Ευρυζωνικά Φωτονικά Δίκτυα Επόμενης Γενιάς Με Διαφάνεια Στον Τύπο Διαμόρφωσης Και Στην Κίνηση Πληροφορίας

Abstract

Το ερευνητικό έργο της παρούσας διατριβής έχει ως στόχο τη μελέτη και τη σχεδίαση οπτικών κόμβων επόμενης γενιάς. Συγκεκριμένα, μελετήθηκαν και σχεδιάστηκαν τα οπτικά υποσυστήματα που θα αποτελέσουν τους κόμβους ενός οπτικού δικτύου, οι αρχιτεκτονικές των κόμβων αυτών, καθώς και η αποδοτικότητα δικτυακών τοπολογιών βασισμένων στους εν λόγω κόμβους. Για την επίτευξη των επιμέρους δικτυακών λειτουργιών στα σχεδιαζόμενα υποσυστήματα χρησιμοποιήθηκαν τεχνικές αμιγούς οπτικής επεξεργασίας σήματος, με το βασικό δομικό στοιχείο των υποσυστημάτων να είναι ο υψίρρυθμης λειτουργίας οπτικός συμβολομετρικός διακόπτης. Στα πλαίσια της διατριβής, υλοποιήθηκαν αμιγώς οπτικά υποσυστήματα που επιτελούν λειτουργικές διεργασίες επιπέδων OSI 2 και 3, με την αμιγώς οπτική δρομολόγηση, προώθηση και μεταγωγή να βρίσκονται στο επίκεντρο της ερευνητικής εργασίας. Η επίδειξη ευφυών δικτυακών λειτουργιών κατευθείαν στο οπτικόεπίπεδο επιτυγχάνεται με χρήση πολλαπλών οπτικών διακοπτών και αντίστοιχη λειτουργική τους διασύνδεση. Χρησιμοποιώντας φωτονικά ολοκληρωμένους οπτικούς διακόπτες, η ανάπτυξη οπτικών υπο-συστημάτων προχώρησε ένα βήμα παραπέρα από τιςκλασσικές λειτουργίες της μετατροπής μήκους κύματος και 2R αναγέννησης, σε πιο σύνθετες λειτουργίες όπως ανάκτηση ρολογιού και περιβάλλουσας πακέτων, διαχωρισμός επικεφαλίδας/φορτίου, αναγνώριση και επεξεργασία επικεφαλίδων και τέλος ολοκληρωμένη μεταγωγή και δρομολόγηση 40 Gb/s πακέτων δεδομένων στο οπτικό επίπεδο με χρήση οπτικών μανταλωτών (flip-flops). Ο σχεδιασμός των υπο-συστημάτων έγινε με γνώμονα την οπτική επεξεργασία σήματος με διαφάνεια στο είδος διαμόρφωσης και στον τύπο των επεξεργαζόμενων δεδομένων. Για πρώτη φορά, παρουσιάστηκαν υψίρρυθμα υπο-συστήματα μεταγωγής πακέτων ικανά να επεξεργάζονται πακέτα με διαμόρφωση τύπου RZ και NRZ, να έχουν την ικανότητα επεξεργασίας ασύγχρονων ροών πακέτων μικρού μεγέθους με μεταβλητό μήκος πακέτου και μεταβλητή απόσταση πακέτων. Στο τελικό στάδιο της διατριβής σχεδιάστηκαν και μελετήθηκαν θεωρητικά καινοτόμες αρχιτεκτονικές κόμβων με βάση τα χαρακτηριστικά των υπο-συστημάτων που υλοποιήθηκαν στα πλαίσια της διατριβής. Γνώμονας για το σχεδιασμό και την υλοποίηση των συστημάτων και κόμβων ήταν η ικανότητα για υψηλή ταχύτητα λειτουργίας, η χαμηλότερη κατανάλωση ισχύος από αντίστοιχες ηλεκτρονικές διατάξεις, η δυνατότητα φωτονικής ολοκλήρωσης σε συμπαγής συσκευασίες και η διαφάνεια στο είδος πληροφορίας και το ρυθμό μετάδοσης, η χαμηλή απαίτηση για προστατευτικές ζώνες και η ικανότητα επεξεργασίας μικρού μήκους πακέτων με υψηλή αποδοτικότητα, γεγονός που οδηγεί στη δημιουργία ευέλικτων οπτικών δικτύων.