All-Optical FIFO Switch

由於光纖通訊具有傳輸容量大、保密性高、低損耗等許多優點，光纖通訊已成為目前有線通信最主要的傳輸方式。就網路的資料傳輸率而言，由於密集分波多工(dense wavelength division multiplexing, DWDM)技術的成熟，我們可以將光纖通訊的工作波長分割成許多個通道(channel)，然後整合至同一光纖中傳輸，如此一來，我們就能夠同時在一條光纖中傳輸更大量的資料，使得資料的傳輸速率能夠輕易地突破 Tbps (terabits per second)的等級。隨著現今網際網路與多媒體的快速發展，對於網路高資料傳輸率的需求亦會與日劇增，故我們勢必要能夠提升系統的封包交換能力，使之能與光通訊的高資料傳輸能力並駕齊驅以迎接未來的全光式網路。而在封包交換的能力上，由於目前我們沒有光的隨機存取記憶體(optical random access memory)這個關鍵技術可以用來精確地緩衝(buffer)及路由(routing)光的封包以解決有阻塞或衝突(contention)情況發生的時候，所以在目前的光通訊網路的核心架構中仍需要作光/電(O/E)與電/光(E/O)轉換，如此一來，資料傳輸率將會受限於半導體製程上的限制與技術。所以在本論文中，我們藉由將光封包繞行更長的一段光纖延遲路徑(fiber delay line)來達到緩衝的作用，並使用8x8的陣列波導光學光柵(arrayed waveguide gratings)再配合FPGA(field-programmable gate array)所控制之高速可調雷射(fast tunable laser)來精確地路由光封包，進而能夠作為一個光的隨機存取記憶體。在本論文中，我們將提出一個能夠實現先進先出的全光式交換機系統(FIFO all-optical switch system)，並介紹針對我們全光式交換機系統的所提出的光封包路由演算法。我們的全光式交換機系統主要是由一個 8x8 陣列波導光學光柵路由器、波長轉換(wavelength conversion)系統以及許多不同長度的延遲光纖所組合而成。由於每條光纖因為長度的不同，能夠提供的緩衝時間也將因此不同。透過我們設計的特殊演算法，我們能夠將訊號所需的緩衝時間經由特定長度的光纖所組合而成，再經由 8x8 陣列波導光學光柵路由器以及波長轉換所組成的路由架構精確地完成路由的動作，以便提供光封包所需繞行路由路徑的正確的緩衝時間。在我們的封包繞行路由演算法下，最大的封包延遲為。在實驗上的驗證操作，我們已完整實現了一個基於先進先出佇列的全光式交換機系統。我們使用一個8x8的陣列波導光柵、多組波長轉換器和不同長度之延遲光纖來實現當操作在資料傳輸率為10Gbps，光封包長度為150ns，保護時間為50ns情況下基於先進先出佇列光學緩衝系統的優秀結果。在論文的架構中，首先我將介紹全光式交換機系統在路由和波長轉換上所需要的主要技術: 波長轉換原理、陣列波導光學光柵路由器原理以及光封包延遲時間拆解的演算法。最後，我將展現我們所設計與實驗的三個基於先進先出佇列全光式交換機系統的方案。再接下來，我將介紹另一種類型全光式光開關技術之模擬與實驗結果的分析與討論。最後，則是結論與未來展望。

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全光式光交換機

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All-Optical Switch

參考文獻

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