최근 인터넷 트래픽의 폭발적인 증가에 따라 다수의 광섬유 링크를 사용하는 광 네트워크에 관한 관심이 높아지고 있다. 그러나 네트워크에서의 트래픽 증가는 네트워크 장비의 에너지 소모를 증가시키는 문제점이 있다. 본 논문에서는 다중 광섬유로 구성된 대용량 IP over WDM 네트워크에서 에너지 절감을 위한 동적 경로 배정 및 파장 할당 (Dynamic RWA) 알고리즘을 제안한다. 제안한 알고리즘은 에너지 효율 향상을 위하여 V-like 함수를 이용한다. V-like 함수는 사용 파장 수에 따라 광섬유의 비용을 결정하여 네트워크의 에너지 소모와 블록킹 확률을 줄일 수 있도록 한다. 이를 기반으로 다수의 광섬유로 구성된 링크의 비용과 자원할당을 위한 광섬유를 결정한다. 마지막으로 파장단위의 그래프로 구성된 계층 그래프를 이용하여 에너지 소모를 줄일 수 있도록 경로배정 및 파장할당을 수행한다. 제안한 알고리즘의 성능평가를 위하여 OPNET Modeler를 이용한 모델링과 시뮬레이션을 실시하였다. 시뮬레이션 결과는 연결 요청 당 평균 전력 소모와 블록킹 확률 관점에서 기존 방식과 성능을 비교하고 분석한다.
과수원에서 재배되는 배는 과수원 내의 위치, 시비, 토양 등의 요인에 따라 다양한 품질을 나타내며, 당도와 숙도의 편차가 크기 때문에 과수농가에서는 경험에 의존하여 적정 숙기로 판단되는 배를 수확하고 있다. 그러나 과학적이지 못한 사실에 기초한 수확 관행은 시장유통되는 배에 대하여 소비자들의 신뢰성 저하를 초래하게 되고 소비 감소와 더불어 농가 소득 감소로 이어지게 된다. 최근, 전국의 청과물 산지유통센터에는 근적외선을 이용하여 과일 내부의 당도, 산도, 결함 등을 실시간으로 판정할 수 있는 비파괴 선별기가 보급되고 있으나 이는 수확이후의 선별.규격화 유통을 위한 것이다. 본 연구에서는 이와는 달리, 수확 이전, 즉 재배 단계에서 배의 당도와 숙도를 판정하여 수확적기를 판단할 수 있도록 나무에 매달린 배에 대하여 가시광선과 근적외선 반사스펙트럼을 측정할 수 있고 이를 이용하여 당도와 숙도가 판정가능한 휴대형 센서를 개발하였으며, 개발된 시작기를 이용하여 당도판정의 가능성을 시험하였다. 휴대형 당도판정센서는 광원과 광섬유프로브, 광검출부, 당도판정부, 전원공급부로 구성된다. 광원은 할로겐램프(6V)를 이용하였고, 광섬유프로브는 동심원 형태로서 외부의 광섬유를 통하여 광원에서 시료로 빛이 조사되게 하고, 내부의 광섬유를 통하여 광검출기로 확산반사되는 광이 전달될 수 있도록 하였다. 전원공급부는 휴대와 충전이 가능한 배터리(12V, 2AH)와 이 배터리에서 정전류가 광원으로 보내어 질 수 있도록 제작된 회로로 구성하였다. 당도 판정을 위하여 518nm에서 1046nm의 파장대역에서의 반사스펙트럼을 이용하였고, 레퍼런스로써 백색 테플론 구를 제작하여 사용하였다. 수원 농산물 도매시장에서 판매중인 2002년산 신고 배를 구매하고, 시작기를 이용하여 총 113개의 배에 대한 반사스펙트럼을 측정하였다. 다음으로 굴절당도계로 당도값을 측정하고 반사스펙트림을 이용하여 당도값을 예측하기 위한 부분최소제곱회귀(PLSR)모델을 개발하였다. 여기서 모델의 정밀도는 교차검정법을 이용하여 검증하였다. 시료 표면과 광섬유프로브와의 접촉상태 불균일, 광원의 시간에 따른 경시 변화, 과일 형상의 차이 등에 의하여 측정된 반사스펙트럼은 상당한 변이를 나타내었으므로 이를 보정하기 위하여 반사 스펙트럼은 다분산보정처리하여 이용하였다. 당도 예측용 PLSR모델 개발의 결과, 모델의 결정계수($R^2$)는 0.67, SEC는 $\pm$0.4brix.로 나타났으며, 교차검정에 의한 미지 시료의 예측에서 총 113개의 미지 시료에 대한 결정계수는 0.57, SEP는 $\pm$ 0.46brix.로 나타났으며, 이는 현장에서 충분히 활용가능할 것으로 판단되었다. 금후, 전체 시스템의 부피와 중량을 줄이고 각 부분품들의 전력소모의 최소화할 수 있도록 개선할 계획이다.
본 논문에서는 비교적 짧은 계단형 멀티모우드 광섬유를 이용하여 여러 정보의 채널을 전송하는 광멀티플렉싱 기술인 각도분할방식(ADM: Angular Division Multiplexing)에 대해 논하였다. 평면파 입력에 대한 광섬유 내의 모우드 결합과 출력 파워 분포가 계산되었으며 시스템의 혼신도 결정이 제시되었다. 모우드 결합 하에서 광섬유의 길이와 입력조건에 따른 펄스폭이 평면 도파판과 광섬유에 대해 비교, 계산되었다. NA(Numerical Aperture)아래의 입력각에 대한 각도폭은 입력각이 클수록 줄어들었으며 출력은 입력각에 파워가 집중된 환형으로 나타났으며 이는 ADM시스템의 중요한 요인이 되었다.
장거리 광통신 시스템을 설계하기 위해서는 광섬유의 종류, 광증폭기의 종류, 광증폭기 사이의 거리, 색분산 및 편광모드분산 보상의 방법, 광신호의 세기 등에 대한 결정을 해주어야 한다. 이러한 결정을 하기 위해서는 이러한 시스템의 조건들을 바꾸었을 때에 그 광통신 시스템의 성능을 예측할 수 있어야 한다. 본 논문에서는 광통신 시스템을 설계하였을 때에 그 광통신 시스템의 최대 전송거리를 도출하는 방법에 대해 연구하였다. 또한, 최대 전송거리를 얻기 위한 최적의 광신호 세기를 도출하는 방법에 대해서도 연구하였다.
본 연구는 광섬유센서를 이용하여 표면조도의 간이 비접촉 측정기를 개발하는데 목적이 있다. 광섬유 센서의 장점은 우수한 고속 응답성, 자기의 무영향, 제작의 편이성이다. 광섬유센서 표면조도 측정 원리는 측정물의 표면조도에 따라 반사되는 광의 세기와 기지의 표면조도 값을 일대일 대응시키는 것이다. 반사광의 세기는 센서 프로브로부터 표면까지의 거리와 표면조도에 따른 반사한계각에 따라 결정되는데 본 연구에서는 표면까지의 거리를 일정하게 하여 표면조도에 따른 반사한계각만을 가지고 표면조도가 결정되도록 측정 프로브를 제작하였다. 측정 시스템은 발광부, 수광부과 신호처리부로 구성되었다. 이 실험에서 사용된 표준 측정 재료는 SM45C, STS303과 Al60이었다. 연구결과 첫째, 재료에 따른 표면조도와 센서출력의 상관관계로부터 근사표면조도식을 도출하고 임의 가공된 시료의 표면조도 측정을 통해 근사표면조도식이 유효함을 입증하였다. 둘째, 실제 제작한 간이 광섬유센서 표면조도 측정기가 유용함을 입증하였다.
현재 광 정렬 시스템에 채용하고 있는 다채널 광 파워미터는 측정 채널의 수가 증가하는 상황이다. 그러나 기존 시스템 제어를 통한 각 채널의 정밀한 정렬은 다 채널 광 파워미터 기술에 적합하지 않은 방식이다. 그러므로 본 논문에서는 기존 방식을 채택한 광 정렬 방식을 개선하기 위해 하다마스 변환 복원 알고리즘을 이용한 광 능동 정렬 검출 방법을 제안한다. 다채널 광학 정렬 시스템에서 가장 중요한 문제는 채널의 증가에 따라 채널별 정렬의 정밀도가 떨어진다. 기존 정렬 시스템에서 채용하고 있는 다채널 광 파워미터의 기술 수준은 약 4채널까지 동시 측정이 가능하였다. 이 방법은 채널 양쪽에 검출기를 설치하여 광량의 최대 지점을 최적 정렬 위치로 결정한다. 그러나 시스템 채널이 증가할 수록 안쪽에 위치한 광소자를 정렬을 무시하기 때문에 정확한 정렬에 적합하지 않다. 그리고 고속, 대용량의 데이터 처리요구에 맞추기 위한 64채널 광소자 생산을 위해서는 16개의 4채널 광 파워미터를 사용하는 방법이 있으나 이는 신뢰할 만한 수준의 측정치를 제공하지 못한다. 따라서 새로운 개념을 적용한 다채널 동시측정을 위한 광소자 측정 기술 및 광 파워미터의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다. 하다마드 변환 복원 알고리즘을 이용한 광 능동 정렬 검출 시스템은 이러한 요구를 충족시킬 수 있다. 그러므로 본 논문은 하다마드 변환 복원 알고리즘을 이용한 광 능동 정렬 검출 시스템이 기존의 시스템보다 우수한 알고리즘과 성능을 가지고 있음을 실험을 통해 입증한다.
장거리 대용량 파장 분할 다중 (WDM; wavelength division multipled) 전송 링크에 광 위상 공액기를 적용하는 경우에 갖게 되는 한계를 극복하기 위한 방법을 살펴보았다. 광전송 링크는 단일 모드 광섬유를 갖는 중계 구간에 분산 보상 광섬유를 삽입한 분산 제어 (DM; dispersion management)를 기본 구조로 하였고 이 전송 링크의 적당한 곳에 광 위상 공액기를 추가하였다. 제안된 위치에 존재하는 광 위상 공액기를 갖는 광전송 링크에서 파장 분할 다중 채널의 입사 전력에 따른 최대 중계 구간의 수를 도출하고 비교 분석하였다. 광 위상 공액기가 전체 전송로 중간에서 벗어날수록 파장 분할 다중 채널의 보상 효과가 줄어들지만 광 위상 공액기 위치에 따라 중계 구간 당 잉여 분산 (RDPS; residual dispersion per span)을 적절히 선택하고, 전송로의 전체 잉여 분산을 결정하는 중계 구간을 적절히 선택하면 감소하는 보상 정도를 개선할 수 있다는 것을 확인하였다.
광섬유와 평면도파로 결합기의 소산장 결합을 이용하여 디아릴에텐 유도체 DM-BTE(1,2-bis[2,5-dimethylthio-phen-3-yl]-hexafluorocyclopentene)의 광유도 굴절률 변화(photo-induced refractive index change)에 관하여 그 특성을 평가하였다. DM-BTE가 분산된 평면도 파로는 자외선과 가시광선(λ>450 nm)의 조사에 의해 광변색 반응이 가역적으로 진행되었으며 굴절률변화에 의한 공명 파장 또한 가역적으로 이동하였다. 광변색 반응이 진행되는 동안 평면도 파로의 결정상태(crystal shape)는 일정한 형태를 유지하였으며, 자외선 조사시간에 대한 소자의 파장응답은 0.057 nm/sec 이었고 포화시간은 60 sec로 나타났으며, 가시광선이 다시 조사될 때의 공명파장의 변화는 0.028 nm/sec 이었고, 복귀시간은 140 sec로 측정되었다.
단일 모드 광섬유(SMF sigle mode fiber)로 구성된 광전송 링크에서 축적되는 색 분산과 비선형 효과를 효과적으로 보상하는 광전송 링크 구성 방법을 제안하였다. 제안된 광전송 링크는 전체 전송로 중간에 광 위상 공액기 (optical phase conjugator)를 두고 SMF의 각 광 중계 간격에서 축적된 분산을 분산 보상 광섬유 (DCF dispersion compensating fiber)를 통해 보상하는 inline 분산 제어 (DM; dispersion management)가 적용된 구조이다. 광전송 링크의 전체 잉여 분산 (NRD; net residual dispersion)은 송신기 다음에 있는 DCF에 의해 결정되는 선치 보상 (precompensation)과 수신기 전에 있는 DCF에 의해 결정되는 후치 보상 (postcompensation)을 통해 조절하도록 설계하였다. 선치 보상이나 후치 보상 중 하나를 이용해 NRD을 결정하는 구조보다 선치 보상과 후치 보상을 동시에 변화시키면서 분산 맵의 구조가 OPC를 중심으로 대칭이 되는 링크 구조가 더욱 효과적이고 융통적이라는 것을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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