JP2001197006A

JP2001197006A - 波長多重ネットワーク

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Publication number: JP2001197006A
Application number: JP2000006858A
Authority: JP
Inventors: Toshikazu Sakano; 寿和坂野
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2000-01-14
Filing date: 2000-01-14
Publication date: 2001-07-19
Anticipated expiration: 2020-01-14
Also published as: JP3593291B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ＷＤＭ方式とＡＷＧを用いて複数のノード間
をＨＣＮ接続するＨＣＮにおいて、各ノードの光源の共
有化を図りながら、容易かつ安価にネットワークの大規
模化を可能にする。【解決手段】ＨＣＮで使用する波長の多波長光を出力
する多波長光源を備え、多波長光源から出力される多波
長光を各ノードの出力ポートから入力する。各ノードで
は、入力される多波長光からそれぞれ割り当てられた波
長の無変調光を分波する光合分波器と、各波長の無変調
光を送信信号により変調して折り返す反射型光変調器を
備え、各反射型光変調器から出力された波長信号光を光
合分波器で合波して波長多重信号光として送信する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、波長多重技術と周
回性波長多重分離素子（例えば、アレイ導波路回折格子
型フィルタ（ＡＷＧ））を用いてハイパーキューブネッ
トワークを構成することにより高スループット、フォー
ルトトレラントなネットワークを実現する波長多重ネッ
トワークにおいて、各ノードに配置される光源を複数の
ノードで共有化するネットワーク構成法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、パーソナルコンピュータの普及と
高速光通信技術の発展を背景として、インターネットを
はじめとするネットワーク利用が急速に進んでいる。オ
フィスでは、事務連絡が電子メールでなされるなど社内
業務のネットワーク化が進んでいる。また、家庭におい
ても電子メールやインターネットが外部との連絡や銀行
の残高照会、電子ショッピングなどに利用されはじめて
いる。このように生活のあらゆるシーンでのネットワー
ク利用が進展するにつれて、通信ネットワークには益々
の大容量化が求められている。

【０００３】通信ネットワークは接続端子数、接続距離
など規模によって分類がなされている。まずビル内、工
場内、オフィス内、キャンパス内など比較的小さな領域
でコンピュータ端末などを相互接続するためのネットワ
ークとしてのＬＡＮ（LocalArea Network）がある。ネ
ットワーク規模が地域、都市などの領域に広がったネッ
トワークは、ＷＡＮ（Wide Area Network ）またはＭＡ
Ｎ（Metropolitan Area Network ）などと呼ばれてい
る。さらに、国内あるいは世界中を対象としたネットワ
ークとして広域ネットワークなどが考えられている。こ
れらのネットワークは単独で存在することは少なく、相
互に接続されて世界中に広がる巨大なネットワークを構
成している。

【０００４】通信ネットワークは、複数の通信ノードと
通信ノード間を接続する伝送路から構成されている。通
信ノードは複数の入出力端子を持ち、入力された信号を
所望の出力先に出力するためのスイッチング機能を持
つ。また、伝送路はノード間の通信を確保する。ネット
ワークを高速化するためには、伝送路として光ファイバ
を用いた光通信方式の適用が有効である。光ファイバを
用いた光通信方式の適用により、従来のメタルケーブル
を用いた場合に比べて伝送容量、伝送距離を飛躍的に大
きくすることが可能となった。

【０００５】光通信方式には、主に光時分割多重通信方
式（ＴＤＭ）と光波長多重通信方式（ＷＤＭ）、さらに
光ファイバを多芯化して信号を送受信する空間多重通信
方式（ＳＤＭ）がある。ＴＤＭ方式は複数の電気信号を
時間軸上で多重化し高速な光信号に変換して光ファイバ
に入力する。受信端では受信光信号を電気信号に変換し
てもとの複数の信号に分離して出力する。光通信方式で
一般的に用いられる近赤外光は数百テラヘルツの電磁波
であり、テラヘルツオーダーの変調信号を生成すること
が原理的に可能である。実験室レベルでは数百ギガビッ
ト毎秒、実用化レベルでは40ギガビット毎秒の光時分割
多重通信が既に実現されている。

【０００６】ＷＤＭ方式は、複数の電気信号を互いに異
なる波長を有する複数の変調信号光に変換して、１本の
光ファイバで伝送する方式である。光受信端では、光フ
ィルタを用いて波長ごとに信号光を分離し、それぞれ電
気信号に変換して出力する。波長多重通信方式は、光時
分割多重通信方式にくらべて各変調信号光の信号速度が
それほど大きくなくても大容量通信が可能なので、電気
回路への負担が小さいという特徴がある。そのため、波
長多重通信方式をベースとしたネットワーク構成法が最
近活発に研究開発されている。

【０００７】ＷＤＭ方式を用いたネットワーク構成法の
一つとして、ＷＤＭ方式とアレイ導波路回折格子型フィ
ルタ（以下「ＡＷＧ」という）を用い、効率的なネット
ワーク構成として知られているハイパーキューブネット
ワーク（以下「ＨＣＮ」という）を実現する提案がなさ
れている。

【０００８】図１８は、ＷＤＭ方式とＡＷＧを組み合わ
せてＨＣＮを実現する従来例を示す。この従来例は、特
開平８−２４２２０８号公報（ハイパーキューブ型イン
ターコネクションネットワーク）に開示されている構成
である。図１９は、８ノードによるＨＣＮの構成を示
す。

【０００９】図において、８個のノードをそれぞれに付
与されるアドレス０００〜１１１で表示する。ノード０
００〜１１１は、それぞれ送受信部５１、光合波器５２
および光分波器５３を有する。ノード０００〜１１１の
入出力光リンクは、ＡＷＧ１の入出力ポート０〜７に順
番に接続される。すなわち、ノード０００とＡＷＧ１の
入力ポート０および出力ポート０が接続され、以下同様
にノード１１１とＡＷＧ１の入力ポート７および出力ポ
ート７が接続される。

【００１０】図２０は、ＡＷＧの入出力ポート間の信号
波長および各入出力ポートに接続されるノードの関係を
示す。８入力８出力のＡＷＧは、入力ポート０に入力さ
れた波長λ0 〜λ7 の信号光を出力ポート０〜７に分波
し、入力ポート１に入力された波長λ0 〜λ7 の信号光
を出力ポート７，０〜６に分波し、以下同様に波長と出
力ポートがサイクリックにシフトする。すなわち、入力
された８波長をそれぞれ異なる出力ポートから出力する
とともに、各出力ポートには各入力ポートからの互いに
異なる波長の信号光が波長多重して出力される。ＡＷＧ
のこのような性質を周回性と呼び、このような素子を一
般的に周回性波長多重分離素子という。なお、本明細書
ではＡＷＧを中心に説明するが、ＡＷＧに限定されるも
のではない。

【００１１】ここで、ＨＣＮについて簡単に説明する。
ＨＣＮは、２ⁿ（ｎは正整数）個のノードを接続するた
めのネットワーク構成法の１種で、ノード番号を２進数
（ノード数が２ⁿ（ｎは正整数）個のときはｎビットの
２進数となる）で表したときに、ノード番号の１ビット
だけが反転しているノード同士を接続するものである。
例えば、ノード数が８の場合のＨＣＮでは、ノード００
０とノード００１、０１０、１００を接続すればよく、
図２０からそのときの使用波長をλ1,λ2,λ4とすれば
よいことがわかる。すなわち、図１８に示すように、ノ
ード０００の光合波器５２で合波された波長λ1,λ2,λ
4 の光信号をＡＷＧ１の入力ポート０に入力すると、出
力ポート１，２，４に分波され、それぞれノード００
１、０１０、１００に入力される。他のノードについて
も同様である（図２０中にハッチングで示す）。図１９
は、このような接続規則でノード同士を接続した様子を
示す。図から、立方体の角にノードを配置したような構
成となっていることがわかる。ちなみに、ｎをＨＣＮの
次数と言い、８個のノードからなるＨＣＮは３次ＨＣＮ
と呼ばれる。

【００１２】さて、以上の規則でノード間を接続するＨ
ＣＮは種々の利点があることが報告されている。まず、
多数のノードを相互接続するときの配線数を少なくする
ことができる。ｎ次ＨＣＮ（ノード数Ｎ＝２ⁿ個）を実
現するための総配線数Ｍは、Ｍ＝ｎ２ⁿ個となる。一
方、例えばＮ個のノードを完全結合した場合の総配線数
ＴはＴ＝Ｎ²となる。ここで、Ｍ＜Ｔであるので、総ノ
ード数が多くなるとＨＣＮが総配線数の点で有利にな
る。

【００１３】次に、平均ホップ数（所望のノードに到達
するまでに経由するノード数）を小さくできる。ＨＣＮ
の最大ホップ数はｎであるが、例えばメッシュネットワ
ークでは２√Ｎ（Ｎは総ノード数）となり、ノード数が
多くなるとやはりＨＣＮが有利となる。

【００１４】次に、ルーティングの単純さとネットワー
クのフレキシビリティである。各ノードのルーティング
は、送られてきた信号の宛先ノード番号を自分のノード
番号と比較し、同一の場合には自分のノードで取り込む
し、異なる場合には自分のノードが接続されているノー
ドのうち、そのノード番号が宛先ノード番号と比較して
ビットが反転しているノードへ転送してやれば良い。ま
た、図１９からもわかる通り、任意ノード間で信号転送
を行う際の経路は一通りではないので、どこかの配線が
切れても他の経路を迂回するように制御することもでき
る。また、各ノードは複数のノードに接続されている
が、同じ宛先ノードの信号を複数の配線に分割して転送
することにより、信号転送のスループットを大きくする
こともできる。

【００１５】このようにＨＣＮは種々の利点があり、主
に並列計算機におけるプロセッサ間あるいはプロセッサ
−メモリ間の接続ネットワークとして適用されてきた。
ただし、実際のネットワークへＨＣＮを適用しようとす
ると、配線が複雑になるという問題があった。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】従来のＷＤＭ方式とＡ
ＷＧを組み合わせたＨＣＮでは、ＨＣＮの次数を大きく
してネットワーク規模を大きくしようとすると、ＡＷＧ
の入出力ポート数も大きくする必要があった。しかし、
ＡＷＧのポート数を多くすることは容易でなく、現状技
術で実現できるポート数は高々32ポートである。したが
って、従来方式では５次ＨＣＮまでしか実現できないこ
とになる。

【００１７】また、上記の特開平８−２４２２０８号公
報（ハイパーキューブ型インターコネクションネットワ
ーク）では、拡張性を確保するためにＡＷＧの入出力ポ
ートの一部を拡張用に利用する構成も提案されている
が、ＡＷＧの入出力ポート数が前述のように有限である
ことから大規模なＨＣＮを実現することは困難であっ
た。また、入出力ポート数が大きくなるとＡＷＧの製作
も難しくなるため高価になる問題もある。

【００１８】また、上記のＨＣＮでは、各ノードがハイ
パーキューブの次数分だけの光源をもつ必要があった。
図１８に示す３次のＨＣＮの構成では、各ノードがそれ
ぞれ割り当てられた３波長分の光源をもつ必要があっ
た。このようなノードに用いる光源は、あらかじめ設計
された波長を安定に出力する必要があることから、光源
製造時の歩留りが悪く、温度制御回路や波長モニタ回路
など周辺回路も大規模なものとなり、高価になる問題が
あった。

【００１９】本発明は、ＷＤＭ方式とＡＷＧを用いて複
数のノード間をＨＣＮ接続するＨＣＮにおいて、各ノー
ドの光源の共有化を図りながら、容易かつ安価にネット
ワークの大規模化を可能にする波長多重ネットワークを
提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明では、ＷＤＭ方式
とＡＷＧを用いて複数のノード間をＨＣＮ接続するＨＣ
Ｎにおいて、次のような手段によりネットワークの大規
模化および総光源数の削減を実現する。

【００２１】まず、請求項１の波長多重ネットワークで
は、ＨＣＮで使用する波長の多波長光を出力する多波長
光源を備え、多波長光源から出力される多波長光を各ノ
ードの出力ポートから入力する。各ノードでは、入力さ
れる多波長光からそれぞれ割り当てられた波長の無変調
光を分波する光合分波器と、各波長の無変調光を送信信
号により変調して折り返す反射型光変調器を備え、各反
射型光変調器から出力された波長信号光を光合分波器で
合波して波長多重信号光として送信する。

【００２２】ネットワークの規模拡大は次のように行
う。請求項２の波長多重ネットワークでは、ＡＷＧの入
出力ポートに光カプラを配置して見かけ上の入出力ポー
ト数を増大し、各入出力ポートに接続されたノードの番
号、波長数、波長などをＨＣＮ接続となるように配置す
ることにより、少ない入出力ポート数のＡＷＧを用いて
大規模なＨＣＮを実現する。多波長光源から出力される
多波長光は、ＡＷＧの入力ポートに配置された光カプラ
を介して各ノードの出力ポートから入力し、反射型光変
調器を有する各ノードで多波長光からそれぞれ割り当て
られた無変調光を選択し、変調して折り返す構成とす
る。

【００２３】また、請求項３の波長多重ネットワークで
は、ＨＣＮ接続された複数のノードからなるサブＨＣＮ
内に信号出力用ＡＷＧと信号入力用ＡＷＧを配置し、Ｗ
ＤＭ方式により各サブＨＣＮをＨＣＮ接続する構成とす
ることにより、大規模なＨＣＮを実現する。サブＨＣＮ
間のＨＣＮ接続に用いる多波長光源は、信号出力用ＡＷ
Ｇの出力ポートから入力する。

【００２４】ここで、請求項１〜３の波長多重ネットワ
ークにおいて、多波長光源は各ノードからの送信に使用
する波長を含む白色光を出力し、光分岐手段を介して白
色光を波長多重分離素子の出力ポート側から入力し、各
入力ポートから各波長の無変調光を合波した多波長光を
出力して各ノードに供給する構成としてもよい（請求項
４）。

【００２５】また、請求項５，６の波長多重ネットワー
クでは、複数のサブＨＣＮ間をＷＤＭ方式によりＨＣＮ
接続する外向き用のＨＣＮにおいて、群合分波器を組み
合わせることによって内向き用のＨＣＮ接続もＡＷＧと
ＷＤＭ方式を用いて構成する。これにより、各ノードか
ら入出力される光ファイバの数を少なくでき、安価に大
規模なＨＣＮを実現する。なお、外向き用のＨＣＮ接続
に用いる多波長光は、信号出力用ＡＷＧの出力ポートか
ら入力して各ノードの出力ポートに入力するか（請求項
５）、各ノードの出力ポートから内向き用のＨＣＮ接続
に用いる多波長光とともに入力する（請求項６）。

【００２６】また、請求項７の波長多重ネットワークで
は、複数のサブＨＣＮ間をＷＤＭ方式によりＨＣＮ接続
する上記のＨＣＮにおいて、サブＨＣＮへの信号入出力
端に時間多重・波長多重変換回路（ＴＤＭ／ＷＤＭ）、
波長多重・時間多重変換回路（ＷＤＭ／ＴＤＭ）をそれ
ぞれ接続することにより、ＨＣＮを再帰的に拡張できる
構成とする。これにより、より大規模なＨＣＮを実現す
る。

【００２７】また、請求項８の波長多重ネットワークで
は、複数のサブＨＣＮ間をＷＤＭ方式によりＨＣＮ接続
する上記のＨＣＮにおいて、サブＨＣＮへの複数の入出
力線を束ね、全てのサブＨＣＮの入出力線を１箇所に集
線した上でＨＣＮ接続を実施する。このような構成によ
り、物理的なＨＣＮ接続を既存の通信ネットワークの構
成に近いスター網にすることができ、光ファイバケーブ
ルの敷設なども含めたネットワーク構築コストを小さく
する。また、集線部分から光ファイバケーブルを介して
多波長光を入力することにより、効率的に各ノードに多
波長光を供給することができる。

【００２８】以上の各手段を組み合わせて階層的にＨＣ
Ｎを構成することにより、より効率的にＨＣＮを構築す
ることができる。なお、請求項９の波長多重ネットワー
クは、サブＨＣＮを請求項１，２に記載のＨＣＮにより
構成するものである。

【００２９】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態：８ポートのＡ
ＷＧによる３次ＨＣＮ：請求項１）図１は、本発明の波
長多重ネットワークの第１の実施形態を示す。本実施形
態は、図１８に示すＷＤＭ方式とＡＷＧを組み合わせて
３次ＨＣＮを実現する従来構成に本発明を適用したもの
である。

【００３０】図において、ノード０００〜１１１および
ＡＷＧ１による全体的な構成は従来構成と同様である。
本実施形態では、多波長光源４０から出力される多波長
光を光カプラ２を介してそれぞれノード０００〜１１１
の送信ポートに入力し、各ノードで多波長光からそれぞ
れ割り当てられた波長の無変調光を選択し、反射型光変
調器を用いて変調し、折り返し送信する構成である。一
方、各ノードにおける受信系の構成は従来のものと変わ
らない。なお、光カプラ２は、光サーキュレータを用い
てもよい。

【００３１】図２は、多波長光源４０の構成例を示す。
なお、図１の波長多重ネットワークでは、波長λ０，λ
１，λ２，λ４，λ５，λ６の６波長を使用する構成で
あり、多波長光源４０はそれらの波長を有する多波長光
を出力する。すなわち、多波長光源４０は、波長多重ネ
ットワークで使用する波長に応じた複数の波長を有する
多波長光を出力する。

【００３２】図において、多波長光源４０は、出力波長
λ０，λ１，λ２，λ４，λ５，λ６の光源４１−１〜
４１−６を有し、それぞれの出力光（無変調光）は光合
波器４２で合波され、光増幅器４３および光アイソレー
タ４４を介して光カプラ４５で８分岐して出力される。
各多波長光は、それぞれ図１に示す光カプラ２を介して
ノード０００〜１１１に入力される。なお、光カプラ２
として光サーキュレータを用いた場合には、光アイソレ
ータ４４は必ずしも必要としない。

【００３３】なお、多波長光源４０としては、各ノード
の送信波長を含む白色光から光フィルタで各波長の無変
調光を切り出し、その後で合波、増幅および分岐して出
力する構成としてもよい。この場合に、白色光を図１に
示すＡＷＧ１の出力ポート側から入力することにより、
ＡＷＧ１を光フィルタとして機能させ、各入力ポートか
らそれぞれ波長λ０〜λ７の多波長光を出力させること
も可能である（請求項４）。

【００３４】図３は、ノード０００の構成例を示す。な
お、ノード０００は、波長λ１，λ２，λ４の信号光を
送受信する構成であり、入力される波長λ０，λ１，λ
２，λ４，λ５，λ６の多波長光から必要な波長の無変
調光が選択される。

【００３５】図において、多波長光源から出力された多
波長光（λ０，λ１，λ２，λ４，λ５，λ６）がノー
ド０００の光合分波器５４に入力されると、波長λ１，
λ２，λ４の無変調光が分波され、それぞれ対応する反
射型光変調器５５−１〜５５−３に入力される。各反射
型光変調器は、それぞれ無変調光を送信信号で変調して
折り返し出力する。波長λ１，λ２，λ４の信号光は光
合分波器５４で合波され、図１に示す光カプラ２を介し
てＡＷＧ１の入力ポート０に入力される。一方、ＡＷＧ
１の出力ポート０から出力され、ノード０００に入力さ
れる波長λ１，λ２，λ４の信号光は、光分波器５３で
分波されて受光器５６−１〜５６−３に受光される。

【００３６】なお、各ノード０００〜１１１は送受信波
長がそれぞれ決められるので、各ノードの光分波器５３
および光合分波器５４では、それぞれ割り当てられた波
長を合分波するように設定される。また、図１に示す構
成では、各ノードにおける送受信波長が同じであるの
で、光合分波器５４と光分波器５３は同じ合分波特性を
有する。光合分波器５４（光分波器５３）および反射型
光変調器５５の構成例については後述する。

【００３７】このように、本実施形態では各ノードが光
源をもたず、外部から入力された無変調光を反射型光変
調器により変調して折り返し送信する構成になってい
る。波長多重用光源は、一般に波長精度に対する要求条
件が厳しく、素子単体が高価であるばかりでなく、温度
変化に伴う発振波長のドリフト補償のための温度調節回
路やフィードバック制御回路が必要とされ高価である。
図１８に示す従来構成では、８ノードからなる３次ＨＣ
Ｎで各ノードが３個の光源を必要とし、ネットワーク全
体で24個の光源が必要であった。一方、本実施形態で
は、光源の数は１つの多波長光源に６波長分を備えれば
よい。

【００３８】一般に、ｎ次ＨＣＮ（ノード数は２ⁿ個）
を実現するには、各ノードにｎ個の光源を備える必要が
あり、ネットワーク全体ではｎ×２ⁿ個の光源が必要で
あった。本実施形態の構成では、必要となる光源の数は
２ⁿ個以下となる。このように、各ノードの波長多重用
光源を共有化し、光源の数を大幅に削減することによ
り、ネットワークのコストを大幅に小さくすることがで
きる。

【００３９】（第２の実施形態：８ポートのＡＷＧによ
る４次ＨＣＮ：請求項２）図４は、本発明の波長多重ネ
ットワークの第２の実施形態を示す。本実施形態は、８
ポートのＡＷＧを用いて構成される４次ＨＣＮ（16ノー
ド）を示す。なお、本実施形態は、16ポートのＡＷＧに
よる５次ＨＣＮ、32ポートのＡＷＧによる６次ＨＣＮお
よび７次ＨＣＮ、64ポートのＡＷＧによる８次ＨＣＮ、
128 ポートのＡＷＧによる９次ＨＣＮおよび10次ＨＣＮ
のように順次拡張していくことができる（詳しくは、特
願平１１−２３４６８１（波長多重ネットワーク）に記
載）。

【００４０】図において、ノード００００〜１１１１
は、それぞれ光合分波器５４、反射型光変調器５５、光
分波器５３、受光器５６を有する。多波長光源４０から
出力される多波長光（λ０〜λ７）は、光カプラ２を介
してそれぞれノード００００〜１１１１に入力され、各
ノードで多波長光からそれぞれ割り当てられた波長の無
変調光が選択され、反射型光変調器を用いて変調し、折
り返し送信される。ただし、１つの光カプラで２つのノ
ードに多波長光が分配される。

【００４１】多波長光が分配されるペアとなるノード０
０００，１０００から送信された信号光は、折り返し光
カプラ２で合波してＡＷＧ１の入力ポート０に入力され
る。以下同様に、ノード０００１〜０１１１とノード１
００１〜１１１１がそれぞれ順番にペアとなり、各ペア
のノードから出力された信号光が光カプラ２で合波さ
れ、ＡＷＧ１の入力ポート１〜７に順番に入力される。
また、ＡＷＧ１の出力ポート０〜７には光カプラ３が接
続され、それぞれ２分岐された一方の信号光がノード０
０００〜０１１１に順に入力され、他方の信号光がノー
ド１１１１〜１０００に順に入力される。

【００４２】本実施形態の基本的な構成は、図１に示し
た第１の実施形態のＨＣＮと同じである。異なる点は、
ＡＷＧ１の１ポートあたり複数のノードの波長多重信号
光の入出力を可能とした点である。そのときに、ノード
００００はＡＷＧ１の入力ポート０および出力ポート０
に接続し、ノード１０００はＡＷＧの入力ポート０およ
び出力ポート７に接続する。同様に、ノード０００１は
ＡＷＧ１の入力ポート１および出力ポート１に接続し、
ノード１００１はＡＷＧ１の入力ポート１および出力ポ
ート６に接続する。すなわち、ノード００００〜０１１
１は、同一番号の入出力ポート０〜７に順番に接続され
るが、ノード１０００〜１１１１は、入力ポート０〜７
に順番に接続され、出力ポート７〜０に逆順で接続され
る。

【００４３】ここで、このような接続により、８ポート
のＡＷＧを用いて４次ＨＣＮ（16ノード）が構成可能な
原理について説明する。16個のノード００００〜１１１
１を最上位ビット０と１の２つのグループに分け、下位
３ビットについてノード番号とＡＷＧの入出力ポート番
号（２進数表示）が一致するものを図５(a) に示し、ノ
ード番号とＡＷＧの入力ポート番号（２進数表示）が一
致し、出力ポート番号（２進数表示）が逆順で接続され
るものを図５(b) に示す。

【００４４】図５(a) は、入力ポート０〜７にノード０
０００〜０１１１を接続し、出力ポート０〜７にノード
００００〜０１１１を接続したものであり、図２０に示
す３次ＨＣＮと同じ入出力関係（図中ハッチングで示
す）となる。なお、ＨＣＮ接続の各入出力ポート間で使
用する波長は図２０と同様である。

【００４５】図５(b) は、入力ポート０〜７にノード１
０００〜１１１１を接続し、出力ポート０〜７にノード
１１１１〜１０００を接続したものであり、出力ポート
０〜７に接続するノードの降順が図５(a) のものと逆に
なっている。このような配置において、ＨＣＮは例えば
ノード１０００とノード１００１、１０１０、１１００
を接続すればよく、そのときの使用波長をλ3,λ5,λ6
とすればよいことがわかる。他のノードについても同様
である（図中ハッチングで示す）。これにより、２種類
の対称な３次ＨＣＮが構成され、入力ポートおよび出力
ポートにそれぞれ２つのノードを同時に接続可能なこと
がわかる。

【００４６】図６は、８ポートのＡＷＧによる４次ＨＣ
Ｎの接続関係の一例を示す。これは図５(a),(b) を組み
合わせたものであり、入出力ポート間の波長は省略して
いる。ＡＷＧの入力ポート０〜７には、ノード（０００
０，１０００）〜（０１１１，１１１１）がそれぞれペ
アで接続され、出力ポート０〜７には、ノード（０００
０，１１１１）〜（０１１１，１０００）がそれぞれペ
アで接続される。○印は図５(a) にハッチングで示した
ＨＣＮ接続する組み合わせを示し、△印は図５(b) にハ
ッチングで示したＨＣＮ接続する組み合わせを示す。ま
た、●，▲印は図５(a) に示すノードと図５(b) に示す
ノードがＨＣＮ接続になることを示す。

【００４７】すなわち、例えば入力ポート０に接続され
るノード００００は、ＨＣＮの定義からノード０００
１，００１０，０１００，１０００と接続する必要があ
り、それぞれλ1,λ2,λ4,λ7 で接続される。一方、同
一の入力ポート０に接続されるノード１０００は、ＨＣ
Ｎの定義からノード００００，１００１，１０１０，１
１００と接続する必要があり、それぞれ波長λ0,λ6,λ
5,λ3 で接続される。これは、１つのポートに２つのノ
ードからの波長多重信号を合波して入力した場合であっ
ても、接続のための波長が互いに重複することなくＨＣ
Ｎ接続が可能であることを示している。他の入出力ポー
トについても同様のことが図６から分かる。

【００４８】なお、本実施形態は、波長λ０〜λ７の８
波長を使用する構成であり、多波長光源４０はそれらの
波長を有する多波長光を出力する。また、本実施形態で
は、各ノードにおける送信波長と受信波長が異なる。図
４に示すノード００００〜０１１１は、上段に受信波
長、下段に送信波長を示し、ノード１０００〜１１１１
は、上段に送信波長、下段に受信波長を示す。例えば、
ノード００００では、波長λ０〜λ７の多波長光から波
長λ１，λ２，λ４，λ７の無変調光を選択し、反射型
光変調器を用いて変調および折り返し送信する。この信
号光は、ノード１０００から出力される波長λ０，λ
３，λ５，λ６の信号光と光カプラ２で合波され、ＡＷ
Ｇ１の入力ポート０に入力される。一方、ＡＷＧ１の出
力ポート０には波長λ０〜λ７の波長多重信号光が出力
され、光カプラ３で２分岐してノード００００およびノ
ード１１１１に入力されるが、ノード００００では波長
λ０，λ１，λ２，λ４の信号光を受信する。

【００４９】このように、ノード００００の送信波長は
λ１，λ２，λ４，λ７であり、受信波長は波長λ０，
λ１，λ２，λ４となり、両者は一致しない。他のノー
ドにおいても同様である。したがって、各ノード０００
０〜１１１１の光分波器５３および光合分波器５４で
は、それぞれ割り当てられた波長を合分波するように設
定される。

【００５０】（第３の実施形態：請求項３）図７は、本
発明の波長多重ネットワークの第３の実施形態を示す。
本実施形態は、ノード数４の２次ＨＣＮをサブＨＣＮと
し、４つのサブＨＣＮを接続して４次ＨＣＮ（ノード数
16）を構成する場合について説明する。

【００５１】図において、サブＨＣＮ００〜１１は、そ
れぞれノード００００〜００１１、ノード０１００〜０
１１１、ノード１０００〜１０１１、ノード１１００〜
１１１１を収容し、各ノード間がＨＣＮ接続されてい
る。例えば、サブＨＣＮ００では、ノード００００−０
００１、００００−００１０、０００１−００１１、０
０１０−００１１間がそれぞれ双方向接続されている。
なお、サブＨＣＮを実現する際のインターコネクション
の種類については特に言及しない。

【００５２】各サブＨＣＮには、外部ネットワークへの
インターフェースとして信号出力用ＡＷＧ５および信号
入力用ＡＷＧ６が備えられる。各ノードには、信号出力
用ＡＷＧ５の対応する入力ポートおよび信号入力用ＡＷ
Ｇ６の対応する出力ポートが接続されるが、それぞれ同
一のポート番号が使用される。例えば、ノード００００
には、信号出力用ＡＷＧ５の入力ポート０と信号入力用
ＡＷＧ６の出力ポート０が接続される。

【００５３】各サブＨＣＮ００〜１１は、信号出力用Ａ
ＷＧ５および信号入力用ＡＷＧ６を介してＨＣＮ接続さ
れる。すなわち、サブＨＣＮ００−０１、００−１０、
０１−１１、１０−１１間が双方向接続される。ただ
し、各サブＨＣＮの接続では、信号出力用ＡＷＧ５およ
び信号入力用ＡＷＧ６の同一のポート番号を使用する。
例えば、サブＨＣＮ００とサブＨＣＮ０１を接続する際
には、信号出力用ＡＷＧ５の出力ポート０と信号入力用
ＡＷＧ６の入力ポート０が接続される。信号出力用ＡＷ
Ｇ５および信号入力用ＡＷＧ６の入出力ポートと入出力
波長の関係を図８に示す。

【００５４】ここで、サブＨＣＮ間のＨＣＮ接続では、
例えばサブＨＣＮ００のノード００００と、サブＨＣＮ
０１のノード０１００およびサブＨＣＮ１０の１０００
を接続することになる。このとき、図８の関係による
と、ノード００００から波長λ0 、λ1 の信号光を送出
することによって接続可能となる。ノード００００から
送出された波長λ0 の信号光は、サブＨＣＮ００の信号
出力用ＡＷＧ５の入力ポート０へ入力され、出力ポート
０から出力される。信号出力用ＡＷＧ５の出力ポート０
には、サブＨＣＮ０１の信号入力用ＡＷＧ６の入力ポー
ト０が接続されているので、この波長λ0 の信号光は信
号入力用ＡＷＧ６の出力ポート０からノード０１００へ
入力される。同様に、ノード００００から送出された波
長λ1 の信号光は、サブＨＣＮ００の信号出力用ＡＷＧ
５およびサブＨＣＮ１０の信号入力用ＡＷＧ６を通過
し、ノード１０００へ入力される。

【００５５】以下同様に、各ノードの入出力信号光の波
長を適切に選択することによって、全てのノードをＨＣ
Ｎ接続することが可能となる。すなわち、４つの２次Ｈ
ＣＮ（ノード数４）をＡＷＧを介してＨＣＮ接続するこ
とにより、４次ＨＣＮ（16ノード）が実現される。

【００５６】以上の構成において、サブＨＣＮ間を接続
するための各ノードからの送信波長は、サブＨＣＮ００
のノード００００でλ０，λ１、ノード０００１でλ
１，λ２、ノード００１０でλ２，λ３、ノード００１
１でλ３，λ０であり、それぞれサブＨＣＮ０１、サブ
ＨＣＮ１０の対応するノードに対する送信に使用され
る。他のサブＨＣＮの各ノードからの送信においても同
様である。このようなサブＨＣＮ間の接続に用いる各ノ
ードの光源についても、多波長光源により共有化するこ
とができる。

【００５７】サブＨＣＮ００の多波長光源４０は、各ノ
ード００００〜００１１でサブＨＣＮ間の接続に使用す
る波長λ０〜λ３の多波長光を出力する。この多波長光
は、光カプラ３を介して信号出力用ＡＷＧ５の出力ポー
ト０，１から入力され、入力ポート０から出力される波
長λ０，λ１の多波長光がノード００００に入力され、
入力ポート１から出力される波長λ１，λ２の多波長光
がノード０００１に入力され、入力ポート２から出力さ
れる波長λ２，λ３の多波長光がノード００１０に入力
され、入力ポート３から出力される波長λ３，λ０の多
波長光がノード００１１に入力される。各ノードでは、
それぞれ入力される多波長光から各波長の無変調光を分
波し、反射型光変調器を用いて変調および折り返し送信
する。他のサブＨＣＮにおいても同様である。

【００５８】なお、図７のように、各サブＨＣＮごとに
それぞれ多波長光源４０を備えてもよいし、複数のサブ
ＨＣＮで１つの多波長光源４０を共有するようにしても
よい。また、例えばサブＨＣＮ００およびサブＨＣＮ１
１に備えた多波長光源４０から出力される多波長光を信
号入力用ＡＷＧ６の入力ポート０，１に接続されるリン
クに逆向きに入力することにより、サブＨＣＮ０１およ
びサブＨＣＮ１０の各信号出力用ＡＷＧ５の入力ポート
０，１に多波長光を入力させることができる。

【００５９】また、多波長光源４０は、各ノードの送信
波長を含む白色光を出力し、信号出力用ＡＷＧ５の出力
ポート０，１から入力することにより、同様に各波長の
多波長光を各ノードに供給することができる（請求項
４）。

【００６０】本構成によれば、サブＨＣＮの信号入出力
用ＡＷＧのポート数分だけＨＣＮの次数を拡張すること
が可能である。図７の場合では、信号入出力用ＡＷＧが
４ポートあるので、この４ポートを用いて16個のサブＨ
ＣＮをＨＣＮ接続することにより、最大６次ＨＣＮ（64
ノード）まで拡張することが可能である。すなわち、２
つのＡＷＧを用いて複数のサブＨＣＮをＨＣＮ接続する
ことにより、ＨＣＮの次数あるいはノード数を容易に拡
張することができる。

【００６１】（第４の実施形態：請求項３）図９は、本
発明の波長多重ネットワークの第４の実施形態を示す。
本実施形態は、ノード数16の４次ＨＣＮをサブＨＣＮと
し、２つのサブＨＣＮを接続して５次ＨＣＮ（ノード数
32）を構成する場合について説明する。

【００６２】図において、サブＨＣＮ００を構成するノ
ード０００００〜０１１１１はＨＣＮ接続され、サブＨ
ＣＮ０１を構成するノード１００００〜１１１１１はＨ
ＣＮ接続されているものとする。それぞれのサブＨＣＮ
には、信号出力用ＡＷＧ５および信号入力用ＡＷＧ６が
配置され、サブＨＣＮ間のＨＣＮ接続が行われる。ここ
で、２つのサブＨＣＮをＨＣＮ接続するとは、各サブＨ
ＣＮ内のノード番号の下４桁が同じノード同士を接続す
ることである。

【００６３】サブＨＣＮ００のノード０００００〜０１
１１１から波長λ０〜λ15の信号光を信号出力用ＡＷＧ
５の入力ポート０〜15に入力すると、各波長の信号光は
信号出力用ＡＷＧ５の出力ポート０に波長多重されて出
力され、サブＨＣＮ０１の信号入力用ＡＷＧ６の入力ポ
ート０に入力される。サブＨＣＮ０１の信号入力用ＡＷ
Ｇ６では、波長多重信号光を各波長ごとに分波し、出力
ポート０〜15からそれぞれノード１００００〜１１１１
１に送出する。これにより、サブＨＣＮ００の各ノード
からサブＨＣＮ０１の各ノードに対してＨＣＮ接続する
ことができる。逆方向についても同様である。

【００６４】多波長光源４０は、サブＨＣＮ００を構成
する各ノード０００００〜０１１１１でサブＨＣＮ間の
接続に使用する波長λ０〜λ15の多波長光を出力する。
この多波長光は、光カプラ３を介して信号出力用ＡＷＧ
５の出力ポート０から入力され、入力ポート０〜15から
波長λ１〜λ15の無変調光に分波して出力され、各ノー
ド０００００〜０１１１１に入力される。各ノードで
は、それぞれ入力される無変調光を反射型光変調器を用
いて変調および折り返し送信する。なお、この多波長光
源４０は、波長λ０〜λ15を含む白色光源としてもよ
い。

【００６５】本構成によるサブＨＣＮ間のＨＣＮ接続で
は、ＨＣＮの次数に応じて信号入出力用ＡＷＧの入出力
ポートが他のサブＨＣＮと接続されることになる。その
場合、各ノードでは16波長の信号光をサイクリックに順
次追加していくことになる。すなわち、次数の増大とと
もに、光カプラまたは光サーキュレータを介して信号出
力用ＡＷＧ５に多波長光を入力する出力ポート数を順次
増やしていけばよい（図中破線で示す）。これは、サブ
ＨＣＮ間のＨＣＮ接続の次数が増大しても光源数は一定
にできることを示している。

【００６６】多波長光源４０における光源数（波長数）
は、サブＨＣＮを構成するノード数16に対応している。
信号入出力用ＡＷＧの入出力ポートは、サブＨＣＮのノ
ード数と等しい16であり、本構成では最大16次までのサ
ブＨＣＮ間のＨＣＮ接続が可能となる。

【００６７】（第５の実施形態：請求項５）図１０は、
本発明の波長多重ネットワークの第５の実施形態を示
す。本実施形態は、図７，９に示すサブＨＣＮ内のＨＣ
Ｎ接続を図１に示す第１の実施形態の構成により実現
し、さらにサブＨＣＮ内でノード間を入出力する波長と
サブＨＣＮ間を入出力する波長の帯域を分け、それぞれ
の帯域ごとに合分波する群合分波器を用いて各ノードか
らの信号入出力線をそれぞれ１本とする構成について説
明する。

【００６８】図において、サブＨＣＮ００およびサブＨ
ＣＮ０１は、それぞれノード００００〜０１１１、ノー
ド１０００〜１１１１を収容し、各ノード間が８ポート
のＡＷＧ１を介してＨＣＮ接続される。８ポートのＡＷ
Ｇによる３次ＨＣＮは、図１に示す第１の実施形態と同
様である。

【００６９】各サブＨＣＮには、外部ネットワークへの
インターフェースとして信号出力用ＡＷＧ５および信号
入力用ＡＷＧ６が備えられる。各ノードの送信ポートに
は、群分波器７を介してＡＷＧ１および信号出力用ＡＷ
Ｇ５の対応する入力ポートが接続され、各ノードの受信
ポートには、群合波器８を介してＡＷＧ１および信号入
力用ＡＷＧ６の対応する出力ポートが接続される。

【００７０】本実施形態では、サブＨＣＮ内接続用（内
向き用）のＡＷＧ１と、サブＨＣＮ間接続用（外向き
用）の信号出力用ＡＷＧ５および信号入力用ＡＷＧ６を
それぞれ用意し、サブＨＣＮ内外への接続の切り分けを
ＡＷＧ外の群分波器７および群合波器８で実現すること
により、各ノードに入出力する信号線が２本だけで第３
および第４の実施形態と同様の機能を実現することがで
きる。

【００７１】サブＨＣＮ００の内向き用の多波長光源４
０ａは、図１に示す多波長光源４０と同様に、各ノード
００００〜０１１１のＨＣＮ接続に使用する波長の多波
長光を出力する。この多波長光は、光カプラ２を介して
ノード００００〜０１１１に入力され、サブＨＣＮ００
の外向き用の多波長光源４０ｂは、図７，図９に示す多
波長光源４０と同様に、各ノード００００〜０１１１で
サブＨＣＮ間の接続に使用する波長の多波長光を出力す
る。この多波長光は、光カプラ３を介して信号出力用Ａ
ＷＧ５の出力ポート０から入力され、入力ポート０〜７
から各波長の無変調光に分波して出力され、光カプラ２
を介して各ノード００００〜０１１１に入力される。各
ノードでは、それぞれ割り当てられた内向き用および外
向き用の無変調光を選択し、反射型光変調器を用いて変
調および折り返し送信する。

【００７２】なお、サブＨＣＮ００の外向き用の多波長
光源４０ｂは、各ノード００００〜０１１１でサブＨＣ
Ｎ間の接続に使用する波長を含む白色光源としてもよ
い。他のサブＨＣＮ０１においても同様である。

【００７３】また、各サブＨＣＮごとに、内向き用の多
波長光源４０ａと外向き用の多波長光源４０ｂを一つに
まとめ、光カプラ２を介してそれぞれ所定の多波長光を
各ノードに入力するようにしてもよい（図１２参照）。
また、複数のサブＨＣＮで各多波長光源を共有するよう
にしてもよい。また、サブＨＣＮ００に備えた多波長光
源４０ｂから出力される多波長光を信号入力用ＡＷＧ６
の入力ポート０に接続されるリンクに逆向きに入力する
ことにより、サブＨＣＮ０１の信号出力用ＡＷＧ５の入
力ポート０に多波長光を入力させることができる。

【００７４】図１０のＨＣＮは、８ノードからなる３次
ＨＣＮを２個接続して４次ＨＣＮ（16ノード) を実現す
る構成である。ネットワーク拡張用のＡＷＧは８ポート
なので、これを全て利用すれば最大で 256個のサブＨＣ
ＮをＨＣＮ接続することができる。その場合には、全体
で11次ＨＣＮ（2048ノード）、各ノードの入出力波長信
号数は11となる。

【００７５】図１１は、第５の実施形態のサブＨＣＮと
して第２の実施形態の構成（図４）を適用した例を示す
（請求項９）。図において、ノード００００〜１１１
１、ＡＷＧ１、光カプラ２，３は図４に示す第２の実施
形態の構成と同様に接続される。また、群分波器７およ
び群合波器８、サブＨＣＮ間接続に用いる信号出力用Ａ
ＷＧ５および信号入力用ＡＷＧ６は、図１０に示す第５
の実施形態に対応する。

【００７６】ここで、群分波器７−１は、ノード０００
０〜０１１１からの出力信号光を分波し、ＡＷＧ１の入
力ポート０〜７および信号出力用ＡＷＧ５の入力ポート
８〜15に接続する。群分波器７−２は、ノード１０００
〜１１１１からの出力信号光を分波し、ＡＷＧ１の入力
ポート０〜７および信号出力用ＡＷＧ５の入力ポート０
〜７に接続する。群合波器８−１は、ＡＷＧ１の出力ポ
ート０〜７および信号入力用ＡＷＧ６の出力ポート15〜
８の出力信号光をノード００００〜０１１１に接続す
る。群合波器８−２は、ＡＷＧ１の出力ポート０〜７お
よび信号入力用ＡＷＧ６の出力ポート０〜７の出力信号
光をノード１１１１〜１０００に接続する。

【００７７】サブＨＣＮの内向き用の多波長光源４０ａ
は、図４に示す第２の実施形態と同様に、各ノード００
００〜１１１１のＨＣＮ接続に使用する波長の多波長光
を出力する。この多波長光は、光カプラ２および群分波
器７−１，７−２を介してノード００００〜１１１１に
入力され、各ノードでそれぞれ割り当てられた波長の無
変調光が選択される。サブＨＣＮの外向き用の多波長光
源４０ｂは、図９に示す第４の実施形態と同様に、各ノ
ード００００〜１１１１でサブＨＣＮ間の接続に使用す
る波長の多波長光を出力する。この多波長光は、光カプ
ラ３を介して信号出力用ＡＷＧ５の出力ポート０から入
力され、入力ポート０〜15から各波長の無変調光に分波
して出力され、群分波器７−１，７−２を介して各ノー
ド００００〜１１１１に入力される。各ノードでは、そ
れぞれ割り当てられた波長の無変調光を反射型光変調器
を用いて変調および折り返し送信する。

【００７８】このような構成により、各ノードの光源を
共有しながら少ないポート数のＡＷＧを用いてＨＣＮを
構成することが可能となり、経済的にネットワークを構
築できる。図１１のサブＨＣＮのノード数は16で４次Ｈ
ＣＮとなっている。このサブＨＣＮでサブＨＣＮ間接続
に用いる信号入出力用ＡＷＧ５，６は16ポートなので、
これを全て利用すれば２¹⁶個のサブＨＣＮをＨＣＮ接続
することができる。その場合には、全体で20次ＨＣＮ
（1,048,576 ノード）となる。

【００７９】以上示した第５の実施形態では、図７に示
す第３の実施形態に比べて、各ノードへの入出力信号線
の数を少なくすることができ、経済的にＨＣＮを実現す
ることが可能となる。

【００８０】（第６の実施形態：請求項６，７）図１２
は、本発明の波長多重ネットワークの第６の実施形態を
示す。本実施形態は、第３〜第５の実施形態において、
他のサブＨＣＮとの接続用に設けられている信号出力用
ＡＷＧ５の出力ポートに波長多重・時間多重変換回路
（ＷＤＭ／ＴＤＭ）を接続し、信号入力用ＡＷＧ６の入
力ポートに時間多重・波長多重変換回路（ＴＤＭ／ＷＤ
Ｍ）を接続することにより、再帰的なネットワーク構築
を可能とするものである。

【００８１】図において、サブＨＣＮ９は、ここでは図
１０に示す第５の実施形態の１つのサブＨＣＮとする。
信号出力用ＡＷＧ５の出力ポート０〜７には、それぞれ
ＷＤＭ／ＴＤＭ１０が接続され、さらにその出力が波長
多重回路１１により波長多重されて外部に出力される。
外部から入力される波長多重信号は波長分離回路１２に
より波長分離され、さらにそれぞれ対応するＴＤＭ／Ｗ
ＤＭ１３を介して信号入力用ＡＷＧ６の入力ポート０〜
７に接続される。図１２は、このようなサブＨＣＮ９を
一つのノードとして階層的に接続した状態を示す。

【００８２】サブＨＣＮ９の多波長光源４０は、各ノー
ドの内向き用のＨＣＮ接続に使用する波長の多波長光お
よび外向き用のＨＣＮ接続に使用する波長の多波長光を
出力する。この多波長光は、光カプラ２を介して各ノー
ドに入力され、各ノードでそれぞれ割り当てられた波長
の無変調光が選択される。各ノードでは、それぞれ入力
される無変調光を反射型光変調器を用いて変調および折
り返し送信する。これらの信号光は、内向き用および外
向き用にそれぞれ群分波器７で分波され、ＡＷＧ１また
は信号出力用ＡＷＧ５に入力される。さらに、多波長光
源４０からは、ＷＤＭ／ＴＤＭ１０およびＴＤＭ／ＷＤ
Ｍ１３で使用する多波長光が出力される。

【００８３】図１３は、信号出力用ＡＷＧ５の各出力ポ
ートに接続されるＷＤＭ／ＴＤＭ１０の構成例を示す。
ＷＤＭ／ＴＤＭ１０は、ＷＤＭ／ＴＤＭ変換部１４に多
波長光源４０から出力された多波長光（λa ）を入力す
る構成である。

【００８４】ＷＤＭ／ＴＤＭ変換部１４には、波長多重
信号光（図ではλ0 〜λ3 ）が入力される。ここでは、
各波長信号光は強度変調されたパルス信号とする。ＷＤ
Ｍ／ＴＤＭ変換部１４は、入力された複数の波長信号光
を分波し、各波長ごとに電気信号に変換した後にパルス
幅を圧縮して時間軸上に多重化する。さらに、この時分
割多重信号で波長λa の光を変調して出力する。このよ
うにＷＤＭ／ＴＤＭ１０は、複数の異なる波長の光信号
を単一波長の光信号に変換する機能をもつ。なお、ここ
では、入出力信号光として強度変調された光信号を想定
しているが、位相変調、周波数変調など他の変調方式で
あってもよい。

【００８５】信号出力用ＡＷＧ５の各出力ポートに接続
されるＷＤＭ／ＴＤＭ１０で使用する波長λa は互いに
異なっており、それぞれ異なる単一波長の光に時間多重
された信号が図１２に示す波長多重回路１１により波長
多重される。この波長多重された信号は、図１２の波長
分離回路１２で波長分離されて各ＴＤＭ／ＷＤＭ１３に
入力される。

【００８６】図１４は、信号入力用ＡＷＧ６の各入力ポ
ートに接続されるＴＤＭ／ＷＤＭ１３の構成例を示す。
ＴＤＭ／ＷＤＭ１３は、多波長光源４０から出力された
多波長光（λ０〜λ３）を光分波器１５で分波し、ＴＤ
Ｍ／ＷＤＭ変換部１６に入力する構成であり、ＷＤＭ／
ＴＤＭ１０と逆の動作をする。

【００８７】ＴＤＭ／ＷＤＭ変換部１６には、単一波長
の光に時間多重された信号が入力され、一旦電気信号に
変換して複数の時間多重分離信号を生成する。そして、
時間多重分離された各信号は、互いに異なる波長λ０〜
λ３の光をそれぞれ変調し、波長多重して出力する。

【００８８】このように、サブＨＣＮの入出力端にＷＤ
Ｍ／ＴＤＭ１０およびＴＤＭ／ＷＤＭ１３を付加するこ
とにより、サブＨＣＮをサブＨＣＮと同一構成のネット
ワークのノード部分に埋め込むことが可能となる。その
際、ＷＤＭ／ＴＤＭ１０から出力される信号光の波長、
ＴＤＭ／ＷＤＭ１３から出力される信号光の波長は、そ
れぞれネットワーク全体がＨＣＮを構成するように設定
される必要がある。図１２では８ノードからなる３次Ｈ
ＣＮを２回再帰的に構成することによって、64ノードか
らなる６次ＨＣＮを実現している。同じような構成を繰
り返すことによって、ネットワーク規模をさらに拡大す
ることが可能である。

【００８９】このように、本実施形態によれば、サブＨ
ＣＮを相互にＨＣＮ接続して大規模なＨＣＮを構成する
波長多重ネットワークにおいて、ＷＤＭ／ＴＤＭ１０お
よびＴＤＭ／ＷＤＭ１３を組み合わせることによって再
帰的なネットワーク構成を可能とし、大規模なＨＣＮが
実現可能となる。

【００９０】（第７の実施形態：請求項８）ところで、
第３〜第５の実施形態では、サブＨＣＮ同士を接続する
ためにＡＷＧを用いており、その間の配線はＡＷＧのポ
ート数および接続するサブＨＣＮ数に応じて複雑にな
る。例えば、ＡＷＧのポート数が４であれば、最大で16
個のサブＨＣＮのＨＣＮ接続が可能であるが、各サブＨ
ＣＮが互いに離れていればその間をＨＣＮ接続すること
は容易ではない。第７の実施形態では、空間多重（ＳＤ
Ｍ）を用いることにより、サブＨＣＮ間のケーブル布設
を容易にしたものである。

【００９１】図１５は、本発明の波長多重ネットワーク
の第７の実施形態を示す。本実施形態は、サブＨＣＮ０
０〜１１間を接続するために、各サブＨＣＮの信号出力
用ＡＷＧ５および信号入力用ＡＷＧ６に接続される入出
力線を多芯光ファイバケーブル１７に収容し、インター
コネクションノード１８に集線した構成になっている。
なお、サブＨＣＮ内の構成は、第３および第５の実施形
態のいずれでもよい。

【００９２】インターコネクションノード１８は、複数
の入出力線をＨＣＮ接続する。インターコネクションノ
ード１８内のＨＣＮ接続は、光ファイバをＨＣＮ接続し
てもよいし、平面光導波路を用いてＨＣＮ接続する導波
路パターンを形成してもよい。なお、各サブＨＣＮの信
号出力用ＡＷＧ５および信号入力用ＡＷＧ６は４ポート
あり、最大で16個のサブＨＣＮを接続可能であるので、
インターコネクションノード１８ではそのための空きポ
ートが用意されている。

【００９３】多波長光源４０（外向き用の多波長光源４
０ｂ）は、サブＨＣＮ００〜サブＨＣＮ１１を構成する
各ノードでサブＨＣＮ間の接続に使用する波長の多波長
光を出力する。この多波長光は、信号出力用ＡＷＧ５の
出力ポート０，１から入力されるように、インターコネ
クションノード１８内の各線路に入力される。ここで
は、●および○の位置に光カプラを配置し、●には図中
上向きに多波長光を入力し、○には図中下向きに多波長
光を入力する。各ノードでは、それぞれ入力される多波
長光から各波長の無変調光を分波し、反射型光変調器を
用いて変調および折り返し送信する。

【００９４】このように、サブＨＣＮの入出力線をイン
ターコネクションノード１８に集線し、その中でＨＣＮ
接続する構成にすることにより、互いに離れた位置にあ
るサブＨＣＮ同士を直接ＨＣＮ接続する場合に比べて、
配線が単純になるとともに、光ファイバ敷設の手間を簡
略化することができる。これにより、経済的にＨＣＮを
構成することが可能となる。

【００９５】（光合分波器５４の構成例）各ノードは送
信波長がそれぞれ決められるので、各ノードの光合分波
器５４では、それぞれ割り当てられた波長を合分波する
ように設定される。なお、光分波器５３についても同様
である。

【００９６】図１６は、光合分波器５４（光分波器５
３）の構成例を示す。ここでは、第１の実施形態（図
１）のノード０００における構成を示す。図１６(a) は
ＡＷＧ６１と空間スイッチ６２による構成、図１６(b)
に示す光スターカプラ６３と波長可変フィルタ６４によ
る構成を示す。

【００９７】空間スイッチ６２は、例えば平面光導波路
（ＰＬＣ）上に熱光学効果（ＴＯ）スイッチを形成し、
ＡＷＧ６１のポートと反射型光変調器５５−１〜５５−
３との接続を各ノードに分波する波長に応じて選択す
る。また、波長可変フィルタ６４−１〜６４−３は、各
ノードに分波する波長に応じてそれぞれ選択する波長を
設定する。

【００９８】このように、本発明の波長多重ネットワー
クでは各ノードが光源をもたず、図１６に示すような光
空間スイッチ６２または可変波長フィルタ６４の設定に
より各ノードで送受信する波長を選択することができ
る。したがって、各ノードの構成部品を共通にすること
ができ、ノードコストの低減が可能である。

【００９９】（反射型光変調器５５の構成例）図１７
は、反射型光変調器５５の構成例を示す。図１７(a) に
示す反射型光変調器５５は、インライン型の光変調器７
１と光サーキュレータ７２を組み合わせた構成である。
インライン型の光変調器７１としては、例えばリチウム
ナイオベートを用いた光変調器や電界吸収型の光変調器
（ＥＡ変調器）や半導体光アンプを光変調器として用い
たものなどが利用できる。入力ポート７３から入力され
た無変調光は、光サーキュレータ７２を介してインライ
ン型の光変調器７１に入力される。光変調器７１は、外
部からの電気信号（送信信号）により入力された無変調
光を変調して出力する。出力された変調光は、光サーキ
ュレータ７２を介して入力ポート７３に出力される。

【０１００】図１７(b) に示す反射型光変調器５５は、
マッハツェンダ型光変調器７４のアーム部分を切断し、
切断面にミラー７５を配置した構成である。マッハツェ
ンダ型光変調器７４は、インライン型の光変調器の一つ
であり、ニオブ酸リチウムなどの基板に光導波路７６お
よび光分岐部７７を形成し、アーム導波路部分に光制御
用電極７８を配置した構成である。光導波路７６から入
力された光は、光分岐部７７で等分岐され、ミラー７５
で反射されて戻り、光分岐部７７で合波される。光制御
用電極７８に外部からの電気信号（送信信号）を印加す
ると、一方の光導波路の屈折率が変化して通過する光に
位相変調がかかる。この位相変調により、ミラー７５か
ら光分岐部７７に戻ってきた２つの光の位相が逆位相に
なると、２つの光は互いに打ち消しあって出力されな
い。一方、光制御用電極７８に電気信号が印加されない
ときには、２つの光は同位相になって光導波路７６から
出力される。

【０１０１】図１７(c) に示す反射型光変調器５５は、
半導体光増幅器７９の一方の端面にミラー８０を配置し
た構成である。半導体光増幅器７９は、半導体基板に光
導波路８１を形成し、光導波路上の電流注入用電極８２
に電流を注入すると光増幅器として動作する。一方、電
流注入用電極８２に電流を注入しないか、あるいは逆バ
イアス電圧をかけると光吸収媒体として動作し、光は透
過しない。この原理を利用し、電流注入時は入力光を増
幅および反射して出力し、無電流時には反射光がない状
態をつくる。

【０１０２】このような構成は半導体光増幅器に限ら
ず、面発光レーザの一方のミラーを取り去って反射型光
増幅器とした素子を用いてもよい。この場合、基板上面
に面発光レーザ構造を作り、基板底面にミラーを金属蒸
着などによって作ることが容易である。また、面発光レ
ーザの出力光の形状が光ファイバのモード形状と整合性
がよいので実装も容易である。また、アレイ化も容易で
ある。

【０１０３】図１７(d) に示す反射型光変調器５５は、
ハーフミラー８３とミラー８４を対向しておいたファブ
リペロー共振器の中に、電極８５に印加する信号に応じ
て屈折率を変調できる屈折率変調媒体８６を挟みこんだ
構成である。入力光の一部は入力端のハーフミラー８３
で反射され（ａ）、残りの入力光はハーフミラー８５を
透過し、屈折率変調媒体８６、ミラー８４、屈折率変調
媒体８６、ハーフミラー８３を経て出力される（ｂ）。
ここで、屈折率変調媒体８６の屈折率を変調すると、ハ
ーフミラー８３の一端で２つの光の振幅が同等でかつ同
位相か逆位相かを制御することができ、反射光の強度を
変調することができる。なお、屈折率変調媒体８６とし
ては、ニオブ酸リチウムなどの強誘電性電気光学結晶に
電極を付けたものを利用できる。

【０１０４】また、図１７(b) 〜(d) に示す反射型光変
調器５５は、入力光が変調部を往復する構成であるの
で、各電極に印加する電力を低減できるとともに、通過
型の光変調器に比べて相互作用長も短くでき、小型化す
ることができる。

【０１０５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の波長多重
ネットワークは、ＷＤＭ方式と周回性波長多重分離素子
（例えはＡＷＧ）を組み合わせたＨＣＮにおいて、次の
ような効果が得られる。

【０１０６】多波長光源から各ノードに送信に用いる波
長の無変調光を供給し、変調して折り返し送信すること
により、各ノードでは光源が不要となり、安価にノード
を構成することができる。また、多波長光源は、複数の
ノードで共用化されるので、ノード当たりの光源単位も
低くすることができる。したがって、波長多重ネットワ
ークを低コストで実現することができる。

【０１０７】ＡＷＧの入出力ポートに光カプラを接続
し、ＡＷＧの入出力ポートに複数のノードを接続するこ
とにより、少ないポート数のＡＷＧを用いて大規模なＨ
ＣＮを実現することができる。多波長光は、ＡＷＧの入
力ポート側に備えられた光カプラを用いて入力すること
により、各ノードに効率よく分配することができる。

【０１０８】また、ＡＷＧをサブＨＣＮ間の信号入出力
用に用いることにより、ＨＣＮをさらに拡張することが
可能になる。また、サブＨＣＮ内のＨＣＮ接続用（内向
き用）とサブＨＣＮ間のＨＣＮ接続用（外向き用）の波
長帯を分離し、波長帯ごとに合分波を行う群合分波器を
用いることにより、サブＨＣＮ内外の接続をＡＷＧで実
現し、全体として配線数を削減することができる。

【０１０９】また、ＷＤＭ／ＴＤＭ、ＴＤＭ／ＷＤＭの
各変換回路をサブＨＣＮ接続時に用いることにより、再
帰的なネットワーク構成が可能となり、現状のネットワ
ーク構成との整合性がよい大規模なネットワークを経済
的に実現することができる。

【０１１０】さらに、以上の各構成を組み合わせること
により、大規模かつ大容量のネットワークを低コストで
実現することができる。なお、本発明の波長多重ネット
ワークは、主にＬＡＮ、ＷＡＮへの適用を想定している
が、適用分野はこれに限られるものでなく、広域ネット
ワークや並列処理装置内のプロセッサ間、プロセッサ−
メモリ間ネットワーク、あるいはルータ、ＡＴＭスイッ
チ内の配線としても適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の波長多重ネットワークの第１の実施形
態を示す図。

【図２】多波長光源４０の構成例を示す図。

【図３】ノード０００の構成例を示す図。

【図４】本発明の波長多重ネットワークの第２の実施形
態を示す図。

【図５】８ポートのＡＷＧを用いて４次ＨＣＮ（16ノー
ド）を構成する過程を説明する図。

【図６】８ポートのＡＷＧによる４次ＨＣＮの接続関係
を示す図。

【図７】本発明の波長多重ネットワークの第３の実施形
態を示す図。

【図８】信号入出力用ＡＷＧ５，６の入出力ポートと入
出力波長の関係を示す図。

【図９】本発明の波長多重ネットワークの第４の実施形
態を示す図。

【図１０】本発明の波長多重ネットワークの第５の実施
形態を示す図。

【図１１】第５の実施形態のサブＨＣＮとして第２の実
施形態の構成（図４）を適用した構成例を示す図。

【図１２】本発明の波長多重ネットワークの第６の実施
形態を示す図。

【図１３】ＷＤＭ／ＴＤＭ１０の構成例を示す図。

【図１４】ＴＤＭ／ＷＤＭ１３の構成例を示す図。

【図１５】本発明の波長多重ネットワークの第７の実施
形態を示す図。

【図１６】光合分波器５４（光分波器５３）の構成例を
示す図。

【図１７】反射型光変調器５５の構成例を示す図。

【図１８】ＷＤＭ方式とＡＷＧを組み合わせてＨＣＮを
実現する従来例を示す図。

【図１９】ハイパーキューブネットワークの構成を示す
図。

【図２０】ＡＷＧの入出力ポート間の信号波長および各
入出力ポートに接続されるノードの関係を示す図。

【符号の説明】

１アレイ導波路回折格子型フィルタ（ＡＷＧ）２，３光カプラ５信号出力用ＡＷＧ６信号入力用ＡＷＧ７群分波器８群合波器９サブＨＣＮ１０波長多重・時間多重変換回路（ＷＤＭ／ＴＤＭ）１１波長多重回路１２波長分離回路１３時間多重・波長多重変換回路（ＴＤＭ／ＷＤＭ）１４ＷＤＭ／ＴＤＭ変換部１５光分波器１６ＴＤＭ／ＷＤＭ変換部１７多芯光ファイバケーブル１８インターコネクションノード４０多波長光源４１光源４２光合波器４３光増幅器４４光アイソレータ４５光カプラ５３光分波器５４光合分波器５５反射型光変調器５６受光器６１アレイ導波路回折格子型フィルタ（ＡＷＧ）６２光空間スイッチ６３光カプラ６４可変波長フィルタ７１インライン型の光変調器７２光サーキュレータ７３入力ポート７４マッハツェンダ型光変調器７５ミラー７６光導波路７７光分岐部７８光制御用電極７９半導体光増幅器８０ミラー８１光導波路８２電流注入用電極８３ハーフミラー８４ミラー８５電極８６屈折率変調媒体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の波長信号光を合波して波長多重信
号光として送信する光送信部と、波長多重信号光を複数
の波長信号光に分波して受信する光受信部とを有する複
数のノードと、複数の入力ポートと複数の出力ポートを有し、各入力ポ
ートから入力された波長多重信号光を互いに異なる出力
ポートに分波し、複数の入力ポートから入力された互い
に異なる波長の信号光を各出力ポートに合波して出力す
る波長多重分離素子とを備え、前記波長多重分離素子を介して、前記複数のノードのう
ち２進表示したノード番号の１ビットのみが異なるノー
ド同士をハイパーキューブネットワーク接続（以下「Ｈ
ＣＮ接続」という）する波長多重ネットワークにおい
て、前記波長多重ネットワークで各ノードからの送信に使用
する波長の無変調光を合波した多波長光を出力する多波
長光源と、前記多波長光を前記各ノードの出力ポートに接続すると
ともに、前記各ノードの出力ポートから送信された波長
多重信号光を前記多波長光から分離して前記波長多重分
離素子の所定の入力ポートに接続する光分岐手段とを備
え、前記各ノードの光送信部に、入力される前記多波長光か
らそれぞれ割り当てられた波長の無変調光を分波する光
合分波器と、各波長の無変調光を送信信号により変調し
て折り返す反射型光変調器とを備え、各反射型光変調器
から出力された波長信号光を前記光合分波器で合波して
前記波長多重信号光として送信する構成であることを特
徴とする波長多重ネットワーク。
【請求項２】複数の波長信号光を合波して波長多重信
号光として送信する光送信部と、波長多重信号光を複数
の波長信号光に分波して受信する光受信部とを有する複
数のノードと、複数の入力ポートと複数の出力ポートを有し、各入力ポ
ートから入力された波長多重信号光を互いに異なる出力
ポートに分波し、複数の入力ポートから入力された互い
に異なる波長の信号光を各出力ポートに合波して出力す
る波長多重分離素子とを備え、前記波長多重分離素子を介して、前記複数のノード同士
をＨＣＮ接続する波長多重ネットワークにおいて、前記波長多重ネットワークで各ノードからの送信に使用
する波長の無変調光を合波した多波長光を出力する多波
長光源と、前記多波長光を前記各ノードの出力ポートに接続すると
ともに、前記各ノードの出力ポートから送信された波長
多重信号光を前記多波長光から分離し、かつＨＣＮ接続
のための所定の組み合わせでそれぞれ結合し、前記波長
多重分離素子の所定の入力ポートに接続する光分岐・結
合手段と、前記波長多重分離素子の出力ポートから出力される波長
多重信号光を複数に分岐し、ＨＣＮ接続のための所定の
組み合わせの複数のノードに接続する光分岐手段とを備
え、前記各ノードの光送信部に、入力される前記多波長光か
らそれぞれ割り当てられた波長の無変調光を分波する光
合分波器と、各波長の無変調光を送信信号により変調し
て折り返す反射型光変調器とを備え、各反射型光変調器
から出力された波長信号光を前記光合分波器で合波して
前記波長多重信号光として送信する構成であることを特
徴とする波長多重ネットワーク。
【請求項３】複数のノードがＨＣＮ接続された複数の
サブハイパーキューブネットワークをＨＣＮ接続する波
長多重ネットワークにおいて、前記ノードは、前記サブハイパーキューブネットワーク
間のＨＣＮ接続に用いる波長多重信号光を送信する光送
信部と、前記サブハイパーキューブネットワーク間の接
続に用いる波長多重信号光を受信する光受信部とを備
え、前記サブハイパーキューブネットワークは、複数の入力
ポートと複数の出力ポートを有し、各入力ポートから入
力された波長多重信号光を互いに異なる出力ポートに合
分波する波長多重分離素子を他のサブハイパーキューブ
ネットワークに対する出力用および入力用に２個備え、前記サブハイパーキューブネットワーク内の各ノードか
ら他のサブハイパーキューブネットワークに送信する波
長多重信号光を前記出力用の波長多重分離素子の各入力
ポートに接続し、前記入力用の波長多重分離素子の各出
力ポートから出力された波長多重信号光を各ノードに接
続し、ＨＣＮ接続となるサブハイパーキューブネットワーク間
で、前記各サブハイパーキューブネットワークの前記出
力用の波長多重分離素子の各出力ポートと前記入力用の
波長多重分離素子の各入力ポートを接続する構成に加
え、前記波長多重ネットワークの前記各サブハイパーキュー
ブネットワーク間の接続に使用する波長の無変調光を合
波した多波長光を出力する多波長光源と、前記多波長光を前記出力用の波長多重分離素子の出力ポ
ートから入力して前記各ノードの出力ポートに接続する
とともに、前記出力用の波長多重分離素子の出力ポート
から出力される波長多重信号光を前記多波長光から分離
し、ＨＣＮ接続する他のサブハイパーキューブネットワ
ークの入力用の波長多重分離素子の入力ポートに接続す
る光分岐手段とを備え、前記各ノードの光送信部に、入力される前記多波長光か
らそれぞれ割り当てられた波長の無変調光を分波する光
合分波器と、各波長の無変調光を送信信号により変調し
て折り返す反射型光変調器とを備え、各反射型光変調器
から出力された波長信号光を前記光合分波器で合波して
前記波長多重信号光として送信する構成であることを特
徴とする波長多重ネットワーク。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の波長多
重ネットワークにおいて、前記多波長光源は各ノードからの送信に使用する波長を
含む白色光を出力し、前記光分岐手段を介して前記白色
光を前記波長多重分離素子の出力ポート側から入力し、
各入力ポートから各波長の無変調光を合波した多波長光
を出力して各ノードに供給する構成であることを特徴と
する波長多重ネットワーク。
【請求項５】請求項３に記載の波長多重ネットワーク
において、前記ノードは、前記サブハイパーキューブネットワーク
内でＨＣＮ接続するための（以下「内向き用」という）
波長多重信号光と、前記サブハイパーキューブネットワ
ーク間をＨＣＮ接続するための（以下「外向き用」とい
う）波長多重信号光を合波して送信する光送信部と、前
記内向き用の波長多重信号光と前記外向き用の波長多重
信号光を分波して受信する光受信部とを備え、前記サブハイパーキューブネットワークは、前記ノード
から送信された前記内向き用および前記外向き用の波長
多重信号光を分波し、前記内向き用にＨＣＮ接続するた
めの波長多重分離素子と前記出力用の波長多重分離素子
に接続する群分波器と、前記内向き用にＨＣＮ接続する
ための波長多重分離素子と前記入力用の波長多重分離素
子から入力する前記内向き用および前記外向き用の波長
多重信号光を合波して前記各ノードに接続する群合波器
とを備え、前記外向き用のＨＣＮ接続に使用する波長の無変調光を
合波した多波長光を出力する前記多波長光源の他に、前
記内向き用のＨＣＮ接続に使用する波長の無変調光を合
波した多波長光を出力する多波長光源と、前記内向き用の多波長光を前記各ノードの出力ポートに
接続するとともに、前記各ノードの出力ポートから送信
された波長多重信号光を前記多波長光から分離して前記
群分波器に接続する光分岐手段とを備えたことを特徴と
する波長多重ネットワーク。
【請求項６】請求項５に記載の波長多重ネットワーク
において、前記光分岐手段は、前記外向き用および前記内向き用の
多波長光を前記各ノードの出力ポートに接続するととも
に、前記各ノードの出力ポートから出力される波長多重
信号光を前記多波長光から分離して前記群分波器に接続
する構成であることを特徴とする波長多重ネットワー
ク。
【請求項７】請求項３〜６のいずれかに記載の波長多
重ネットワークにおいて、前記サブハイパーキューブネットワークは、波長多重信号光を時間多重された単一波長の信号光に変
換して出力する波長多重・時間多重変換回路と、時間多
重された単一波長の信号光を波長多重信号光に変換して
出力する時間多重・波長多重変換回路とを備え、前記出力用の波長多重分離素子の各出力ポートに前記波
長多重・時間多重変換回路を接続し、前記外向き用の波
長多重分離素子の各出力ポートから出力された波長多重
信号光をそれぞれ時間多重された互いに異なる単一波長
の信号光に変換し、それを波長多重して出力する波長多
重回路を備え、外部から入力される波長多重信号光を波長分離し、それ
ぞれ時間多重された互いに異なる単一波長の信号光とし
て前記時間多重・波長多重変換回路に入力する波長分離
回路を備え、前記各回路を備えたサブハイパーキューブネットワーク
を請求項３〜５のいずれかに記載の波長多重ネットワー
クのノードとして用いてハイパーキューブネットワーク
を構成することを特徴とする波長多重ネットワーク。
【請求項８】請求項３〜７のいずれかに記載の波長多
重ネットワークにおいて、ＨＣＮ接続となるサブハイパーキューブネットワーク間
で、前記各サブハイパーキューブネットワークの前記出
力用の波長多重分離素子の各出力ポートと前記入力用の
波長多重分離素子の各入力ポートを接続する際に、前記
波長多重分離素子の各出力ポートおよび各入力ポートに
接続する複数の光ファイバを集線する多芯光ファイバケ
ーブルを備え、前記各サブハイパーキューブネットワークに接続された
前記多芯光ファイバケーブルの他端を１箇所に集めてそ
の芯線をＨＣＮ接続し、前記多芯光ファイバケーブルを介して前記多波長光を各
ノードに送信する構成であることを特徴とする波長多重
ネットワーク。
【請求項９】請求項３〜８のいずれかに記載の波長多
重ネットワークにおいて、前記サブハイパーキューブネットワークは、請求項１ま
たは請求項２に記載の波長多重ネットワークにより構成
されたことを特徴とする波長多重ネットワーク。