JP2004153851A - 通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】波長分割多重と時分割多重を併用したネットワークを用いて低遅延・低廃棄率でスループットの大きい通信を可能とする光ファイバ通信システムを提供する。
【解決手段】複数の異なる波長の光伝送チャネルを有する波長多重光ネットワーク１と、この波長多重光ネットワークを介して接続され、各波長の光伝送チャネルを複数に分割したタイムスロットを用いて送受信を行う複数のノード２と、これら複数のノードに対するタイムスロットの割当てを集中制御するネットワークコントローラ３とを備え、波長多重光ネットワークは、複数のタイムスロット毎に周期的に繰り返されるフレームを有し、１フレーム内に２種類の異なる時間長のタイムスロットが混在し、小さい時間長のタイムスロットは、同報・マルチキャスト用である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、通信システム、特に波長多重光ネットワークを用いた光通信システムに関する。

情報化社会の発展に伴い、より大容量の通信が可能なバックボーンネットワークが求められている。バックボーンネットワークを大容量化する一つの方法として、光通信システムにおいて１本の光ファイバ中に独立にデータ変調された波長の異なる光信号を複数チャネル挿入する波長分割多重がある。波長分割多重を用いてバックボーンネットワークを構成する方法は、従来より幾つか提案されている（例えば非特許文献１）。

これらのうち、下坂らの報告（ＯＣＳ９２−７９）では、各波長の光伝送チャネルを複数の短いタイムスロットに分割し、送信データを送信先毎にパケットにまとめて空きタイムスロットに送り出す方法を採用している。すなわち、波長分割多重に時分割多重を併用する方式である。この方式はバックボーンＬＡＮのように多数の相手に対する送信要求がほぼ同時に発生する系では、有効である。

ところで、上述した下坂らの報告は受信波長固定方式であり、送信先の受信波長に送信元の光送信器の送信波長を合わせて送っている。この方式では、送信先の波長に空きタイムスロットがある限りはいくらでもデータを送信できるため、例えばあるノードＡが別のノードＢの空きタイムスロット全てを使用してしまうと、ノードＡとノードＢの間にいるノードＣがノードＢにデータを送りたくとも送れない、という事態が発生する。すなわち、ノードＣはノードＡがノードＢにデータを送信し終わるまで送信動作を待たねばならず、遅延が非常に大きくなるか、あるいは廃棄率が非常に大きくなってしまう。ＬＡＮ間接続などを行うバックボーンネットワークでは、上述のように多数の送信先に対する送信要求がほぼ同時に発生する。逆に、あるノードに対する送信要求も他の多数のノードからほぼ同時に発生すると言ってよい。従って、一部のノード（上記の場合ノードＡ）によってトラヒックが制限されてしまう上述のようなネットワーク管理は、バックボーンネットワークに適さない。

また、ＬＡＮでは全てのノードに同じデータを送る同報機能や、任意の複数のノードに同じデータを送信するマルチキャスト機能（以後、同報とマルチキャストを総称して同報・マルチキャストという）は重要である。上述した下坂らの方式は受信波長固定方式であるため、同報・マルチキャスト機能を実現しようとすると、送信先の全ノードにデータをコピーして送らねばならず効率が悪い。

さらに、受信波長を可変にしたとしても、１つのノードにデータ受信器が１つのみしかない場合には、同報・マルチキャスト通信における送信タイムスロットのタイミングにおいて、同報・マルチキャストの全ての送信先ノードのデータ受信器がそのデータを受信できる状態、すなわち同報・マルチキャストの送信元以外からのデータを受信していない状態になっていなければならない。言い換えれば、各ノードにデータ送受信器が１つずつの場合、同報・マルチキャスト通信を行うためには、各受信器に共通の空きタイムスロットが無ければならないが、その様な状態をいかに実現するかについての検討は従来なされていない。この問題を解決するには、例えば非特許文献２などに記載されているように、各ノードにそれぞれ複数のデータ送受信器を持たせればよいが、これには大幅なコストアップが余儀なくされ、システムの実現性、コストパフォーマンスという観点から好ましくない。
電子情報通信学会技術研究報告−光通信システムＯＣＳ９２−７７〜８２ 電子情報通信学会技術研究報告−光通信システムＯＣＳ９２−８４

上述したように、従来の波長分割多重に時分割多重を併用したネットワークを用いる光通信システムでは、大量のデータ送信を行う一部のノードによってトラヒックが制限されてしまい、他のデータ送信を行いたいノードが送信できないという問題と、同報・マルチキャスト機能を実現しようとしても、全ての送信先ノードに共通の空きタイムスロットがとれず、同報・マルチキャスト通信ができない場合があるという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、波長分割多重と時分割多重を併用したネットワークを用いて、低遅延・低廃棄率でスループットの大きい通信を可能とし、さらに同報・マルチキャスト機能も容易に実現できる光通信システムを提供することを目的とする。

本発明は、タイムスロットに時分割された複数の波長を使用して複数のノードが通信を行う波長多重ネットワークにおいて、より低廃棄率、高スループットを実現するためのタイムスロット数、タイムスロット分割方法を提供し、さらに、ネットワーク内のデータレートの同期を取るためのクロック分配をクロック分配専用の送受信器を用意すること無く行う方法を提供し、また、ネットワークコントローラにネットワーク運用に関する負荷が集中し過ぎないようにするためのパス／チャネル識別子の割り当て方法を提供するものである。

上記の課題を解決するため、本発明は、複数の異なる波長の光伝送チャネルを有する波長多重光ネットワークを介して複数のノードを接続し、各波長の光伝送チャネルを分割した複数のタイムスロットを用いて送受信を行う光通信システムにおいて、複数のノードに対するタイムスロットの割当てを集中制御するネットワークコントローラを備えたことを基本的な特徴とする。

本発明において、ネットワークコントローラに対する各ノードからの送信要求（呼設定要求）の通知やネットワークコントローラから各ノードへのタイムスロット割当て通知のための制御信号は、データ伝送のためのデータチャネルとは別の制御チャネルを介して行われることが望ましい。

また、本発明は、このような基本構成において、ネットワークコントローラの故障を検出する故障検出手段と、この故障検出手段によりネットワークコントローラの故障が検出されたとき、各ノードが予め定められたタイムスロット割当てに従ったタイムスロットにより送受信を行うプリアサイン方式、または各ノード間でタイムスロットの割当てを決定する分散制御方式に切り替える手段とをさらに備えたことを特徴とする。

また、本発明は、このような基本構成において、ネットワークコントローラはさらに複数のノードの全てに共通の受信空きタイムスロットが確保されるように送受信ノードに対するタイムスロットの割当てを制御する機能を有することを特徴とする。

さらに、本発明の光通信システムによりコネクションレスデータの通信を行う場合には、コネクションレスデータのための中継ノードを波長多重光ネットワークに接続し、この中継ノードを介して空き帯域を利用してノード間でコネクションレスデータの送受信を行えばよい。

さらに、本発明では、周期的に繰り返されるフレームを有し、そのフレームを複数のタイムスロットに時分割した複数の波長を用いて複数のノードが通信を行う光通信ネットワークにおいて、１フレーム内のタイムスロット数をネットワークに接続されるノード数の２倍以上にすることを特徴とする光波長多重ネットワークを提供する。

さらに、同様のネットワークで１フレーム内に２種類以上の異なる時間長のタイムスロットが混在する光波長多重ネットワークを提供する。

また、複数の波長の光を各々タイムスロットに時分割し、各タイムスロットを複数のノードがネットワークコントローラの指示に従ってデータ送受信に使用し、更にネットワーク制御用の制御チャネルを有する光通信ネットワークであり、ネットワークコントローラは公衆網あるいは公衆網に同期したクロックを有する機器に接続されており、ネットワークコントローラは光通信ネットワークの制御チャネルを介して、光通信ネットワークに接続されているノードにクロックを分配する光波長多重ネットワークを提供する。

さらに、複数の波長の光を各々タイムスロットに時分割し、各タイムスロットを複数のノードがネットワークコントローラの指示に従ってデータ送受信に使用する光通信ネットワークであり、パス識別子はネットワークコントローラが割り当て、チャネル識別子は各ノードが各々独立に割り当て、さらに、パス識別子割り当てはタイムスロット割り当てとは独立に行われる光波長多重ネットワークを提供する。

上述のように構成された本発明の光通信システムでは、各波長の光伝送チャネルを時分割した各タイムスロットを送受信ノードがどのように使用して通信を行うかをネットワークコントローラが集中制御によって決定する。従って、ネットワークコントローラにプログラムされたタイムスロット割当て規則を適切に設定しておけば、従来のような大量のデータを送信する特定のノードのために他のノードが送信できないというような不公平は起こらない。

この場合、ネットワークコントローラに対する各ノードからの送信要求やネットワークコントローラから各ノードへのタイムスロット割当ての通知のための制御信号を制御チャネルを介して行えば、データ伝送が制御信号のために中断されることがない。

また、このようにネットワークコントローラによってタイムスロット割当てを集中制御する場合、ネットワークコントローラが故障すると通信システム全体が動作不能となることの対策として、本発明ではネットワークコントローラさらにはその予備機（ネットワークコントローラを二重化している場合）の故障を検出したときは、タイムスロット割当てをネットワークコントローラによるそれからプリアサイン方式または分散制御方式へと切り替えることにより、通信システムの停止という事態を回避している。

さらに、あるノードから他のあるノードへの通信は、一般にフレームなどで決められた周期で周期的にタイムスロットを使用する形態になり、１タイムスロットに全てのデータを詰め込んで送信することはあまり無いので、現に使用されているタイムスロットのみでなく、暫く先の時間までタイムスロットの使用予約がある。従って、同報・マルチキャスト通信を行うためには、全ての送信相手に共通の受信タイムスロットがとれるように、他の使用予定のタイムスロットの位置を移動させればよいが、同報・マルチキャストの要求が発生してから共通の受信空きタイムスロットを作るべくタイムスロットの移動を開始する方法では、呼設定に時間が掛かってしまう。また、波長分割多重に時分割多重を組み合わせるシステム構成では、タイムスロットの全部が同時に使用されることはほとんどなく、ある程度は常に空いていることが多い。

この点に着目して、本発明ではネットワークコントローラにより複数のノードの全てに共通の受信空きタイムスロットが確保されるようにタイムスロットの割当てを制御することにより、各ノードにデータ送受信器が１つずつしかない場合でも、同報・マルチキャストの要求発生に対して即座に対応することを可能としている。

また、コネクションレスデータについては中継ノードを介して通信を行うようにすれば、コネクションレスデータの送受信のためにネットワークコントローラに送信要求を出して手続を行う必要がなく、しかも他の通常のデータの送受信のための帯域を制限することもなくなる。

本発明の作用を説明するために図２４のような光波長多重ネットワークを考える。各ノードの送信光はネットワーク内の光媒体で混合またはスイッチされ、各ノードの受信器に分配される。図３７に示すように各ノードはタイムスロット毎に自ノードが受信するべき送信光を選択して受信する。この時、図２４のようにネットワーク内のノード数がｎであるとき、フレーム（受信周期）内のタイムスロット数がノード数ｎに対してどのくらいであるかによってネットワークの効率が異なる。あるノードから他の全てのノードに送るトラヒック量が等しい場合や、あるいはトラヒックがネットワーク導入時から全く変化しないのであれば、フレーム内のタイムスロット数やタイムスロットの区切り方はネットワーク導入時に固定的に決めてしまえば良いが、実際には相手毎にトラヒックの量が異なり、時間と共にトラヒックそのものが変動する。その様な場合、あるノードから他のノードへの送信タイムスロット割り当て、あるいはあるノードが他のノードから受信するときの受信タイムスロット割り当てとしては、他の各ノードへ（または他の各ノードから）とりあえず１タイムスロットを確保しておき、そのほかにトラヒックの変動を吸収するためのタイムスロット、あるいは、予備のタイムスロットがあれば良いはずである。従って、１フレーム内のタイムスロット数がネットワーク内のノード数より大きくなければ、新たな送信要求に対して十分に対応ができない可能性がある。あるノードに新たな送信の要求が発生したときにその送信が行えるかどうかを計算機でシミュレーションしてみたところ、一例として図３８のような結果が得られた。同図において、横軸はネットワーク内のスループットを正規化したもの、縦軸は横軸のスループットのときに発生した送信要求の数に対してそれが受け入れられない（呼損する）確率である。ｎはノード総数である。タイムスロットの数がノードの数ｎと同じである場合と２倍ある場合とでは大きな差があることが分かる。従って、タイムスロット数をノード数の２倍以上設けることにより著しい呼損を起こさないようにすることが可能となる。

さらに、通信の相手先ノード毎にトラヒックの量が異なるから、１タイムスロットの長さに対してほんの短い時間しか送信データが無い様な相手もありうる。また、前述のようにタイムスロットの数が増えるほど呼損する確率は小さくなるが、受信時にタイムスロット毎に波長を切り替えて受信する本発明のようなネットワークでは、切り替え時にガードタイムが必要となるため、タイムスロットを細かく区切り過ぎると、ガードタイムの占める割合が大きくなり効率が落ちてしまう。従って、効率を落とさず、かつ著しい呼損が起きない程度のタイムスロット数にしたい。

このように、効率の問題から余りタイムスロットを細くできず、また、タイムスロットの大きさが全て等しい場合には、トラヒックの量が非常に小さい相手に対しても１タイムスロット分を占有されることになり、トラヒックの偏りが非常に大きい場合は不経済である。そこで、タイムスロットの大きさを小さいものと大きいものの２種類あるいはそれ以上用意しておくと、トラヒックの量に応じてタイムスロットの大きさを選択することができ、スループットが向上する。

第６の発明はクロック分配に関するものである。ネットワーク内でクロック速度を統一しないと、ネットワーク内のあるノードに接続された端末から、他のノードの接続された端末へのリアルタイムの通信（電話など）を行う場合にクロックの微妙なずれによってビットが足りなくなったり、余ったりしてしまう。このため、ネットワーク内のクロックは統一されている必要がある。さらに、ネットワーク内から公衆網など外部に接続する場合にも同様にクロックが等しくなければならない。このため本発明のようなネットワーク内では、通常、公衆網に同期したクロックを使用する。この時、どの様にしてクロックを統一するかが問題となる。

公衆網に直接接続されていれば、公衆網に同期したクロックを得ることができるが、すべてのノードが直接公衆網に接続されているとは限らない。また、本発明のようなバックボーンネットワークはそれ自体が公衆網接続のためのゲートウェイになっている場合が多く、ネットワークを経由してクロックが供給されなければ、他のノードには公衆網に同期したクロックが手に入らないことが多い。

一方、公衆網と接続されているノードが得たクロックを他のノードに供給する方法としては、クロック専用チャネルを設ける方法、公衆網と接続しているノードの送信波からクロックを抽出する方法が考えられている。

しかし、前者の方法はそのためにクロック専用の送受信器が必要になり、コストが高くなる。従って、通常、後者の方法が取られるが、本願のネットワークではタイムスロットごとに相手を切り替えて通信するので、公衆網と接続されていないノードがクロックを供給するノードの信号をあるタイムスロットで受信してから、つぎに同じ相手からのタイムスロットが回ってくるまでクロックを等しい速度のままで保持しなければならなくなり、これはフレームの長さにもよるが困難である。

先に述べた発明では、タイムスロット割り当てのためにネットワーク内にネットワークコントローラを設け、さらに、タイムスロット割り当ての通知などのために制御チャネルを設けるとしたが、この場合、制御チャネルでネットコントローラが送信している時間の割合は非常に大きくまた頻繁であって、また、ネットワークコントローラの送信は常に全てのノードが受信する。そこで、制御チャネルの伝送速度を公衆網のハイアラーキに適合する速度に設定し、ネットワークコントローラを公衆網に接続して公衆網のクロックをもらって、ネットワークコントローラが制御チャンネルで送信するときに公衆網に適合したクロックで送信すれば、そこから、他のノードは公衆網に適合したクロックを抽出することができる。前述のように、制御チャネルでネットワークコントローラは頻繁に送信を行うので、送信の合間の短い時間であればクロックを保持しておくことが可能である。

ネットワークは呼を識別するために呼に識別子を与える。識別子には通常、大きな区切りであるパスを識別するパス識別子と、そのパス内の呼を識別するチャネル識別子があり、本発明のようなネットワークではタイムスロットをパスと同一にするあるいは連動させるのがストレートな方法である。

一方、本発明のネットワークでは、同じ相手と複数のタイムスロットにまたがって送受信していているときにトラヒックに変動が起こり、これまでのタイムスロット数より減らせる場合には減らしてタイムスロットを解放する。タイムスロットとパスを連動させるとこのようにトラヒックに変動があってタイムスロット数を減らす場合に識別子を再発行しなければならない。この時、物理的なタイムスロットと仮想的なパスとはまったく独立にすることにより、トラヒックの変動によりタイムスロットの数を減らす場合でも、パス識別子の割り当てを変更しなくて良いし、さらにチャネル識別子も変更しないで良くなる。

また、この様な識別子の発行は通常の交換系では交換器が行う。それを本発明に当てはめると、ネットワークコントローラが行うことになるが、ネットワークコントローラはメインの仕事としてタイムスロット管理があり、そのほかに識別子発行も行うとなると非常に処理量が多くなる。パス識別子はネットワーク単位で集中管理しなくてはならないので、ネットワークコントローラが行うことになるが、同一のパス識別子を異なる送信−受信ペアに割り当てないかぎり、そのパス内のチャネルの使用方法はそのパスを使用する送受信ペアに任せることができるので、チャネル識別子の発行は各ノードに任せてしまうことで、ネットワークコントローラの負荷を軽減できる。

本発明によれば、各波長の光伝送チャネルを時分割した各タイムスロットを用いて送信ノードが受信ノードに対して送信する際、どのノードがどのタイムスロットを用いるかをネットワークコントローラが集中的に制御して決定するため、ネットワークコントローラに適切なタイムスロット割当て規則をプログラムしておくことにより、不公平がなく、しかも迅速なタイムスロット割当てが可能となり、低廃棄率で、スループットの大きい通信が可能となる。

また、ネットワークコントローラさらにはその予備機も故障した場合、それを検出してプリアサイン方式あるいは分散制御方式に切り替えられるようにしておけば、これらの故障により通信システム全体が停止してしまうという事態が避けられる。

さらに、予め受信空きタイムスロットが各ノードで共通のタイムスロットになるようにネットワークコントローラが常時あるいは随時にタイ ムスロット割当てを整理するというタイムスロット割当て制御を行うことにより、各ノードにデータ送受信器が１つずつしかない場合においても、同報・マルチキャスト通信の要求が発生したときに即座に全ての相手ノードに共通の受信タイムスロットを設定することができる。

また、タイムスロット数をノード数の２倍以上にし、１フレーム中のタイムスロットの大きさを２種類以上用意することで、より低廃棄率、高スループットを実現する。さらに、ネットワーク内のデータレートの同期を取るためのクロック分配をネットワークコントローラが行うことによりクロック専用チャンネルおよび、クロック専用受信器を不要にする。パス識別子の管理／割り当てをネットワークコントローラが行い、チャネル識別子の管理／割り当ては一般ノードが行うことによりネットワークコントローラにネットワーク運用に関する負荷が集中し過ぎないようにする。さらに、パス識別子の割り当てを、タイムスロット割り当てとは独立に行うことによりタイムスロット整理、管理を容易にする。

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

図１（ａ）（ｂ）は、本発明の一実施例に係る光通信システムの概略構成を示す図である。図１（ａ）において、波長多重光ネットワーク１には通信を行う一般ノード（ｎ1 〜ｎn ）２とネットワークコントローラ（ＮＷＣ）３が接続されている。波長多重ネットワーク１は、例えば図２（ａ）に示すようなスターカップラ４と光ファイバ５からなるパッシブスター型ネットワークや、図２（ｂ）に示すようなリングファイバ６を用いたリング型ネットワーク、あるいは他の形式のネットワークにより構成される。ネットワークコントローラ３は、図１（ａ）のように専用ノードでも良いし、図１（ｂ）のようにいずれかの一般ノードを兼ねる構成でも良い。

ネットワークコントローラ３は、あるノードが他のノードに対してデータを伝送する際、図３に示すように波長多重光ネットワーク１で用いる波長λ1 〜λnの光伝送チャネルを時分割した複数のタイムスロットＳijのうちのどれを用いるかを集中制御により決定するものである。

図４は、ネットワークコントローラ３の具体的な構成例を示すブロック図であり、制御信号受信器１１、制御信号送信器１２、信号処理部１３、ＣＰＵ１４およびメモリ（ＲＡＭ）１５を主要構成としている。制御信号受信器１１は、各ノード２からネットワークコントローラ３に対する送信要求発生通知などの制御信号を受信する。制御信号送信器１２は、ネットワークコントローラ３から各ノード２へのタイムスロット割当て通知などの制御信号を送信する。

信号処理部１３は、制御信号受信器１１が受信した制御信号を分類し、ＣＰＵ１４で扱える形態のデータに変換する処理と、ＣＰＵ１４からのタイムスロット割当てなどのデータを制御信号送信器１２での送信に適した形態の信号に変換する処理を主に行う。また、信号処理部１３は後述するアラーム信号やエラー信号を受理し、これらを他に通知したり管理者に知らせるための表示部（図示せず）などに転送する処理も行う。

メモリ１５は、ノード２に対するタイムスロット割当てテーブルを格納している。ＣＰＵ１４は、制御信号受信器１１の受信データを信号処理部１３から受け取ると、メモリ１５を参照してタイムスロットの割当てを決定し、決定したタイムスロットを表す情報を信号処理部１３を介して制御信号送信器１２へ送出する。制御信号送信器１２は、信号処理部１３からの情報に基づいてタイムスロット割当て通知のための制御信号を送信する。

ノード２からネットワークコントローラ３に対するタイムスロット設定要求（送信要求発生）の制御信号や、ネットワークコントローラ３から各ノード２へのタイムスロット割当て通知の制御信号の伝送は、データを伝送するデータチャネルとは別の制御チャネルを通して行う。このように制御チャネルを使用すれば、制御信号の伝送によってデータの伝送が妨げられることはない。制御チャネルは、波長分割多重に供される複数の波長のうちのある特定の波長の光伝送チャネルを利用してもよいし、制御チャネル専用に光伝送路または電気伝送路を用意してもよい。また、制御信号の情報量が少ない場合は本来データの伝送に使用される伝送チャネルの中の特定のタイムスロットを制御チャネルとして用いてもよい。

図５は、図１における一般ノード２の構成例であり、データ送信器２１、制御信号送信器２２、データ受信器２３、制御信号受信器２４、ＷＤＭ（波長分割多重）合波器２５、ＷＤＭ分波器２６および光スイッチ２７を有する。データ送信器２１およびデータ受信器２３は、例えば１．５μｍ帯で波長分割多重されたデータチャネルによってデータの送受信を行う。制御信号送信器２２および制御信号受信器２４は、例えば１．３μｍ帯の波長分割多重された制御チャネルによって制御信号の送受信を行う。ＷＤＭ合波器２５およびＷＤＭ分波器２６は、データと制御信号を同一の光ファイバ５で伝送するためにデータチャネルと制御チャネルの合波および分波を行う。光スイッチ２７については必要な場合とそうでない場合があり、詳しくは後述する。なお、図示されていないが、ノード内には制御部があり、各送受信器２１ないし２４を制御する。さらに、データ送受信器２１、２３にはデータの入線および出線がある。

次に、本実施例におけるネットワークコントローラ３によるタイムスロット割当て制御の概要を図６に示すフローチャートを参照して説明する。まず、ある一般ノード（送信ノード）から他の一般ノード（受信ノード）に対するネットワークコントローラのスロット割当要求発生を通知する制御信号が制御信号送信器２２から送信され、これが制御信号受信器１１で受信されると（Ｓ１１）、その受信データが信号処理部１３を介してＣＰＵ１４に入力され、ＣＰＵ１４によって送信ノードと受信ノードに共通に空いているタイムスロット（共通空きタイムスロットという）があるかどうかがメモリ１５を参照して判定される（Ｓ１２）。ここで共通空きタイムスロットがあれば、その共通空きタイムスロットをデータの送受信に割当てる旨の情報がＣＰＵ１４から信号処理部１３を介して制御信号送信器１２に出され、この制御信号送信器１２から共通空きタイムスロットを送受信に割当てる旨の通知を行うための制御信号が送信ノードと受信ノードに対して送信される（Ｓ１４）。一方、共通空きタイムスロットがない場合は、送信ノードあるいは受信ノードのタイムスロット割当てを変更し（Ｓ１３）、その後Ｓ１４に移る。また、Ｓ１２、Ｓ１３で割当が不可能であった場合は、スロット割当失敗の旨を送信ノードに通知する。送信ノードおよび受信ノードでは、ネットワークコントローラ３から送信されてきたタイムスロット割当て通知のための制御信号を制御信号受信器２４で受信すると、そのタイムスロットを用いてデータ送信器２１およびデータ受信器２３によりデータの送受信を行う。

図７および図８は、送受信の具体的なタイムスケジュールの例であり、（ａ）は送信器のタイムスロット割当て、（ｂ）は受信器のタイムスロット割当てを示している。Ｓ1 〜Ｓm がタイムスロットであり、○を付したタイムスロットは送信または受信に使用されているタイムスロットを表している。ここでは、各ノードの送信波長は固定で各ノード固有の値とし、受信器側で送信器毎に受信波長を切り替えて受信する方式をとっているが、形態としては送受信波長が共に可変であっても良い。但し、送信波長を変化させるときには、他の波長を横切ることが無いように、例えば図５に示したようにデータ送信器２１とＷＤＭ合波器２５との間に光スイッチ２７を設け、波長が正しい値で安定するまでは、光を波長多重ネットワーク１に送り出さないようにする必要がある。

また、ここでは連続するｍ個のタイムスロットからなる単位をフレームとし、送受信はフレームの繰り返しで行なわれるものと仮定している。しかし、ある相手への送信は１０タイムスロットおき、違う相手への送信は２０タイムスロットおきというように決めて、特にフレームを決めることなく通信することも可能である。

今、図７（ａ）（ｂ）の状態で例えばノードｎ1 からノードｎ3 に対する新たな送信要求が発生したとする。この場合、ノードｎ1 は送信要求としてどのノードに対してどのくらいのスロット数が必要であるかを示す制御信号を制御チャネルを通してネットワークコントローラ３に通知する。この通知を受けたネットワークコントローラ３は、ノードｎ1 の送信空きタイムスロットとノードｎ3 の受信空きタイムスロットの共通部分、つまり共通空きタイムスロットを探索する。ここで仮にノードｎ1 からの送信要求は１タイムスロット／１フレーム（１フレームにつき１タイムスロット）であったとすると、図７（ａ）（ｂ）の状態では先頭から３つ目のタイムスロットＳ3 が空いているので、ネットワークコントローラ３はノードｎ1 に対しては次のフレームからタイムスロットＳ3 を使ってノードｎ3 にデータを送信するように制御チャネルで通知し、ノードｎ3 に対してはノードｎ1 からのデータ送信が次のフレームからタイムスロットＳ3 によって行われることを制御チャネルで通知する。また、もし送信要求が遅延のきびしいものであった場合は、可能であれば、次のフレームではなく、現在のフレームから送信が可能であるように、フレームの後ろの方を割り当てるという方法も考えられる。

このようにタイムスロットの割当てを決定してゆけば、あるノードｎi が他のあるノードｎj に対して非常に多くのタイムスロットを使ってデータ送信を行うような送信要求を出したとしても、別のノードからもノードｎj に対する送信要求が出ているか、あるいは出ると予想できる場合には、ノードｎi の送信要求の通信量を減らすようにネットワークコントローラ３がノードｎi に命令することもでき、ネットワーク１が一部のノードのために混乱することはない。

一方、共通空きタイムスロットが見付からないときには、動かせる他のタイムスロットを動かすことで共通空きタイムスロットを作り出すようにする。例えば、図７（ａ）（ｂ）においてノードｎ2 がノードｎ4 に１タイムスロット／１フレームで送信をしたいが、ノードｎ2 の送信とノードｎ4 の受信とで共通タイムスロットが見付からなかったとする。ここで、ノードｎ2 からノードｎ1 への送信に着目すると、送信タイムスロットとしてＳ3 が使われているので、タイムスロットＳ3 での送信を矢印で示されるようにタイムスロットＳ2 へと移動する。この結果、図８（ａ）（ｂ）に示されるように、ノードｎ2 の送信タイムスロットＳ3 とノードｎ4 の受信タイムスロットＳ3 は共に空きとなり、このタイムスロットＳ3 によってノードｎ2 からノードｎ4 への送信が可能となる。そこで、ネットワークコントローラ３は、ノードｎ2 からノードｎ1 への送信タイムスロットをＳ2 に移動することと、タイムスロットＳ3 をノードｎ2 からノードｎ4への送信タイムスロットとすることを該当する各ノードに通知することで、混乱無く事態を収集する。

ここで、もし同様のタイムスロット割当てをノード間で制御チャネルを通して話し合いで決定する分散制御で行おうとすると、例えばまずノードｎ2 がノードｎ4 に対して自分の送信空きタイムスロットの番号と通信に必要なタイムスロットの数を通知し、ノードｎ4 はそれを自分の受信空きタイムスロット番号と照らし合わせて、共通タイムスロットが取れない旨と自分の受信空きタイムスロット番号をノードｎ2 に通知する。そして、ノードｎ2 はノードｎ4 の受信空きタイムスロットを検討し、自分の送信タイムスロットのうちどこかに移動すればノードｎ4 と共通にとれるようなタイムスロットの候補を見出だし、その移動対象としたタイムスロットで送信している相手に対して、自分の送信空きタイムスロット番号を告げて、それをどこかに移動できないか打診する、などといった非常に複雑な一連の手続きが必要となる。

これに対し、本実施例のようにネットワークコントローラ３に全ての一般ノード２についてのタイムスロット割当てテーブルを備えておき、それをもとにタイムスロット割当てを集中制御する構成とすれば、ノード間で上述のような複雑な手続きを行う必要がなくなり、極めて簡単にタイムスロット割当てを行うことが可能となる。

なお、タイムスロット割当てテーブルを全ての一般ノード２に備えておき、それを基にタイムスロット割当ての交渉を行うことも可能であるが、この方法ではネットワーク１内の遅延の問題から、他ノードのタイムスロット割当てに変更・移動があった場合に、それが通知されないうちに行き違いで送信、変更要求を出してしまう可能性があり、交渉が混乱する可能性がある。混乱を生じさせないためには、一般ノード２が全てネットワークコントローラ３と同程度の機能を持ち、かつ共通で決定論的なアルゴリズムで動作するようにすれば良いが、装置が大掛かりになりコストが非常に高くなる。従って、本実施例のように一つのネットワークコントローラ３が全ての一般ノード２の送受信のタイムスロット割当てを決定する方法が有利となる。

共通空きタイムスロットが見付からなかったときの他の解決方法として、次の実施例のような方法をとることもできる。図９は、本発明の他の実施例に係る光通信システムの概略構成図であり、一般ノード２の一つ（ｎｒ）をバケツリレーノードとして用いている。本実施例では、ネットワークコントローラ３が共通空きタイムスロットを見付けられなかったとき、図１０に示されるように送信ノードからの送信データをバケツリレーノードｎｒに一旦送信して、このノードｎｒから新たに目的のノードに送信させる方法をとる。図１０は、図７の例と同様にノードｎ2 からノードｎ4 に１タイムスロット／１フレームで送信をしたいが、ノードｎ2 の送信とノードｎ4 の受信とで共通タイムスロットがない場合の例である。この場合は、送信ノードｎ2 からの送信データをタイムスロットＳ2 を使ってバケツリレーノードｎｒに送信した後、バケツリレーノードｎｒがこれを中継する形でタイムスロットＳ3 を用いて受信ノードｎ4 に送信している。

なお、図１０では一般ノード２の一つがバケツリレーノードｎｒを兼ねるようにしたが、バケツリレー専用のノードとして用意してもよいし、予めネットワークコントローラ３内にバケツリレーの機能を持たせてもよい。

また、あるノードｎi から他のあるノードｎj に対する送信が終了するか、あるいは使用中のタイムスロット数が少なくなって、それまで使用していたタイムスロットが空きになる場合には、空きになることが分かった時点でノードｎi からどのタイムスロットがいつ空きになるかをネットワークコントローラ３に通知する。あるいは、送信が終了した時点、つまりタイムスロットが空いた時点で、タイムスロットが空いたことをネットワークコントローラ３に通知してもよい。このようにして、ネットワークコントローラ３はタイムスロットの使用状況を常に把握していく。ネットワークコントローラ３の処理の範囲としては、呼単位で管理する方法もとり得るが、処理量が多くなるため、送信要求等はスロット単位で行い、スロットの内をいかに使用するかは、各一般ノード２が行うことが望ましい。新たな呼が発生したときに、すでに設定されているスロットの残った帯域でまにあうなら、新しくスロット要求をする必要がないからである。

本発明の光通信システムのように、各波長の光伝送チャネルを複数のタイムスロットに分割して使う場合、以下のようにしてタイムスロットのタイミングが波長毎に違わないようにタイミングを共通にとる必要がある。すなわち、波長多重光ネットワーク１が図２（ａ）のようなパッシブスター型の場合、スターカップラ４に光信号が到着した時点でタイミングが合っていれば、図７（ａ）（ｂ）中に示した通りのタイミングでスターカップラ４により各ノードからの光信号を混合することができる。そのためには、スターカップラ４まで自ノードから光が進む時間ｔi が分かっていれば、いずれかがタイミング信号を与え、それに合わせれば良い。

例えば、ネットワークコントローラ３が制御チャネルを介してタイミング信号を与えるとすると、タイミング信号がスターカップラ４を通過した後ノードｎiに到着するまでｔi 秒、自ノードが送信したタイムスロットの先頭がスターカップラ４に到着するまで同じくｔi 秒をそれぞれ要する。従って、タイミング信号がノードｎi に届くより２ｔi 秒前にノードｎi がタイムスロットの先頭を送信すれば、スターカップラ４でノードｎi が送信したタイムスロットの先頭とタイミング信号が同じタイミングで混合されることになる。タイミング信号が１タイムスロットに１回、１フレームに１回、あるいは数タイムスロットに１回、といったように周期的に与えられれば、このように２ｔi 秒前にノードｎi がタイムスロットの先頭を送信するというようなことも可能である。

なお、時間ｔi は光ファイバ５の敷設時に予め測定しておいたケーブル長に基づいて計算で求めてもよいし、実際に信号が往復する時間を測ることで求めてもよい。タイミング信号は上述のように制御チャネルを通して与えてもよいし、例えばネットワークコントローラ３が１フレームに１回ずつデータチャネルでデータの送信を行って、それを基準にして求めてもよい。

波長多重光ネットワーク１が図２（ｂ）のようなリング型ネットワークの場合も同様に、ネットワークコントローラ３が制御チャネルを介して周期的にタイミング信号を与え、それに合わせて各ノード２がデータを送信すればよい。

制御チャネルは、データチャネルよりも簡易な送受信系である。従って、制御チャネル自身が波長分割多重などにより複数のチャネルを持つことは基本的になく、複数のチャネルを持つとしても図１１（ｂ）に示すように上りと下りで波長を変えるか、あるいは上りと下りで別ケーブルを使用する程度である。その場合、全てのノードが同じ波長を使って制御チャネルで制御信号の送受信を行うため、送受信の順番などのプロトコルを決めておく必要がある。例えば、図１１に示すように上り、つまり一般ノード２が制御信号を送信するときは、制御チャネルを複数のタイムスロットに時分割して各ノード２の送信順序を予め決めておくＴＤＭＡ（時分割多元接続）とし、下り、つまりネットワークコントローラ３が制御信号を送信するときは、各ノード２に対して制御信号を順次送信するＴＤＭ（時分割多重）とするなどの方法を採用することが考えられる。また、制御チャンネルのフレーム長とデータチャンネルのフレーム長は等しくなくても良く、よりフレキシブルな管理をするためにも１データフレーム長に複数（できれば整数）の制御チャンネルフレームがあることが望ましい。

次に、ネットワークコントローラ３が故障した場合、あるいは後述する予備のネットワークコントローラが故障した場合の対策について説明する。このような場合、ネットワークコントローラ３やその予備機、あるいは一般ノード２にネットワークコントローラ３の故障検出機能を持たせ、ネットワークコントローラ３の故障を検出したときは、通信スループットが悪くなることを是認した上で、図１２に示すようなプリアサイン方式や、分散制御方式に切り替えるものとする。

プリアサイン方式は、予め決められたタイムスロット割当てに従ってタイムスロットを割当てる方法であり、図１２の例では一つのノードから他のノードへ均等にデータを送信するようにタイムスロットを割当て、受信時には他のノードからのデータを順番に受信するようにしておく。他の方法として、予め通信量を申告しておき、それに基づいて通信量の多いノードペアにより多くのタイムスロットを割当てるようにしてもよい。さらに、ネットワークコントローラ３が故障した時点でのタイムスロット割当てを変更しない、という方法をとってもよい。この方法は、廃棄率やスループットは低下するが、非常に簡単であるため、ネットワークコントローラ３の修復が比較的速やかに終わると予想される場合には有効である。

分散制御方式は、前述したように個々の一般ノード２が制御チャネルを通して話し合うことでタイムスロット割当てを決定する方法であり、空きタイムスロットが少ない場合には前述のように交渉が非常に複雑になり時間が掛かる。また、通信量の変化が大きい場合には複数の相手に同時に話しかけるようなことが起こり、返答が重なったりして混乱が起こる可能性がある。従って、分散制御を行うと事態を収集するための制御に時間が掛かるため、結果として廃棄が多くなり、スループットを低下させる。しかし、各ノードの送受信タイムスロットに比較的空きが多く、通信量の変化が緩やかな系であれば、この分散制御方式でも十分対応できる。また、分散制御方式はプリアサイン方式よりは廃棄率が小さく、スループットの低下が少ない。

ネットワークコントローラ３の故障時にタイムスロット割当て方式を上述したプリアサイン方式や分散制御方式に切り替えることを可能とするために、本実施例ではネットワークコントローラ３および一般ノード２に、基本的な故障を検出できる自己診断機能を持たせる。この自己診断で検出できない故障がネットワークコントローラ３に生じる場合も考えられるので、そのようなネットワークコントローラ３の故障を検出するために、例えば図１４（ａ）に示すようにネットワークコントローラ３に接続され、独立した送受信器（少なくとも制御信号の送受信器）を備えた監視装置７を配置する。さらに、停電その他の電源故障の場合もあり得ることを考慮して、ネットワークコントローラ３と同じ場所に置かずに、図１４（ｂ）（ｃ）のように異なった位置に監視装置７を配置するようにしてもよい。監視装置７は独立した専用の装置でも良いし、あるいは一般ノード２のいずれかが兼ねてもよい。

また、監視装置７自体の故障もあり得るので、コストに余裕のあるシステムにでは監視装置７を複数個設けることが望ましい。具体的には、例えば専用の監視装置７を複数用意するか、または予備のネットワークコントローラにも監視機能を持たせるか、あるいは監視装置７の機能を兼ねる一般ノード２を幾つか用意してもよい。

監視装置７あるいは監視機能を持つ一般ノード２が自分以外の装置あるいはノードの異常を検出した場合、自己診断機能によってそれが自分の故障によるものでないかを判断する。自分の故障でなかった場合で、システムの動作に大きな影響を与える動作、例えば後述するようなネットワークコントローラ３からの制御チャネルによる制御信号の送信を邪魔したり、あるいはネットワークコントローラ３を止めるなどの動作を行う場合には、自己診断機能の故障もあり得るので、故障が見付かった装置、ノードでない他の装置、ノードも同じ様に故障を検出しているかどうかなど制御チャネルを通して確かめる。これには、例えば自分以外の故障を見付けた場合に、制御チャネルで必ず報告しているようにしているのならば制御チャネルを監視しているのみでよいし、そうでない場合は制御チャネルを通して確かめるようにすればよい。故障を確かめたら、初めてシステムの動作に大きな影響を与える動作を行う。また、故障を確かめられなかった場合は、自分の故障の可能性があるので、その旨をネットワークコントローラ３やネットワーク管理者に通知するようにする。

監視装置７は、ネットワークコントローラ３の送受信内容から異常（故障）の有無を監視し、異常を確認した場合には、ネットワークコントローラ３、ネットワーク管理者およびシステム全体、のいずれかまたは全部に制御チャネルを通してアラーム信号を出す。ネットワークコントローラ３やネットワーク管理者に出すアラーム信号は、図１４（ａ）（ｂ）に示すように監視装置７がネットワークコントローラ３に直結されている場合には、直結線を使用して送出すればよいし、直結されていない場合には、例えば公衆網など外部の異なるネットワークを通してアラーム信号を送出するか、あるいはアラーム信号用に専用の波長を用意しておいたり、アラーム信号用に制御チャネルに専用のタイムスロットを用意しておくなどの方法がある。

監視装置７はネットワークコントローラ３の異常を検出すると、上記のようにまずネットワークコントローラ３にそれを通知し、ネットワークコントローラ３の自己診断機能で自己診断させる。このとき通信システム全体に対しては、図１５（ｂ）のように通信システムの機能を妨げない程度の短いアラーム信号を出してもよい。また、このアラームでは改善が見られず、前述のように故障検出機能自身の故障で無い場合で、かつネットワークコントローラ３の異常の程度が非常に大きく通信システムが動作できないような場合には、図１５（ａ）のように制御信号に被せるようなアラーム信号を出し、また異常の程度が小さくあまり通信システムに影響しない場合には、図１５（ｂ）のように制御信号の合間、例えばＴＤＭＡのガードタイムの間などにアラーム信号をパルス状に出すようにしてもよい。この場合、異常の内容に応じて例えば図１５（ｃ）に示すように予めアラーム信号を構成するパルスの種類などを決めておくことにより、アラームによって異常の内容が分かるようにしておくことが好ましい。

さらに、ネットワークコントローラ３の異常の程度が大きく、かつ即座に修復できないような場合、ネットワークコントローラ３を止められる権限を与えておくとよい。また、図２１に示すように予備のネットワークコントローラ９がある場合には、この予備機９に切り替え予備機９の故障を検出するためにのみ専用の監視装置が働くようにしてもよい。ネットワークコントローラ３を止める動作は、例えば図１４（ａ）（ｂ）に示すように監視装置７がネットワークコントローラ３に直結されている場合は簡単に実現でき、図１４（ｃ）に示すように直結されていない場合には、ネットワーク管理者にその旨を通知して止めてもらうようにすればよい。また、制御チャネルで特殊な信号を受信するとネットワークコントローラ３が止まるような機能（予備機９がある場合には、予備機９が動作を始めるような機能）を備えておき、その様な信号を監視装置７が出すようにしてもよい。

さらに、予備機９も含めてネットワークコントローラ３が止まるか、または人為的に止められた場合には、どのタイミングからどの様なプロトコル（前述）で通信を行うかを制御チャネルを通して各ノードに指示する。例えば、ネットワークコントローラ３が制御チャネルで制御信号を送信する時間またはその予定の送信時間に、その様な内容を監視装置７が送信すれば良い。また、一般ノード２はネットワークコントローラ３に重大な異常が発生した時点、すなわち監視装置７がその異常発生を通知した時点、あるいは監視装置７がネットワークコントローラ３を止める信号を出した時点から監視装置７からの指示が来るまでは、タイムスロット割当てを変化させないなどの対策をとるとよい。

なお、上述した監視装置７を特別に用意する必要は必ずしもない。一般ノード２は、少なくとも自ノードに関係するネットワークコントローラ３の動作異常、例えば自ノードが送信要求を出していないのに送信タイムスロットが割当てられたり、新たなタイムスロット割当てが使用中のものと重なっているなどの異常については検出することができる。このような場合、当該ノード２は取り敢えずネットワークコントローラ３に対して動作が異常である旨を制御チャネルを通して通知する。それでもネットワークコントローラ３の異常が改善されない場合には、制御チャネル上の制御信号の送信状態が図１１のような形態であるならば、各ノード２はネットワークコントローラ３からの送信だけでなく、他ノードの送信も聞けるので、ある特定のノード（例えば、公衆網のゲートウェイになっているノードのような、停止することの少ないノードがよい）は、他ノードの送信も常に聞くようにして、異常を検出したノードは制御チャネルの自分の割当てタイムスロットの中で、ネットワークコントローラ３の異常とその程度をその特定のノードに通知する。通知を受けた特定ノードは、公衆網、ホットライン、あるいは波長多重光ネットワーク１を介してネットワーク管理者に通知する。

ネットワークコントローラ３がさらに深刻な異常を起こした場合には、上記特定ノードが制御チャネルを通して合図をすると、ネットワークコントローラ３が予備機９に切り替わるか、あるいは予備機９が故障したり、予備機９がない場合には、一斉に前述したバックアッププロトコルに切り替えるようにする。その判断は特定ノードの判断でも良いし、ネットワーク管理者の判断を待ってもよく、システムによって異なる。

この方法はネットワークコントローラ３の異常のみでなく、他ノードの異常の場合にも適用できる。自ノードとの通信を行うあるいは行う予定であったノードが正しく通信を行っていない場合には、その検出はデータが正しく受信されていないことから直ぐに行うことができる。この検出結果をネットワークコントローラ３に通知すれば、ネットワークコントローラ３は異常な通信を行っているノードに命令して改善させることができる。

ネットワークコントローラ３の異常に対する簡易な対処方法として、ネットワークコントローラ３がどのノードでもその異常が検知できる程度まで故障した場合のみ、その異常に対処するという方法も考えられる。例えば、ネットワークコントローラ３が制御チャネルで送信を行わない、制御チャネルでの送信パワーが異常に低下している、制御チャネルでの送信のタイミングが明らかに間違っているなどの場合である。また、ネットワークコントローラ３が自らの異常を検出して動作できない旨を通知してきた場合も含む。

これらの場合、各ノード２は取り敢えず異常を検出すると、その旨を制御チャネルでネットワークコントローラ３あるいは他ノードに通知する。修復不可能である場合、ネットワークコントローラ３自体が前述した方式のプロトコルの切り替えを指示できればすればよいし、指示が来ない場合には、例えば特定のノードを決めておき、そのノードでの判断によって各ノードへ切り替えを指示する。特定のノードは、いずれか一つを予め決めておいてもよいが、ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）、特に波長分割多重のＬＡＮではノードが休止していることがあり得るので、例えば指示を出す順番を決めて第１番目のノードが最初に指示を出すことにしておき、所定時間待っても第１番目のノードが指示を出さない時に、第２番目のノードが指示を出す、というようにしてもよい。指示を出すノードは、ネットワークコントローラ３の故障と思ったものが実は自ノードの故障であることもあり得るので、他ノードもネットワークコントローラ３の故障を制御チャネルで訴えているかどうか確認してから指示を出すことが好ましい。

また、自ノードの故障であることが分かった場合には、それをネットワークコントローラ３に通知し、自ノードの管理者がいれば通知する。ネットワークコントローラ３はネットワーク管理者に通知し、そのノードの故障の程度により対処をする。対処の内容は、例えばそのノードはタイムスロット割当てを変更させない、通信を中止させる、などであり、また他のノードに対してそのノードの異常と異常の程度を通知する。

さらに、以上述べたような光通信システムでは、制御信号はタイムスロット割当ての決定のみでなく、データの送出タイミングを示すタイミング信号の役割を果たすこともある。従って、ネットワークコントローラ３が故障してもタイミングが保持できるように、例えば監視装置７やプロトコルの切り替えを指示した一般ノードがネットワークコントローラ３に代わってタイミングを与えるようにするか、いずれかのノードに指示してタイミングを与えさせると良い。

次に、本発明の光通信システムでの同報・マルチキャスト機能について説明する。ＬＡＮでは同報・マルチキャスト機能が重要であるが、本発明のような光通信システムでこれを実現しようとすると、複数の送信相手で受信空きタイムスロットが共通にとれない可能性がある。そのため、ネットワークコントローラ３は各ノードの送受信のタイムスロット割当てを管理・整理して、同報・マルチキャストの要求が起こったとき即座に対応できるようにしておく。

具体的には、例えばフレームの後ろの方の幾つかのタイムスロットは同報・マルチキャストの要求があったときのために常に空いているようにする。そのために、同報・マルチキャスト以外の通常の送信要求があった場合、出来るだけフレームの前の方から送信できるタイムスロットを探していく。また、同報・マルチキャスト用に確保しておいた幾つかのタイムスロットを使わなければデータを送信できない場合には、取り敢えずそのタイムスロットを使ってデータの送信を開始し、前述のタイムスロット割当て法で述べたように、前の方のタイムスロットのうち移動させられるものを移動させることにより、送受信の共通空きタイムスロットを作り出す。

また、このような事態ができるだけ起こらないように、例えばフレームの後ろに近いタイムスロットを使用してデータの送受信を行っている組は、出来るだけ前の方にずらしていくようにネットワークコントローラ３が制御を行うことが好ましい。例えば、タイムスロットの利用状況などから、移動した方が良い送受信タイムスロットの組をリストアップしておき、いずれかのタイムスロットが新たに空きタイムスロットになった場合に計算を開始し、その空きタイムスロットを利用してリストアップされた組の移動が可能かどうかを調べていく。ネットワークコントローラ３の処理能力に余裕があれば、空きタイムスロットが新たに発生したとき以外でも、より前方に詰められた効率の良いタイムスロット割当てが出来ないかどうかを調べていてもよい。これらの計算は、ネットワークコントローラ３の能力に応じてネットワークコントローラ３内に専用のプロセッサを設けて行ってもよいし、通常の制御の合間を縫って行ってもよい。

また、ここではタイムスロットは出来るだけフレームの前方に詰めるように説明したが、出来るだけ後方に詰めてもよいし、同報・マルチキャスト用に空けておきたいタイムスロットの番号と優先順位を決めておいて、同様の制御を行ってもよい。

ところで、本発明のような波長分割多重に時分割多重を併用した光通信システムでは、１タイムスロットがＡＴＭ（非同期転送モード）交換における情報転送単位であるセルと比較して非常に長い（１０倍〜１００倍程度）時間になる可能性がある。本発明の光通信システムがバックボーンＬＡＮとして使用される場合、送信側に接続された下位ネットワークの異なる複数の端末からのデータが１タイムスロットの中にまとめられて入り、それが受信側に接続された下位ネットワークの複数の異なる端末に送信されることになる。

しかし、同報・マルチキャスト通信を行う場合には、同報・マルチキャスト通信に供される１ノードからの送信データが常に１タイムスロットを埋められるだけの量であればよいが、その送信データを出す端末が下位ネットワークの１端末のみである場合などでは、１タイムスロットが割当てられたにも拘らずタイムスロットはほとんど空同然であることもあり得る。さらに、放送のような一方通行の同報・マルチキャスト通信であれば良いが、複数箇所を接続したテレビ会議システムのようなそれぞれのノードが送信を行う系では、タイムスロットがほとんど空の状態で幾つも占有されることになり効率が悪い。

従って、同報・マルチキャスト通信用に空けておくタイムスロットは、図１３（ａ）に示すように他のタイムスロットよりもタイムスロット長を短くするなどの工夫をしておくことが好ましい。勿論、他の部分で通常通信用のタイムスロットがとれない場合には、この短いタイムスロットを使って通常の送受信を行っても構わない。

また、上述のＴＶ会議システムのような同報・マルチキャスト通信を行う場合には、具体的な通信量をそれぞれのノードに申請させて、それに見合った時間で新たにタイムスロットを区切り直してもよい。図１３（ｂ）はその様子を示したもので、例えば通常のタイムスロット１つ分を通信情報量に合せて細かく区切っている。通信情報量がタイムスロット１つに収まらなければ、収まるだけの数のタイムスロットを使用すればよい。

さらに、タイムスロットの空き部分に別の情報を乗せてもよい。例えば、１つのノードから複数の同報・マルチキャスト通信データが送信される場合には、その通信データを１タイムスロットにまとめればよいし、ある特定の相手に対するデータをタイムスロットの空き部分に入れて送信してもよい。

また、ＴＶ会議システムのように同報発信者が多数いて、かつ遅延が大きくてもよいアプリケーションでは、ある１つのノードにそのアプリケーションの他の同報発信者からのデータを通常の送受信で送り、そこで改めて１つのタイムスロットにまとめて送信しても良い。

ここで、全ての同報相手に共通の受信空きタイムスロットがとれない場合には、以下のような方法をとればよい。例えば、１個の共通空きタイムスロットがとれなくとも、グループ内でならば共通の空きタイムスロットがとれるようなグループに同報相手を分け、送信者はそのグループの数だけ同じ情報を送信する。このとき、同報の送信者がそれらのタイムスロットで送信タイムスロットが空いていない場合には、送信者が送信できないグループにはバケツリレーにより中継を行う。この中継は、前述したバケツリレー専用ノードが行ってもよいし、ネットワークコントローラ３あるいは他の一般ノードが行ってもよい。また、同報の送信者が送信できないグループの共通空きタイムスロットに送信できるノードが、同報の送信者が送信できるグループの中にあれば、そのノードが中継してもよい。さらに、一般ノード２にそのようなコピー機能がない場合には、やはりバケツリレー専用ノードで中継を行ってもよい。

次に、本発明において波長多重光ネットワーク１を拡張する場合を考える。波長多重光ネットワーク１が図２（ａ）に示したようなパッシブスター型ネットワークの場合は、スターカップラ４のポート数を越えてネットワーク１を拡張することは難しい。１つのポートにカップラを介して２つ以上のノードを接続することは可能であるが、それらのノードに関しては送受信の光強度が小さくなり、受信感度が劣化するという問題があるためである。また、この劣化を問題とする場合には、光伝送路にアンプを挿入したり、送信パワーが大きくかつ受信感度が良い送受信器を用意するなどの対策が必要で、コストが大きくなる。一方、送信波長固定方式では、１ノードに一つ波長を割り振るので、受信器の波長可変範囲などから、総波長数すなわちノード数に限界がある。

図１６は、このような限界を越えて波長多重光ネットワーク１を拡張する場合の実施例であり、複数の波長多重光ネットワーク１間をゲートウェイ８で接続した構成となっている。ゲートウェイ８は例えば図１７〜図２０に示すように構成される。

図１７に示すゲートウェイ８は、ゲートウェイ受信器３１、信号処理部３２およびゲートウェイ送信器３３を縦続接続して構成され、送信側の波長多重光ネットワークから受信側の波長多重光ネットワーク宛の光信号をゲートウェイ受信器３１により電気信号に変換し、信号処理部３２で所定の処理を施した後、ゲートウェイ送信器３３により光信号に変換して送信し直すようにしたものである。ゲートウェイ受信器３１、信号処理部３２およびゲートウェイ送信器３３は、それぞれ１つまたはトラヒックに応じて複数個用意される。ゲートウェイ受信器３１の受信波長と、ゲートウェイ送信器３３の送信波長は、それぞれに接続されている側の波長多重光ネットワークの方式に従うものとする。

図１８に示すゲートウェイ８は、波長選択装置４１と波長変換装置４２により構成され、波長選択装置４１はネットワークコントローラ３から指示されている送信側のタイムスロットを選択し、これを波長変換装置４２が受信側の波長多重光ネットワークで指定されている波長の光信号に変換して出力する。

より具体的には、図１９に示すように送信側の波長多重光ネットワークからの光信号を波長分波器５１で波長毎に分割し、これを光スイッチ５２に入力して受信側の波長多重光ットワーク宛のタイムスロットを選択し、さらに波長変換装置５３で波長変換して、波長合波器５４で合波して出力する。さらに他の構成法として、図２０に示すようにカップラ６１とチューナブルフィルタ６２に図１９における波長分波器５１と光スイッチ５２の機能を兼ねさせ、チューナブルフィルタ６２から出力される光信号を波長変換装置６３により波長変換して、カップラ６４で合波して出力するようにしてもよい。

次に、本発明の光通信システムでコネクションレスデータ（以下、ＣＬデータという）をサポートする方法について説明する。ＣＬデータをサポートする方法としては、例えば以下の方法がある。まず、図２２に示すようにＣＬデータ中継用の中継ノード１０を波長多重光ネットワーク１に接続する。ＣＬデータは一旦それを発信する一般ノード２から中継ノード１０へ送信し、中継ノード１０から送信相手のノードへ転送する。データの送受信は、フレーム毎に中継ノード１０と通信するノードを予め決めておいて行う。また、フレームという概念を導入していないネットワークでは、タイムスロット列を何個か毎に区切って同様のことを行う。

一般ノード２は、予め決められた送信順序に従って自ノードの順番が到来した時点、つまり自ノードがＣＬデータを送信できるフレームが到来した時点で送信すべきデータがあれば、自ノードの送信の空きタイムスロットにＣＬデータを挿入する。また、送るべきＣＬデータがあるのに空きタイムスロットがないと言うことが頻繁に起きると予想されるトラヒックの多いネットワークでは、空き帯域、即ち使用中のスロットの残余帯域を使用しても良い。このとき、通常のデータとしてＣＬデータが区別できるようにヘッダを付けるなどすると良い。

そのタイムスロットの内容がＣＬデータであることが中継ノード１０に分かるように、例えばその旨を示す情報をデータのヘッダに書き込んでおいてもよいが、ハードウェアのレベルで簡単に判別できるようにしておいてもよい。

例えば波長多重光ネットワーク１が送信波長可変のネットワークの場合には、ＣＬデータ専用の波長を決めておけば中継ノード１０は受信器の受信波長をＣＬデータの送信波長に同調させておくことで、ＣＬデータのみを受信することができる。また、波長多重光ネットワーク１が送信波長固定のネットワークの場合には、タイムスロットの先頭で、ある特定のパルス列を送信するなどの方法がある。さらに、中継ノード１０が予めネットワークコントローラ３と連絡をとるか、あるいは制御チャネルをモニタするなどして、一般ノード２の送受信タイムスロット割当てを例えばタイムスロット割当てテーブルを内部に持つことで把握しておき、そのノードの送信空きタイムスロットにデータがあった場合に、それを受信する方法もある。

中継ノード１０内の受信器は、一般ノード２のＣＬデータの送信順序に従い、あるフレームではある特定のノードの送信データを受信し、その中のＣＬデータのみを取り出し、メモリなどに保存する。このとき、ＣＬデータの宛先を見て、宛先毎にデータを仕分けしておくとよい。これは具体的には、例えば一般ノード２が中継ノード１０にＣＬデータを送信する段階で、宛先毎に異なるタイムスロットで送信するようにしてもよいし、あるいは一般ノード２は全く宛先などを気にせず単純に送信し、中継ノード１０に仕分けを一任してもよい。これらはネットワーク毎に異なる。

また、中継ノード１０内のメモリでは、例えば予めメモリ領域を宛先毎に区切っておき、その宛先のデータが来たらその領域にデータを格納するようにしてもよいし、データに宛先が即座に判別できるタグを付けておいてもよい。

中継ノード１０から一般ノード２へのＣＬデータの転送も、同様にして行う。すなわち、一般ノード２はＣＬデータ受信の順番を決めておき、自ノードがＣＬデータを受信するフレームが来たならば自ノードの受信空きタイムスロットで中継ノード１０からの送信に対して同調を行う。中継ノード１０は、予めネットワークコントローラ３と連絡を取るか、あるいは制御チャネルをモニタするなどしてタイムスロット割当てを把握しておき、相手ノードの受信空きタイムスロットのタイミングでデータを送信する。このとき、中継ノード１０はメモリ内に保存されたデータのうち、その時点でその相手ノードが宛先になっているデータを取り出して送信する。

このようにネットワーク内にＣＬデータ用の中継ノード１０を設け、空きタイムスロットを用いてＣＬデータの送受信を行うことによって、ＣＬデータ送受信のためにネットワークコントローラ３に要求を出して手続きをする必要がなくなり、またＣＬデータのために他の通常のデータの送受信のための帯域が制限されることもなくなる。もちろん、ＣＬデータの中にも遅延のきびしいものがあるため、その様なデータは通常の手順で送るか、あるいは相手ノードとの間でタイムスロットが設定されていれば、その残余帯域を利用して送れば良い。このとき、統計多重効果で発生したタイムスロット内の残余帯域を使用しても良い。

次に、上述した光波長多重ネットワークの細部について説明する。

図２３は、図２４に示すようなノード数がｎである波長多重光ネットワークのタイムスロットを分割する方法の一例を示している。図２３（ａ）では、１フレーム中に２ｎのタイムスロット数がある。作用で述べたように、タイムスロット数がノード数の２倍以上あれば、著しい呼損が起きにくくなる。波長切り替えのためガードタイムが短いシステムならば、図２３（ｂ）の様にタイムスロット数を２ｎよりも多く設定することにより、よりスループットを上げることができる。

本発明のようなネットワークでは、実際にネットワークに接続されているノード２の数はその時々や場合によって異なることが多い。しかし、そのネットワークに接続できるノード２の最大数はほぼ決まっていることが多いので、予めその最大数を基準にしてタイムスロット数を決めれば良い。また、タイムスロットの数、長さ、あるいはフレーム長などが（日単位、月単位程度の）ゆっくりとした速さででも変更できるネットワークであれば、ノード数に変動が有ったときに変えても良い。あるいはノード数が変動する都度でなくても、タイムスロット数がノード数に対して多すぎたり少なすぎたりしてネットワーク１の効率やトータルのスループットが満足のいかない状態になった（またはなりそうな）時点で変えても良い。

図２５は、トラヒックの偏りに対応するためにタイムスロットの大きさを２種類以上用意した例である。この場合でも勿論、１フレーム内のトータルのタイムスロット数はノード数の２倍以上あると良い。どの大きさのタイムスロットを何個ずつ用意するかに関してはそのネットワークのトラヒックの状況によって異なる。

例えば、比較的相手ノードの偏りの小さいネットワークでは、電話やメールなどの小さいファイルの転送に用いるための電話が数本から数十本通る程度のタイムスロットをノード数だけ用意して、後は、ＣＡＤデータなど大きいバースト状のデータ送信に備えて１タイムスロットで画像データが通るような大きいタイムスロットにすることも考えられるし、偏りの大きいネットワークでは小さいタイムスロットをノードの数より少なめに用意し、後は、図２５（ｃ）の様に大きいタイムスロットと中程度のタイムスロットを用意しておいても良い。

図２５（ａ）はその一例として細かいタイムスロットと大きいタイムスロットとの２種類有る例を示している。（ｂ）はもう一つの例であって、上述した実施例で述べた同報のための細い区切りのタイムスロット（Ｍ_１〜Ｍ_Ｍ）と合わせて３種類用意した例を示している。（ｃ）は大中小３種類のタイムスロットがある例を示している。（ｄ）はフレームを非常に細いタイムスロットに分割し、トラヒック量に応じて細いタイムスロットを何個か続けて使用する（その間にはガードタイムを取らない）ようにすることで等価的にタイムスロットの長さを変えている例を示している。（ｄ）の場合には、実際に受信波長を切り替えるのは矢印で示した部分だけであるので、ガードタイムの回数が増え過ぎて効率が悪くなるということはない。さらに、（ｅ）のように細いタイムスロットに区切らないで、任意の位置で区切ることもできる。ただ、本発明の波長多重ネットワークでは、図３７のように相手ごとに波長を切り替えて受信するために、その等価的なタイムスロットの区切り方が相手によって異なると、その調整をするために非常に複雑なアルゴリズムが必要となる可能性がある。

図２６は、公衆網のクロックに本発明の波長多重ネットワークのクロックを同期させるために、ネットワークコントローラ３がクロックを公衆網から抽出して制御チャネルを通じて一般ノードに分配する系の構成例である。ネットワークコントローラ３は公衆網２０に接続されており、さらに、公衆網２０へのゲートウェイとなっている。あるいは公衆網２０に接続されていなくても（公衆回線に接続できなくてもて）公衆網２０に同期したクロックが入手できる回線と接続していればそれでも良い。図２７は公衆網へのゲートウェイとネットワークコントローラ３が異なるノードである例を示しており、ここではネットワークコントローラは公衆回線への接続は請け負わない。

図２８は、公衆網２０へのゲートウェイのノードからホットラインなどでクロックのみをネットワークコントローラ３に送っている例を示している。

このようにしてネットワークコントローラ３は公衆網に同期したクロックを得て、ネットワークコントローラ３が制御チャネンルで送信するときにそのクロックの速度で送信を行い、それを各ノード２が受信してクロック抽出を行うことによって各ノードが、公衆網２０に同期したクロックを得ている。

図２９は、制御チャネルをＷＤＭで多重する場合のノードの構成例である。この構成では、光ファイバ７２に接続されたＷＤＭ合分波器７１−１はデータ送信器７６および制御信号送信器７７に結合され、ＷＤＭ合分波器７７−２はデータ受信器７８および制御信号受信器７９に接続される。データ送信器７６、制御信号送信器７７、データ受信器７８および制御信号受信器７９はノードコントローラ８０に結合される。この構成において、制御チャネルの波長は全てのノードで共用するため、通常のＬＡＮと同様に時分割に、ネットワークコントローラ、各一般ノードが送信を行い、送信されたそれら全ての制御情報を受信することになる。その時分割の方法の一例が図３０に示されている。図３０の（ａ）では、ネットワークコントローラ３からの情報を続けて送信し、各一般ノードからの送信をＴＤＭＡで行っていることが示されている。この方法は、ノードの数が比較的少ないか、一般ノードからの情報量が短いなど、ＮＷＣが送信していない時間が短くて、その間各ノードがクロックを正しく保持できる場合に有効である。そうでない場合には（ｂ）のように一般ノードとネットワークコントローラの送信を交互に行うか、あるいは（ｃ）のように一般ノードを幾つかのグループに分けて（ａ）と同様のことを何回か繰り返してそれを一周期とするなどの方法を取ってネットワークコントローラ３が送信していない時間をクロックが保持できる時間内に収めるとよい。

また、クロックの送信形態としては、前述のように制御チャネルのビットレートを公衆網２０に同期したビットレートにするという方法の他に、公衆網のハイアラーキのどれかのビットレートの整数倍あるいは整数分の１などの分かりやすいビットレートにして送信するという方法もある。さらに、制御チャネルのビットレートは任意に設定して図３１（ａ）の様に公衆網に同期したクロック周波数のマイクロ波を同時に制御チャネルの送信光に偏重することも可能であるし、また、図３１（ｂ）のようにクロック周波数のマイクロ波に制御情報を変調してその変調波で制御チャネルの送信光を変調しても良い（サブキャリア変調）。なお、図３１はネットワークコントローラの制御チャネルでの電気段での送信スペクトルを示しているものである。

図３１（ａ）のようにすると、制御チャンネルでの他のノードの送信時にもネットワークコントローラはクロックを送信し続けることができ、一般ノードは常時クロックを供給されることが可能となる。このとき、制御チャネルがある光波長を占有する形で時分割で使用されている場合には、その波長帯に同時に異なるノードからの送信があると、それらの送信光の光キャリア同士が干渉し合ってビート雑音が発生する。そのため、ネットワークコントローラが他のノードの制御情報伝送時にクロックのみを送信する場合には、ビート雑音が受信帯域内には入らない程度に、ネットワークコントローラ３の制御チャンネル用送信器の波長と他のノードの制御チャンネル用送信器の波長を遠ざけると良い。

また、図３１のような方法をとると、制御チャンネル用送受信器の帯域を広げなければならないように思われ、図３１（ｂ）の例では、確かに帯域を広げなければならないが、図３１（ａ）では、高周波部分にあるのがクロックのみであるため受信感度をほとんど気にしなくて良く、クロック周波数の正弦波が通りさえすれば良いので、フィルタの帯域や形を変更するなどの少々の変更は必要だが、そのために送受信器を高ビットレート用のものに取り替える必要はない。

図３２はネットワーク内のパスを示すための説明図である。本発明のようなネットワークでは、実質的に図３２（ｂ）のように送信−受信のペアごとに線を張っているものと見なせる。パス識別子はその送信−受信ペアに対して（図３２（ｂ）の１本の線に対して）１つ以上の識別子を「ネットワーク」が与える。本発明の場合、「ネットワーク」とは具体的にはネットワークコントローラ３である。ただし、専用ノードがあるのなら専用ノード、または、一般ノード２のどれかがネットワークコントローラ３を兼ねても良い。

基本的にはネットワーク１内にパス識別子を発行するノードは１つとする。また、ノードｉ送信−ノードｊ受信とノードｊ送信−ノードｉ受信は別のものとし独立なパスとして扱う。

１つの送信−受信ペアに与えられるパス識別子は、そのペア内のトラヒック量に応じて１つ以上与えられるが、この時、送受信帯域の物理的な区切りであるタイムスロットとは独立に用いると良い。即ち、図３３（ａ）のように異なるタイムスロットで同じ相手に送る場合があるが、同じ相手に送るこれらのタイムスロットを図３３（ｂ）のようにひとまとめとして扱い、その中でのパス識別子はタイムスロットの区切りとは全く独立に取り扱う。図３３（ｂ）のタイムスロットのまとまりは、図３３（ｃ）のような呼の集まりであり、各々の呼には図３３（ｄ）に示すようにヘッダを有する呼を識別するためのパス識別子およびチャネル識別子が記されている。同じタイムスロット内にある呼でも、パス識別子は異なることがあってよい。その様にタイムスロットとパスを独立にとると、例えば図３４のようにいずれかの呼の終了が起こって、その相手に送るタイムスロットの数を減らせる場合に、パス識別子およびチャネル識別子の再発行をせずに済む。もちろん、呼の終了によってそのパスが使われなくなったのであれば、パス識別子はネットワークに返せば良い。

また、各ノード２の送信器ハードウェア内のバッファ構成が、図３５のように（タイムスロットごとでなく）送信相手ごとにバッファリングする構成を取っており、これにより、各ノードはその様なタイムスロットの減少に速やかに対応できる。即ち、入力スイッチ１１６は複数のバッファ（Ｂ1 ないしＢn ー1 ）１１５を介して出力スイッチ１１４に接続される。出力スイッチの出力端子は送信器１１３に接続される。送信器１１３、スイッチ１１４および１１６並びにバッファ１１５はノードコントローラ１１０によって制御される。

通常、パスの中のチャネルを識別するチャネル識別子もネットワークが発行する。本発明のようなネットワークは、非常にスループットが高いため、１つの呼の大きさが小さいものでは電話程度の帯域である場合がある。その様な場合、ネットワーク内に存在する呼の数が非常に大きくなり、それらを全て１つのノードで集中して処理するのは大変な処理量になる。パス識別子はネットワークで統一して管理する必要があるためネットワークコントローラ（あるいは他のノード）が一括して管理するが、チャネル識別子の発行も同時に行おうとすると、ネットワークコントローラの規模が非常に大きくなり、また、制御チャネルなどでそのためにやり取りする情報量が非常に大きくなって効率が悪い。従って、本発明のようなネットワークではチャネル識別子は各送信−受信ペアを構成する各一般ノード２が独立に発行すると良い。

上述のようにネットワーク内に存在する呼の数は膨大な数となるため、それに対応するためのパス識別子およびチャネル識別子に使用するビット数も多くなるはずである。それらは実効的なデータレートを下げることになるので、できるだけビット数を下げるのが望ましい。一つのパスの中に含まれるチャンネル数にばらつきがあって少ないチャネル数しか含まれていないパスの数が多いと、結局パス全体の数を増やさねばならず、識別子のために使われるビット数が大きくなってしまう。そこで、パス識別子の割り振りはそのペア内の呼の数に応じて行われるのが望ましい。しかし、スループットが非常に大きく、データレートの少々の減少であればかまわないネットワークであるならば、下位ネットワークに対応してパス識別子を割り振る方法も考えられる。図３６はその説明図であるが、（ａ）は本実施例のネットワークの論理構成図であり、各ノードに接続されている下位ネットワークを合わせて記してある。（ｂ）は（ａ）からノード１からノード２への送信だけを抜き出したもので、下位ネットワーク１７、即ちネットワークＬＮＷ１からＬＮＷ３への送信とＬＮＷ２からＬＮＷ３への送信は異なるパス識別子を与えている例を示している。これは、送信元の下位ネットワークごとに分けた例であるが、このほかに、送信先の下位ネットワークごとに分けても良いし、そのペアごとに分けるなどの分け方もある。

これらのパス識別子の要求は、一般ノードが新たなパス識別子が必要かどうか判断して行う。下位ネットワークからの新たな送信要求がノード２に上がってきた場合に、そのノードは自ノードの送信帯域の使用状況（その呼が新しく入る余地があるかどうか）を見て、ネットワークコントローラにタイムスロット要求、パス識別子要求をするかどうか決めると良い。つまり、要求された呼が入る余地がない場合には、ネットワークコントローラに要求は行わないようにし、ネットワークコントローラに断らなくてもその呼設定が行えるのならば、ネットワークコントローラには通知をしないようにして、できるだけネットワークコントローラの負荷を軽くすると良い。また、設定できなかった呼の処理をどの様にするか（待たせておくのか、諦めさせるのか）なども、各ノードの判断で行えばよく、特にネットワークで統一する必要はない。

しかし、タイムスロット要求がネットワークコントローラになされ、そのタイムスロットが設定できなかったときや、同時に他のノードからもタイムスロット要求があってどちらか一方しか設定できない場合も考えられる。その場合、その要求はどの程度までなら待つことができる、あるいはどちらを優先する、ということの判断材料としてネットワークに等級の概念を導入しておいても良い。すなわち、タイムスロット要求がなされてから、タイムスロットが設定されるまでに掛かっても良い時間や、その呼はどの程度の重要度であるかによって等級を定め、競合が起きたときに等級の高いものを優先させ、設定できなかったときに待てるものは、待ち行列に入れておく。

この場合、新たなタイムスロット要求は下位ネットワークから新たな呼設定要求があった場合に起こることを想定しているが、その呼設定要求は一つだけであると限らず、同時に同じ相手ノードへ送信される呼が複数発生し、その呼の等級が等しくないことも有り得る。その場合には、重要度は厳しい方を選び、呼設定時間までの待ち時間は長い方を選んでノードがネットワークコントローラに要求をする。後者の場合で、タイムスロット要求が待ち行列に入った場合、許容できる待ち時間が短い方の期限がきたらノードは自主的に呼損の通知を下位ネットワークに出す。さらに、そのことで、要求するタイムスロット数が変化したならば、そのことをネットワークコントローラに通知する。また、あるタイムスロット要求がネットワークコントローラで待ち行列に入っているときに、同じ相手ノードへの新たな呼設定要求が下位ネットワークからくる可能性もある。この時も同様にして、重要度、待てる時間などをノードが選択決定し、要求するタイムスロット数が変化するならば、そのことと合わせて、変更を（あれば）ネットワークコントローラに通知する。

さらに、呼設定が行われた後の品質クラスを導入すれば、統計多重効果によりトータルスループットを向上させることも可能である。呼内の情報損失や遅延ジッタを全く許容しない系では、ノードは下位ネットワークから呼設定要求があったとき、その最大ビットレートが常に保証されるようにタイムスロット内の帯域を割り当て、タイムスロットの要求を行わなければならない。このようにすると、当初は要求した帯域内であれば、どのような帯域変動があっても必ず対応ができるが、常に最大ビットレートで通信するとは限らない呼では、ほとんどの時間は帯域が余ってしまい、しかも、他の呼がその余った帯域を使用することができないので、効率が悪い。一方、今後の情報通信の発展の方向としては、ＡＴＭなどが多用され、帯域圧縮の技術も進み、固定ビットレートで伝送するよりは、送らなくても良い情報は極力送らずトータルの情報量を減らす向きに進むと考えられる。従って、そのような呼に効率よく対応するためには、ＡＴＭ方式と同様に統計多重効果を利用する必要がある。

本発明のネットワークでは、タイムスロット要求があってからタイムスロットが設定されるまで、スムーズに行ったとしても少々の遅延があるし、また、タイムスロット要求が必ず通るとは限らない。従って、統計多重を期待して各呼の時間平均の帯域に基づいてただタイムスロットを埋めていくと、帯域変動があって１タイムスロットからはみ出してしまった場合に即座に対応できない。このため、呼の遅延優先度や許容廃棄率を定めておけば、帯域変動があって瞬時的に１タイムスロットからはみ出しそうな時でも、許容廃棄率の高い呼を廃棄する、新たなタイムスロット要求を出して遅延優先度の低い呼を設定されるまで待たせるなどの方法により対応できる。

しかし、本発明のネットワークは、もともと非常にスループットの大きいネットワークであり、帯域の大部分は未使用の状態で使用されている場合も考えられ、そのような時に無理に統計多重をおこなって廃棄などを起こす必要もない。従って、このような統計多重は、品質クラスだけは予め決めておき、ネットワークの帯域に十分余裕がある時には前述のような最大ビットレートによるタイムスロット申請を行って行き、ネットワークが混んできて、呼損が起こりそうになってきたら、統計多重の効果を利用するような帯域割り当てを行うと良い、この時も、単純に平均ビットレートで詰めて行っても良いが、絶対に廃棄を許さない呼に関してはそれまで通り最大ビットレートで帯域を確保し、そうでない呼に関して統計多重を行うと良い。

また、このように統計多重を行うと、瞬時的に１タイムスロット分よりも帯域がはみ出すことがあるのと同様に、帯域が平均よりも十分減っていることもある。品質クラス内に遅延はほとんど気にせず再送可にして廃棄率を低く保つクラスを設ければ、タイムスロット帯域が足りないときには、そのクラスの呼の内容をバッファにためてておき、帯域が余っているときに送信する方法もある。

ところで、同報でない通常のタイムスロット設定手順において、送信受信の共通空きタイムスロットが見つからなかった場合のより詳細なタイムスロット整理、移動の手順の一例を図３９ないし図４１を参照して説明する。

まず、送信および受信の空きタイムスロットの数を調べ、どちらかがまったく空きタイムスロットがない状態では、新たなタイムスロット設定は不可能なので、タイムスロット設定は失敗となり、ネットワークコントローラはこれを設定要求を出してきたノードに通知する。

次に、どちらにも空きタイムスロットがある場合には、送信ノード（Ｔ１）受信ノード（Ｒ１）どちらが先でも良いが、たとえば、送信ノードのある空きタイムスロットＳｉに注目し、このタイムスロットＳｉで受信ノードが送信を行っている相手を調べる。これがＴｉであるとすると、Ｒ１とＴｉの共通空きタイムスロットがないかどうか調べる。あれば、（これをＳｊとする）ＳｊにＳｉを移すと、Ｒ１のＳｉが空くので、Ｔ１とＲ１で共通の空きタイムスロットができることになる。ネットワークコントローラはＲ１とＴｉにＳｉで行っていた通信をＳｊに移すように通知し、Ｔ１とＲ１にはＳｉで通信を行うように通知する。もし、Ｒ１とＴｉで共通空きタイムスロットが見つからなかった場合には、Ｔ１の別の空きタイムスロットで同様の手順を行う。全てのＴ１の空きタイムスロットでこの手順を行ってもＴ１とＲ１の共通空きタイムスロットが作り出せなかった場合には、Ｒ１の空きタイムスロットについて同様の手順を行う。それでも共通空きタイムスロットが作り出せなかった場合には、タイムスロット設定は失敗となり、その旨をタイムスロット設定要求を出してきたノードに通知する。

上記の例では、送信あるいは受信ノードの空きタイムスロットに注目して整理を行った。そのシステムのネットワークコントローラの能力に余裕がある場合や、あるいは成功した場合に送信されるはずの呼のプライオリティが高い場合などでは、上記の手順で設定できなかった場合に、さらに別のところを動かして共通空きタイムスロットを作り出すようにすることも可能である。上記の例では、例えば、Ｒ１とＴｉの共通空きタイムスロットが作り出せないかを同じ様な手順で調べたり、あるいはＴ１とＲ１のどちらにも使用中のタイムスロットに注目してその両方を他のタイムスロットに移動できないか調べるなどである。

また、そのシステムで同報用に共通空きタイムスロットを確保しておくようにする場合は、同報用のタイムスロットが空いていたとしても、ないものとして整理を行い、その結果、設定が不可能であった場合にのみ一時的に同報用のタイムスロットを使って送受信を行わせ、次に述べる同報のためのタイムスロット整理の手順でできるだけ早く、同報用のタイムスロットから移動させると良い。

次に、同報のためのタイムスロット整理および移動の詳細な手順の一例を述べる。同報用に空けておきたいタイムスロットに設定されている送受信ペアを他のタイムスロットに移動する手順をおこなう。ただし、同報用のタイムスロットに通常の送受信ペアが設定された時点から多少なりともタイムスロットの使用状況が変化した時点で行うか、あるいは同報用の整理の手順は通常呼の設定の手順よりもより調べる度合いを広くするのでなければ効果がない。

まず、その送受信ペアで共通空きタイムスロットがないかを調べ、ない場合には、上述の通常のタイムスロット設定と同様の手順で共通空きタイムスロットを同報用タイムスロットの他に作り出してペアの移動を行う。

また、タイムスロット整理のためにどこまで調べるかでネットワークコントローラの計算量が異なるため、そのシステムの負荷の状況や、ネットワークコントローラの処理能力によって調べる度合いを変えれば良い。例えば、単に共通空きタイムスロットが取れないかを探すだけの場合、共通空きタイムスロットがないときは、どちらかの空きタイムスロットに注目して他方が移動できないかを探すことまで行う場合、およびそれ以外のところを移動して共通空きタイムスロットを作り出せないかを探す場合など適宜使い分ける。

ネットワークコントローラ内でタイムスロット割り当てなどの処理を行う部分は専用の論理回路を用意する方法と、既製のプロセッサまたは、計算機を組み込む方法が考えられる。後者の方法を取った場合には、計算機を動かすソフトウェアが必要になる。この時、ソフトウェアは、どの程度までの処理（タイムスロット整理など）を行わせるかなどで、何種類か用意することになる。システムを導入したユーザに導入後にユーザの意志で変更が可能であるようにすることもできる。あるいは、専用の論理回路とプロセッサをハイブリッドに組み合わせることもできる。例えば非常に頻繁に行う処理で高速性を要求される部分のみを論理回路にし、それ以外の部分はプロセッサを用いてソフトウェアで処理するなどである。この場合も、ソフトウェアは変更可能にしておくことができる。

最後に、本発明の光通信システムでデータのセキュリティを守る方法について簡単に説明すると、例えばデータを暗号化する方法や、受信器に与える受信データ切り替えのための制御信号をネットワークコントローラ３が出し、各受信器が勝手にチャネルを切り替えられないようにする方法などを用いることができる。その他、本発明は種々変形して実施することが可能である。

本発明の一実施例に係る光通信システムの概略構成図。 本発明における波長多重光ネットワークに用いるパッシブスターネットワークおよびリングネットワークの構成を示す図。 波長多重光ネットワークで用いる各波長を複数のタイムスロットに時分割した様子を示す図。 図１におけるネットワークコントローラの構成例を示すブロック図。 図１における一般ノードの構成例を示すブロック図。 図１におけるネットワークコントローラによるタイムスロット割当て制御の流れを示すフローチャート。 同実施例における送受信のタイムスロット割当て制御の具体例を示すタイムチャート。 同実施例における送受信のタイムスロット割当て制御の具体例を示すタイムチャート。 本発明の他の実施例に係るバケツリレーノードを有する光通信システムの概略構成図。 同実施例における送受信のタイムスロット割当て制御の具体例を示すタイムチャート。 本発明の他の実施例における制御チャネル上の制御信号送受信動作を説明するためのタイムチャート。 本発明の他の実施例におけるプリアサイン方式の場合のタイムスロット割当て制御の具体例を示すタイムチャート。 本発明の他の実施例における同報を行う場合のタイムスロット割当て制御の具体例を示すタイムチャート。 本発明の他の実施例に係る監視装置を有する光通信システムの概略構成図。 同実施例における監視装置から出力されるアラーム信号の例を示す図。 本発明の他の実施例に係る複数のネットワーク間を接続した光通信システムの概略構成図。 図１６におけるゲートウェイの構成例を示すブロック図。 図１６におけるゲートウェイの構成例を示すブロック図。 図１６におけるゲートウェイの構成例を示すブロック図。 図１６におけるゲートウェイの構成例を示すブロック図。 本発明の他の実施例に係るネットワークコントローラを二重化した光通信システムの概略構成図。 本発明の他の実施例に係るコネクションレスデータ用中継ノードを有する光通信システムの概略構成図。 本発明の他の実施例の光通信ネットワークに関し、ノード数ｎに対して１フレーム内のタイムスロット数が２ｎ以上であるタイムスロット分割例を示す図。 本発明の他の実施例の通信ネットワークの構成を示す図。 本発明の他の実施例の通信ネットワークに関し、種々のタイムスロットの例を示す図。 本発明の他の実施例であり、ネットワークコントローラが公衆網へのゲートウェイとなっている通信ネットワークの構成を示す図。 本発明の他の実施例であり、ネットワークコントローラが公衆網からクロックを得ている通信ネットワークの構成を示す図。 本発明の他の実施例であり、ネットワークコントローラが公衆網へのゲートウェイのノードからクロックを得ている通信ネットワークの構成を示す図。 本発明の他の実施例のネットワークの一部であり、制御チャンネルを波長多重する場合のノードの構成を示す図。 本発明の他の実施例の通信ネットワークに関し、制御チャネルの時分割法の例を示す図。 本発明の他の実施例の通信ネットワークに関し、クロック信号の重畳方法の例を示す図。 本発明の他の実施例の通信ネットワークの仮想的なパスを示す図。 本発明の他の実施例の通信ネットワークに関し、識別子の割り当て法を説明する図。 本発明の他の実施例の通信ネットワークに関し、識別子に関係なくタイムスロットを解放する様子を示す図。 本発明の他の実施例の通信ネットワークに関し、入力バッファが宛先ノード別になっているノード、特に、送信部の構成を示す図。 本発明の他の実施例に従った通信ネットワークの論理構成を示し、パスの割り当て方法を説明するための図。 本発明のネットワークの基本動作、特にタイムスロットの使用方法を説明する図。 本発明のネットワークの呼損率をタイムスロット数をパラメータとして示した図。 本発明の他の実施例の通信ネットワークに関し、タイムスロット整理および移動の手順の一例を説明する図。 図３９に関連するタイムスロット整理および移動の手順の一例を説明する図。 図３９の実施例における送受信のタイムスロット割当て制御の具体例を示すタイムチャート。

符号の説明

１...波長多重光ネットワーク ２...一般ノード
３...ネットワークコントローラ ４...スターカップラ
５...光ファイバ ６...リングファイバ
７...監視装置 ８...ゲートウェイ
９...予備ネットワークコントローラ １０...中継ノード
１１...制御信号受信器 １２...制御信号送信器
１３...信号処理部 １４...ＣＰＵ
１５...メモリ ２１...データ送信器
２２...制御信号送信器 ２３...データ受信器
２４...制御信号受信器 ２５...ＷＤＭ合分波器
２６...ＷＤＭ合分波器 ２７...光スイッチ
３１...ゲートウェイ受信器 ３２...信号処理部
３３...ゲートウェイ送信器 ４１...波長選択装置
４２...波長変換装置 ５１...波長分波器
５２...光スイッチ ５３...波長合波器
５３...波長変換装置 ５４...波長合波器
６１...カップラ ６２...チューナブルフィルタ
６３...波長変換装置 ６４...カップラ

Claims (1)

1. 複数の異なる波長の光伝送チャネルを有する波長多重光ネットワークと、
   この波長多重光ネットワークを介して接続され、各波長の光伝送チャネルを複数に分割したタイムスロットを用いて送受信を行う複数のノードと、
   これら複数のノードに対する前記タイムスロットの割当てを集中制御するネットワークコントローラと、
   を備え、前記波長多重光ネットワークは、複数のタイムスロット毎に周期的に繰り返されるフレームを有し、１フレーム内に２種類の異なる時間長のタイムスロットが混在し、小さい時間長のタイムスロットは、同報・マルチキャスト用であることを特徴とする光ファイバ通信システム。

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