光学バッファ

光バッファとは、電気通信分野において、光を一時的に蓄えておくことができる装置です。通常のバッファと同様に、イベント発生時の時間差を補正できる 記憶媒体です。

より具体的には、光バッファは光学的に（つまり光の形で）送信されたデータを電気領域に変換せずに保存する役割を果たします。^[1]

現在、コンピュータ ネットワークは、電気ノードによって相互接続された光ファイバーリンクで構成されています。バックボーンでのデータ転送は、通常、 LEDまたはレーザーからの光で行われます。DWDMテクノロジにより、1 Tbit /s をはるかに超えるビットレートが可能になります。ただし、ノードでは、すべてのデータを個別の宛先に切り替えるために、この光を電子領域に変換する必要があります。チャネル容量が急速に増加しているため、スイッチング容量がシステムのボトルネックになりつつあります。現在、研究活動は、光から電子領域への変換をほとんどまたはまったく行わない光スイッチングテクノロジに重点を置いています。ただし、重要な問題はバッファリングです。

2 つ以上のデータ パケットが同時にネットワーク ノードに到着し、同じ出力を争うと、外部ブロッキングが発生します。1 つを除くすべてのパケットは不要とみなされ、処理する必要があります。余分なパケットをすべてドロップするという明白な選択肢の他に、学術文献では通常、バッファリング、偏向ルーティング、波長変換という 3 つのソリューションが提示されています。光バッファリングは、光を遅延させるためにファイバー遅延線 (FDL) を使用し、最も効果的であると考えられていますが、FDL の追加コストがかかります。

光は凍結できないため、光バッファは光ファイバーで作られ、通常、同等の容量のRAMチップよりもはるかに大きくなります。 1 本の光ファイバーをバッファとして使用できます。ただし、通常は複数の光ファイバーのセットが使用されます。たとえば、最小の光ファイバーに特定の長さを選択し、2 番目、3 番目、… に長さを持たせることが可能です。もう 1 つの典型的な例は、データが可変回数循環する単一のループを使用することです。 ${\displaystyle D}$${\displaystyle 2\cdot D,3\cdot D,\ldots }$

現在、光バッファの研究は 2 つの別々の分野で行われています。1 つは、このバッファの技術的実装を調査し、スローライトデバイスを使用してサイズを縮小することです。もう 1 つは、確率論を使用して全体的なパフォーマンスを向上させることです。(後者のアプローチの詳細については、著者のホームページなどを参照してください。)