Realizzazione di un commutatore interamente ottico basato sull'effetto Kerr.
Questo dipositivo e` stato realizzato in fibra altamente non lineare (HNF)

Cantini, Claudia

Italian

Questo lavoro, realizzato presso il CNIT (Consorzio Nazionale Interuni- versitario per le Telecomunicazioni), consiste nella realizzazione di un nodo di rete completamente ottico che soddisfa ad alcune delle funzionalità di base di un core-node. Le funzionalità prese in esame in questo lavoro sono la commutazione e l’instradamento. Nei capitoli della tesi verrà presentato un nodo fotonico 1×2 che riceve pacchetti a 10 Gb/s, ma è scalabile per bit-rate più elevati, legge l’etichetta associata al pacchetto, 1 bit della stessa durata del pacchetto, e commuta l’informazione su una delle due possibili uscite in base al valore della label. Tutto ciò è effettuato direttamente nel dominio ottico

Electronic Thesis and Dissertation Archive - Università di Pisa

Realizzazione di un commutatore ultravelocedi flussi dati ottici basato su effetti non lineariin fibraClaudia Cantini20 Luglio 2004Ai miei genitoriPrefazioneLa nostra vita di ogni giorno e´ sempre piu` dipendente dalle reti di comu-nicazione che ci permettono di scambiare informazioni, di commerciare e diaccedere a migliaia di servizi in tempo reale. Il crescente traffico Internetrichiede connessioni sempre piu` veloci. In questo scenario, le reti ottiche sipresentano come la piu` promettente prospettiva per l’evoluzione delle retiInternet.Oggi le reti a lunga distanza sono per lo piu` basate su sistemi WDM,a multiplazione di lunghezza d’onda. La capacita` di questi sistemi, pero`,non e` ancora sfruttata a pieno. La ricerca si sta muovendo sempre piu` ver-so lo spostamento di un numero sempre maggiore di funzionalita` di nodo alivello ottico. Quante piu` funzionalita` si riuscira` a trasferire direttamente inottico, tanto piu` aumentera` la capacita` della rete e migliorera` il suo sfrut-tamento. Un sistema WDM, di 80 canali a 10 Gb/s, puo` trasferire dati avelocita` aggregata di 0.8 Tb/s. Aumentando la velocita` di trasmissione diun singolo canale e il numero di canali sara` possibile arrivare a velocita` dioltre 3 Tb/s [7]. Il problema, a questo punto, sara` dato dalla gestione diquesto enorme flusso di dati che l’elettronica non potra` piu` essere in grado digestire. Al momento attuale si puo` prevedere che l’elettronica potra` gestirevelocita` al piu` fino a 80 Gb/s. Per bande maggiori, l’unica soluzione consi-ste nell’elaborazione ottica dei segnali riducendo la necessita` di conversioneottica-elettronica. La ricerca si sta muovendo in questa direzione. Dapprimacon soluzioni ibride come la creazione di percorsi dedicati, lightpath, o conl’optical burst switching [13], poi con soluzioni completamente ottiche comeiiil’Optical Packet Switchng, OPS.L’OPS prevede la costruzione di reti a commutazione di pacchetto di-rettamente nel dominio ottico. I pacchetti provenienti da reti diverse sonoetichettati con una corta etichetta ottica, label, e instradati nella rete OPS.I nodi di questa rete elaborano l’etichetta senza convertire in elettrico il pac-chetto, consentendo un notevole incremento della velocita` di elaborazione.Per quanto riguarda l’elaborazione della “label”, ci sono due tendenze diricerca, una punta all’elaborazione completamente ottica, l’altra alla conver-sione ottica-elettrica dell’etichetta e la conseguente elaborazione mediantecircuiti elettronici. L’OPS e`, tuttavia, ancora ad una fase di pura sperimen-tazione. Ci sono, principalmente, due aspetti da prendere in considerazio-ne: uno, dal punto di vista tecnologico, riguarda la codifica della label ela conseguente elaborazione, l’altro, dal punto di vista retistico, riguarda ladeterminazione del protocollo di instradamento da utilizzare in queste reti.La tecnologia ottica non e` ancora matura per una complessa elaborazionedel pacchetto. Le funzionalita`, cui deve soddisfare il nodo ottico, devonoessere limitate e fondamentali, ad esempio l’instradamento, la commutazionee la rigenerazione del segnale. Per quanto riguarda il protocollo, questo deveessere interfacciabile con reti diverse, per la creazione dell’etichetta a partiredall’indirizzo, header, del pacchetto, e deve fornire delle tabelle di instrada-mento a ciascun nodo cos`ı che, in base ai pochi bit dell’etichetta, si possainstradare correttamente il pacchetto.Questo lavoro, realizzato presso il CNIT (Consorzio Nazionale Interuni-versitario per le Telecomunicazioni), consiste nella realizzazione di un nododi rete completamente ottico che soddisfa ad alcune delle funzionalita` di ba-se di un core-node1. Le funzionalita` prese in esame in questo lavoro sono lacommutazione e l’instradamento. Nei prossimi capitoli verra` presentato unnodo fotonico 1×2 che riceve pacchetti a 10 Gb/s, ma e` scalabile per bit-ratepiu` elevati, legge l’etichetta associata al pacchetto, 1 bit della stessa duratadel pacchetto, e commuta l’informazione su una delle due possibili uscite in1Nodo della rete di trasporto, non di interfacciamento con l’utente finale.iiibase al valore della label. Tutto cio` e` effettuato direttamente nel dominioottico.Il primo capitolo riporta un’introduzione piu` dettagliata sulle reti a com-mutazione di pacchetto ottiche e sulle tecnologie necessarie alla loro realizza-zione. Nella prima parte del secondo capitolo verra` descritto il formato delsegnale trasmesso, la codifica utilizzata per l’etichetta ed la realizzazione spe-rimentale effettuata per la trasmissione. La seconda parte, invece, analizzera`il primo blocco funzionale del nodo ottico: il blocco di ricezione, destinatoal riconoscimento dell’etichetta. Inoltre verra` analizzato il semplice bloccodi controllo utilizzato per generare il segnale di comando per il commuta-tore e la sua realizzazione sperimentale. Il terzo capitolo trattera` il “cuoredel dispositivo, il commutatore. In questo capitolo sara` presentato un com-mutatore ultraveloce basato su effetti non lineari in fibra. Spiegheremo indettaglio il suo funzionamento e analizzeremo le sue prestazioni in terminidi rapporto di estinzione e di commutazione. Il quarto capitolo riporta l’a-nalisi delle prestazioni dell’intero sistema e le modifiche effettuate per la suaottimizzazione. Infine, si riportano, nell’ultimo capitolo i risultati ottenuti ealcuni brevi cenni alle prospettive future portate da questo esperimento.Indice1 Introduzione alle Reti a Commutazione di Pacchetto 11.1 Architettura di un Optical Label Switching Router . . . . . . 32 Trasmissione e Ricezione 92.1 Trasmissione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.1.1 Programma Labview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.1.2 Generazione del Segnale . . . . . . . . . . . . . . . . . 122.2 Ricezione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132.2.1 Riconoscimento dell’Etichetta e Generazione del Se-gnale di Controllo dello Switch . . . . . . . . . . . . . 142.3 Conversione di Lunghezza d’Onda . . . . . . . . . . . . . . . . 162.3.1 Conversione di Lunghezza d’Onda utilizzando il NOLM 162.3.2 Conversione di Lunghezza d’Onda basata su FWM . . 183 Implementazione di un Commutatore Ottico 223.1 Principio di Funzionamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223.2 Effetto Kerr Ottico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233.3 Esperimento di un Commutatore a Effetto Kerr utilizzandouna Fibra HNF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253.4 Caratterizzazione del Commutatore . . . . . . . . . . . . . . . 283.4.1 Prima Serie di Misure . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293.4.2 Seconda Serie di Misure . . . . . . . . . . . . . . . . . 313.4.3 Ottimizzazione del Commutatore . . . . . . . . . . . . 37ivINDICE v4 Implementazione di un Nodo Fotonico 1×2 414.1 Nodo Fotonico: Risultati Preliminari e Misure di Q . . . . . . 424.1.1 Configurazione utilizzando il Convertitore di Lunghez-za d’Onda a FWM: Misure di Q . . . . . . . . . . . . . 444.2 Realizzazione Sperimentale per Ottimizzare il Fattore di Qualita` 475 Conclusioni 495.1 Risultati . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 495.2 Prospettive Future . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50A Cross Phase Modulation 52A.1 Effetti Non Lineari in Fibra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52A.2 Accoppiamento tra Onde a Diversa Frequenza . . . . . . . . . 53A.3 Accoppiamento tra Componenti Polarizzate Ortogonalmente . 57Bibliografia 59Ringraziamenti 62

Realizzazione di un commutatore ultraveloce di flussi dati ottici basato su effetti non lineari in fibra

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