 입력에 도착하면, 먼저 역다중된다. Splitter가 입력에 Combiner가 스위치 출력에 사용된다. Combiner는 특정 스위치에서 클라이언트 망 (n/w)에 라우트될 수 있는 데이터를 폐기(drop)한다. 본 구조는 구조와 라우팅 알고리즘이 간단하고 대량의 패킷이 싱글 Fiber Delay Line(FDL) 및 버퍼에 저장될 수 있으며 버퍼내부 어떠한 패킷 제어도 필요 없다. AWGR의 삽입 손실은 Splitter와 Combiner에 비해 매우 적기 때문에 AWG를 이용하여 대규모 가입자를 수용할 수 있다. 8×8 AWG 스케쥴링 시에 손실은 21dB 수준이다.

(그림 4)

AWG/공간 스위치 구조[4]

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(그림 5)는 128×128 strictly 논블록킹(nonblocking) 5단 CLOS 스위치이다. 비동기망(asynchronous)에서 AWG기반 스위치를 사용하여 크로스토크 억제할 수 있다. 앞서 설정된 연결의 파장을 변경하지 않고, 임의의 미사용 스위치 입력에서 임의의 미사용 스위치 출력까지 정보를 전송할 수 있으면 SNB이다. CLOS 망은 낮은 크로스토크, 높은 쓰루풋, 낮은 광 경로 손실, 저전력소모, 높은 신뢰도를 갖는 대규모 입출력간 스위칭, 확장성 등이 보장된다.

(그림 5)

128×128 strictly 논블록킹 5단 Cros 스위치[1]

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16×16 AWG를 통해 구현된 5×5 AWG 기반 스위치[ (그림 6) 참조]와, 파장 상호 연결도를 각각 보여준다[<표 4> 참조][5].

(그림 6)

16×6 AWG를 통해 구현된 5×5 AWG 기반 스위치[5]

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<표 4>

파장 상호연결도

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4. 전광 패킷스위칭 Contention Resolution

전광패킷 스위칭 망에서는 contention resolution 버퍼링 메커니즘이 뜨거운 이슈인데 contention resolution 기술과 사용되는 버퍼링 메커니즘은 <표 5>와 같다.

<표 5>

전광패킷 스위칭 망 버퍼링 기술

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Ⅳ. 시간동기

1. 순방향 4단 광패킷 동기장치

(그림 7)에 보인 광패킷 스위칭 시스템에 적용되던 고전적인 동기장치[6]에서 4단 동기장치가 SOA(semi-conducs optical amplifier)기반 스위치의 상승/하강 시간(rising/falling time)을 보상하도록 resolution을 제공한다. 삽입손실(insertion loss)을 최소화하도록 SOA로 들어가는 전류를 튜닝하므로 감쇠기(attenuator)가 필요 없다. 성능 규격은 동기 해상도 6.4ns, 조정 범위 64ns, 버퍼 2×2, InP SOA 기반 스위치 FDL 64ns를 제공한다.

(그림 7)

순방향 4단 동기장치[6]

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2. 동기식 및 비동기식 스위치

시간동기 방법은 <표 6>과 같이 크게 동기식 및 비동기식 스위치로 구분된다[7].

<표 6>

동기 및 비동기식 스위치 장단점 비교

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가. 슬롯 망 (동기식) 노드 구조

(그림 8)의 슬롯 망 노드 구조에서 광버퍼링은 광섬유 루프와 딜레이 라인(delay line)으로 구현되며 입력포트에 도착하는 모든 패킷은 고정타임 슬롯에 헤더를 포함한 작은 사이즈에 의해 내부 클럭 기준으로 정렬한다.

(그림 8)

슬롯 망 노드 구조[7]

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나. 언슬롯망 (비동기식) 노드 구조

(그림 9)의 언 슬롯 망 노드 구조는 복잡한 동기단과 패킷 정열이 없으므로 구축이 용이하다. 링크 쓰루풋은 충돌이 더 많으므로 슬롯 망보다 낮다. 충돌이 발생하면 버퍼링, space deflection, 또는 파장변환 같은 con-tention resolution을 사용한다.

(그림 9)

언 슬롯 망 노드 구조

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먼저 구현하려는 스위칭 시스템 구조를 슬롯(고정패킷)으로 할 것인지 언슬롯망(가변 패킷 사이즈)로 할 것인지 결정하여야 한다. 결정 기준은 <표 7>과 같다. 몇 가지 패킷스위치식 전광 망 구조(packet switched all-optical network architecture)가 제안된다. 이들 망은 패킷 정보를 재현하고 프로세싱하기 위해 파장/공간(wavelength/space), 공간/공간(space/space)구성과 기술을 이용한다.

<표 7>

슬롯 망 & 언 슬롯 망

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[i]

* Fiber Delay Line(FDL)

3. 시간동기 프로토콜

가. TWIN

(그림 10)과 같은(Time-domain Wavelength Inter-leaved Network)TWIN[8]기반 망에서 광 패킷을 위한 동기구조에서처럼 여러 소스로부터 온 광패킷은 하나의 파장위에 집결된다. 중앙 컨트롤러와 다른 노드 간 정확한 동기를 제공하기 위해 동기정보 시간 스탬프가 수행된다.

(그림 10)

일반적인 광 패킷 스위치의 형식[8]

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- 타임슬롯에 따라 버스트(burst) 전송을 스케쥴하는 저 손실 파장 라우트 솔루션

- 스케쥴링은 한 번에 하나의 노드만 주어진 파장 슬롯상에서 전송

- TWIN에서 목적지 노드에 의해 스케쥴링

- 몇 개의 소스와 목적지 간 조정(coordination)은 ‘Re-quest-Grant’ 방법을 이용

- 소스는 제어채널을 이용하여 목적지에 전송 리소스 (타임 슬롯)을 요청하는 ‘Request’를 보냄.

- 목적지는 전체 수신된 ‘Request’를 고려하여 각 소스에 슬롯을 할당하고 ‘Grant’ 메시지를 통해 알림

- 장점: 망의 에너지 효율 (저전력 소모)

- 단점: 목적지가 coordinate하지 않기 때문에 소스는 몇 개의 목적지로부터 동일 슬롯의 ‘Grant’를 수신할 수 있으며, 이 경우 노드가 Transmitter를 충분히 다수 갖고 있지 않으면 전체 목적지에 전송할 수 없음’

나. IEEE 1588, 시간동기 표준 프로토콜

시간동기는 네트워크 기반 시스템에서 공통적으로 요구되는 기술로서 시간동기 표준 프로토콜은 밀리 초(ms)에서 동작하는 Network Time Protocol(NTP)과 us에서 동작하는 Precision Time Protocol(PTP)가 있다. PTP는 임베디드 시스템 고정밀/고신뢰성 시간동기 국제표준 및 멀티캐스트 방식에 응용된다. IEEE 동작 원리는 내부 클럭(local clock)을 바운더리 클럭에 에 동기화 시키는 마스터 슬레이브(master/slave, M/S) 구조이다. (그림 11)의 IEEE 1588 시간동기 프로세스에서 IEEE 1588 실행에 사용되는 메시지는 이벤트 메시지(동기화 메시지)와 일반메시지(초기화, 지연정보 갱신)가 있다. IEEE 1588 알고리즘의 구현을 위해 Sync, FollowUp, Delay-Request, DelayResponse 메시지를 필요로 한다. Sync와 DelayRequest는 재 동기 주기에 따라 전송된 후, 수신 노드에서 메시지를 받은 시점에 해당 노드의 로컬 클럭 정보를 저장한다. FollowUp과 DelayResponse는 저장된 시간 정보를 수신 노드에 전달한다.

(그림 11)

IEEE 1588 시간동기 프로세스

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<출처>: IEEE 1588

먼저, 시간 차를 추정하는 과정은 마스터 노드에서 슬레이브 노드로 ‘Sync’ 메시지를 전송하면서 시작된다.

1) 마스터와 슬레이브는 각각 자신의 로컬 클럭을 기준으로 마스터가 ‘Sync’ 메시지를 전송하는 순간 (TM1)과 슬레이브가 ‘Sync’ 메시지를 수신하는 순간 (TS1)에 타임스탬프를 측정한다.

2) 이어서 마스터 노드가 자신의 타임 스탬프 값(TM1)을 포함하는 ‘FollowUp’ 메시지를 슬레이브로 전달한다.

3) 슬레이브는 전송 받은 TM1값과 TS1값의 타임스탬프 차이를 이용하여 두 노드 간의 시간차를 계산하고, 이 값을 슬레이브 클럭에 반영하고 마스터와의 클럭 오차를 보정한다.

4) 전송지연을 추정하는 과정은 앞서 설명한 시간차 추정과정을 통해 클럭 오차를 보정한 직후에 실행된다.

5) 슬레이브가 ‘DelayRequest’ 메시지를 마스터에게 전송하는 순간(TS2)과 마스터가 이 메시지를 수신하는 순간(TM2)에 각각의 로컬 클럭을 기준으로 타임스탬프를 측정한다.

6) 슬레이브가 TS2를 포함한 ‘DelayRequest’ 메시지를 전송하면 마스터가 TM2를 포함한 ‘DelayResponse’ 메시지를 슬레이브로 전달하여 전송지연을 구한다.

7) 슬레이브가 양방향 지연의 평균값을 이용하여 클럭을 보정함으로써 마스터와 슬레이브의 동기가 이루어진다.

다. MAINS 동기 프로토콜

(그림 12)의 MAINS 프로젝트에 적용된 시간동기 프로토콜[9]에서 노드 클럭은 주파수와 위상의 약간의 차가 있으므로 전체 노드가 frame aligned/synch aligned 되었는지 확인이 필요하다. 전체 노드 동기가 필요하다.

(그림 12)

MAINS 동기 프로토콜[9]

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V. 결론

본 논문에서는 기존의 광 패킷 스위칭 기술의 한계를 극복할 수 있는 전광 멀티 홉 네트워크 기술을 기반으로 포토닉 패킷 스위칭 망을 구현하고자 세계적으로 연구되고 있는 전광 멀티 홉 네트워크 구조, 포토닉 패킷 스위칭 구조 그리고 시간동기 방법에 대해 최근의 연구동향을 분석하였다. 분석을 통해 볼 때 많은 미국, 유럽 등 많은 업체 및 기관들이 주도적으로 프로젝트 수행을 통해 활발하게 전광 통신 네트워크의 자체 핵심 원천 기술을 연구개발 및 국제 표준화 중인 것으로 보인다.

광스위치 기반 기술은 저전력 소모, 노드 지연시간 감소, 서비스 특성 보장 등의 기존에 해결하기 어려운 한계점을 극복하고, 광버퍼 및 광헤더 프로세싱의 필요성을 제거함으로써 실용화를 향상시키며, 저가의 수동 광소자인 AWGR을 이용함으로써 저가의 광스위치를 실현할 수 있다는 점을 고려할 때 전광 멀티 홉 네트워크 기술기반 포토닉 패킷 스위칭 기술은 국내에서도 세계적인 연구동향을 파악하고 자체적인 핵심 기술을 확보하여야 하는 중요한 분야라고 할 수 있다. 본 기술은 전 세계적으로도 아직 초기단계이므로 국내에서 이러한 흐름에 효율적으로 대응한다면 미래 광스위치 기술분야에서 주도적 역할을 할 수 있을 것으로 판단된다.

용어해설

Latency미래의 이윤을 창출하기 위해 지출된 비용으로서 고정자산의 유지 보수 및 신규 구입금액을 포함함.패킷 전달 지연 시간을 의미하며 1ms 이내로 요구되나 레이저 다이오드의 on/off 스위칭 타임, 동기검출 시간 등이 이미 이 값을 초과함. 따라서 스위칭 타임이 매우 바른 TWC와 비동기식 방식이 솔루션임.

Hoplink switch pair를 의미함. 싱글 홉, 멀티 홉은 사용자 데이터가 종단(end-to-end)간 경로(싱글 홉)상에서만 광스위칭 부품을 건너가는지, 광전 스위칭 부품(멀티 홉)을 지나가는지 나타내기 위해 싱글 홉과 멀티 홉을 사용함.

약어 정리

AWGR

Arrayed Wavelength Guide Router

CAPEX

CAPital EXpenditure

CL

ConnectionLess

CO

Connection Oriented

CS

Circuit Switch

FDL

Fiber Delay Line

M/S

Master/Slave

NIU

Network Interface Unit

NTP

Network Time Protocol

OAM

Operations, Administration and Maintenance

OPEX

OPErating EXpenses

OXC

Optical Cross-connect

PAC

Protection Against Contention

PPS

Photonic Packet Switch

PTP

precision time protocol

TWC

Tunable Wavelength Converter

TWIN

Time domain Wavelength Interleaved Networks

WR

Wavelength Routed

각주

[i]

* Fiber Delay Line(FDL)

[1] 

F. Ayadi and J.F. Hayes, “Optical-Fibre Networks: Single-Hop and Multihop Systems,” University of Ottawa, Ottawa, Can. J. Elect. & Comp. Eng., vol. 20, no. 1, 1995.

[2] 

D. Lucerna, “AWG-based Architecture for Optical Intercon-nection in Asynchronous Systems,” IEEE 12th International Conference on High Performance Switching and Routing, 2011.

[3] 

S. Yao, S. Dixit, and B. Mukherjee, “Advances in Photonic Packet Switching: An Overview,” IEEE Communications Magazine, 2000.

[4] 

I.J. Information Technology and Computer Science, 2013.

[5] 

D.J. Blumenthal, “All Optical Multihop Architectures for Photonic Packet Switching,” Photonic Networks, © Springer-Verlag London Limited, 1997.

[6] 

J.P. Mack, “Asynchronous 2×2 Optical Packet Synchronization, Buffering, and Forwarding,” 2010.

[7] 

S. Yao, B. Mukherjee and S. Dixit, “Advances in Photonic Packet Switching: An Overview,” IEEE Communications Magazine, 2000, pp. 84-94.

[8] 

I. Popescu et al, “Synchronization of the Time-domain Wavelength Interleaved Networks,” ICTON, 2013.

[9] 

D4.3 “Integration of controlled OBST Metro Mesh intercon-nected with OPST Metro Ring Network,” MAINS, Oct. 6. 2012.

(그림 1)

광패킷스위치(PPS)를 이용한 전광 멀티 홉 패킷 스위치 망[1]

images_1/2016/v31n6/ETRI_J003_2016_v31n6_57_f001.jpg
(그림 2)

일반적인 광 패킷 스위치 구성[2]

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(그림 3)

싱글 홉 광 스위칭 패브릭 구조[3]

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(그림 4)

AWG/공간 스위치 구조[4]

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(그림 5)

128×128 strictly 논블록킹 5단 Cros 스위치[1]

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(그림 6)

16×6 AWG를 통해 구현된 5×5 AWG 기반 스위치[5]

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(그림 7)

순방향 4단 동기장치[6]

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(그림 8)

슬롯 망 노드 구조[7]

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(그림 9)

언 슬롯 망 노드 구조

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(그림 10)

일반적인 광 패킷 스위치의 형식[8]

images_1/2016/v31n6/ETRI_J003_2016_v31n6_57_f010.jpg
(그림 11)

IEEE 1588 시간동기 프로세스

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<출처>: IEEE 1588

(그림 12)

MAINS 동기 프로토콜[9]

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<표 1>

싱글 홉과 멀티 홉의 특징 비교

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<표 2>

싱글 홉 망에 비교한 멀티 홉 망의 장단점

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<표 3>

광패킷 스위치 구조

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<표 4>

파장 상호연결도

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<표 5>

전광패킷 스위칭 망 버퍼링 기술

images_1/2016/v31n6/ETRI_J003_2016_v31n6_57_t005.jpg
<표 6>

동기 및 비동기식 스위치 장단점 비교

images_1/2016/v31n6/ETRI_J003_2016_v31n6_57_t006.jpg
<표 7>

슬롯 망 & 언 슬롯 망

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* Fiber Delay Line(FDL)

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