JP2000503192A - 光学機能およびライン保護交換接続システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 耐故障性の動作を許容する光ネットワークにおける光学機能およびライン保護交換接続のためのシステムおよび方法である。光ネットワークは、その動作がコントローラにより監視される構成要素から構成される。コントローラが単一経路内の光伝送ラインが故障したことを判別したときには、コントローラはスペア、ないし保護用の構成要素に信号経路を再経路選択する。あるいは、コントローラは周波数変換器および他の光伝送ラインを通る信号経路を再経路選択する。

Description

【発明の詳細な説明】 光学機能およびライン保護交換接続システムおよび方法 発明の背景 発明の分野 本発明は、一般的には、光伝送システムの信頼性および復元（回復）技術に関 するものであり、特に、波長分割多重化（ＷＤＭ）を使用した光伝送システムに おいて多数のスペアの構成要素の最適化を行うことができるステムおよび方法に 関するものである。 関連技術 多数の光伝送ラインあるいはリンクを含む多数の光ネットワークは、高い帯域 幅のデータ通信を許容し、また電話および他のデータネットワークシステムにお いて使用されている。高速度データは光ネットワークを通って伝送される光の波 長に変調することができる。さらに、異なる周波数を有する別個の光波長キャリ ア上で異なる電気データ信号を変調することにより、帯域幅を改善することがで きる。この技術は、波長分割多重化（ＷＤＭ）として知られている。ＷＤＭを使 用する光システムでは、異なる光の波長において動作する光送信機および受信機 を必要とする。光送信機と受信機を接続する、光学伝送ラインは、異なる周波数 の多くの光波長信号を同時に伝播させることができる。 よって、光ファイバ通信リンク、とくにＷＤＭ通信リンクは、大きな地理学的 な領域に亘ってデータ、音声および画像の接続性を達成するために別個のサイト の間で膨大な量の情報を運んでいる。光伝送ライン、送信機および受信機は、し かしながら、故障が発生し易い。このようなリンクの故障は、ネットワークのユ ーザおよびネットワークのサービスプロバイダに対して大きな経済的および実用 上の衝撃を与える。このため、通信ネットワークを設計する際には、ネットワー クの構成要素の最大の信頼性および物理的なファイバの損傷あるいは光学的構成 要素の故障による故障の場合の存続性を保証するために特別な手法が実施されて いる。ファイバの切断に対する回復性を保証するための一般的な手法は、通常は トラヒックを運搬しないが「運用系」のファイバの故障の場合のバックアップと して使用されるスペアのファイバを使用することである。スペアのファイバが運 用系のファイバを使用禁止にするのと同じ運命となる機会が最小限となるように 、スペアのファイバは通常は完全に異なる物理的なパスに沿って経路選択される 。 このようなアイドルのスペアの容量を生成および保守することはコスト高を招い てしまう。費用がかかって収益の無い使用法のために、スペアの設備およびスペ アのファイバのリンクの配備を最小限とすることができる、回復性のあるネット ワーク設計が必要とされている。 発明の概要 本発明によれば、耐故障性の光ネットワークを容易化する周波数あるいは波長 変換（translation）を使用した光学機能およびライン保護交換接続のためのシ ステムおよび方法が提供される。本発明において、光ネットワークは、運用系の および保護用の各設備、運用系および保護用の光伝送ライン、光空間分割スイッ チ（ＳＤＳ）、およびデジタル交差接続スイッチ（ＤＣＣＳ）などを含んでいる 。運用系の保護設備は、１以上の光送信機および／または受信機を含んでいる。 波長あるいは周波数変換機能は、チューニング可能な（tunable）保護用送信機 、チューニング可能な保護用受信機、および光空間分割スイッチに結合された周 波数変換機などを使用して提供される。 ＳＤＳは光信号の経路選択を容易化する光学的な交差接続スイッチである。Ｓ ＤＳのコストおよび複雑性を減じるためにＳＤＳ上のポートの数を最小限で使用 することが好ましい。本発明は、少ない数のポートでＳＤＳを使用している。Ｄ ＣＣＳは電気信号の経路選択を容易化する電気的な交差接続である。 光送信機、受信機および伝送ラインは異なる予測信頼性を有している。ＳＤＳ およびＤＣＣＳの両方を使用することで、光ネットワークは適切な量の運用系お よび保護用の施設および光伝送ラインで最適に構成される。予測される送信機お よび伝送ラインの故障率によって、光システムは、本発明によれば、保護用の光 伝送ラインの数とは無関係に保護用の光送信機の数を含めるために構成すること ができる。本発明の特長は、保護用の設備に対する運用系の施設の割合は保護用 の光伝送ラインに対する運用系の光伝送ラインの割合には無関係であることであ る。 光ネットワークにおいて構成要素が故障した場合には、ＳＤＳおよびＤＣＣＳ はそれぞれ、光送信機、受信機、あるいは伝送ラインのような故障した構成要素 を補償するために、光信号および電気信号を再経路選択する。本発明は、対応す る故障した構成要素を置き換えるための、保護用、ないしスペアの、設備あるい は光伝送ラインを含んでなるものである。ネットワークは故障した構成要素を対 応する保護用、ないしスペアの、構成要素で置き換えることができるので、光ネ ットワークは故障にかかわらず機能し続けることができる。 本発明の別の特長によれば、設備およびライン保護交換接続を最適化するため に波長変換が提供される。保護用の設備は、チューニング可能な光送信機および チューニング可能な光受信機を含んでいる。波長変換機とも称される、周波数変 換機は、光信号の周波数あるいは波長を変換するためにＳＤＳに光学的に結合さ れている。 本発明の別の特徴および特長は、本発明の種々の実施形態の構成および動作と とともに、以下に添付図面を参照して詳細に説明されている。 図面の簡単な説明 添付図面は、明細書に組み込まれてその一部を構成するものであり、本発明の 一部を例示しており、また説明とともに本発明の原理を説明しまた当業者が本発 明を作製し利用できるようにしている。 図１は、本発明による光学機能およびライン保護を備えた光ネットワークの台 １の実施形態のブロック図である。 図２は、光学機能およびライン保護を備えた光りネットワークの第１の実施形 態の動作の流れ図である。 図３は、本発明による周波数ないし波長変換機を備えた光ネットワークの台２ の実施形態のブロック図である。 図４は、周波数変換機を備えた光ネットワークの第２の実施形態の動作の流れ 図である。 図５は、本発明による周波数ないし波長変換機を使用した光ネットワークの第 ３の実施形態のブロック図である。 図６は、故障した運用系のファイバの数が保護用のファイバの数を越えたとき の第３の実施形態の動作の流れ図である。 以下に本発明を添付図面を参照して説明する。図面において、同様な参照番号 は同じあるいは機能的に類似した構成要素を表している。さらに、参照番号の最 も左の桁はその参照番号が最初に使用された図面を識別している。 好ましい実施形態の詳細な説明 本発明は、耐故障性の光ネットワークを容易化するためのものである。この目 的は、設備や光伝送ラインのような、保護用、ないしスペアの、光学的構成要素 を使用した光学機能およびライン保護により達成される。光ネットワークのトポ ロジイにより、空間分割スイッチ（ＳＤＳ）の少ないポートでの使用が可能とな り、ＳＤＳのコストおよび複雑性が低減される。別の特長は、チューニング可能 な保護用送信機、チューニング可能な保護用受信機、および／または光空間分割 スイッチに結合された周波数変換機による周波数ないし波長変換機能を設けるこ とで実現できる。 チューニング可能な設備 本発明は、復元性のある設計アプローチに別のディメンションを加えるために 、波長分割多重化（ＷＤＭ）を利用している。以前は、与えられたファイバは単 一の光送信機および光受信機と関連していた。これらの装置の１つが故障したと きいは、ファイバ故障と同じ復元操作が行われていた。つまり、トラヒックを完 全に異なる送信機／ファイバ／受信機のリンク上に電子的に交換接続している。 し力化ながら、波長分割多重化では、いくつかの送信機は単一のファイバに給電 している。 本発明は、対応する故障した設備を置き換えるために、ＷＤＭ構成内での単一 の送信機あるいは受信機の故障を予備の、保護用のチューニング可能な設備に電 子的および光学的に交換接続することにより処理している。ブリッジ可能（brid geable）な光スイッチ（ＳＤＳ）と関連してチューニング可能な受信機あるいは 送信機を使用することで、ライン保護の割合とは無関係に設備動作の割合を設計 することができるという予期しえない特長が生じる。例えば、光学領域の交換接 続により単一のチューニング可能な送信機が、３つの運用系のファイバに沿って 動作している９の異なる送信機に対するバックアップ設備として機能できるよう になる。同じ構成により３対１のライン保護割合が提供できる。これらの保護割 合は互いに全体的に無関係に設定できる。送信機の故障はファイバの故障とは無 関係で発生することから、この設計の自由度は重要な特長である。 図１は、保護用の光送信ライン１０４および保護用のチューニング可能な設備 １３６ｐ₁ および１３６ｐ₂ を備えた、光ネットワーク１００の一実施形態を例 示したものである。本発明は、光ネットワーク１００が１以上の保護用光伝送ラ イン１０４あるいは２以上の保護用施設１３６ｐ₁ および１３６ｐ₂ を含むこと も予期している。好ましい実施形態において、保護用設備１３６ｐ₁ および１３ ６ｐ₂ は保護用光送信機１２４ｐ₁ および１２４ｐ₂ 、保護用光受信機１２６ｐ₁ および１２６ｐ₂ 、チューニング可能なフィルタ１２８ｐ₁ および１２８ｐ₂ 、並びに３ポートの結合器装置１３４ｐ₁および１３４ｐ₂ などから構成される 。 周波数、あるいは波長の機敏性（agility）を提供するために、光送信機１１ ２ａ−ｆ、１１４ａ−ｆ、１１６ａ−ｆの搬送周波数は、チューニング可能なレ ーザ、あるいは周波数変換機に連結された固定発生源のような、チューニング可 能な補給源を使用して可変に作られている。周波数変換機は光ミキサである。こ こで、光送信機はチューニング可能な光送信機であっても良い。同様に、光受信 機１１８ａ−ｆ、１２０ａ−ｆ、１２２ａ−ｆはチューニング可能でなければな らず、これにより対応する同報通信の波長を検出することができる。チューニン グ可能な光受信機は、図１に保護用受信機１２６ｐ₁ および１２６ｐ₂ に対して 例示したようなチューニング可能なフィルタ１２８ｐ₁ および１２８ｐ₂ で実施 することもできる。 光ネットワーク１００は、電気信号をより高いあるいはより低いビット伝送速 度に交換接続、経路選択、多重化、多重分離するための、２つのデジタル式交差 接続スイッチ（ＤＣＣＳ）から構成される。ＳＯＮＥＴ規格に準拠したＳＴＳ− １あるいはＤＳ−３フォーマットあるいは他のデータフォーマットおよびビット 伝送速度である、電気信号は、ＤＣＳＳ１１０ａ、ｂの入力および出力ポート１ ４０ａ、ｂに結合される。ＤＣＣＳ１１０ａ、ｂは、電気信号を光信号にあるい はその逆に変換するために設備１３６ａ−ｆに連結されている。好ましい実施形 態では、設備１３６ａ−ｆは、光送信機１１２ａ−ｆ、１１４ａ−ｆ、１１６ａ −ｆ、光受信機１１８ａ−ｆ、１２０ａ−ｆ、１２２ａ−ｆ、コンバイナないし 結合器（combiner）１３０ａ−ｆ、スプリッタ１３２ａ−ｆ、および３ポート結 合器装置１３４ａ−ｆを含んでいる。 光ネットワーク１００は、光交差接続スイッチとも称される、一対の空間分割 スイッチ（ＳＤＳ）１０８ａ，ｂ、および運用系の伝送ライン１０６ａ−ｆをさ らに含んでいる。ＳＤＳ１０８ａ、１０８ｂは、いずれの形式の多ポート光交差 接続スイッチであっても良い。原理的には、Ｎ×ＮのＳＤＳに対していずれかの 数のポート、例えばＮ＝１、２、４、８、１６、４０、７２、１２８、あるいは ２５６、が交換接続できる。利用可能な技術に応じていずれかの形式の光スイッ チが使用できる。例えば、Ｅｄｓ．、Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃｓ Ｈａｎｄ ｂｏｏｋ、ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ、Ｉｎｃ．Ｕ．Ｓ．Ａ．（１９９４）、第２ ６章、およびとくに第２６．３４頁（本明細書に組み込む）の、ｗａｙｎａｎｔ 、Ｒ．など、により検討された、内蔵型ニオブ酸リチウム方向性結合器タイプの スイッチを参照。他の形式の適当な光交換接続技術には、ポリマー導波管あるい は石英ガラス内の熱−光効果、半導体増幅、ピエゾ移動、および内蔵型燐化イン ジウムに基づくスイッチが含まれる。 さらに、明確化のために単一のＳＤＳ１０８ｂを図式的に示したが、等価な多 ポートの光交換接続を行うために、多数の別々のスイッチおよび結合器を使用す ることができる。例えば、交差接続されたポートの間の光経路に沿って個々の信 号を交換接続するために別々の１×２あるいは２×２の光スイッチを使用するこ とができる。Ｙ結合器および方向性結合器も同様に使用することができる。 図１に例示した実施形態は、波長分割多重化（ＷＤＭ）を使用した光ネットワ ーク１００に特に実施したものである。ここで、３つのポート装置１３４ａ−ｆ 、１３４ｐ₁ および１３４ｐ₂ 、コンバイナ１３０ａ−ｆ、１３０ｐ₁ および１ ３０Ｐ₂ およびスプリッタ１３２ａ−ｆ、１３２ｐ₁ および１３２ｐ₂ を含む、 光ネットワーク１００の特定の構成要素は、広帯域なものである。保護用送信機 １２４ｐ₁ および１２４ｐ₂ はチューニング可能な搬送周波数を有し、また保護 用光受信機１２６ｐ₁ および１２６ｐ₂ は、保護用光受信機１２６ｐ₁ および１ ２６ｐ₂ に連結されたチューニング可能なフィルタ１２８ｐ₁ および１２８ｐ₂ の通過帯域の周波数を変更することにより搬送周波数が変化する光波長信号を選 択的に検出することができる。好ましい実施形態において、チューニング可能な フィルタ１２８ｐ₁ および１２８ｐ₂ はファブリーペローフィルタにより実施さ れる。しかしながら、チューニング可能なフィルタ１２８ｐ₁ および１２８ｐ₂ の他の実施形態も使用することができる。 電気信号は、光送信機１１２ａ−ｆ、１１４ａ−ｆ、１１６ａ−ｆあるいは受 信機１１８ａ−ｆ、１２０ａ−ｆ、１２２ａ−ｆとの間でそれぞれ、コントロー ラ１３８により指定されるように、経路指定される。光ネットワーク１００に入 る別々の電気信号は、光送信機１１２ａ−ｆ、１１４ａ−ｆ、１１６ａ−ｆによ り異なる周波数（例えば、波長λ₁ 、λ₂ 、λ₃ に対応する周波数）を有する波 搬送波上で変調される。好ましい実施形態において、光送信機１１２ａ−ｆ、１ １４ａ−ｆ、１１６ａ−ｆは、直接変調された半導体レーザダイオード、あるい は外部変調されたレーザのような、変調されたレーザである。明確化のために、 運用系の設備１３６ａおよび１３６ｂだけを詳細に説明した。 運用系の設備１３６ａでは、異なる出力搬送波周波数、つまり波長λ₁ からλ₃ を有する光送信機１１２ａ１１４ａ、１１６ａの出力は、コンバイナ１３０ａ において統合され、次いで３ポート装置１３４ａに接続される。３ポート装置１ ３４ａは別々のポートにおける双方向の光波信号の入出力を許容する。好ましい 実施形態では、３ポート装置１３４ａは、溶融光ファイバで作られた方向性結合 器から構成される。光ファイバ構成要素として公知の他の形式の３ポート装置１ ３４ａを使用することもできる。この３ポート装置１３４ａはＳＤＳ１０８ａに 接続される。 通常の状態では、ＳＤＳ１０８ａは異なる搬送波周波数を有する変調された光 波信号の組合わせを光伝送ライン１０６ａに経路選択する。好ましい実施形態で は、光伝送ライン１０６ａは双方向的な光ファイバ、ライン中継器、および／ま たは増幅器を含んでいる。ところが、光伝送ライン１０６ａは単方向性の光ファ イバおよび増幅器だけから構成できる。あるいは、光伝送ライン１０６ａは長距 離用の、単モードの光ファイバだけで構成することもできる。光伝送ライン１０ ６ａの他端は、通常の動作の間においては光波信号を他の運用設備１３６ｄおよ びそれに対応する３ポート装置１３４ｄに経路選択する、他のＳＤＳ１０８ｂに 連結されている。 光波信号は次いで３ポート装置１３４ｄからスプリッタ１３２ｄに伝わる。好 ましい実施形態において、スプリッタ１３２ｄは、光波信号を構成する搬送波周 波数に対応する周波数選択的な出力を有するＷＤＭ多重化装置（図示せず）を含 んでいる。ＷＤＭ多重化装置は一般的には、異なる波長の光を空間的に分離する 光回折格子による形成される。 あるいは、スプリッタ１３２ｄは、ｎ方向のパワーデバイダから構成される。 波長選択性は、ｎ方向パワーデバイダと光受信機１１８ｄ、１２０ｄ、１２２ｄ の間にフィルタを挿入することでｎ方向パワーデバイダにより達成することがで きる。なお、光受信機１１８ｄ、１２０ｄ、１２２ｄが周波数選択性のものであ る場合には、フィルタは必要でない。 スプリッタ１３２ｄの各出力は光受信機１１８ｄ、１２０ｄ、１２２ｄに連結 されている。好ましい実施形態において、光受信機１１８ｄ、１２０ｄ、１２２ ｄは標準的な光検出器である。他の光受信機１１８、１２０ｄ、１２２ｄの実施 形態も使用することができる。光受信機１１８ｄ、１２０ｄ、１２２ｄは対応す る搬送周波数の光波信号から電気信号を復調する。この電気信号は第２のＤＣＣ Ｓ１１０ｂを通ってそのポート１４０ｂに連結されて電気領域の戻る。 コントローラ１３８は、光ネットワーク１００内の、光送信機１１２、１１４ 、１１６および受信機１１８、１２０、１２２のような構成要素に接続されてい る。 コントローラ１３８は光ネットワークの構成要素が正しく機能しているかどうか を関知している。好ましい実施形態において、コントローラ１３８はプロセッサ であり、また信号の損失および／または他の形式の光学的な故障を検知している 。 あるいは、コントローラ１３８は、通信ネットワーク（図示せず）により整理さ れた複数の分散型プロセッサから構成される。構成要素が故障した場合、コント ローラ１３８は、ＳＤＳ１０８ａ、ｂおよびＤＣＣＳ１１０ａ、ｂを利用して、 故障した構成要素を通過する信号を保護用、あるいはスペアの構成要素に再経路 選択する。スペアの構成要素は、保護用光伝送ライン１０４、チューニング可能 なフィルタ１２８ｐ₁ および１２８ｐ₂ を備えた保護用光受信機１２６ｐ₁ およ び１２６ｐ₂ 、および/または保護用光送信機１２４ｐ₁ および１２４ｐ₂ を含 んでいる。 図２は、光ネットワーク１００の耐故障的な性質の一例の動作の流れ図を例示 したものである。以下に説明する機能性はコントローラ１３８により実施される 。光ネットワーク１００が動作を開始したとき、あるいは光ネットワークが最初 に構成要素の故障を検出したとき、（ステップ２０２）、コントローラ１３８は 光伝送ライン１０６ａ−ｃのどれが故障したのかを評価する（ステップ２０４） 。光ネットワーク１００に対して光伝送ライン１０６ａ−ｃの故障を判定するた めの１つの方法は、特定の光伝送ライン１０６ａ−ｃに接続されたすべての光受 信機１１８ａ−ｆ、１２０ａ−ｆ、１２２ａ−ｆによる光波信号の受領がないこ とをコントローラ１３８により監視することである。 コントローラ１３８が光伝送ライン１０６ａ−ｃが故障したと判定した場合、 コントローラ１３８は対応するＳＤＳ１０８ａ、ｂに対して、光信号を利用可能 な保護用の、スペアの光伝送ライン１０４に再経路選択するように指示する（ス テップ２０６）。保護用光伝送ライン１０４が利用されたならば、これは将来的 な使用には利用できない。 故障した光伝送ラインを置き換えし、あるいは故障がない場合には、コントロ ーラ１３８は光送信機１１２ａ−ｆ、１１４ａ−ｆ、１１６ａ−ｆのいずれかが 故障したかどうかを評価する（ステップ２０８）。コントローラ１３８が光送信 機１１２ａ−ｆ、１１４ａ−ｆ、１１６ａ−ｆが故障したと判定した場合、コン トローラ１３８は対応するＤＣＣＳ１１０ａ、ｂに対して、故障した光送信機か らの電気信号を保護用のスペアの光送信機１２４ｐ₁ および１２４ｐ₂ に再経路 選択するように指示する（ステップ２１０）。ほぼ同じ時間において、保護用光 送信機１２４ｐ₁ および１２４ｐ₂は、コントローラ１３８により指示された故 障した光送信機に対応する波長にチューニングされる。再経路選択された電気信 号は保護用光送信機１２４ｐ₁ および１２４ｐ₂ により光波搬送波上で変調され る。得られた変調された光波信号は次いで、元の光波信号が光送信機１１２ａ− ｆ、１１４ａ−ｆ、１１６ａ−ｆの故障の前に通って伝播していた、運用系の光 電装ライン１０６ａ−ｃおよび光受信機１１８ａ−ｆ、１２０ａ−ｆ、１２２ａ −ｆを含む、同じ構成要素のいくつかを通って結合される。 最後に、故障した光送信機が置き換えられ、あるいは故障が見つからなかった 場合、コントローラ１３８は光受信機１１８ａ−ｆ、１２０ａ−ｆ、１２２ａ− ｆのいずれかが故障したかどうかを判定する（ステップ２１２）。コントロータ １３８が光受信機１１８ａ−ｆ、１２０ａ−ｆ、１２２ａ−ｆが故障したと判定 した場合には、次いで、コントローラ１３８は、対応するＳＤＳ１０８ａ、ｂに 対して、故障した光受信機からの光波信号を保護用の、スペアの、光受信機１２ ６ｐ₁ および１２６ｐ₂ に再経路選択するように指示する（ステップ２１４）。 コントローラ１３８が光受信機１１８ａ−ｆ、１２０ａ−ｆ、１２２ａ−ｆが 故障したことを判定する方法の一例を次に説明する。光受信機１１８ａ−ｆ、１ ２０ａ−ｆ、１２２ａ−ｆはコントローラ１３８に対して光受信機１１８ａ−ｆ 、１２０ａ−ｆ、１２２ａ−ｆが光波信号を検出したことを表す信号を提供する 。光受信機１１８ａ−ｆ、１２０ａ−ｆ、１２２ａ−ｆがこのような信号を提供 せず、またコントローラ１３８が対応する光伝送ライン１０６ａ−ｃの故障がな いと判定した場合、コントローラ１３８は光受信機１１８ａ−ｆ、１２０ａ−ｆ 、１２２ａ−ｆが故障したと推定する。 ほぼ同じ時間において、コントローラ１３８はＳＤＳ１０８ｂに光波信号を再 経路選択することを指示し、コントローラ１３８は対応するチューニング可能な フィルタ１２８ｐ₁ および１２８ｐ₂ の通過帯域を設定することにより保護用の 光受信機１２６ｐ₁ および１２６ｐ₂ の動作周波数を調整する。検出された電気 信号はＤＣＣＳ１１０ａ、ｂにより、光受信機１１８ａ−ｆ、１２０ａ−ｆ、１ ２２ａ−ｆが故障する前に復調された電気信号が出力されていたのと同じポート １４０ａ、ｂに再経路選択される。 コントローラ１３８の動作が停止した場合、前述したプロセスが停止される（ ステップ２１８）。あるいは、プロセスはそれ自体が繰り返され、光伝送ライン １０６ａ−ｃの故障が発生したかどうかが再度分析される（ステップ２０４）。 なお、上記したステップのいくつかは他の順序あるいは並列して実施できる・ このような実施は当業者には自明である。 周波数変換 本発明の別の特長によれば、光ネットワークの容量は、運用系の光伝送ライン が故障し、これに置き換える保護用の光伝送ラインがない場合でも、維持される 。このような場合、本発明では故障した運用系の光伝送ラインを他の運用系の光 伝送ラインに転送する。周波数変換器は、これらの別の復元された搬送波信号が 他の運用系の光伝送ライン上を伝送された通常の搬送波信号と共存することを許 容するために設けられている。 本発明の第２の実施形態を図３に例示した。図３において、光ネットワーク３ ００は、２つの空間分割スイッチ１０８ａ、ｂ内のポートに結合された２つの周 波数変換器３０２ａ、ｂを有している。周波数変換器３０２ａ、ｂは、コントロ ーラ１３８に結合されている。周波数変換器３０２ａ、ｂは搬送波信号の複合セ ット（λ₁ からλ₃）が他の波長の複合セット（λ₄ からλ₆）に調節される。例 えば、ＳＤＳ１０８ａは故障した運用系の光伝送ライン上を先に進んでいた信号 をＳＤＳ１０８ａに結合された周波数変換器３０２ａに経路選択する。信号の搬 送波周波数λ₁ からλ₃ は次いで周波数変換器３０２ａ内でλ₄ からλ₆ に変更 される。信号はＳＤＳ１０８により他の運用系の光伝送ライン１０６ａ−ｃに再 経路選択される。 周波数ないし波長変換を行うための少なくとも２つの周波数変換器が公知であ る。例えば、ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔ ｅｒｓ、Ｖｏｌ．６、Ｎｏ．８（１９９４年８月）の、Ｚｈｏｕなどによる「Ｆ ｏｕｒ-Ｗａｖｅ Ｍｉｘｉｎｇ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃ ｙ ｉｎ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｔｒａｖｅｌｉｎｇ−Ｗａｖｅ Ａｍ ｐｌｉｆｉｅｒｓ Ｍｅａｓｕｒｅｄ ｔｏ ６５ ｎｍ ｏｆ Ｗａｖｅｌｅ ｎｇｔｈ Ｓｈｉｆｔ」、およびＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏ ｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．５、Ｎｏ．９（１９９３年９月）の、Ｒｉ ａｚａｔなどによる「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｓｈｉｆｔｉｎ ｇ ｂｙ Ｔｒａｖｅｌｉｎｇ−Ｗａｖｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｏｐｔｉｃ Ｍｏｄ ｕｌａｔｉｏｎ」を参照（それぞれ本明細書に組み入れられる）。１つの技術に おいては、Ｚｈｏｕなどにより説明された非線形の半導体光増幅器による４波混 合が含まれている。この技術は、無線設備において通常行われている高周波電気 信号のヘテロダイン技術（混合）に類似している。第２の技術は進行波光電式変 調技術を使用しており、マイクロ波および光信号は基体を一緒に通って進む。Ｒ ｉａｚａｔなどに説明されているように、マイクロ波はそれが進む基体内に屈折 率の勾配を生成する。１以上の周波数変換器３０２ａ、ｂを光ネットワーク１０ ０に結合することができる。 図４は１以上の周波数変換器３０２ａ、ｂを使用する光ネットワークの例示的 な動作を示した流れ図である。以下に説明した機能はコントローラ１３８により 実施され、コントローラはステップ４０２において、光ネットワーク３００が動 作を開始したときに故障の検出を開始する。 ステップ４０４において、コントローラ１３８はいずれかの光伝送ラインが故 障したかどうかを判別する。コントローラ１３８がいずれの光伝送ライン１０６ ａ−ｃも故障していないと判別した場合、コントローラ１３８は光伝送ライン１ ０６ａ−ｃの故障の調査を続ける（ステップ４１６）か、または調査を中止する （ステップ４１８）。しかしながら、コントローラ１３８が光伝送ライン１０６ ａ−ｃが故障していると判定した場合、コントローラ１３８は次に保護用光伝送 ライン１０４が使用のために利用可能であるかどうかを判別する。保護用の光伝 送ライン１０４が使用のために利用可能である場合、コントローラ１３８は故障 した光伝送ライン１０６ａからの信号を、保護用の光伝送ライン１０４を通って 再経路選択する。 しかしながら、利用できる保護用の光伝送ラインがないか、あるいは光ネット ワーク３００内でいずれも実施されていない場合、コントローラ１３８は故障し た光伝送ライン１０６ａ−ｃからの光データ信号を各SＤＳ１０８ａ、ｂを通っ て、１以上の周波数変換器３０２ａ、ｂに、および利用可能な運用系の伝送ライ ン１０６ａ−ｃ上で再経路選択する。例えば、周波数変換器３０２ａにおいては 、信号は搬送波周波数の初期セットから光搬送波周波数の他のセットにシフトさ れ、送信機１１２ａ−ｃ、１１４ａ−ｃ、１１６ａ−ｃ、あるいは１２４ｐ₁ の いずれかからの信号が、機能している運用系あるいは保護系の光伝送ライン１０ ６ａ−ｃ、１０４上で、他の信号は異なる搬送波周波数で干渉なしに、ＳＤＳ１ ０８ａを通って伝送される（ステップ４１２）。これらの変換された光信号は次 いで、いずれかの適切にチューニングされた受信機１１８ｄ−ｆ、１２０ｄ−ｆ 、１２２ｄ−ｆ、あるいは１２６ｐ₂ により、変換された波長あるいは周波数と しての検出のためにＳＤＳを通って経路選択される。 あるいは、コントローラ１３８は変換された信号を他の周波数変換器３０２ｂ に経路選択でき、これにより信号はそれらの初期の周波数（あるいは他の周波数 ）にシフトバックされ、信号は光受信機１１８ｄ−ｆ、１２０ｄ−ｆ、１２２ｄ −ｆ、あるいは１２６ｐ₂ により検出することができる。 あるいは、信号は第２のｓｄｓ１０８ａ、ｂから、シフトされた搬送波周波数 を有する信号を検出するためにコントローラ１３８により調節されるチューニン グ可能な受信機に経路選択することができる。光ネットワーク１００は次いで、 故障した光伝送ラインの調査を続ける（ステップ４１６）か、あるいはその分析 を停止する（ステップ４１８）。 上記したステップのいくつかは他の順序あるいは並列に実施することができる 。このような実施は当業者には自明なことである。 本発明の第３の構成要素を図５において光ネットワーク５００内に例示した。 明確化のために、電気人力１４０ａから電気出力１４０ｂへの出力のための１つ の伝送方向における通信のためのネットワーク構成要素だけを示した。ＳＤＳ１ ０８ａ内のアクティブなポートＡからＩおよびＳＤＳ１０８ｂ内のポートＡから Ｇが示されている。他のポートは必要に応じて設けられる。 １つの波長ないし周波数変換器５０２が光空間分割スイッチ１０８ａに光学的 に接続されている。波長変換器５０２は、各波長、例えばλ₁ からλ₂ において 多重化された光キャリア信号のセットを受領し、また、同じ相対的な分離および 変調特性を示す光搬送波信号の波長シフトされたセット、例えば、λ₄ からλ₆ を出力する。保護用受信機設備５１０は、搬送波信号を変換するためにＳＤＳ１ ０８ｂとＤＣＣＳ１１０ｂの間に結合されている。分割要素５２０は、ＳＤＳＩ ０８ｂから受信した搬送波信号を３つのチューニング可能な受信機５２１に通過 させる。例えば、分割要素５２０は、入力搬送波を３つの別々の信号に分割する ための、ビームスプリッタ、フィルタ、および／または回折格子のような、１以 上の光構成要素とすることができる。チューニング可能な受信機５２１−５２３ は次いで、それぞれの分離された信号内で、特定の波長を検出するためにチュー ニングされる。通常の動作の間において、３つのチューニング可能な受信機５２ １−５２３は、波長λ₁ からλ₃ の初期セットを検出するためにチューニングさ れる。復元の間、３つのチューニング可能な受信機５２１−５２３は、波長変換 器５０２により発生された波長のシフトされたセットλ₄ からλ₆ を検出するた めにチューニングされる。 ネットワーク５００は、利用可能な保護用ファイバがないかあるいは運用系の ファイバの故障の数が提供される保護用ファイバの数を越えたときにおいて、ネ ットワーク容量の復旧を許容する周波数の機敏性を提供する。２つの運用系ファ イバ１０６ａおよび１０６ｂが損傷した場合においてネットワーク５００の復旧 動作は図６を参照して次に説明する。復旧動作は、図１から図３を参照して先に 説明したように、ＳＤＳ１０８ａ、１０８ｂ、波長変換器５０２、運用系および 保護系設備（送信機１１２−１１６ａ−ｃおよび受信機１１８−１２ｄ−ｅ、５ ２１−５２３）、およびＤＣＣＳ１１０ａ、１１０ｂに接続された、コントロー ラ１３８（図示せず）により実行される。 ＳＤＳ１０８ａおよび１０８ｂは、ＳＤＳ１０８ａにおけるポートＡおよびＨ 並びにＳＤＳ１０８ｂにおけるポートＤおよびＥを接続することで、運用系ファ イバ１０６ａから保護用ファイバ１０４にトラヒックを再経路選択するために交 換接続される（ステップ６０２）。ＳＤＳ１０８ｂはポートＣをポートＦおよび Ｇに接続するために交換接続される（ステップ６０４）。ＤＣＣＳ１１０ｂは、 送信機１１２ｃ−１１６ｃからの搬送波信号が受信機１１８ｅ−１２２ｅにおい て受信されるように交換接続される（ステップ６０６）。 チューニング可能な受信機５２１−５２３は波長λ₁ からλ₆ のシフトされた セットにチューニングされる（ステップ６０８）。ＳＤＳ１０８ａはポートＢと Ｉを接続するために交換接続されて、送信機１１２ｂ−１１６ｂからの信号の複 合のセットが波長変換器５０２に入るようになる（ステップ６１０）。波長変換 器５０２は、初期の波長λ₁ からλ₃ からの波長のセットを波長λ₄ からλ₆ の シフトされたセットにシフトするためにセットおよび／または調節される（ステ ップ６１２）。最後に、ＳＤＳ１０８ａはポートＤおよびＧを接続するために交 換接続され、チュ−ニングされた受信機５２１−５２３による検出のために、波 長のシフトされたセットを有する搬送波信号が、運用系のファイバ１０６ｃによ り運ばれる通常のトラヒック上に重畳される（ステップ６１４）。 なお、本発明の実施の形態はハードウェア、ソフトウェアあるいはこれらの組 合わせ上で実施されるものである。このような実施形態においては、種々の構成 要素およびステップは、本発明の機能を実行するためにハードウェアおよび／ま たはソフトウェア内で実施される。現存あるいは将来的に開発されるコンピュー タ言語および／またはハードウェア構成要素は本発明のこのような実施形態にお いて採用することができる。特に、上記した流れ図はソフトウェアの実施形態を 作り出す際に特に有用である。 以上、本発明の種々の実施形態を説明したが、これらは例示的なものであり、 本発明はこれらに限定されるものではない。よって、本発明の技術思想および範 囲は上記の例示的な実施形態により限定されず、添付の請求の範囲およびその等 価の範囲により規定されるものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＡ，ＪＰ，ＭＸ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 光伝送ライン 前記光伝送ラインに結合された空間分割スイッチを含み、 前記空間分割スイッチに結合された保護用光伝送ラインを含み、 前記空間分割スイッチに結合されたチューニング可能な光送信機を含み、 前記空間分割スイッチに結合されたチューニング可能な光受信機を含み、およ び 前記空間分割スイッチ、前記チューニング可能な光送信機、および前記チュー ニング可能な光受信機に結合されたコントローラを含み、前記コントローラは、 前記コントローラが前記光伝送ラインが故障したことを判別したときには、光信 号を前記空間分割スイッチを通って前記保護用光伝送ラインに経路選択する、光 ネットワーク。 ２． 前記コントローラが、前記チューニング可能な光送信機から前記チューニ ング可能な光受信機へ同報通信される信号の搬送波周波数を調節する、請求の範 囲第１項記載の光ネットワーク。 ３． 前記チューニング可能な光送信機および前記チューニング可能な光受信機 に結合されたデジタル交差接続スイッチを含み、および 前記空間分割スイッチおよび前記デジタル交差接続スイッチに結合された保護 用光送信機を含み、前記コントローラは、前記コントローラが前記チューニング 可能な光送信機が故障したことを判別したときには、電気入力信号を前記デジタ ル交差接続スイッチを通って前記保護用光送信機に経路選択する、請求の範囲第 １項記載の光ネットワーク。 ４． 前記空間分割スイッチおよび前記デジタル交差接続スイッチに連結された 保護用光受信機を含み、前記コントローラは、前記コントローラが前記チューニ ング可能な光受信機が故障したことを判別したときには、電気出力信号を前記デ ジタル交差接続スイッチを通って前記保護用光受信機に経路選択する、請求の範 囲第３項記載の光ネットワーク。 ５． 前記チューニング可能な光送信機および前記チューニング可能な光受信機 に結合されたデジタル交差接続スイッチを含み、および 前記空間分割スイッチおよび前記デジタル交差接続スイッチに結合された保護 用光受信機を含み、前記コントローラは、前記コントローラが前記チューニング 可能な光受信機が故障したことを判別したときには、電気出力信号を前記デジタ ル交差接続スイッチを通って前記保護用光受信機に経路選択する、請求の範囲第 １項記載の光ネットワーク。 ６． 光伝送ライン、 前記光伝送ラインに結合された空間分割スイッチを含み、 前記空間分割スイッチに結合された光送信機を含み、 前記空間分割スイッチに結合された光受信機を含み、 前記空間分割スイッチに結合された周波数変換器を含み、および 前記空間分割スイッチ、前記周波数変換器、前記光送信機、および前記光受信 機に結合されたコントローラを含み、前記コントローラは、前記コントローラが 前記光伝送ラインが故障したことを判別したときには、光信号を前記空間分割ス イッチを通って前記周波数変換器に経路選択する、光ネットワーク。 ７． 前記コントローラが、前記周波数変換器から前記光受信機へ同報通信され る信号の搬送波周波数を調節する、請求の範囲第６項記載の光ネットワーク。 ８． 前記光送信機および前記光受信機に結合されたデジタル交差接続スイッチ を含み、および 前記空間分割スイッチおよび前記デジタル交差接続スイッチに結合された保護 用光送信機を含み、前記コントローラは、前記コントローラが前記チューニング 可能な光送信機が故障したことを判別したときには、電気入力信号を前記デジタ ル交差接続スイッチを通って前記保護用光送信機に経路選択する、請求の範囲第 ６項記載の光ネットワーク。 ９． 前記空間分割スイッチおよび前記デジタル交差接続スイッチに連結された 保護用光受信機を含み、前記コントローラは、前記コントローラが前記光受信機 が故障したことを判別したときには、電気出力信号を前記デジタル交差接続スイ ッチを通って前記保護用光受信機に経路選択する、請求の範囲第８項記載の光ネ ットワーク。 １０． 前記光送信機および前記光受信機に結合されたデジタル交差接続スイッ チを含み、および 前記空間分割スイッチおよび前記デジタル交差接続スイッチに結合された保護 用光受信機を含み、前記コントローラは、前記コントローラが前記光受信機が故 障したことを判別したときには、電気出力信号を前記デジタル交差接続スイッチ を通って前記保護用光受信機に経路選択する、請求の範囲第６項記載の光ネット ワーク。 １１． 耐故障性の光ネットワークを操作する方法において、 （１）光伝送ラインが故障したかどうかを判別するステップ、 （２）前記光伝送ラインが故障した場合に前記光伝送ラインからの信号を空間 分割スイッチを通って周波数変換器に再経路選択するステップ、 （３）前記周波数変換器内の前記信号の搬送波周波数を変更するステップ、お よび （４）前記周波数変換器からの前記信号を前記空間分割スイッチを通って運用 系の光伝送ラインに経路選択するステップを含んでなる、方法。 １２． （５）チューニング可能な光受信機を前記周波数変換器により発生され た前記信号の前記搬送波周波数に対応する波長に調節するステップ、および （６）前記信号を第２の空間分割スイッチを通って前記チューニング可能な光 受信機に経路選択するステップをさらに含んでなる、請求の範囲第１１項記載の 耐故障性の光ネットワークを操作する方法。 １３． （５）第２の周波数変換器を周波数変換器により発生された前記信号の 前記搬送波周波数に対応する波長に調節するステップ、 （６）前記信号を第２の空間分割スイッチを通って前記第２の周波数変換器に 経路選択するステップをさらに含んでなる、請求の範囲第１１項記載の耐故障性 の光ネットワークを操作する方法。 １４． デジタル交差接続スイッチ、 前記デジタル交差接続スイッチに連結された設備、 前記デジタル交差接続スイッチに連結された保護用設備、 前記設備および前記保護用設備に連結された空間分割スイッチ、 前記空間分割スイッチに連結された光伝送ライン、 前記空間分割スイッチに連結された保護用光伝送ライン、 前記空間分割スイッチに連結された周波数変換器、および 前記周波数変換器、前記デジタル交差接続スイッチ、前記設備、前記保護用設 備、および前記空間分割スイッチに連結されたコントローラを含んでなる、光ネ ットワーク。 １５． 前記設備が、 光送信機、 前記光送信機に連結されたコンバイナ、 光受信機、 前記光受信機に連結されたスプリッタ、および 前記コンバイナおよび前記スプリッタに連結された３ポート装置を含んでなる 、請求の範囲第１４項記載の光ネットワーク。 １６． 前記保護用設備が、 保護用光送信機、 保護用光受信機、 前記保護用光受信機に連結されたチューニング可能なフィルタ、および 前記保護用光送信機および前記チューニング可能なフィルタに連結された３ポ ート装置を含んでなる、請求の範囲第１４項記載の光ネットワーク。 １７． 光伝送ラインを含み、 前記光伝送ラインに連結された空間分割スイッチを含み、 前記空間分割スイッチに連結された保護用光伝送ラインを含み、 前記空間分割スイッチに連結された光送信機を含み、 前記空間分割スイッチに連結された光受信機を含み、および 前記空間分割スイッチ、前記光送信機、および前記光受信機に連結されたコン トローラを含み、前記コントローラは、前記コントローラが前記光伝送ラインが 故障したことを判別したときには、光信号を前記空間分割スイッチを通って前記 保護用光伝送ラインに経路選択する、光ネットワーク。 １８． 前記な光送信機および前記光受信機に結合されたデジタル交差接続スイ ッチを含み、および 前記空間分割スイッチおよび前記デジタル交差接続スイッチに結合された保護 用光送信機を含み、前記コントローラは、前記コントローラが前記光送信機が故 障したことを判別したときには、電気入力信号を前記デジタル交差接続スイッチ を通って前記保護用光送信機に経路選択する、請求の範囲第１７項記載の光ネッ トワーク。 １９． 前記空間分割スイッチおよび前記デジタル交差接続スイッチに連結され た保護用光受信機を含み、前記コントローラは、前記コントローラが前記光受信 機が故障したことを判別したときには、電気出力信号を前記デジタル交差接続ス イッチを通って前記保護用光受信機に経路選択する、請求の範囲第１８項記載の 光ネットワーク。 ２０． 前記光送信機および前記光受信機に結合されたデジタル交差接続スイッ チを含み、および 前記空間分割スイッチおよび前記デジタル交差接続スイッチに結合された保護 用光受信機を含み、前記コントローラは、前記コントローラが前記光受信機が故 障したことを判別したときには、電気出力信号を前記デジタル交差接続スイッチ を通って前記保護用光受信機に経路選択する、請求の範囲第１７項記載の光ネッ トワーク。 ２１． 耐故障性の光ネットワークを操作する方法において、 （１）光伝送ラインが故障したかどうかを判別するステップ、 （２）前記光伝送ラインが故障している場合において、前記光伝送ラインを空 間分割スイッチを通る保護用光伝送ラインに置換えるステップ、 （３）光受信機が故障しているかどうかを判別するステップ、 （４）前記光受信機が故障している場合において、前記光受信機をデジタル交 差接続スイッチを通る保護用光受信機に置換えるステップを含んでなる、方法 ２２． （５）前記保護用光受信機を前記故障した光受信機に対応する波長にチ ューニングするステップをさらに含んでなる、請求の範囲第２１項記載の耐故障 性の光ネットワークを操作する方法。 ２３． （５）光送信機が故障したかどうかを決定するステップ、および （６）前記光送信機が故障した場合において、前記光送信機をデジタル交差接 続スイッチを通る保護用光送信機に置換えるステップをさらに含んでなる、請求 の範囲第２１項記載の耐故障性の光ネットワークを操作する方法。 ２４． （７）前記保護用光受信機を前記故障した光受信機に対応する波長にチ ューニングするステップ、および （８）前記保護用光送信機を前記故障した光送信機に対応する波長にチューニ ングするステップをさらに含んでなる、請求の範囲第２３項記載の耐故障性の光 ネットワークを操作する方法。 ２５． 耐故障性の光ネットワークを操作する方法において、 （１）光伝送ラインが故障したかどうかを判別するステップ、 （２）前記光伝送ラインが故障している場合において、前記光伝送ラインを空 間分割スイッチを通る保護用光伝送ラインに置換えるステップ、 （３）光送信機が故障しているかどうかを判別するステップ、 （４）前記光送信機が故障している場合において、前記光送信機をデジタル交 差接続スイッチを通る保護用光送信機に置換えるステップを含んでなる、方法 ２６． （５）前記保護用光送信機を前記故障した光送信機に対応する波長にチ ューニングするステップをさらに含んでなる、請求の範囲第２５項記載の耐故障 性の光ネットワークを操作する方法。 ２７． デジタル交差接続スイッチ、 前記デジタル交差接続スイッチに連結された設備、 前記デジタル交差接続スイッチに連結された保護用設備、 前記設備および前記保護用設備に連結された空間分割スイッチ、 前記空間分割スイッチに連結された光伝送ライン、 前記空間分割スイッチに連結された保護用光伝送ライン、および 前記デジタル交差接続スイッチ、前記設備、前記保護用設備、および前記空間 分割スイッチに連結されたコントローラを含んでなる、光ネットワーク。 ２８． 前記設備が、 光送信機、 前記光送信機に連結されたコンバイナ、 光受信機、 前記光受信機に連結されたスプリッタ、および 前記コンバイナおよび前記スプリッタに連結された３ポート装置を含んでなる 、請求の範囲第２７項記載の光ネットワーク。 ２９． 前記保護用設備が、 保護用光送信機、 保護用光受信機、 前記保護用光受信機に連結されたチューニング可能なフィルタ、および 前記保護用光送信機および前記チューニング可能なフィルタに連結された３ポ ート装置を含んでなる、請求の範囲第２７項記載の光ネットワーク。 ３０． 前記保護用設備が、 保護用光送信機、 保護用光受信機、 前記保護用光受信機に連結されたチューニング可能なフィルタ、および 前記保護用光送信機および前記チューニング可能なフィルタに連結された３ポ ート装置を含んでなる、請求の範囲第２８項記載の光ネットワーク。