KR100493096B1

KR100493096B1 - 고속 광 라우팅 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR100493096B1
Application number: KR10-2003-0029005A
Authority: KR
Inventors: 이기철; 김종권; 고준호; 도상현; 박세강
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-05-07
Filing date: 2003-05-07
Publication date: 2005-06-02
Also published as: US20040223762A1; KR20040096154A; JP4025748B2; US7292784B2; JP2004336785A

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속하는 기술분야

본 발명은 IP 패킷(packet), 이더넷(Ethernet) 프레임 등의 데이터 트래픽을 광 프레임 단위로 고속 교환하는 대용량 광 라우터 분야에 관한 것임.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

본 발명은 IP 패킷, 이더넷 프레임 등의 데이터 트래픽을 광 프레임 단위로 고속 교환하기 위한 고속 광 라우팅 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있음.

3. 발명의 해결 방법의 요지

본 발명은, 다수의 입력 포트들 및 출력 포트들과, 하위 IP 라우터에서 수신되는 데이터를 결합(Add)하기 위한 결합(Add)포트와, 분기된 데이터를 하위 IP 라우터로 분기(Drop)하기 위한 분기(Drop)포트를 구비한 고속 광 라우팅 장치에 있어서, 상기 입력 포트들과 상기 결합포트를 통해 입력되는 광신호들 중 헤더 정보를 담고 있는 헤더 파장 신호를 추출하기 위한 헤더 파장 분리부; 상기 헤더 파장 분리부를 통해 상기 헤더 파장 신호가 분리된 광신호를 파장별로 역다중화하고, 역다중화된 파장별 광신호를 프레임별로 나누어 입력하는 광신호 입력부; 상기 광신호 입력부에서 출력된 프레임별로 나뉜 광신호를 스위칭하는 광 스위치; 상기 광 스위치에서 스위칭되어 출력된 프레임별로 나뉜 광신호를 결합하고 하나의 출력 광신호로 파장 다중화하여 출력하는 광신호 출력부; 상기 광신호 입력부, 상기 광 스위치 및 상기 광신호 출력부를 제어하기 위한 제어부; 상기 헤더 파장 분리부에서 분리된 상기 헤더 파장을 입력받아 상기 제어부를 통해 상기 광신호 입력부 및 상기 광 스위치를 제어하도록 상기 헤더 파장에 포함된 헤더 정보를 상기 제어부에 전송하고, 상기 광신호 출력부를 통해 출력되는 광신호에 대한 새로운 헤더 정보를 생성하여 상기 헤더 파장 결합부에 전송하는 헤더 관리부; 상기 광신호 출력부를 통해 출력된 상기 출력 광신호에 대해 해당되는 상기 헤더 관리부에서 생성된 상기 새로운 헤더 정보를 담은 파장 신호를 결합하는 헤더 파장 결합부; 및 하위 IP 라우터에서 입력되는 IP 패킷들을 광 프레임으로 변환하여 상기 결합 포트로 전송하고, 상기 분기 포트로부터의 광 프레임을 하위 IP 라우터로 입력하기 위한 IP 패킷들로 변환하여 상기 하위 IP 라우터로 전송하는 에지 트래픽 집합기를 포함함.

4. 발명의 중요한 용도

본 발명은 광 통신 등에 이용됨.

Description

고속 광 라우팅 장치 및 그 방법{Apparatus and Method of Fast Optical Routing}

본 발명은 IP 패킷(packet), 이더넷(Ethernet) 프레임 등의 데이터 트래픽을 광 프레임 단위로 고속 교환하는 대용량 광 라우터 분야에 관한 것이다.

일반적으로 인터넷, 동영상, 주문형 비디오(Video On Demand: VOD) 등 데이터 서비스의 급격한 증가에 따라 망에서는 수백 Gb/s ~ 수 T/s에 이르는 대용량 데이터 트래픽이 발생하고 있으며 이의 효율적 스위칭 또는 라우팅을 위해서는 수백 Gb/s ~ 수 Tb/s의 용량의 갖는 대용량 라우터/스위치가 요구된다.

이러한 대용량 IP 라우터를 구성하기 위해 종래에는 소용량 IP 라우터 수십 대를 상호 연결하여 대용량 효과를 얻어왔다. 그러나 이러한 방식에서 50~60 %의 용량이 단순히 상호 연결하는데 사용되므로 대역폭의 낭비를 초래하고 또한 요구 용량에 따라 IP 라우터의 수가 급격히 증가하는 문제점을 갖는다. 그러므로 장비의 수를 줄이기 위해서는 가능한 큰 용량을 갖는 라우터/스위치의 필요성이 끊임없이 제기되어 왔다.

종래에는 이러한 대용량 라우터를 구성하기 위해 두 가지 방법을 주로 사용해왔다.

도 1은 종래의 전광 라우터의 구성을 나타낸 예시도면으로서, 대용량 라우터를 구성하기 위한 첫 번째 방법을 개시한 것이다. 도시된 바에 따르면, 광 데이터는 온-오프 게이트(on-off gate) 스위치들(14-3)로 이루어지는 공간 스위치(14)를 통해 교환을 수행하고, 광 데이터 사이에 충돌이 발생할 경우 가변 파장 변환기와 광섬유 지연선 버퍼를 이용하여 충돌을 해결하였다. 이외에도 가변 파장 변환기와 N x N AWG(Arrayed Waveguide Grating) 등의 파장 라우터를 이용하여 광 데이터를 스위칭하고 광섬유 지연선을 통해 데이터 사이의 충돌을 해결하였다.

두 번째 방법은, 10Gb/s 이상의 고속 인터페이스를 채용한 대용량 IP 라우터를 구현한 것이다. 이 방식에서는 입력되는 패킷의 헤더를 패킷 별로 인식하여 전기 스위치를 구동하여 패킷 라우팅/스위칭을 수행한다. 그리고 패킷들 사이의 충돌은 전기적 버퍼를 통해 해결한다. 이를 위해 테라비트(Terabit) 라우터의 종류로 위와 같은 방식의 대용량 IP 라우터를 개발해 왔다.

도 1과 같은 전광 라우터 접근 방식에서는 광 메모리의 부재로 인해 광 데이터간의 충돌을 해결하기 위해 광섬유 지연선을 사용한다. 그러나 광 라우터의 교환 용량이 증가하고, 광 데이터의 길이가 길 경우 광섬유 지연선의 길이는 수십 ~ 수백 km에 달할 수 있으며, 이는 시스템의 크기를 크게 할 뿐만 아니라 복잡도를 크게 증가시키는 문제점이 있다.

그리고, 광섬유 지연선은 광 신호가 광 섬유 내에서 시간 지연되는 효과를 이용하는 것이므로 시스템 제어가 무척 어려우며 광섬유에서 발생하는 손실에 의한 광 데이터간의 신호 크기 차이가 발생한다. 그리고 대부분의 전광 라우터 방식에서는 스위칭 또는 버퍼링을 위해 많은 가변 파장 변환기(TWC : Tunable Wavelength Converter)(12)를 사용한다. 가변 파장 변환기(12)는 일반적으로 가변 파장 레이저와 다수의 반도체 광 증폭기(Semiconductor Optical Amplifier: SOA)로 구성되며 고가의 제조 비용이 발생되는 문제점이 있다.

또한, 가변 파장 레이저의 안정화 속도가 수 ms ~ 수십 ms로 매우 느려 고속의 광 라우터에는 적합하지 않다. 그리고, 전광 라우터에서는 신호의 성능 감시와 신호 재생이 무척 어렵다는 문제점을 갖는다.

도 1에 도시한 실시예의 경우에는 많은 광 커플러가 사용되기 때문에 광 데이터가 큰 경로 손실을 갖는다는 단점이 있다. 전기적 IP 라우터의 경우에는 입력되는 패킷별로 헤더를 인식하여 포워딩(forwarding)을 수행해야 하는 데 10 Gb/s의 고속 패킷을 처리하는데 큰 속도 한계를 가지며 현재까지 40Gb/s의 인터페이스는 개발이 되지 않고 있다.

현재 기술로 10Gb/s, 40Gb/s의 속도를 갖는 64바이트의 패킷을 처리하기 위해서는 각각 15Mp/s, 60Mp/s의 포워딩 속도가 필요하다. 또한, 하위 라우터로 애드(add), 드롭(drop)되는 패킷뿐만 아니라 통과(path-through)되는 패킷까지 처리해야 하므로 라우터의 처리 부담이 크게 증가하며 이는 처리 용량의 낭비를 가져오게 된다.

그리고, 대용량 IP 라우터에서는 고속의 전기 스위치를 사용해야 하는데 전기 스위치는 속도 및 확장성의 한계를 갖는다. 또한 수 Tb(terabit)/s 이상의 용량이 요구되는 대용량 노드를 구성할 때 수십 대 이상의 대용량 라우터가 필요하며 이는 노드의 복잡성을 가중시킬 뿐만 아니라 노드 구성 및 운용 비용을 크게 상승시키게 된다.

본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, IP 패킷, 이더넷 프레임 등의 데이터 트래픽을 광 프레임 단위로 고속 교환하기 위한 고속 광 라우팅 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은, 전광 라우터에서 문제가 되는 가변 파장 변환기 및 광섬유 지연선 버퍼의 문제를 해결하며 광 신호의 신호 성능 감시 및 신호 재생을 용이하게 하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은, 고속 IP 라우터 접근 방식과 달리 수 ns의 스위칭 속도를 갖는 광 스위치를 사용함으로써 전기 스위치 속도 및 확정성의 문제를 해결하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은, 에지 트래픽 집합기(edge traffic aggregator)에서 패킷을 일정 길이를 갖는 광 프레임으로 변환하여 스위칭을 수행하므로 종래 고속 IP 라우터의 포워딩 및 스위칭 속도 한계를 해결함을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 수 Tb/s의 용량을 갖는 노드를 구성하기 위해 종래에는 수십 대의 IP 라우터를 사용해야 했으나 발명된 단일 구조로 Tb/s 이상의 용량을 가지게 함으로써 노드를 구성하는 장비의 수를 크게 감소시켜 노드의 상면적, 구축 비용 및 운용 비용을 크게 절감하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 다수의 입력 포트들 및 출력 포트들과, 하위 IP 라우터에서 수신되는 데이터를 결합(Add)하기 위한 결합(Add)포트와, 분기된 데이터를 하위 IP 라우터로 분기(Drop)하기 위한 분기(Drop)포트를 구비한 고속 광 라우팅 장치에 있어서, 상기 입력 포트들과 상기 결합포트를 통해 입력되는 광신호들 중 헤더 정보를 담고 있는 헤더 파장 신호를 추출하기 위한 헤더 파장 분리부; 상기 헤더 파장 분리부를 통해 상기 헤더 파장 신호가 분리된 광신호를 파장별로 역다중화하고, 역다중화된 파장별 광신호를 프레임별로 나누어 입력하는 광신호 입력부; 상기 광신호 입력부에서 출력된 프레임별로 나뉜 광신호를 스위칭하는 광 스위치; 상기 광 스위치에서 스위칭되어 출력된 프레임별로 나뉜 광신호를 결합하고 하나의 출력 광신호로 파장 다중화하여 출력하는 광신호 출력부; 상기 광신호 입력부, 상기 광 스위치 및 상기 광신호 출력부를 제어하기 위한 제어부; 상기 헤더 파장 분리부에서 분리된 상기 헤더 파장을 입력받아 상기 제어부를 통해 상기 광신호 입력부 및 상기 광 스위치를 제어하도록 상기 헤더 파장에 포함된 헤더 정보를 상기 제어부에 전송하고, 상기 광신호 출력부를 통해 출력되는 광신호에 대한 새로운 헤더 정보를 생성하여 상기 헤더 파장 결합부에 전송하는 헤더 관리부; 상기 광신호 출력부를 통해 출력된 상기 출력 광신호에 대해 해당되는 상기 헤더 관리부에서 생성된 상기 새로운 헤더 정보를 담은 파장 신호를 결합하는 헤더 파장 결합부; 및 하위 IP 라우터에서 입력되는 IP 패킷들을 광 프레임으로 변환하여 상기 결합 포트로 전송하고, 상기 분기 포트로부터의 광 프레임을 하위 IP 라우터로 입력하기 위한 IP 패킷들로 변환하여 상기 하위 IP 라우터로 전송하는 에지 트래픽 집합기를 포함한다.

한편, 본 발명은, 다수의 입력 포트들 및 출력 포트들과, 하위 IP 라우터에서 수신되는 데이터를 결합(Add)하기 위한 결합(Add)포트와, 분기된 데이터를 하위 IP 라우터로 분기(Drop)하기 위한 분기(Drop)포트를 구비한 광 라우터에서의 고속 광 라우팅 방법에 있어서, 다수의 데이터 파장들과 상기 각각의 데이터 파장들에 대한 헤더 정보를 포함한 제 1 헤더 파장으로 이루어진 광신호를 입력 포트들과 결합 포트를 통해 입력받는 제 1 단계; 상기 입력된 광신호에서 상기 제 1 헤더 파장을 추출하는 제 2 단계; 상기 다수의 데이터 파장들을 파장별로 역다중화하고 전기 신호로 바꾸어 프레임별로 나눈 후 다시 광신호로 변환하는 제 3 단계; 상기 제 1 헤더 파장에 포함된 헤더 정보에 따라, 상기 제 3 단계의 광신호를 스위칭하는 제 4 단계; 상기 제 4 단계에서 스위칭된 광신호를 전기 신호로 바꾸어 프레임별로 결합한 후 다시 광신호로 변환하고 파장별 상기 광신호를 파장 분할 다중화하여 하나의 광신호로 생성하는 제 5 단계; 상기 제 5 단계에서 생성된 광신호에 대한 파장별 헤더 정보를 제 2 헤더 파장으로 생성하고 이를 상기 제 5 단계에서 생성된 광신호와 결합하여 출력 포트들을 통해 다음 노드로 전송하는 제 6 단계; 및 상기 제 5 단계에서 생성된 광신호를 분기 포트를 통해 하위 인터페이스로 전송하는 제 7 단계를 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면에 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.

도 2 는 본 발명에 따른 고속 광 라우팅 장치의 일실시예 구성도이다.

도 2 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고속 광 라우팅 장치는 N개의 입출력 포트와 각 1개의 결합(add)/분기(drop) 포트, 헤더 파장 신호의 검출을 위한 광 서큘레이터(11-1, 11-2, 11-3)와 광섬유 격자(12-1, 12-2, 12-3), 파장 역다중화기(13-1, 13-2, 13-3), 입력되는 광 데이터 프레임을 전기 신호로 변환하여 처리하는 입력 인터페이스(14-1, 14-2, 14-3), 광 데이터 프레임을 고속 스위칭하는 광 스위치 패브릭(15), 스위칭된 광 데이터 프레임을 처리하는 출력 인터페이스(16-1, 16-2, 16-3), 출력 인터페이스를 통해 출력되는 파장별 광신호를 하나의 광신호로 다중화하는 파장 다중화기(17-1, 17-2, 17-3), 헤더와 다중화된 하나의 광신호를 결합하는 광 커플러(18-1, 18-2), 광 서큘레이터(11-1, 11-2, 11-3)에서 검출된 헤더 파장 신호을 전기 신호로 변환하는 광/전 변환기(19), 헤더 파장 신호 내의 헤더 정보를 인식하여 광 라우터를 제어하는 헤더 처리부(110), 입출력 인터페이스 제어기(111, 114) 및 광 스위치를 제어하는 광 스위치 제어기(112), 헤더 정보 변경과 재발생을 위한 헤더 정보 재발생기(113), 재발생된 헤더 정보를 광 변조하는 광/변 변환기(115), 하위 IP 라우터에서 입력되는 광 IP 패킷들을 광 프레임으로 변환하는 인그래스부(ingress part)(116-1)과 광 데이터 프레임을 광 IP 패킷으로 변환하여 하위 IP 라우터로 전달하는 이그래스부(egress part)(116-2)를 포함하는 에지 트래픽 집합기(edge traffic aggregator)(116)로 구성된다.

도 3a 내지 도 3b 는 본 발명에 따른 고속 광 라우팅 장치에 사용되는 입력 인터페이스의 상세 구성 예시도이다.

도 3a는 본 발명에 따른 고속 광 라우팅 장치에 사용되는 입력 인터페이스에 대한 상세 구성도이다. 본 발명에 따른 고속 광 라우팅 장치에 사용되는 입력 인터페이스(14-1, 14-2, 14-3)는 WDM(13-1, 13-2, 13-3)으로부터 광 데이터 프레임을 수신하여 전기 신호로 변환하는 광/전 변환기(21), 광 스위치(15)로 전송하기 전 충돌을 해결하기 위해 데이터 프레임을 저장하는 큐(queue)(22), 큐(22)로부터 출력된 전기 신호를 광 변조하여 전달하기 위한 전/광 변환기(23)로 구성된다.

도 3b는 본 발명에 따른 고속 광 라우팅 장치에 사용되는 입력 인터페이스에서 큐(22)에 대한 상세 구성도이다. 큐(22)는 입력 버퍼링의 한계를 극복하기 위해 전기 스위치(25), 다중 버퍼(29) 및 결합기(27)를 포함한다. 그리고, 입력 인터페이스(14-1, 14-2, 14-3) 내의 큐(22)는 입력 인터페이스 제어부(24)에 의해 제어된다.

도 4 는 본 발명에 따른 고속 광 라우팅 장치에 사용되는 출력 인터페이스의 상세 구성 예시도이다.

도 4 에 도시된 바와 같이, 출력 인터페이스(16-1, 16-2, 16-3)은 광 스위치(15)에서 스위칭된 광 데이터를 전기 신호로 변환하는 광/전 변환기(31), 전기 신호로 변환된 데이터 프레임을 잠시 저장하는 버퍼(32) 및 버퍼(32)로부터 출력된 전기 신호로 변환된 데이터 프레임을 광 변조하여 출력하는 전/광 변환기(33)로 구성되며, 특히 버퍼(32)에 대한 제어는 출력 인터페이스 제어기(34)에 의해 이루어진다.

도 5 는 본 발명에 따른 고속 광 라우팅 장치에 사용되는 에지 트래픽 집합기의 인그래스부에 대한 상세 구성 예시도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 에지 트래픽 집합기(Edge traffic aggregator)(116)의 인그래스부(ingress part)(116-1)는 하위 IP 라우터에서 입력되는 광 IP 패킷을 수신하여 전기 신호로 변환하기 위한 광/전 변환기(41-1, 41-2), 전기 신호로 변환된 IP 패킷에 대한 포워딩 기능을 포함하는 패킷 처리 기능을 수행하기 위한 패킷 처리부(42-1, 42-2), 패킷 처리부(42-1, 42-2)에서의 패킷 포워딩 동작 수행을 위한 주소 룩업(look-up) 테이블(43), 데이터 프레임 생성을 위하여 패킷 처리부(42-1, 42-2)에서 출력된 패킷을 데이터 프레임 어셈블러(45)내의 버퍼로 스위칭하기 위한 제 1 전기 스위치(44), 내장된 버퍼에 스위칭된 패킷들을 데이터 프레임으로 변환하는 데이터 프레임 어셈블러(45), 생성된 데이터 프레임의 출력 순서와 출력 파장을 결정하기 위한 제어기/스케줄러(46), 출력 순서와 출력 파장에 따라 데이터 프레임을 스위칭하기 위한 제 2 전기 스위치(47), 제어기/스케줄러(46)의 정보에 따라 데이터 프레임의 목적지 정보 등을 포함하는 헤더를 발생시키는 헤더 발생기(410), 제 2 전기 스위치(47)에서 출력된 데이터 프레임을 전/광 변환하는 전/광 변환기(48-1, 48-2), 헤더 발생기(410)에서 발생한 헤더를 전/광 변환하는 전/광 변환기(411), 전/광 변환기(48-1, 48-2)에서 전/광 변환된 광 데이터 프레임 신호들을 하나의 출력 광신호로 파장 다중화하는 다중화기(49), 전/광 변환된 헤더와 파장 다중화되어 하나의 광신호로 출력된 광 데이터 프레임을 결합시키는 광 커플러(412)를 포함한다.

도 6 은 본 발명에 따른 고속 광 라우팅 장치에 사용되는 에지 트래픽 집합기의 이그래스부에 대한 상세 구성 예시도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 에지 트래픽 집합기(Edge traffic aggregator)(116)의 이그래스부(egress part)(116-2)는 분기 채널을 통해서 분기(drop)된 파장 분할 다중화 광신호를 파장별 광 데이터 프레임으로 역다중화하는 파장 역다중화기(51), 파장별 광 데이터 프레임으로 역다중화된 광신호를 전기 신호로 변환하는 광/전 변환기(52-1, 52-2), 전기 신호로 변환된 파장별 광 데이터 프레임을 IP 패킷 단위로 분리하는 데이터 프레임 디스어셈블러(disassembler)(53), 분리된 IP 패킷의 출력 순서를 제어하는 스케줄러(54), 포워딩 과정을 포함하는 패킷 처리 과정을 통해 IP 패킷을 처리하는 패킷 처리부(55-1, 55-2), 패킷 처리부(55-1, 55-2)의 포워딩 기능시 각각의 IP 패킷이 목적하는 목적지를 찾기위한 패킷 주소 룩업(look-up) 테이블(56), 패킷 처리부(55-1, 55-2)에서 출력된 패킷을 패킷 주소 룩업(look-up) 테이블(56)에 따른 목적지 라우터로 스위칭하는 전기 스위치(57) 및 스위칭된 패킷들을 광 변조하여 하위 IP 라우터로 전달하는 전/광 변환기(58-1, 58-2)를 포함한다.

도 7 은 본 발명에 따른 고속 광 라우팅 장치에서 사용되는 헤더 및 데이터 프레임의 형식에 대한 설명 예시도이다.

도 7 에 도시된 바와 같이, 헤더(61)와 데이터 프레임(62, 63, 64)은 각각 서로 다른 파장을 사용한다. 즉, 헤더는 파장을, 데이터 프레임은 ~ 의 파장을 사용한다. 또한, 헤더 프레임과 데이터 프레임은 동기화되어 전송되며 같은 시간 길이를 갖는다.

그리고, 헤더는 저속의 신호를 사용하고 데이터 프레임은 고속의 신호를 사용한다. 예를 들어 데이터 프레임의 속도가 10 Gb/s이고 헤더의 속도는 1.25 Gb/s일 경우이다.

그리고, 헤더 프레임(61)은 다시 n개의 서브 프레임(sub-frame)으로 구성되는데 각 서브 프레임에는 데이터 프레임용 헤더, 데이터 프레임용 헤더, 데이터 프레임용 헤더가 시분할 다중화되어 포함된다.

그리고, 각 헤더와 데이터 프레임의 앞 부분에는 각 시작점을 식별하기 위해 프리앰블(preamble)을 포함한다.

도 2 내지 도 6 의 구성을 포함하는 본 발명에 따른 고속 광 라우터의 동작을 상기 도 2 내지 도 7 을 이용하여 설명하면 다음과 같다.

도 7에서 도시한 헤더 및 데이터 프레임은 에지 트레픽 집합기(edge traffic aggregator)에서 생성된다. 우선, 본 발명에 따른 고속 광 라우터의 동작을 설명하기 위해 에지 트레픽 집합기(116)의 인그래스부와 이그래스부의 동작을 설명한다.

하위 IP 라우터에서 전송되는 IP 패킷은 주로 1.3 mm의 파장을 가지고 입력되는데 인그래스부 입력부의 광/전 변환기(41-1, 41-2)에서 전기 신호로 변환된다. 전기 신호로 변환된 패킷은 패킷 처리부(42-1, 42-2)에서 주소 룩업 테이블(42-1)을 룩업(look-up)하여 목적지 포트(출력 위치)와 출력 순서를 결정한다. 그리고, 인그래스부 내의 데이터 프레임 어셈블러(45)에는 목적지 주소만큼의 버퍼가 존재한다. 따라서, 패킷 처리부(42-1, 42-2)에서 목적지 포트와 출력 순서가 정해진 패킷은 MxK(여기서 M은 입력 신호의 수, K는 데이터 프레임 어셈블러의 버퍼수이다.) 전기 스위치(44)에서 목적지 주소와 맞는 데이터 프레임 어셈블러(45) 내의 버퍼로 스위칭된다. 그리고, 데이터 프레임 어셈블러(45) 내의 버퍼에 데이터 프레임 길이(65)만큼의 패킷이 차면 제어기/스케줄러(46)으로 출력 요구 신호를 전달한다.

그리고, 출력 요구 신호를 받은 제어기/스케줄러(46)는 출력 파장 채널의 상태를 검사하여 현재 사용 가능한 파장 채널이 있는지를 확인한다. 확인 결과, 사용 가능한 파장 채널이 없을 경우 버퍼 내에서 가용 채널이 생길 때까지 기다리게 된다. 한편, 사용 가능한 파장 채널이 있으면 제어기/스케줄러(46)에서는 Kxn(여기서, K는 데이터 프레임 어셈블러의 버퍼수, n은 출력 광 채널의 수) 전기 스위치(47) 제어 신호를 발생시키고, 버퍼 내에 차 있던 데이터 프레임은 Kxn 전기 스위치(47)에서 선택된 파장 채널을 갖는 전/광 변환부(48-1, 48-2)로 스위칭된다. 그리고, 전/광 변환부(48-1, 48-2)에서 광 변조된 후 파장 다중화(49)된다. 그리고, 제어기/스케줄러(46)에서는 선택된 데이터 프레임이 출력될 파장 및 출력 시간 등의 정보를 헤더 발생기(410)로 전송한다. 그리고, 헤더 발생기(410)에서는 제어기/스케줄러(46)에서 받은 정보를 토대로 데이터 프레임의 목적지 주소 등을 포함하는 헤더를 발생시키고 이 헤더는 출력될 데이터 프레임이 갖는 파장을 위한 헤더 위치(61-1, 61-2, 61-3)에 놓이게 된다. 이와 같은 방식으로 각 파장에 해당되는 헤더가 모두 발생되어 시분할 다중화가 완료되면 이 헤더 신호들은 파장을 갖는 광 송신기(411)에서 변조된 후 파장 다중화된 광 데이터 프레임 신호들과 광 커플러(412)에서 결합하여 본 발명에 따른 고속 광 라우터의 결합(add) 포트로 전송된다. 이때, 광 데이터 프레임과 헤더는 도 7 에 나타낸 바와 같이 동기화되어 전송된다.

한편, 광 라우터에서 스위칭된 광 데이터 프레임들 중 하위 IP 라우터로 전송될 광 데이터 프레임들은 분기(drop) 포트를 통해 에지 트래픽 집합기(edge traffic aggregator)(116)의 이그래스부(116-2)로 입력된다. 그리고, 이그래스부(116-2)에 입력된 광 데이터 프레임 신호들은 파장 역다중화(51)된 후 광/전 변환기(52-1, 52-2)에서 전기 신호로 변환된다. 전기 신호로 변환된 데이터 프레임은 데이터 프레임 디스어셈블러(disassembler)(53)에서 원래의 IP 패킷 단위로 분리된다. 그리고, 분리된 IP 패킷들은 스케줄러(54)에서 출력 순서를 부여 받은 후 패킷 처리부(55-1, 55-2)에서 목적지 IP 라우터로 전송되기 위해 주소 룩업 테이블(56)을 이용해서 포워딩 과정을 거친 후 nxM(여기서, n은 입력 신호의 수, M은 출력 신호의 수) 전기 스위치(57)에서 목적지 IP 라우터 쪽으로 스위칭된다. 그리고, 스위칭된 패킷들은 전/광 변환기(58-1, 58-2)에서 광 변조된 후 목적지 IP 라우터로 전송된다.

이와 같이 에지 트래픽 집합기(edge traffic aggregator)(116)의 인그래스부(116-1) 및 이그래스부(116-2)의 동작을 이용하여 본 발명에 따른 광 고속 라우터의 동작을 살펴보면, 에지 트래픽 집합기(edge traffic aggregator)(116)의 인그래스부(116-1)에서 출력되어 결합(add) 포트로 입력되는 파장 다중화된 광 프레임 및 헤더와, 본 발명에 따른 고속 광 라우터의 다른 입력 포트(1~N)로 입력되는 광 데이터 프레임 및 헤더 신호들 중 헤더 파장 들은 고속 광 라우터 입력부의 광 서큘레이터(11-1, 11-2, 11-3)와 광 섬유 격자(12-1, 12-2, 12-3)에서 분리되어 광 라우터 제어부로 전달된다. 그리고, ~의 파장 신호들은 역다중화(13-1, 13-2, 13-3)된 후 입력 인터페이스(14-1, 14-2, 14-3)로 전달된다.

그리고, 입력 인터페이스(14-1, 14-2, 14-3)로 입력된 광 데이터 프레임은 광/전 변환기(21)에서 전기 신호로 변환된 후 큐(queue)(22)에 저장된다. 그리고, 큐(22)는 헤더 처리부(110)과 연결된 입력 인터페이스 제어기(111)에 의해 제어되는 데 그 동작은 다음과 같다.

헤더 파장 들은 광 라우터 제어부 입력의 광/전 변환기(19)에서 전기 신호로 변환되어 헤더 처리부(110)로 입력된다. 그리고, 헤더 처리부(110)에서는 헤더 내의 목적지 주소등의 정보 등을 읽어낸 후 해당 데이터 프레임이 출력될 순서를 스케줄링 과정을 통해 결정한다. 그리고, 헤더 처리부(110)에서 스케줄링이 완료될 때까지 해당 데이터 프레임은 큐(22)에 저장된다. 이 때, 입력 버퍼링의 문제인 HOL(Head Of Line) 블로킹 문제를 해결하기 위해 큐(22)는 다중 버퍼(26)로 구성된다. 그리고, 해당 데이터 프레임의 스케줄링이 완료되면 패킷 처리부(110)에서는 입력 인터페이스 제어기(111, 24)로 데이터 프레임 출력 가능 신호를 전달하고 입력 인터페이스 제어기(111, 24)는 큐(22)를 제어하여 저장되어 있던 데이터 프레임을 출력시킨 후 광 변조(23)하여 광 스위치(15)로 전송한다. 이때 전/광 변환기(23)는 값이 싼 쇼트 리치(short reach)용 소자를 사용할 수 있다. 그리고, 헤더 처리부(110)에서는 데이터 프레임 스케줄링 결과를 토대로 광 스위치 제어기(112)로 제어 신호를 전달하고 광 스위치 제어기(112)에서 광 스위치(15)를 제어하여 광 스위치(15)로 전송된 광 데이터 프레임을 목적지 출력으로 고속 스위칭한다. 또한, 헤더 처리부(110)에서는 헤더 정보 변경 및 재발생을 위한 정보를 헤더 재발생부(113)으로 전송한다.

그리고, 광 스위치(13)에서 스위칭된 광 데이터 프레임은 출력 인터페이스(16-1, 16-2, 16-3)로 입력된다. 출력 인터페이스(16-1, 16-2, 16-3)로 입력된 신호는 다시 광/전 변환기(31)에서 전기 신호로 변환된 후 버퍼(32)에 저장된다. 이 과정에서 광 데이터 프레임의 3R 재생성(regeneration) 등이 이루어질 수 있다. 그리고, 버퍼에 저장된 데이터 프레임은 헤더를 포함하지 않으므로 새로운 헤더 발생이 완료되어야만 출력될 수 있다. 이 동작을 설명하면 다음과 같다. 우선, 헤더 처리부(110)에서 전송된 헤더 변경 신호를 수신한 헤더 재발생부(113)에서는 헤더를 수정하여 재발생시키고 도 7 에 도시된 바와 같은 헤더 프레임(61)을 형성한 후, 헤더프레임(61)이 포함된 헤더 신호를 전/광 변환기(115)로 전송한다.

그리고, 이와 함께 헤더 재발생부(113)에서는 출력 인터페이스 제어기(114, 34)로 데이터 프레임 출력 가능 신호를 전송한다. 그리고, 출력 인터페이스 제어기(114, 34)는 버퍼(32)를 제어하여 저장되어 있던 데이터 프레임을 출력시킨 후 광 변조(33)시킨다. 그리고, 광 변조된 광 데이터 프레임 신호들은 파장 다중화(17-1, 17-2)된 후 광 변조(115)된 헤더와 광 커플러(18-1, 18-2)에서 결합하여 다음 광 라우터로 출력된다.

한편, 광 스위치(15)에서 스위칭된 데이터 프레임들 중 하위 IP 라우터로 전달될 데이터 프레임들은 헤더 재 삽입 과정을 거치지 않고 출력 인터페이스(16-3)를 거쳐 에지 트래픽 집합기(116)내의 이그래스부(116-2)로 분기(drop)된다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

상기와 같은 본 발명은, IP 패킷, 이더넷(Ethernet) 프레임 등의 데이터 트래픽을 광 프레임 단위로 고속 교환하는 광 라우터를 제공하며, 특히 광/전변환 및 전/광 변환을 활용함으로써 종래의 전광 라우터 접근 방식이 갖는 가변 파장 변환기의 가격 및 속도 제한과 광섬유 지연선 버퍼의 문제를 해결하며 신호 성능 감시 및 신호 재생을 용이하게 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 전기적 라우터 접근 방식과 달리 고속의 광 스위치를 사용함으로써 전기 스위치의 속도 및 확장성 문제를 해결하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 일정 길이를 갖는 광 프레임 단위로 스위칭을 수행하므로 종래 IP 라우터의 포워딩 및 스위칭 속도 제한을 해결하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 단일 구조로 Tb/s 이상의 용량을 가질 수 있으므로 노드에 요구되는 장비의 수를 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1 은 종래의 전광 라우터의 구성을 나타낸 예시도.

도 2 는 본 발명에 따른 고속 광 라우팅 장치의 일실시예 구성도.

도 3a 내지 도 3b 는 본 발명에 따른 고속 광 라우팅 장치에 사용되는 입력 인터페이스의 상세 구성 예시도.

도 4 는 본 발명에 따른 고속 광 라우팅 장치에 사용되는 출력 인터페이스의 상세 구성 예시도.

도 5 는 본 발명에 따른 고속 광 라우팅 장치에 사용되는 에지 트래픽 집합기의 인그래스부에 대한 상세 구성 예시도.

도 6 은 본 발명에 따른 고속 광 라우팅 장치에 사용되는 에지 트래픽 집합기의 이그래스부에 대한 상세 구성 예시도.

도 7 은 본 발명에 따른 고속 광 라우팅 장치에서 사용되는 헤더 및 데이터 프레임의 형식에 대한 설명 예시도.

Claims

다수의 입력 포트들 및 출력 포트들과, 하위 IP 라우터에서 수신되는 데이터를 결합(Add)하기 위한 결합(Add)포트와, 분기된 데이터를 하위 IP 라우터로 분기(Drop)하기 위한 분기(Drop)포트를 구비한 고속 광 라우팅 장치에 있어서,

상기 입력 포트들과 상기 결합포트를 통해 입력되는 광신호들 중 헤더 정보를 담고 있는 헤더 파장 신호를 추출하기 위한 헤더 파장 분리부;

상기 헤더 파장 분리부를 통해 상기 헤더 파장 신호가 분리된 광신호를 파장별로 역다중화하고, 역다중화된 파장별 광신호를 프레임별로 나누어 입력하는 광신호 입력부;

상기 광신호 입력부에서 출력된 프레임별로 나뉜 광신호를 스위칭하는 광 스위치;

상기 광 스위치에서 스위칭되어 출력된 프레임별로 나뉜 광신호를 결합하고 하나의 출력 광신호로 파장 다중화하여 출력하는 광신호 출력부;

상기 광신호 입력부, 상기 광 스위치 및 상기 광신호 출력부를 제어하기 위한 제어부;

상기 헤더 파장 분리부에서 분리된 상기 헤더 파장을 입력받아 상기 제어부를 통해 상기 광신호 입력부 및 상기 광 스위치를 제어하도록 상기 헤더 파장에 포함된 헤더 정보를 상기 제어부에 전송하고, 상기 광신호 출력부를 통해 출력되는 광신호에 대한 새로운 헤더 정보를 생성하여 상기 헤더 파장 결합부에 전송하는 헤더 관리부;

상기 광신호 출력부를 통해 출력된 상기 출력 광신호에 대해 해당되는 상기 헤더 관리부에서 생성된 상기 새로운 헤더 정보를 담은 파장 신호를 결합하는 헤더 파장 결합부; 및

하위 IP 라우터에서 입력되는 IP 패킷들을 광 프레임으로 변환하여 상기 결합 포트로 전송하고, 상기 분기 포트로부터의 광 프레임을 하위 IP 라우터로 입력하기 위한 IP 패킷들로 변환하여 상기 하위 IP 라우터로 전송하는 에지트래픽 집합기를 포함하는 고속 광 라우팅 장치.
제 1 항에 있어서, 헤더 정보를 담고 있는 상기 헤더 파장 신호는,

상기 입력 포트를 통해 입력되는 광신호에 포함된 파장별 데이터 프레임에 대한 헤더 정보를 상기 데이터 프레임에 대한 파장과는 다른 하나의 파장에 시분할적으로 다중화하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고속 광 라우팅 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 헤더 파장 분리부는,

상기 입력된 광신호 중 헤더 파장 신호를 반사하여 전달하고 상기 헤더 파장 신호를 제외한 광신호를 상기 광신호 입력부로 전달하는 광필터부; 및

상기 입력 포트를 통해 입력된 광신호를 입력받아 상기 광필터부로 전달하고, 상기 광필터부로부터 전달된 상기 헤더 파장 신호를 상기 헤더 관리부로 전달하는 광 서큘레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 광 라우팅 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 광신호 입력부는,

상기 헤더 파장 분리부를 통해 상기 헤더 파장 신호가 분리된 광신호를 입력받아 상기 광신호를 파장별로 분리하는 파장분할 역다중화기;

상기 파장분할 역다중화기에서 출력된 각 파장별 광신호를 각각 광전 변환하는 광/전 변환부;

상기 광/전 변환된 전기 신호를 상기 제어부의 제어에 따라, 데이터 프레임별로 나누어 저장하고 상기 제어부의 제어에 따라 출력하는 임시 저장부; 및

상기 임시 저장부에서 출력된 데이터 프레임을 광신호로 바꾸어 상기 광스위치로 출력하는 전/광 변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 광 라우팅 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 광신호 출력부는,

상기 광스위치를 통해 스위칭되어 출력된 광 프레임 신호를 입력받아 광전 변환하는 광/전 변환부;

상기 광/전 변환된 전기 신호를 상기 제어부의 제어에 따라, 데이터 프레임별로 나누어 저장하고 상기 제어부의 제어에 따라 출력하는 임시 저장부;

상기 임시 저장부에서 출력된 데이터 프레임을 광신호로 바꾸어 상기 광스위치로 출력하는 전/광 변환부; 및

상기 전/광 변환부를 통해 출력된 광신호를 다중화하여 하나의 출력 광신호로 출력하는 파장분할 다중화기를 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 광 라우팅 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 헤더 관리부는,

상기 헤더 파장 분리부에서 분리된 상기 헤더 파장 신호를 입력받아 광/전 변환하는 광/전 변환부;

상기 광/전 변환된 헤더 파장 신호에서 헤더 정보를 인식하여 상기 광신호 입력부 및 상기 광 스위치에 대한 제어를 위한 정보를 상기 제어부로 전송하는 헤더 처리부;

상기 광신호 출력부를 통해 출력될 광신호에 대한 새로운 헤더 정보를 생성하고 상기 제어부로 하여금 상기 광신호 출력부에 대한 출력 제어 신호를 전송하도록 하는 헤더 정보 재발생기; 및

상기 생성된 새로운 헤더 정보를 전/광 변환하는 전/광 변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 광 라우팅 장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제어부는,

상기 헤더 관리부를 통해 전달받은 헤더 정보를 이용해 상기 광신호 입력부, 상기 광스위치 및 상기 광신호 출력부를 제어하는 것을 특징으로 하는 고속 광 라우팅 장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중의 어느 한 항에 있어서,

상기 에지트래픽 집합기는,

하위 IP 라우터에서 입력되는 IP 패킷들을 광 프레임으로 변환하여 상기 결합 포트로 전송하는 인그래스부; 및

상기 분기 포트로부터의 광 프레임을 광 IP 패킷들로 변환하여 상기 하위 IP 라우터로 전송하는 이그래스부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 광 라우팅 장치.
제 8 항에 있어서, 상기 인그래스부는,

하위 IP 라우터에서 입력되는 광 IP 패킷을 수신하여 전기 신호로 변환하기 위한 제 1 광/전 변환기;

상기 전기 신호로 변환된 패킷에 대한 패킷 처리 동작을 수행하기 위한 패킷 처리부;

상기 패킷 처리부에서의 상기 패킷 처리 동작 중의 패킷 포워딩 동작 수행을 위한 주소 룩업(look-up) 테이블;

상기 패킷 처리부에서 출력된 패킷을 상기 주소 룩업 테이블에 따라 데이터 프레임 어셈블러내의 제 1 소정의 수의 버퍼로 스위칭하기 위한 제 1 전기 스위치;

상기 제 1 소정의 수의 버퍼를 내장하고, 상기 내장된 버퍼에 스위칭된 패킷들을 데이터 프레임으로 생성하기 위한 상기 데이터 프레임 어셈블러;

상기 데이터 프레임 어셈블러에서 생성된 데이터 프레임의 출력 순서와 출력 파장을 결정하기 위한 제어기/스케줄러;

상기 제어기/스케줄러에서 출력 순서와 출력 파장이 결정된 데이터 프레임을 해당 순서 및 파장에 맞게 스위칭하기 위한 제 2 전기 스위치;

상기 제어기/스케줄러의 정보에 따라, 상기 생성된 데이터 프레임의 목적지 정보 등을 포함하는 헤더를 발생시키는 헤더 발생기;

상기 제 2 전기 스위치에서 출력된 데이터 프레임을 전/광 변환하는 제 1 전/광 변환기;

상기 헤더 발생기에서 발생한 헤더를 전/광 변환하는 제 2 전/광 변환기;

상기 제 1 전/광 변환기를 통해 전/광 변환된 광 데이터 프레임 신호들을 파장 분할 다중화하여 하나의 광신호로 출력하는 파장 분할 다중화기;

상기 제 2 전/광 변환기를 통해 전/광 변환된 헤더와 상기 파장 분할 다중화되어 출력된 광신호를 결합시켜 상기 결합 포트로 전송하는 광 커플러를 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 광 라우팅 장치.
제 9 항에 있어서, 상기 데이터 프레임 어셈블러는

상기 제 1 전기 스위치를 통해 스위칭된 패킷들을 목적지별로 구분하여 제 1 소정의 수의 버퍼에 저장하였다가 일정량의 데이터가 누적되면, 각 버퍼별로 데이터 프레임으로 처리하며, 상기 제어기/스케줄러로 상기 데이터 프레임 어셈블러의 버퍼별 데이터 량 등을 전송하여 상기 제어기/스케줄러로 하여금 상기 데이터 프레임들의 출력 순서와 출력 파장을 결정하도록 구성함을 특징으로 하는 고속 광 라우팅 장치.
제 8 항에 있어서, 상기 이그래스부는,

상기 분기(drop) 포트를 통해 분기(drop)된 파장 분할 다중화 광 신호를 역다중화하는 파장 역다중화기;

상기 역다중화된 광 데이터 프레임을 전기 신호로 변환하는 제 1 광/전 변환기;

상기 전기 신호로 변환된 데이터 프레임을 IP 패킷 단위로 분리하는 데이터 프레임 디스어셈블러;

상기 분리된 IP 패킷의 출력 순서를 제어하는 스케줄러;

상기 분리된 IP 패킷에 대한 패킷 처리 동작을 수행하기 위한 패킷 처리부;

상기 패킷 처리부에서의 상기 패킷 처리 동작 중의 패킷 포워딩 동작 수행을 위한 주소 룩업(look-up) 테이블;

상기 패킷 처리부를 통해 처리된 패킷을 상기 주소 룩업 테이블에 따라 스위칭하는 전기 스위치; 및

상기 스위칭된 패킷들을 광변조하여 상기 하위 IP 라우터로 출력하는 제 2 전/광 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 광 라우팅 장치.
다수의 입력 포트들 및 출력 포트들과, 하위 IP 라우터에서 수신되는 데이터를 결합(Add)하기 위한 결합(Add)포트와, 분기된 데이터를 하위 IP 라우터로 분기(Drop)하기 위한 분기(Drop)포트를 구비한 광 라우터에서의 고속 광 라우팅 방법에 있어서,

다수의 데이터 파장들과 상기 각각의 데이터 파장들에 대한 헤더 정보를 포함한 제 1 헤더 파장으로 이루어진 광신호를 입력 포트들과 결합 포트를 통해 입력받는 제 1 단계;

상기 입력된 광신호에서 상기 제 1 헤더 파장을 추출하는 제 2 단계;

상기 다수의 데이터 파장들을 파장별로 역다중화하고 전기 신호로 바꾸어 프레임별로 나눈 후 다시 광신호로 변환하는 제 3 단계;

상기 제 1 헤더 파장에 포함된 헤더 정보에 따라, 상기 제 3 단계의 광신호를 스위칭하는 제 4 단계;

상기 제 4 단계에서 스위칭된 광신호를 전기 신호로 바꾸어 프레임별로 결합한 후 다시 광신호로 변환하고 파장별 상기 광신호를 파장 분할 다중화하여 하나의 광신호로 생성하는 제 5 단계;

상기 제 5 단계에서 생성된 광신호에 대한 파장별 헤더 정보를 제 2 헤더 파장으로 생성하고 이를 상기 제 5 단계에서 생성된 광신호와 결합하여 출력 포트들을 통해 다음 노드로 전송하는 제 6 단계; 및

상기 제 5 단계에서 생성된 광신호를 분기 포트를 통해 하위 인터페이스로 전송하는 제 7 단계를 포함하는 고속 광 라우팅 방법.
제 12 항에 있어서,

하위 인터페이스에서 입력되는 패킷들을 목적지주소에 따라 일정 길이의 광 데이터 파장들로 변환하고 상기 제 1 헤더 파장과 결합하여 상기 결합 포트로 전송하는 제 8 단계를 더 포함하는 고속 광 라우팅 방법.
제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,

상기 제 1 헤더 파장 또는 상기 제 2 헤더 파장은,

상기 데이터 파장들과 분리된 파장으로 구성되는 것을 특징으로 하는 고속 광 라우팅 방법.
제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,

상기 제 1 헤더 파장 또는 상기 제 2 헤더 파장은,

상기 데이터 파장들에 포함된 데이터 프레임과 같은 크기의 프레임을 상기 제 1 헤더 파장 또는 상기 제 2 헤더 파장에 포함된 헤더 정보의 수만큼의 균등한 크기의 서브 프레임으로 구성되는 것을 특징으로 하는 고속 광 라우팅 방법.