Φωτονικά συστήματα δρομολόγησης πληροφορίας με υβριδικά ολοκληρωμένα οπτικά κυκλώματα

Abstract

This PhD thesis is dedicated to the development of photonic routing systems and focuses on the issue of optical contention resolution. In order to address the contention resolution problem, this thesis proposes a number of optical systems capable to handle the congestion of optical packets in the time, wavelength and space domains. The subsystems were simulated and implemented using hybrid integrated all-optical switches, wavelength converters and optical flip-flops. The first subsystem that was demonstrated was a packet envelope detection circuit compatible with both 10 and 40 Gb/s optical packets. This circuit was used in combination with optical switches to demonstrate deflection and wavelength conversion-based contention resolution for synchronous optical packets. In addition, a large scale optical system capable to resolve the contention between bursty packets was designed and demonstrated experimentally. The circuit operates on a FIFO mode and incorporates an all-optical latching mechanism to sort out contenting packets avoiding burst segmentation. Finally, a novel optical buffering system compatible with all-optical routers was designed and simulated. The system incorporated an optically controlled optical buffer and involved optical AND and XOR logic operations to control the state of a recirculating optical buffer utilizing all-optical space switches.

Το ερευνητικό έργο της παρούσας διατριβής είναι αφιερωμένο στην ανάπτυξη οπτικών κυκλωμάτων δρομολόγησης πληροφοριών, εστιάζοντας στο σύνθετο πρόβλημα των συγκρούσεων στους φωτονικούς δρομολογητές. Για την επίλυση του προβλήματος προτείνεται μία σειρά κυκλωμάτων για τη διαχείριση των συγκρούσεων οπτικών πακέτων σε όλα τα πιθανά πεδία: το πεδίο του μήκους κύματος, το πεδίο του χώρου και το πεδίο του χρόνου. Τα κυκλώματα μοντελοποιήθηκαν και υλοποιήθηκαν συνδυάζοντας υβριδικά ολοκληρωμένους οπτικούς διακόπτες, μετατροπείς μήκους κύματος και οπτικά στοιχεία μνήμης. Πρώτο κατά σειρά υλοποιήθηκε κύκλωμα ανάκτησης περιβάλλουσας συμβατό τόσο με 10 Gb/s όσο και με 40 Gb/s οπτικά πακέτα. Το κύκλωμα χρησιμοποιήθηκε σε συνδυασμό με οπτικούς διακόπτες και μετατροπείς μήκους κύματος για την επίδειξη κυκλώματος επίλυσης της σύγκρουσης σύγχρονων οπτικών πακέτων στο πεδίο του χώρου και του μήκους κύματος. Επίσης σχεδιάστηκε και υλοποιήθηκε ένα οπτικό κύκλωμα μεγάλης κλίμακας ικανό να δρομολογεί ασύγχρονα πακέτα μεταβλητού μήκους με αποφυγή συγκρούσεων. Το κύκλωμα περιλαμβάνει έναν πρωτότυπο μηχανισμό οπτικού μανδαλωτή και λειτουργεί σε First-in-first-out (FIFO) λογική. Τέλος σχεδιάστηκε και μοντελοποιήθηκε πρωτότυπο κύκλωμα ανίχνευσης συγκρούσεων και αποθήκευσης οπτικών πακέτων συμβατό με αμιγώς οπτικούς δρομολογητές. Το κύκλωμα περιλαμβάνει ένα οπτικά ελεγχόμενο σύστημα αποθήκευσης πακέτων αποτελούμενο από οπτικούς χωρικούς διακόπτες, πύλες AND και XOR καθώς και μία οπτική γραμμή καθυστέρησης.