Αμιγως Οπτικο Κυκλωμα Ανακτησης Ρολογιου Στα 10ghz Για Ασυγχρονα Πακετα Πληροφοριας

Abstract

Η ραγδαία ανάπτυξη του Διαδικτύου (Internet) και του Παγκόσμιου Ιστού (World Wide Web), αναφορικά με τον αριθμό των χρηστών, αλλά κυρίως με το χρόνο χρήσης, και κατά επέκταση το εύρος ζώνης για τον καθένα από αυτούς είναι ο κυριότερος λόγος για τις ραγδαίες αλλαγές που συμβαίνουν στην βιομηχανία των τηλεπικοινωνιών. Όλοι οι χρήστες σε κάθε επίπεδο από τους απλούς οικιακούς έως τις μεγάλες εταιρίες ζητούν συνεχώς περισσότερη χωρητικότητα στο δίκτυο. Αυτή η εκρηκτική ανάπτυξη του Διαδικτύου έχει αλλάξει όμως και την μορφή του μεγαλύτερου ποσοστού των δεδομένων που διακινούνται παγκοσμίως στα τηλεπικοινωνικά δίκτυα, η οποία βασίζεται στο πρωτόκολλο του Διαδικτύου (Internet Protocol-IP) και είναι σε μορφή πακέτων. Τα πακέτα αυτά μέσα στο δίκτυο είναι ασύγχρονα μεταξύ τους και εμφανίζονται σε ρίπες (bursts) σε κάθε κόμβο (node). Πιο συγκεκριμένα στην οπτική μεταγωγή πακέτων εκρηκτικής ροής (Optical Burst Switching-OBS) η πληροφορία του κάθε χρήστη είναι συγκεντρωμένη στις άκρες του δικτύου, κατανεμημένη σε μια διεύθυνση προορισμού, και ομαδοποιημένη σε μεταβλητού μήκους εκρήξεις. Πριν την μετάδοση της κάθε ρίπης πακέτων, δημιουργείται ένα πακέτο ελέγχου το οποίο αμέσως στέλνεται στον προορισμό με σκοπό την δημιουργία μιας φυσικής σύνδεσης για την κάθε ρίπη. Κατόπιν ενός ορισμένου χρόνου, η εκρηκτική πληροφορία μεταδίδεται χωρίς να περιμένει θετική επιβεβαίωση από τον κόμβο προορισμού [1]. Στα οπτικά δίκτυα μεταγωγής πακέτου, η πληροφορία του κάθε χρήστη μεταφερέται σε οπτικά πακέτα μαζί με την πληροφορία ελέγχου που εμπερίεχεται σε κάθε ένα από αυτά. Η πληροφορία ελέγχου εξάγεται και επεξεργάζεται με ηλεκτρονικό τρόπο σε κάθε κόμβο. Η αρχιτεκτονική αυτή είναι επιθυμητή επειδή τα δίκτυα ηλεκτρονικής μεταγωγής πακέτου χαρακτηρίζονται από υψηλή αποδοτικότητα καθώς και ευκολία προσαρμογής σε συμφόρηση ή αποτυχίας μιας σύνδεσης. Όλα αυτά όμως ισχύουν για χαμηλές ταχύτητες μετάδοσης της πληροφορίας. Καθώς η χωρητικότητα στα σημερινά εμπορεύσιμα συστήματα είναι 10Gb/s (συντόμα 40Gb/s) ανά μήκος κύματος και ο αριθμός των καναλιών συνεχίζει να αυξάνεται, η προσπάθεια για συνταιριασμό των οπτικών και ηλεκτρονικών ταχυτήτων γίνεται με μεγάλο κόστος και πολυπλοκότητα και έχει ήδη εξαντήσει τα πρακτικά του όρια. Σαν συμπέρασμα, οι λειτουργίες της μεταγωγής και της δρομολόγησης πρέπει να κινηθούν προς το οπτικό επίπεδο, για να επιτρέψουν την επιτυχή κλιμάκωση της μεταγωγής των δρομολογητών, τόσο ώστε να είναι συμβατό με την χωρητικότητα της WDM μετάδοσης. Για αυτόν το σκοπό, η χαμηλή πολυπλοκότητα των αμιγώς οπτικών κυκλωμάτων μπορεί ενδεικτικά να βοηθήσει στην ανακούφηση του δικτύου από ανεπιθύμητα λάθη που σχετίζονται με την οπτοηλεκτρονική μετατροπή στους κόμβους μεταγωγής. Εντούτοις, η χρήση χαμηλής πολυπλοκότητας οπτικής διάδοσης, από μόνη της, δεν εγγυάται πλήρης εκμετάλλευση του διαύλου μετάδοσης. Η σποραδικά εκρηκτική κίνηση απαιτεί επί την εμφανίσει της, χρήση του διαύλου, τόση ώστε να περιορίσει τη χαμένη χωρητικότητα όταν καμία πληροφορία δεν μεταδίδεται. Η έλλειψη μιας οπτικής μνήμης έχει αναγκάσει τα τωρινά οπτικά τηλεπικοινωνιακά δίκτυα να χρησιμοποιούν συνδέσεις σημείο προς σημείο, όπου η οπτοηλεκτρονική μετατροπή για την επεξεργασία της πληροφορίας είναι αναγκαία σε κάθε κόμβο. Η μεταγωγή πακέτου με αμιγώς οπτικό τρόπο επομένως παρουσιάζεται ως η καλύτερη μέθοδος για να ξεπεραστούν οι περιορισμοί που σχετίζονται με την οπτοηλεκτρονική μετατροπή του σήματος και για την πλήρη αξιοποίηση του εύρους ζώνης που προσφέρει η WDM μετάδοση της πληροφορίας. Ταυτόχρονα, η έλλειψη μιας απλής και αξιόπιστης οπτικής μνήμης που μπορεί να ανακτήσει την πληροφορία bit προς bit τόσο καλά, όπως σε περιπτώσεις εκρηκτικής κυκλοφορίας, προυποθέτει την ύπαρξη κόμβων ικανών να μεταχειρίζονται και να μετάγουν ασύγχρονα πακέτα προερχόμενα από διαφορετικές πηγές και κατευθυνόμενα σε διαφορετικούς προορισμούς. Για να είναι σε θέση τα μελλοντικά τηλεπικοινωνία δίκτυα να μεταχειρίζονται αποδοτικά τέτοια ασύγχρονη κίνηση πακέτων είναι ζωτικής σημασίας η εξαγωγή του σήματος ρολογιού για κάθε πακέτο ξεχωριστά.Ο σκοπός του πειράματος που διεξήχθει ήταν η ανάπτυξη ενός κυκλώματος το οποίο έχει την ικανότητα να κάνει ανάκτηση του σήματος ρολογιού για ασύγχρονα πακέτα δεδομένων σε ρυθμό 10 Gb/s τα οποία είχαν μήκος 40 bit και ελάχιστο χρόνο άφιξης μεταξύ τους 1.5 ns. Ιδιαίτερο χαρακτηριστικό του κυκλώματος είναι ότι η ανάκτηση του ρολογιού απαιτεί ένα μικρό αριθμό bit, το οποίο ξεπερνάει κατά πολύ τις δυνατοτήτες των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων, καθώς επίσης και το γεγονός ότι είναι ανεξάρτητο από το ρυθμό μετάδοσης των πακέτων. Βασικές δομικές μονάδες του κυκλώματος είναι το φίλτρο Fabry-Perot και το μη γραμμικό συμβολόμετρο υπερυψηλών ταχυτήτων (Ultrafast Nonlinear Interferometer-UNI). Το κύκλωμα εκμεταλεύεται την εκθετικά φθίνουσα απόκριση ενός φίλτρου Fabry-Perot (FP), για την μερική συμπλήρωση των «μηδενικών» που υπάρχουν σε κάθε πακέτο δεδομένων με «άσσους», από τους ήδη υπάρχοντες «άσσους», στην εισερχόμενη ροή δεδομένων. Το συμβολομέτρο που είναι συνδεδεμένο σε σειρά με το φίλτρο λειτουργεί ως ένα μη γραμμικό στοιχείο το οποίο εξισώνει το πλατος των «άσσων» που έχουν δημιουργηθεί στην έξοδο του φίλτρου.