JP2005229416A - 光パケットネットワークおよび光挿入分岐型多重分離ノード装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光パケットネットワークの動的信号処理と帯域保証予約機能を実現する。
【解決手段】 光パケットネットワーク１００は、光ファイバのリング１１０に複数の光ノード装置２００，２２０Ａを接続している。各光ノード装置は、光パケットをネットワークに挿入し、またネットワーク上の光パケットから光ラベルのみを抽出し、抽出した光ラベルの種類に応じて光パケットを分岐して取り込み、または分岐せずに通過させる光挿入分岐型多重分離ノード装置である。複数の光ノード装置のうちの一つが他の光ノード装置を管理する管理ノード機能を有する。管理ノード機能を有する光ノード装置２００Ａは他の光ノード装置に対して光パケットの挿入を許可することを示す予約許可ラベルを生成してネットワークに挿入し、管理ノード機能を有さない他の光ノード装置２００は自ノード装置宛の予約許可ラベルの受け取りに応じて光パケットをネットワークに挿入する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光パケットの出力先をそのアドレス情報に従って選択する光パケットスイッチングネットワークおよび光挿入分岐型多重分離ノード装置に関する。

現在、光のリングネットワークにおいてそれぞれの宛先ごとに光の波長を割り当て、情報を伝送する波長多重（ＷＤＭ，Wavelength Division Multiplex)ネットワークが検討されている。近い将来、インターネット等の総容量は数Ｔｂｐｓ（Tera bits per second,テラビット毎秒）を超え、更には数Ｐｂｐｓ（Peta bits per second，ペタビット毎秒）を超えると予想されている。しかし、通信網を介して伝送される情報は電話音声、ファックス、データ等に多種多様化しているために、これらのトラフィック量は時間帯や地域によって大きく異なり、上記のＷＤＭネットワークは経路によって波長を割り当ててしまうことから、トラフィック量に柔軟に対応できないと考えられる。これを克服するために、それぞれのノードにおいて波長変換を行い、あるノードとあるノード間を結ぶパス毎に光波長を割り当て伝送するＧ−ＭＰＬＳ（G-Multi Protocol Label Switching）なども提案されているが、このような伝送方式は、装置が大型化し、光の波長数は多くても３桁程度なので大規模なネットワークではすべてのパスに波長を割り当てるのは難しい。

これに対し、上記の電話音声、ファックス、データ等の情報を１つの通信網を介して効率よく伝送する方式として光パケット伝送が提案されている。この光パケット伝送は、光パケットの波長とは別の波長に宛先を記したラベルを伝送し、このラベルを読み取ることによって自ノード装置宛であれば分岐して当該光パケットを取り込み、他ノード装置宛であれば当該光パケットを通過させるといった方法で光パケットを伝送するものである。しかし、この伝送方法では上記光パケットとその光パケットの群速度とは異なる群速度を持つ上記ラベルとを同期して伝送しなければならない。これとは別に上記光パケットに宛先用のラベル付け、そのラベルを光符号で読み取ることによって全光処理でパケットの切り替えを行うスイッチ方法も提案されている。しかし、このスイッチ方法では高速処理は可能であるが、ノード毎にラベルを割り当てられているために、光パケット伝送のメリットである動的な信号処理をすることができない。

特開２００２−０８１６９１号公報 A. Takada and J. H. Park, "Architecture of Ultrafast Optical Packet Switching Ring Network "J. Lightwave Technol. 20, pp. 2306-2315(2002) K. Kitayama, N. Wada, and H, Sotobayashi, "Architectural Considerations for Photonic IP Router Based upon Optical Code Correlation "J. Lightwave Technol. 18, pp. 1834-1844(20002)

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的は、上述した従来技術の課題を解決し、ノード毎にラベルを割り当てることなく動的信号処理が行える光パケットネットワークおよび光挿入分岐型多重分離ノード装置を提供することにある。

本発明の更なる目的は、超高速光パケットネットワークにおいてトラフィック量に応じて帯域保証とベストエフォートサービスを構築するために帯域保証予約機能を備えた光パケットネットワークおよび光挿入分岐型多重分離ノード装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の光パケットネットワークは、光パケットを伝送するための光ノード装置を光ファイバのライン上に複数接続した光パケットネットワークであって、各前記光ノード装置は、光ペイロードと光ラベルが時間的に多重されてできる同一波長の光パケットから前記光ラベルのみを抽出し、該光ラベルから前記光パケットの宛先情報を読み取ることによって前記光パケットを分岐、挿入、通過させる光挿入分岐型多重分離ノード装置であることを特徴とする。

ここで、複数の前記光ノード装置のうちの一つが他の光ノード装置を管理する管理ノード機能を有し、前記管理ノード機能を有する光ノード装置は光パケットの挿入を求める前記他の光ノード装置に対して光パケットの挿入を許可することを示す予約許可ラベルを生成して前記光ファイバのライン上に挿入し、前記管理ノード機能を有さない前記他の光ノード装置はそれぞれ自ノード装置宛の前記予約許可ラベルに基づいて前記光パケットを前記光ファイバのライン上に挿入することを特徴とすることができる。

また、前記管理ノード機能を有さない前記光ノード装置はそれぞれ、自ノード装置から光パケットを挿入しない場合にパケット挿入の予約が入っていないことを示す空きラベルを生成する空きラベル生成手段と、前記抽出した光ラベルが、前記空きラベルか、前記予約許可ラベルか、自ノード装置宛のラベルかを識別するラベル認識手段と、自ノード装置から光パケットを挿入する際に前記抽出した光ラベルが前記空きラベルであると前記ラベル認識手段が識別した場合にはパケット挿入の予約をするための予約ラベルを生成する予約ラベル生成手段と、予約ラベル生成手段による前記予約ラベルの生成の前、または直後において光パケットを生成する光パケット生成手段と、前記抽出した光ラベルが自ノード装置宛の前記予約許可ラベルであると前記ラベル認識手段が識別した場合に、前記光パケット生成手段で生成した前記光パケットを出力する光パケット出力手段と、前記空きラベル生成手段で生成された前記空きラベル、前記予約ラベル生成手段で生成された前記予約ラベル、および前記光パケット出力手段から出力された前記光パケットをそれぞれ前記光ファイバのラインに挿入する光ラベル・光パケット挿入手段とを有することを特徴とすることができる。

また、前記ラベル認識手段は前記抽出した光ラベルが前記予約ラベルであるか否かを識別する機能をさらに有し、前記予約ラベル生成手段は、自ノード装置の前記予約ラベル生成手段で生成された前記予約ラベル、または前記ラベル認識手段で識別された他ノード装置から来た前記予約ラベルに、前記光パケットのリアルタイム性や自ノード装置でのトラフィック量などの優先度にかかわる情報を書き込む機能を有し、前記管理ノード機能を有する光ノード装置は、前記抽出した光ラベルが前記予約ラベルか否かを識別する予約ラベル認識手段と、前記抽出した光ラベルが前記予約ラベルであると前記予約ラベル認識手段が識別した場合に、該予約ラベルに書き込まれている光ノード装置ごとの前記優先度にかかわる情報をもとに緊急を要する光ノード装置から順に前記予約許可ラベルを生成する予約許可ラベル生成手段と、前記予約許可ラベル生成手段で生成された前記予約許可ラベルを前記光ファイバのラインに挿入する予約許可ラベル挿入手段とを有することを特徴とすることができる。

また、前記管理ノード機能を有さない前記光ノード装置は、前記ラベル認識手段が前記抽出した光ラベルが他ノード装置宛のラベルであると識別した場合には、前記光パケットを通過させて前記光ファイバに挿入する光パケット通過手段を有することを特徴とすることができる。

また、前記光パケット出力手段は、データ信号を光ペイロードにマッピングし、該光ペイロードと光ラベルを時間的に多重してできた光パケットを出力することを特徴とすることができる。

上記目的を達成するため、本発明の光挿入分岐型多重分離ノード装置は、光パケットネットワークに複数接続されて光パケットを光ファイバのライン上に挿入するための光挿入分岐型多重分離ノード装置であって、該光挿入分岐型多重分離ノード装置は、前記光ファイバのライン上の光ペイロードと光ラベルが時間的に多重されてできる同一周波数の光パケットから前記光ラベルのみを抽出する第１の光スイッチと、前記第１の光スイッチで抽出した前記光ラベルから情報を識別するラベル認識部と、前記ラベル認識部で識別された前記光ラベルの種類に応じて所定の制御処理を行う装置制御部と、前記装置制御部の制御の下で、自ノード装置内で生成された光ラベルと光パケットを通過させ、かつ前記第１の光スイッチで引き落とされた分離光パケットを選択的に分岐または通過させる第２の光スイッチと、前記第２の光スイッチで分岐された前記分離光パケットを取り込んで光時分割分離処理、光・電気変換処理、電気データ編集処理を施すデータ処理部と、前記装置制御部の制御の下で、前記第１の光スイッチで抽出された前記光ラベルを通過または切断する第３の光スイッチと、前記装置制御部の制御の下で、前記第２の光スイッチを通過した前記自ノード装置内で生成された光ラベルと光パケットを前記光ファイバのライン上に挿入し、かつ前記第３の光スイッチを通過した光ラベルと前記第１の光スイッチで引き落とされたあと前記第２の光スイッチを通過した前記分離光パケットを前記光ファイバのライン上に挿入する第４の光スイッチと、前記装置制御部の制御の下で、複数種のラベルを選択的に生成し、生成したラベルに多重処理、電気・光変換処理、光時分割多重処理を施して前記光ラベルを生成する光ラベル生成部と、光パケットを生成する光パケット生成部と、前記装置制御部の制御の下で、前記光パケット生成部で生成した電気データに多重処理、電気・光変換処理、光時分割多重処理を施して前記光パケットを出力する光パケット出力部とを有することを特徴とする。

ここで、前記光ラベル出力部と前記光パケット出力部は共有の光時分割多重回路を有し、該光時分割多重回路は前記光パケットを圧縮する光パケット圧縮回路、圧縮された前記光パケットを伸張する光パケット伸長回路を含むことを特徴とすることができる。

また、前記光ラベル生成部と前記光パケット出力部は共有の光時分割多重回路を有し、該光時分割多重回路は光時分割多重する際に、ビットレートの異なる光ラベルとデータフレームとを多重することができることを特徴とすることができる。

また、複数の前記光挿入分岐型多重分離ノード装置のうちの一つが他の光挿入分岐型多重分離ノード装置を管理する管理ノード機能を有し、前記管理ノード機能を有する光挿入分岐型多重分離ノード装置の前記装置制御部は、光パケットの挿入を求める前記他の光挿入分岐型多重分離ノード装置に対して光パケットの挿入を許可することを示す予約許可ラベルを前記光ラベル生成部で生成して前記光ファイバのライン上に挿入し、前記管理ノード機能を有さない前記他の光挿入分岐型多重分離ノード装置の前記装置制御部は、それぞれ自ノード装置宛の前記予約許可ラベルに基づいて前記光パケット出力部から出力した前記光パケットを前記光ファイバのライン上に挿入することを特徴とすることができる。

また、前記管理ノード機能を有さない前記他の光挿入分岐型多重分離ノード装置の前記装置制御部は、識別された前記光ラベルが自ノード装置宛で前記予約許可ラベルでないと判断した場合には、前記第３のスイッチを切断し、前記第２の光スイッチを切り替えることで前記光ラベルと分離した前記光パケットを分岐させて取り込む第１の制御機能と、自ノード装置から光パケットを前記光ファイバのラインに挿入しない場合に、前記光ラベル生成部で予約が入っていないことを示す空きラベルを生成させ、生成された該光ラベルを、前記第２の光スイッチを切り替えることで前記光ファイバのラインに挿入させる第２の制御機能と、識別された前記光ラベルが空きラベルである際に、自ノード装置から光パケットを前記光ファイバのラインに挿入したい旨の指示を受けた場合には、前記第３の光スイッチを切断し、前記ラベル生成部にパケット挿入の予約をするための予約ラベルを生成させ、生成された該光ラベルを、第２の光スイッチを切り替えることで前記光ファイバのラインに挿入させる第３の制御機能と、識別された前記光ラベルが自ノード装置宛の予約許可ラベルであると判断した場合には、前記第３の光スイッチを切断し、前記ラベル生成部で光ラベルを生成させ、前記パケット出力部から光パケットを出力させ、生成された該光ラベルと出力された該光パケットとを、前記第２の光スイッチを切り替えることで前記光ファイバのラインに挿入させる第４の制御機能と、識別された前記光ラベルが他ノード装置宛の光パケットのものであると判断した場合には、前記第３の光スイッチと前記第２の光スイッチを切り替えて該光ラベルと前記光パケットを通過させ、通過した該光ラベルと該光パケットとを前記第４の光スイッチを切り替えることで前記光ファイバのラインに挿入させる第５の制御機能とを有することを特徴とすることができる。

また、前記管理ノード機能を有さない前記他の光挿入分岐型多重分離ノード装置の前記装置制御部は、前記前記ラベル生成部に指示して、自ノード装置で生成された前記予約ラベル、または他ノード装置から来た前記予約ラベルに、前記光パケットのリアルタイム性や自ノード装置でのトラフィック量などの優先度にかかわる情報を書き込ませることができる制御機能を有し、前記管理ノード機能を有する前記光挿入分岐型多重分離ノード装置は、前記抽出した光ラベルが前記予約ラベルか否かを識別するラベル識別部と、前記抽出した光ラベルが前記予約ラベルであると識別した場合に、該予約ラベルに書き込まれている光ノード装置ごとの前記優先度にかかわる情報をもとに緊急を要する光ノード装置から順に前記予約許可ラベルを生成するラベル生成部と、前記ラベル生成部で生成された前記予約許可ラベルを前記光ファイバのラインに挿入するための制御動作を行なう装置制御部とを有することを特徴とすることができる。

また、前記光ラベル生成手段が光ラベルを光符号化する光符号器を含み、かつ前記ラベル認識部が前記光ラベルの認識を光復号で行なう光復号装置を含むことを特徴とすることができる。
また、前記第３の光スイッチの前段に光分岐器を有し、該第３の光スイッチの後段、または前段に前記光ラベルを増幅する光増幅器を有することを特徴とすることができる。

上記構成のように、本発明は、同一波長の光パケットに光ラベルをつけて出力し、入力した光パケットから光ラベルのみを抽出し、抽出した光ラベルから光パケットの宛先情報を読み取ることによって光パケットを分岐、挿入、通過させる光挿入分岐型多重分離ノード装置を用いているので、非常に高速に動的信号処理を行うことができ、大容量に対応可能な超高速光パケット転送リングネットワークを提供することができる。
さらに、本発明は、帯域保証予約機能を備えているので、トラフィック量に柔軟に対応できる大容量に対応可能な超高速光パケット転送リングネットワークを提供することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施するための最良の形態について詳述する。
［第１の実施形態］
図１は本発明を適用した第１の実施形態の光パケットネットワークの概略図であり、図２はその光パケットネットワークを構成する光挿入分岐型多重分離（光ＡＤＭ, optical add/drop multiplex）ノード装置(以降、単に光ノード装置と称することもある)のブロック図である。図３はその光挿入分岐型多重分離ノード装置の処理動作を示すフローチャートである。

本発明は一波長のみで処理を行うので、勿論大容量化を考えたＷＤＭ通信においても利用可能である。ＷＤＭ通信の場合は、たとえば、前述の光挿入分岐型多重分離ノード装置の前後にＷＤＭの多重分離装置を付ければよい。また、コアネットワークでは波長パスで割り当てるＧ−ＭＰＬＳを使うことで、トラフィック量の変動が大きいメトロネットワーク及び、アクセスネットワークにおいて本発明を適用することも可能である。

図１に示すように、光パケットネットワーク（超高速光パケット転送リングネットワークとも称する）１００は、光ペイロードと光ラベルが時間的に多重されてできる光パケットから光ラベルのみを抽出して宛先情報を読み取り、読み取った宛先情報に基づいて当該光パケットを分岐、取り込み、通過させる光挿入分岐型多重分離ノード装置２００を光ネットワークの光ファイバのライン（超高速光パケット転送リングとも称する）１１０上に複数接続している。

これら光挿入分岐型多重分離ノード装置２００はそれぞれ、図２に示すように、第１の高速光スイッチ２０２、第２の高速光スイッチ２０４、第３の高速光スイッチ２０６、および第４の高速光スイッチ２０８を有している。第１の高速光スイッチ２０２は、自ノードに光パケットが届いた際に（図３のＳ３０１参照、ここでＳはステップを表わす、以下同様）、その光パケットの光ラベルのみを抽出して（引き落としとも称する）取り込む（Ｓ３０２）。その取り込まれた光ラベルは、ラベル認識部２１０に送られて光ラベル上の宛先情報が読み取られ、その宛先情報は光・電気変換装置２１２により光／電気変換されて装置制御部２１４に送られる。また、ラベル認識部２１０に送られた光ラベルはさらに後述の第３の高速光スイッチ２０６に転送される。第１の高速光スイッチ２０２で光ラベルが引き落とされた光パケットは第２の高速光スイッチ２０４に送られる。なお、本実施形態の第２の高速光スイッチ２０４はパケットの抽出、挿入を一括に行っているが、２個の高速光スイッチを使って抽出、挿入を別々に行なっても同様に実現できる。

装置制御部２１４は、入力した宛先情報を分析して自ノード宛の超高速光パケットが到着したと判断した際には（Ｓ３０３）、第３の高速光スイッチ２０６を切断し（Ｓ３０４）、その光ラベルが後述の予約許可ラベルでない場合には（Ｓ３０５）、第２の高速光スイッチ２０４の切り替えによって、その光パケットを分岐させて取り込む（Ｓ３０６）。取り込まれたその光パケットは光時分割多重回路２１６によって時分割分離され、光・電気変換装置２１８によって光／電気変換され、データ編集装置２２０によってそのパケットのデータが読み取られる（Ｓ３０７）。光時分割多重回路２１６が、統計多重効果を得るために光パケットを圧縮する光パケット圧縮回路（図示しない）、圧縮された光パケットを伸張する光パケット伸長回路（図示しない）を備えるのは好ましい。

光挿入分岐型多重分離ノード装置２００の中の一つが他の光挿入分岐型多重分離ノード装置２００を管理する管理ノードの機能を有する。この管理ノードの機能を有する光挿入分岐型多重分離ノード装置を２００Ａとして図１に示す。本発明の光パケットネットワーク１００は、管理ノードの機能を有する光挿入分岐型多重分離ノード装置２００Ａを利用して、以下に説明する帯域保証予約機能を備えていることを特徴としている。

まず、管理ノード以外のノードの装置制御部２１４は、自ノードから光パケットを光ファイバのライン１１０に挿入しない場合には（Ｓ３０８）、データ編集・ラベル生成部２２２で予約が入っていないことを示す空きラベルを生成させ、生成された空きラベルその空きラベルその空きラベルを電気・光変換装置２２４で電気／光変換させ、これを光時分割多重回路２２６によって光時分割多重することにより生成された超高速な光ラベルを、第２の高速光スイッチ２０４の切り替えによって光ファイバのライン１１０に挿入させる（Ｓ３０９）。

また、管理ノード以外のノードの装置制御部２１４は、入力した宛先情報を分析して、空きラベルが自ノードに到着したと判断した際には（Ｓ３０３）、光ファイバのライン１１０上のトラフィック量などを考慮して、自ノードから光パケットを光ファイバのライン１１０上に挿入したい場合には（Ｓ３１０）、第３の高速光スイッチ２０６を切断し（Ｓ３１１）、データ編集・ラベル生成部２２２にパケット挿入の予約をするための予約ラベルを生成させ、その予約ラベルを電気・光変換装置２２４で電気／光変換させ、これを光時分割多重回路２２６によって光時分割多重することにより（Ｓ３１２）生成された超高速な光ラベルを、第２の高速光スイッチ２０４を切り替えることによって、光ファイバのライン１１０に挿入させる（Ｓ３１３）。その際、データ編集・ラベル生成部２２２は、上記の予約ラベルに光パケットのリアルタイム性や自ノード装置でのトラフィック量など優先度にかかわる情報を書き込むことができ、また他ノード装置のデータ編集・ラベル生成部２２２においても、予約ラベルに同様な情報を書き込み、再び光ファイバのライン１１０に挿入することができる。

一方、管理ノードの役割を備えた光挿入分岐型多重分離ノード装置２００Ａの装置制御部２１４は、受信した光ラベルが予約ラベルか否かを判断し、予約ラベルであった場合には、その予約ラベル上の上記の優先度の情報をもとに、緊急を要するノードから順に光パケットを光ファイバのライン１１０に挿入できるように、優先順位の高いノードに対して予約許可ラベルをデータ編集・ラベル生成部２２２から生成させ、その予約許可ラベルを電気・光変換装置２２４で電気／光変換させ、これを光時分割多重回路２２６によって光時分割多重することにより生成された超高速な光ラベルを、第２の高速光スイッチ２０４の切り替えによって、光ファイバのライン１１０に挿入させることで、予約許可ラベルを送信する（この動作は図３には図示していない）。

管理ノード以外のノードの装置制御部２１４は、入力した宛先情報を分析して光ラベルが自ノード宛であったと判断した場合には（Ｓ３０３）、第３の高速光スイッチ２０６を切断し（Ｓ３０４）、そのラベルが管理ノードの機能を有する光挿入分岐型多重分離ノード装置２００Ａから光パケットを挿入することが許可されたことを示す予約許可ラベルであるか、またはその他のラベルであるかを判断し、管理ノードの装置２００Ａから許可された予約許可ラベルであった場合には（Ｓ３０５）、データ編集・ラベル生成部２２２から作成して電気的に多重化されたパケットとラベル（Ｓ３１４）を電気・光変換装置２２４で電気／光変換させ、これを光時分割多重回路２２６によって光時分割多重することにより（Ｓ３１５）生成された超高速な光パケットと光ラベルとを、第２の高速光スイッチ２０４の切り替えによって、光ファイバのライン１１０に挿入させる（Ｓ３１６）。光時分割多重回路２２６はその光時分割多重する際に、ビットレートの異なる光ラベルとデータフレームとを多重することができることが好ましい。

また、管理ノード以外のノードの装置制御部２１４は、受け取った光ラベルが他ノード宛の光パケットのものであったと判断した場合には（Ｓ３０３）、第３の高速光スイッチ２０６を切り替えて、その光ラベルを通過させ（Ｓ３１７）、さらに第２の高速光スイッチ２０４を切り替えて、その光パケットを通過させ（Ｓ３１８）、これらの光ラベルと光パケットとを第４の高速光スイッチ２０８に入力させる。第４の高速光スイッチ２０８は、その光ラベルと光パケットを再び光ファイバのライン１１０に挿入する（Ｓ３１９）。

［第２の実施形態］
図４に本発明による光挿入分岐型多重分離ノード装置の第２の実施形態の構成を示す。
まず、第１の高速光スイッチ２０２において受信した光パケットから光ラベルの抽出を行う。抽出された光ラベルを光分岐器２０３で分岐した後、光・電気変換装置２１２で電気信号に変換し、ラベル認識部２１０でその光ラベル電気データからラベルの認識を行い、認識したラベル情報を装置制御部２１４に送る。
光分岐器２０３に送られた光ラベルはさらに第３の高速光スイッチ２０６に転送される。第１の高速光スイッチ２０２で光ラベルが引き落とされた光パケットは第２の高速光スイッチ２０４に送られる。

装置制御部２１４は、入力したラベル情報を分析して自ノード宛の超高速光パケットが到着したと判断した際には、第３の高速光スイッチ２０６を切断し、光ラベルが予約許可ラベルでない場合には、第２の高速光スイッチ２０４の切り替えによって、その光パケットを分岐させて取り込む。取り込まれたその光パケットは光時分割多重回路２１６によって時分割分離され、光・電気変換装置２１８によって光／電気変換され、電気データ分離装置２１９によってそのパケットのデータが分離される。

図１に示すように、光挿入分岐型多重分離ノード装置２００の中の一つ２００Ａが他の光挿入分岐型多重分離ノード装置２００を管理する管理ノードの機能を有し、この管理ノードの機能を有する光挿入分岐型多重分離ノード装置２００Ａを利用して、以下に説明する帯域保証予約機能を実現する。

まず、管理ノード以外のノードの装置制御部２１４は、自ノードから光パケットを光ファイバのライン１１０に挿入しない場合には、ラベル生成部２２３で予約が入っていないことを示す空きラベルを作成してバッファメモリ２２５に一旦書き込み、バッファメモリ２２５から取り出したその空きラベルその空きラベルを電気・光変換装置２２４で電気／光変換させ、これを光時分割多重回路２２６によって光時分割多重することにより生成された超高速な光ラベルを、第２の高速光スイッチ２０４の切り替えによって、光ファイバのライン１１０に挿入させる。

また、管理ノード以外のノードの装置制御部２１４は、入力した宛先情報を分析して、空きラベルが自ノードに到着したと判断した際には、光ファイバのライン１１０上のトラフィック量などを考慮して、自ノードから光パケットを光ファイバのライン１１０上に挿入したい場合には、第３の高速光スイッチ２０６を切断し、ラベル生成部２２３でパケット挿入の予約をするための予約ラベルを作成してバッファメモリ２２５に一旦書き込み、バッファメモリ２２５から取り出したその予約ラベルを電気・光変換装置２２４で電気／光変換させ、これを光時分割多重回路２２６によって光時分割多重することにより生成された超高速な光ラベルを、第２の高速光スイッチ２０４の切り替えによって、光ファイバのライン１１０に挿入させる。その際、ラベル生成部２２３は、上記の予約ラベルに光パケットのリアルタイム性や自ノード装置でのトラフィック量など優先度にかかわる情報を書き込むことができ、また他ノード装置のデータ編集・ラベル生成部２２２においても、予約ラベルに同様な情報を書き込み、再び光ファイバのライン１１０に挿入することができる。

一方、管理ノードの役割を備えた光挿入分岐型多重分離ノード装置２００Ａの装置制御部２１４は、受信した光ラベルが予約ラベルか否かを判断し、予約ラベルであった場合には、その予約ラベル上の上記の優先度の情報をもとに、緊急を要するノードから順に光パケットを光ファイバのライン１１０に挿入できるように、ラベル生成部２２３で優先順位の高いノードに対する予約許可ラベルを作成して、これをバッファメモリ２２５に一旦書き込み、バッファメモリ２２５から取り出したその予約許可ラベルを電気・光変換装置２２４で電気／光変換させ、これを光時分割多重回路２２６によって光時分割多重することにより生成された超高速な光ラベルを、第２の高速光スイッチ２０４の切り替えによって、光ファイバのライン１１０に挿入させる。

管理ノード以外のノードの装置制御部２１４は、入力した宛先情報を分析して光ラベルが自ノード宛であったと判断した場合には、第３の高速光スイッチ２０６を切断し、そのラベルが管理ノードの機能を有する光挿入分岐型多重分離ノード装置２００Ａから光パケットを挿入することが許可されたことを示す予約許可ラベルであるか、またはその他のラベルであるかを判断し、管理ノードの装置２００Ａから許可された予約許可ラベルであった場合には、電気データ多重装置２２１から作成して電気的に多重化されたパケットとラベル作成部２２３で作成されたラベルをバッファメモリ２２５に一旦書き込み、バッファメモリ２２５から取り出したそのラベルとパケットを電気・光変換装置２２４で電気／光変換させ、これを光時分割多重回路２２６によって光時分割多重することにより生成された超高速な光ラベルと光パケットとを、第２の高速光スイッチ２０４の切り替えによって、光ファイバのライン１１０に挿入させる。

また、管理ノード以外のノードの装置制御部２１４は、受け取った光ラベルが他ノード宛の光パケットのものであったと判断した場合には、第３の高速光スイッチ２０６を切り替えて、その光ラベルを通過させ、さらに光増幅器２０７で所望のレベルまで増幅させ、また第２の高速光スイッチ２０４を切り替えて、その光パケットを通過させ、これらの光パケットと光ラベルを第４の高速光スイッチ２０８に入力させる。第４の高速光スイッチ２０８は、その光ラベルと光パケットを再び光ファイバのライン１１０に挿入する。

光ラベルの処理の際に問題となるのが、光ラベルを光ファイバのライン１１０に挿入する際の遅延や、各高速光スイッチ２０２，２０４，２０６，２０８における反応速度である。そのため、光ラベルと光パケットの間には一定の間隔をあけておく必要がある。その際、光パケット電気データの時分割多重した信号のビットレートと、光ラベルのビットレートは同じである必要はないので、光ラベルのデータ列は電気で直接読み取れるビットレートにしておくとよい。たとえば、光時分割多重回路２２６によって、光パケットの信号のビットレートが４０Ｇｂｐｓの信号を４多重した１６０Ｇｂｐｓの光パケットの信号と、１０ＭＧｂｐｓのビットレートの光ラベルの信号とを光ファイバのライン１１０に挿入することも可能である。もちろん、それほど高速な信号が必要でない場合には、光時分割多重を使わずに電気のみで処理を行える速さでもよい。ＳＤＨ（Synchronous Digital Hierarchy）のフォーマットでは１フレーム１２５μｓなので、光ラベルを１μｓとすると、例えば数ｐｓの応答速度であるニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３；ＬＮ）高速光スイッチを使うと考えたとしても、５００ｎｓ程度、フレームと光ラベルの間を空けてあれば遅延はほとんど無視できると考えられる。この光ラベルと１フレームとの間は、各ノードにおける高速光スイッチによる遅延と信号処理速度等に依存するので必要とするネットワークの大きさによって最適な値を用いる必要がある。

また、本実施形態では、光分岐器２０３において光ラベルの強度のみが弱くなるので光増幅器２０７を使用している。この際、この光増幅器２０７によって光ラベルの信号が劣化するが、その信号雑音比はビットレートに反比例することから、光ラベルのビットレートを低くして設定しておくことによって信号の劣化にも余裕ができると考えられる。

［第３の実施形態］
図５は本発明による光挿入分岐型多重分離ノード装置の第３の実施形態の構成を示す。本実施形態の光挿入分岐型多重分離ノード装置２００は、前述の図４の光挿入分岐型多重分離ノード装置２００を構成する光分機器２０３、光・電気変換装置２１２、ラベル認識部２１０および光増幅器２０７に替えて、図５に示すような光復号器５００と光符号器５１０を備えており、その他の構成は図４の光挿入分岐型多重分離ノード装置と同様である。光復号器５００は、予約ラベルの光復号器５０１と、空きラベルの光復号器５０２と、自ノード装置の宛先の光復号器５０３とを有する。

図４で示した第２の実施形態の光挿入分岐型多重分離ノード装置２００では、光ラベルの情報を光・電気変換装置２１２により電気信号に変換し、ラベル認識部２１０でラベル認識を行っている。そのため、光分岐器２０３や光増幅器２０７を必要としている。

これに対し、本第３の実施形態の光挿入分岐型多重分離ノード装置２００では、光ラベルを光符号器５１０により光符号化して光ファイバのライン１１０に挿入する。また、ラベル認識を光復号器５００による光復号によって行うことによって、電気でのラベル認識の必要をなくし、ラベル認識処理を格段に早くできるように図っている。この構成により、本実施形態では、上記の光分岐器２０３を必要としないので、光ラベルの信号の劣化原因となる上記の光増幅器２０７をシステムに挿入する必要がないという利点を有している。

光ラベルは光パケットとあわせる前に光符号化する必要がある。そのため、光時分割多重によって、光符号化された光ラベルと光パケットとをあわせ、第２の高速光スイッチ２０４によって光ファイバのライン１１０に挿入する。

光ラベルを認識する際は、図４で説明した光分岐器２０３の代わりに、本実施形態では光復号器５００によって光ラベルを復号することで、光ラベルを電気処理なしで認識する。

以下に、本実施形態において帯域保証予約機能を実現するための動作例を説明する。
上記の光復号器５００は、図５に示すように、予約ラベルであることを示す第１の復号器５０１と、空きラベルであることを示す第２の復号器５０２と、自ノード宛の光パケットであることを示す第３の復号器５０３の３通りの復号器を直列に接続した構成を有する。

第１の高速光スイッチ２０２によって抽出された光レベルは、予約ラベルであることを示す第１の復号器５０１と、空きラベルであることを示す第２の復号器５０２と、自ノード宛の光パケットであることを示す第３の復号器５０３の３通りの復号器を通過することにより、その光ラベルが自ノード装置の宛先の第３の復号器５０３に一致した場合には、装置制御部２１４は、第３の高速光スイッチ２０６を切断し、かつ第２の高速光スイッチ２０４に対してゲート信号を発生し、第２の高速光スイッチ２０４で光パケットの分岐ができるように第２の高速光スイッチ２０４を切り替える。

第１の高速光スイッチ２０２によって抽出された光レベルが空きラベルであることを示す第２の復号器５０２に一致した場合には、空きラベルの場合は挿入される光パケットがないので、装置制御部２１４は、第３の高速光スイッチ２０６を切断し、何も挿入されないし、分岐もされない。

第１の高速光スイッチ２０２によって抽出された光レベルが、いずれの復号器５０１，５０２，５０３とも一致しない場合には、装置制御部２１４は、その光レベルを第３の高速光スイッチ２０６を通過させ、また第１の高速光スイッチ２０２で引き落とされた光パケットを第２の高速光スイッチ２０４を通過させ、通過したこれら光ラベルと光スイッチを光ファイバのライン１１０に挿入できるように第４の高速光スイッチ２０８を切り替える。

光ファイバのライン１１０に挿入させたい信号（光パケット及び光ラベル）がある場合、装置制御部２１４は、第１の高速光スイッチ２０２によって抽出された光レベルが、どの復号器５０１，５０２，５０３と一致したかによって、バッファメモリ２２５から符号と一致した光ラベル（または光パケットと光ラベル）を取り出す。

挿入させたい信号が予約ラベルの場合は、その予約ラベルはそれぞれのノードの識別（宛先）とトラフィック量を示す必要がある。例えば、波長軸上に自ノード装置のトラフィック量を表し、ある波長に生成した光ラベルを送られてきた予約ラベルに組み込む。

管理ノード機能を有する光ノード装置２００Ａ（図１参照）は、他の各光ノード装置２００（図１参照）から送られてきたトラフィック量に応じて波長軸上に並んだ予約ラベルを判断して緊急を要する光ノード装置宛に予約許可ラベルを発行する。この予約許可ラベルを受け取った他の光ノード装置が次に光パケットを挿入することができる。この結果、各光ノード装置では超高速な信号処理が可能となる。

なお、本実施形態では、波長軸上にトラフィック量を示したが、光の位相情報をコーティングしても同様に実現できる。

その他の構成と動作は図４で説明した第２の実施形態とほぼ同様であるので、その詳細説明は省略する。

［他の実施形態］
以上、第１〜第３の実施形態に基づき本発明を具体的に説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に記載された本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々変更可能であることは勿論である。

また、本発明は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウエアのプログラム（本実施形態では、図３に示すフローチャートに対応したプログラム）を、システム或いは装置に直接或いは遠隔から供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータがその供給されたプログラムを読み出して実行することによっても達成される場合を含む。その場合、プログラムの機能を有していれば、形態は、プログラムである必要はない。従って、本発明の機能処理をコンピュータで実現するために、そのコンピュータにインストールされるプログラムコード自体も本発明を実現するものである。プログラムを供給するための記録媒体としては、例えばディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＭＯ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード（ＩＣメモリカード）、ＲＯＭ、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−Ｒ）などがある。

本発明の第１の実施形態の光パケットネットワークの概略構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態の光挿入分岐型多重分離ノード装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態の光挿入分岐型多重分離ノード装置の動作の流れを示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態の光挿入分岐型多重分離ノード装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態の光挿入分岐型多重分離ノード装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１００ 光パケットネットワーク（超高速光パケット転送リングネットワーク）
１１０ 光ファイバのライン（超高速光パケット転送リング）
２００ 光挿入分岐型多重分離ノード装置（光ノード装置）
２００Ａ 管理ノード機能を有する光挿入分岐型多重分離ノード装置（管理ノード）
２０２ 第１の高速光スイッチ
２０３ 光分岐器
２０４ 第２の高速光スイッチ
２０６ 第３の高速光スイッチ
２０７ 光増幅器
２０８ 第４の高速光スイッチ
２１０ ラベル認識部
２１２ 光・電気変換装置
２１４ 装置制御部
２１６ 光時分割分離回路
２１８ 光・電気変換装置
２１９ 電気データ分離装置
２２０ データ編集装置
２２１ 電気データ多重装置
２２２ データ編集・ラベル生成部
２２３ ラベル生成部
２２４ 電気・光変換装置
２２５ バッファメモリ
２２６ 光時分割多重回路
５００ 復号器
５０１ 予約ラベルの復号器
５０２ 空きラベルの復号器
５０３ 自ノード装置の宛先の復号器
５１０ 光符号器

Claims (14)

1. 光パケットを伝送するための光ノード装置を光ファイバのライン上に複数接続した光パケットネットワークにおいて、
   各前記光ノード装置は、光ペイロードと光ラベルが時間的に多重されてできる同一波長の光パケットから前記光ラベルのみを抽出し、該光ラベルから前記光パケットの宛先情報を読み取ることによって前記光パケットを分岐、挿入、通過させる光挿入分岐型多重分離ノード装置であることを特徴とするパケットネットワーク。
2. 複数の前記光ノード装置のうちの一つが他の光ノード装置を管理する管理ノード機能を有し、
   前記管理ノード機能を有する光ノード装置は光パケットの挿入を求める前記他の光ノード装置に対して光パケットの挿入を許可することを示す予約許可ラベルを生成して前記光ファイバのライン上に挿入し、
   前記管理ノード機能を有さない前記他の光ノード装置はそれぞれ自ノード装置宛の前記予約許可ラベルに基づいて前記光パケットを前記光ファイバのライン上に挿入することを特徴とする請求項１に記載のパケットネットワーク。
3. 前記管理ノード機能を有さない前記光ノード装置はそれぞれ、
   自ノード装置から光パケットを挿入しない場合にパケット挿入の予約が入っていないことを示す空きラベルを生成する空きラベル生成手段と、
   前記抽出した光ラベルが、前記空きラベルか、前記予約許可ラベルか、自ノード装置宛のラベルかを識別するラベル認識手段と、
   自ノード装置から光パケットを挿入する際に前記抽出した光ラベルが前記空きラベルであると前記ラベル認識手段が識別した場合にはパケット挿入の予約をするための予約ラベルを生成する予約ラベル生成手段と、
   前記予約ラベル生成手段による前記予約ラベルの生成の前、または直後において光パケットを生成する光パケット生成手段と、
   前記抽出した光ラベルが自ノード装置宛の前記予約許可ラベルであると前記ラベル認識手段が識別した場合に、前記光パケット生成手段で生成した前記光パケットを出力する光パケット出力手段と、
   前記空きラベル生成手段で生成された前記空きラベル、前記予約ラベル生成手段で生成された前記予約ラベル、および前記光パケット出力手段から出力された前記光パケットをそれぞれ前記光ファイバのラインに挿入する光ラベル・光パケット挿入手段と
   を有することを特徴とする請求項２に記載の光パケットネットワーク。
4. 前記ラベル認識手段は前記抽出した光ラベルが前記予約ラベルであるか否かを識別する機能をさらに有し、
   前記予約ラベル生成手段は、自ノード装置の前記予約ラベル生成手段で生成された前記予約ラベル、または前記ラベル認識手段で識別された他ノード装置から来た前記予約ラベルに、前記光パケットのリアルタイム性や自ノード装置でのトラフィック量などの優先度にかかわる情報を書き込む機能を有し、
   前記管理ノード機能を有する光ノード装置は、
   前記抽出した光ラベルが前記予約ラベルか否かを識別する予約ラベル認識手段と、
   前記抽出した光ラベルが前記予約ラベルであると前記予約ラベル認識手段が識別した場合に、該予約ラベルに書き込まれている光ノード装置ごとの前記優先度にかかわる情報をもとに緊急を要する光ノード装置から順に前記予約許可ラベルを生成する予約許可ラベル生成手段と、
   前記予約許可ラベル生成手段で生成された前記予約許可ラベルを前記光ファイバのラインに挿入する予約許可ラベル挿入手段と
   を有することを特徴とする請求項３に記載の光パケットネットワーク。
5. 前記管理ノード機能を有さない前記光ノード装置は、前記ラベル認識手段が前記抽出した光ラベルが他ノード装置宛のラベルであると識別した場合には、前記光パケットを通過させて前記光ファイバに挿入する光パケット通過手段を有することを特徴とする請求項３または４に記載の光パケットネットワーク。
6. 前記光パケット出力手段は、データ信号を光ペイロードにマッピングし、該光ペイロードと光ラベルを時間的に多重してできた光パケットを出力することを特徴とする請求項３ないし５のいずれかに記載の光パケットネットワーク。
7. 光パケットネットワークに複数接続されて光パケットを光ファイバのライン上に挿入するための光挿入分岐型多重分離ノード装置において、該光挿入分岐型多重分離ノード装置は、
   前記光ファイバのライン上の光ペイロードと光ラベルが時間的に多重されてできる同一周波数の光パケットから前記光ラベルのみを抽出する第１の光スイッチと、
   前記第１の光スイッチで抽出した前記光ラベルから情報を識別するラベル認識部と、
   前記ラベル認識部で識別された前記光ラベルの種類に応じて所定の制御処理を行う装置制御部と、
   前記装置制御部の制御の下で、自ノード装置内で生成された光ラベルと光パケットを通過させ、かつ前記第１の光スイッチで引き落とされた分離光パケットを選択的に分岐または通過させる第２の光スイッチと、
   前記第２の光スイッチで分岐された前記分離光パケットを取り込んで光時分割分離処理、光・電気変換処理、電気データ編集処理を施すデータ処理部と、
   前記装置制御部の制御の下で、前記第１の光スイッチで抽出された前記光ラベルを通過または切断する第３の光スイッチと、
   前記装置制御部の制御の下で、前記第２の光スイッチを通過した前記自ノード装置内で生成された光ラベルと光パケットを前記光ファイバのライン上に挿入し、かつ前記第３の光スイッチを通過した光ラベルと前記第１の光スイッチで引き落とされたあと前記第２の光スイッチを通過した前記分離光パケットを前記光ファイバのライン上に挿入する第４の光スイッチと、
   前記装置制御部の制御の下で、複数種のラベルを選択的に生成し、生成したラベルに多重処理、電気・光変換処理、光時分割多重処理を施して前記光ラベルを生成する光ラベル生成部と、
   光パケットを生成する光パケット生成部と、
   前記装置制御部の制御の下で、前記光パケット生成部で生成した電気データに多重処理、電気・光変換処理、光時分割多重処理を施して前記光パケットを出力する光パケット出力部と
   を有することを特徴とする光挿入分岐型多重分離ノード装置。
8. 前記光ラベル出力部と前記光パケット出力部は共有の光時分割多重回路を有し、該光時分割多重回路は前記光パケットを圧縮する光パケット圧縮回路、圧縮された前記光パケットを伸張する光パケット伸長回路を含むことを特徴とする請求項７に記載の光挿入分岐型多重分離ノード装置。
9. 前記光ラベル生成部と前記光パケット出力部は共有の光時分割多重回路を有し、該光時分割多重回路は光時分割多重する際に、ビットレートの異なる光ラベルとデータフレームとを多重することができることを特徴とする請求項７または８に記載の光挿入分岐型多重分離ノード装置。
10. 複数の前記光挿入分岐型多重分離ノード装置のうちの一つが他の光挿入分岐型多重分離ノード装置を管理する管理ノード機能を有し、
    前記管理ノード機能を有する光挿入分岐型多重分離ノード装置の前記装置制御部は、光パケットの挿入を求める前記他の光挿入分岐型多重分離ノード装置に対して光パケットの挿入を許可することを示す予約許可ラベルを前記光ラベル生成部で生成して前記光ファイバのライン上に挿入し、
    前記管理ノード機能を有さない前記他の光挿入分岐型多重分離ノード装置の前記装置制御部は、それぞれ自ノード装置宛の前記予約許可ラベルに基づいて前記光パケット出力部から出力した前記光パケットを前記光ファイバのライン上に挿入することを特徴とする請求項７ないし９のいずれかに記載の光挿入分岐型多重分離ノード装置。
11. 前記管理ノード機能を有さない前記他の光挿入分岐型多重分離ノード装置の前記装置制御部は、
    識別された前記光ラベルが自ノード装置宛で前記予約許可ラベルでないと判断した場合には、前記第３のスイッチを切断し、前記第２の光スイッチを切り替えることで前記光ラベルと分離した前記光パケットを分岐させて取り込む第１の制御機能と、
    自ノード装置から光パケットを前記光ファイバのラインに挿入しない場合に、前記光ラベル生成部で予約が入っていないことを示す空きラベルを生成させ、生成された該光ラベルを、前記第２の光スイッチを切り替えることで前記光ファイバのラインに挿入させる第２の制御機能と、
    識別された前記光ラベルが空きラベルである際に、自ノード装置から光パケットを前記光ファイバのラインに挿入したい旨の指示を受けた場合には、前記第３の光スイッチを切断し、前記ラベル生成部にパケット挿入の予約をするための予約ラベルを生成させ、生成された該光ラベルを、第２の光スイッチを切り替えることで前記光ファイバのラインに挿入させる第３の制御機能と、
    識別された前記光ラベルが自ノード装置宛の予約許可ラベルであると判断した場合には、前記第３の光スイッチを切断し、前記ラベル生成部で光ラベルを生成させ、前記パケット出力部から光パケットを出力させ、生成された該光ラベルと出力された該光パケットとを、前記第２の光スイッチを切り替えることで前記光ファイバのラインに挿入させる第４の制御機能と、
    識別された前記光ラベルが他ノード装置宛の光パケットのものであると判断した場合には、前記第３の光スイッチと前記第２の光スイッチを切り替えて該光ラベルと前記光パケットを通過させ、通過した該光ラベルと該光パケットとを前記第４の光スイッチを切り替えることで前記光ファイバのラインに挿入させる第５の制御機能と
    を有することを特徴とする請求項１０に記載の光挿入分岐型多重分離ノード装置。
12. 前記管理ノード機能を有さない前記他の光挿入分岐型多重分離ノード装置の前記装置制御部は、前記前記ラベル生成部に指示して、自ノード装置で生成された前記予約ラベル、または他ノード装置から来た前記予約ラベルに、前記光パケットのリアルタイム性や自ノード装置でのトラフィック量などの優先度にかかわる情報を書き込ませることができる制御機能を有し、
    前記管理ノード機能を有する前記光挿入分岐型多重分離ノード装置は、
    前記抽出した光ラベルが前記予約ラベルか否かを識別するラベル識別部と、
    前記抽出した光ラベルが前記予約ラベルであると識別した場合に、該予約ラベルに書き込まれている光ノード装置ごとの前記優先度にかかわる情報をもとに緊急を要する光ノード装置から順に前記予約許可ラベルを生成するラベル生成部と、
    前記ラベル生成部で生成された前記予約許可ラベルを前記光ファイバのラインに挿入するための制御動作を行なう装置制御部と
    を有することを特徴とする請求項１０または１１に記載の光挿入分岐型多重分離ノード装置。
13. 前記光ラベル生成手段が光ラベルを光符号化する光符号器を含み、かつ前記ラベル認識部が前記光ラベルの認識を光復号で行なう光復号装置を含むことを特徴とする請求項７ないし１２のいずれかに記載の光挿入分岐型多重分離ノード装置。
14. 前記第３の光スイッチの前段に光分岐器を有し、該第３の光スイッチの後段、または前段に前記光ラベルを増幅する光増幅器を有することを特徴とする請求項７ないし１２のいずれかに記載の光挿入分岐型多重分離ノード装置。

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