The explosive growth of the Internet traffic has fueled the development of high-speed transmission systems. In order to support this trend, optical switching system has emerged as a promising solution which can transmit IP packet efficiently and the Wavelength Division Multiplexing (WDM) technology are also considered.
Yet, few technologies look promising to achieve the industry goals of current OPS and OBS to provide an ultimate bandwidth solution, up to peta-bits per second, with practical application requirements of performance, cost, power consumption, and form factor.
For resolving the drawbacks, this thesis proposes a novel optical switching system by a passive switch with an active buffer module that consists of shared wavelength converters and electrical buffers. The proposed switching system can be achieved several orders of magnitude improvement in blocking probability compared with other currently utilized optical switching techniques as well as lower overall system cost, and the disadvantages of transparent switching systems are resolved by the proposed opaque optical switching system.
To verify that the proposed switching system can achieve efficient system performance, we perform simulations and an analytical analysis in the respect of asynchronous and synchronous system. We also perform the cost analysis to show that the proposed switching system is more cost-effective than other currently utilized switching system. In conclusion, this thesis presents a structured engineering result for optimal switch architecture designs that may lead to a paradigm shift toward earlier commercial deployment of OPS and OBS networks.
차세대 네트워크 (Next Generation Network, NGN)는 다양한 통신 네트워크를 패킷 기반의 통합망으로 구축하여 음성과 데이터, 영상 등을 동시에 수용하여 인터넷전화(VoIP), 멀티미디어 메시징 등과 같은 다양한 서비스를 제공함으로써 서비스 사용자, 네트워크 사업자, 서비스 제공업자, 그리고 벤더들이 가지고 있는 각각의 요구사항들을 충족시키기 위하여 활발하게 연구가 진행되고 있는 네트워크 기술을 말한다. 한국에서는 NGN 기술이 광대역통합망 (Broadband Convergence Network, BcN)이라는 이름으로 유.무선 통합 및 방송·통신 기술의 통합, 그리고 음성.멀티미디어.데이터 등의 통합서비스를 제공하기 위하여 활발히 연구되고 있다.
이러한 차세대 네트워크에서는 트래픽이 급속히 증가되어 기존의 인터넷 기술로는 이를 수용할 수 없는 상황에 이르게 되며, 그로 인한 문제를 해결하기 위해서는 대용량의 트래픽을 보다 효율적이고 저렴하게 제공할 수 있는 광 인터넷 기술이 무엇보다 중요하게 여겨지고 있으며, 특히 광 스위칭 시스템에 대한 연구가 활발히 이루어 지고 있다.
지금까지의 광 스위칭 시스템에 대한 연구로서, 광 버스트 스위칭 (Optical Burst Switching, OBS)과 광 패킷 스위칭 (Optical Packet Switching, OPS)이 각각의 장점을 내세우며 진보적으로 진행되어 나가고 있다. 그러나, 성능, 가격, 전력소모 등의 실제적인 응용 요구사항에 부합되는 광대역 및 초고속 시스템을 위한 해결책이 되기 위해서는 극히 일부의 기술만이 개발되었다. 이러한 광 버스트 또는 광 패킷 스위칭은 크게 스위치 패브릭과 버퍼링이라는 두 가지의 하드웨어적 기능으로 분류되며, 두 기능 모두 수동적 또는 능동적 기술을 활용하고 있다. 이때, 대부분의 능동적 기술은 반도체 광 증폭기 (SOA)와 파장변환기를 사용하여 복잡한 광 신호 처리가 가능하도록 하지만, 복잡한 제어 요구사항, 높은 전력 소모, 그리고 고도의 장치기술을 필요로 하게 된다. 반면, 수동적 기술은 상기한 능동적 기술이 가지고 있는 단점들을 극복할 수 있지만, 파장 분할 다중화 (Wavelength Division Multiplexing, WDM) 시스템에서 요구되는 파장의 연속성을 위한 파장변환이 불가능하다는 단점을 가지고 있다.
이러한 하드웨어 기술의 장점과 단점을 바탕으로 수동 스위칭부와 능동 버퍼링부가 결합된 새로운 광 스위칭 시스템 구조를 제안한 것이 본 논문의 핵심을 이루고 있으며, 제안된 시스템을 통하여 기존의 스위칭 시스템들보다 효율적이고 저렴한 데이터 스위칭이 구현되도록 할 수 있다.
제안된 스위칭 시스템의 우수성을 입증하기 위하여 본 논문에서는 비동기식 구조와 동기식 구조를 나누어 설명하였고, 기존 스위칭 시스템들과의 가격분석을 통하여 가격적인 우수성을 입증하였으며, 시뮬레이션과 수학적인 모델링을 통하여 데이터 블록킹율, 딜레이 등과 같은 성능적인 면에서 우수성을 입증하였다.
