JP2006074806A - 光クロスコネクトシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 光クロスコネクトシステムにおいて、波長から波長バンドへの編成を改善する。
【解決手段】 異なる波長で変調された複数の光チャネルを伝送する１つの入力ラインを収容する光クロスコネクトシステムを実現する。光クロスコネクトシステムは、光デアグリゲータ（集約解除装置）を有する。光デアグリゲータは、変調波長に従って複数の光チャネルのうちの１つまたは複数のチャネルを分離する第１フィルタと、第１フィルタによって出力される１つまたは複数のチャネルを第１群の光チャネルと第２群の光チャネルにグループ分けするように動作可能な光セレクタと、第１群を第１出力ファイバへ、および、第２群を第２出力ファイバに送る光スイッチとを有する。
【選択図】 図１７

Description

本発明は光クロスコネクトシステムに係り、特に、相異なる個数の波長を含む非一様な波長バンドを用いた光クロスコネクトシステムに関する。

データトラフィックの不断の増大はバックボーン通信ネットワークを圧迫し続けている。増大する帯域需要を満たすためには、より多様で、かつ、よりインテリジェントな容量の割当てが要求される。光ネットワーキングは、急速に拡大するインターネットトラフィックに対処するための重要な技術となっている。新たな光ネットワークは、高度な伝送（高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ））およびスイッチング（光スイッチおよびクロスコネクト）の両方の技術を使用することによって、増大するネットワーク負荷を支えることが期待される。

高密度波長分割多重、すなわち、１本の光ファイバを通じての複数の波長の伝送は、将来の光インターネットに要求される容量およびトラフィック分離能力を提供する基礎となっている。ＤＷＤＭを可能にする主要な技術は、光波長多重・分離であり、これは、ファイバ減衰が低い１５５０ｎｍパスバンドの波長をまとめて扱う。図１に、ポイント・ツー・ポイントリンクの場合の代表的なＤＷＤＭの実現例を示す。

ＩＰネットワークでは、パフォーマンスおよびスケーラビリティへの関心から、DiffServやＭＰＬＳ（マルチプロトコルレベルスイッチング）の標準によってサポートされるさまざまなレベルのトラフィック集約を提供するレイヤ化メカニズムの開発が促進された。光ネットワーキングの場合、同様のコストおよびスケーラビリティへの関心は、波長および波長バンドのような、複数のスイッチング粒度（グラニュラリティ）の生成につながっている。このため、光ネットワーキングパスは、１つの上位層パス（波長バンド）がいくつかの下位層パス（波長）からなるという階層を形成する。波長バンドへの波長集約の潜在的損益は、すでに、非特許文献１（Y. Suemura, I. Nishioka, Y. Maeno and S. Araki, "Routing of Hierarchical Paths in an Optical Network", Proceedings of APCC 2001）によって実証されている。

図１に示すように、波長バンドは通常、一様（均等）であり固定される。すなわち、与えられた入力波長λ₁〜λ₁₆₀に対して、従来の波長バンドグループは、４０個の連続する波長からなる４個のグループλ₁〜λ₄₀、λ₄₁〜λ₈₀、λ₈₁〜λ₁₂₀、λ₁₂₁〜λ₁₆₀からなる。一様な波長バンドの利用は、通信チャネルの集約(grooming)が一様な方式で行われるためのネットワーク設計における従来の知識から導かれる。ＳＯＮＥＴは、通信チャネルの一様な集約(grooming)の一例である。

１つの波長バンドパスは、クロスコネクトシステムにおける光スイッチの２個（入力および出力）のポートしか占有しない。パス階層は、クロスコネクトシステムのコストを低減する。その理由は、１つの波長バンドを光学的に一単位としてスイッチングすることができるため、個々の波長を処理するのに必要な、より高価なＯＥＯ（光−電気−光）ポートの個数が少なくなるからである。

費用効果の高い光階層の実現化が、適切に設計されたルーティングおよびスケジューリングのアルゴリズムによって成し遂げられなければならない。ルーティングおよび波長割当てのアルゴリズムは、光ネットワーキングの一般的な状況において広く研究されており、例えば、非特許文献２（R. Ramasawami and K. Sivarajan, "Optical Networks: A Practical Perspective", Morgan Kaufmann Publishers, 1998）に記載されている。波長および波長バンドの階層は、新たなルーティングおよびスケジューリングの問題を提起するいくつかのモデルに分類することができる。

前述のように、１つの波長バンドパスはクロスコネクトシステムにおける光スイッチの２個（入力および出力）のポートしか占有しないため、波長バンド階層パスはクロスコネクトシステムのコストを低減する。しかし、光ドメインのみでのスイッチングは実際的ではない。同じ出力ファイバに対する異なる波長バンド間での競合（コンテンション）は、システムの透明（光）部分では解決することができない。また、１つの波長バンド内の相異なる波長が異なる出力ファイバへとスイッチングされなければならない場合にも、光コアはその波長バンドを処理することができない。これらおよびその他の（ある波長をある波長バンドに合波するというような）関連する作業の場合、１つまたは複数の波長バンドを、光クロスコネクトシステムのＯＥＯ部分へ分波しなければならない。ＯＥＯは、マルチプレクサおよびデマルチプレクサを備え、これらはそれぞれ、Ｇ個の波長からなる１つの波長バンドを処理することができる。階層的クロスコネクトシステムの機能は、波長バンド（光学的に透明な）スイッチおよび波長（不透明なＯＥＯ）スイッチからなるハイブリッド光システムによって実現される。階層的ハイブリッド光クロスコネクトシステムの詳細なアーキテクチャは、単一プレーンアーキテクチャあるいは多重プレーンアーキテクチャのいずれに基づくことも可能である。

ハイブリッド階層における一様な波長バンドの一例として、図４に、Ｍ個の入力および出力ファイバを有する階層的ハイブリッド光クロスコネクトシステムを示す。各ファイバは、Ｎ個の波長を伝送する（バックボーンネットワークおよび都市部ネットワークの場合の代表的な個数は、Ｎ＝１６０およびＮ＝４０である）。光クロスコネクトシステムに到達した後、各入力ファイバ内の全部でＮ個の波長は、波長バンド集約解除器（waveband deaggregator、以下、デアグリゲータという。)（図中ではＷＤＡで示す）によって分割される。ＷＤＡは、Ｎ個の波長をＫ個の波長バンド（それぞれＧ個の波長からなる）に分割するために、インタリーバまたはフィルタのいずれかを用いて実現することができる（ただし、Ｎ＝ＫＧである）。こうして、光階層の波長バンドレベルは、それぞれＧ個の波長からなる波長バンドから構成される。波長バンドは、階層的クロスコネクトシステムの光コアによって、光学的にスイッチングされ、（波長バンドアグリゲータ（図中ではＷＡで示す）を用いて）出力ファイバに集約される。光コアは、単一の光スイッチによって、または、それぞれすべての入力ファイバからの同じ波長バンドを処理するＫ個の並列光スイッチ（図５、Ｏ／Ｏ₁〜Ｏ／Ｏ_K）によって、実現可能である。

図６に示すように、波長スイッチに入力される波長パスは、隣接クロスコネクトシステムへ直接ルーティングされること（フローＡで示す）、または、波長バンドパスに集約された後に波長バンドスイッチを介して隣接クロスコネクトシステムへルーティングされること（フローＢで示す）、のいずれも可能である。

ＯＥＯポートは、テクノロジーおよび伝送速度に依存する高価なリソースである。ＯＥＯポートは、光ポートに比べて、２倍ないし５倍も高価となることがある。したがって、階層的ハイブリッド光クロスコネクトシステムの設計は、波長バンドへの波長集約の効果を考慮に入れることを必要とする。具体的には、１つの波長バンドのサイズＧは、クロスコネクトシステムのコストおよびパフォーマンスに直接に影響する。一方で、個数Ｇが小さい（波長バンドあたりの波長が少ない）場合、クロスコネクトシステムの大規模で高価な波長バンド光コアによってスイッチングしなければならない波長バンドの個数が大きくなる。他方、個数Ｇが大きい（波長バンドあたりの波長が多い）場合、波長の集約(aggregation)および集約解除(deaggregation)のオーバーヘッドとともに、波長バンドが大きくなると波長衝突（コンフリクト）が多くなるためにＯＥＯ変換の必要性が増大する。このため、クロスコネクトシステムの大規模で高価なＯＥＯ部分が必要となる。従来、注目する個々の波長を分離するために、一様な波長バンドが分解されなければならなかった。そのため、図１の例において、ローカルな処理（合波、分波またはスイッチング）のためにλ₁₂を分離する場合、波長バンドλ₁−λ₄₀のあらゆる波長が、ＯＥＯスイッチを通じて分解されなければならなかった。明らかに、ＯＥＯスイッチによるこの従来のアプローチは、λ₁〜λ₁₁およびλ₁₃〜λ₄₀について不要な処理を実行していることに関して、および、１つの波長λ₁₂を分離するために必要とされる追加のＯＥＯポートの個数に関して、高価である。

階層的ハイブリッド光クロスコネクトシステムのコストパフォーマンス分析が実施されている。従来判定されているところによれば、Ｇ＝６付近の波長バンドサイズが、相当のコスト削減（５〜１０分の１）とひきかえに妥当なパフォーマンス（最適な場合の５０％）を提供する。ネットワークレベルのパフォーマンスの分析によれば、最適な波長バンドサイズに対する同様の範囲（Ｇ＝８付近）が示唆されている。階層的ルーティングおよび光波長バンドは、従来のＯＥＯによる解決法に比べて、（ネットワーク内の与えられたトラフィック負荷を処理するのに必要なポート数で測って）２〜３分の１にコストを削減することができる。

Y. Suemura, I. Nishioka, Y. Maeno and S. Araki, "Routing of Hierarchical Paths in an Optical Network", Proceedings of APCC 2001 R. Ramasawami and K. Sivarajan, "Optical Networks: A Practical Perspective", Morgan Kaufmann Publishers, 1998 Y. Ijiri and H. Simon, "Skew Distributions and the Sizes of Business Firms", North-Holland Publishing Co., 1977

光階層のコスト削減効果は、１つの波長バンドが光クロスコネクトシステムによって一単位としてスイッチングされることが可能であるために、個々の波長を処理するのに必要な高価なＯＥＯ（光−電気−光）ポートの個数が削減されることに基づいている。こうして、光パスは、１つの上位層パス（波長バンド）がいくつかの下位層パス（波長）からなるという階層を形成する。高価な波長のＯＥＯ変換を避けるため、個々の出力ファイバへ向かうフローは、あらかじめ設定された波長バンドに集約されてから、光ドメインでスイッチングされるべきである。同じパス方向に従ってルーティングされる十分な個数の波長があるときには、波長バンドを生成することができる。ルーティングアルゴリズム、光障害の考慮および波長競合の解決もまた、波長バンドの生成に影響する。当業者であれば、波長から波長バンドへの割当ての基本的メカニズムは理解されるであろう。その割当ての詳細についてはここでは説明しない。

本発明の目的は、従来の光ネットワーククロスコネクトシステムの欠点を除去することにあり、特に、更なるパフォーマンスの改善およびコスト削減を達成する光クロスコネクトシステムを提供することにある。

本発明の１つの側面は、非一様な波長バンド（相異なる個数の波長を含むグループ）を使用することによって、波長から波長バンドへの編成をさらに改善することができるという発見に基づいている。非一様な波長バンドのセットの一例は図２に示されている。波長の任意のグループ分けが可能であり、本発明は、特定の非一様な波長バンドのグループ分けによって限定されない。非一様波長バンドは、単一のファイバへの出力のために集約されることも可能である。（例えば、図４および図５の、要素ＷＡ（波長バンドアグリゲータ）を参照。）非一様波長バンドは、波長集約のためのフレキシビリティを拡大し、これは、より効率的なスイッチングおよびルーティングのために利用可能である。本発明の発明者は、非一様波長バンドを用いて達成可能なパフォーマンス改善と、非一様波長バンドパラメータの適当なサイズの選択とについて分析した。本発明の発明者はまた、ＤＷＤＭ光ネットワークシステムにおける非一様波長バンド分割に基づく階層的ハイブリッド光クロスコネクトシステムのいくつかのアーキテクチャを示す。

もう１つの関連する特徴として、能動光スイッチング素子を有する光クロスコネクトシステムにおいて、波長バンドを再設定する能力と、相異なるトラフィックパターンおよび方向性波長割当てのために波長または波長バンドを動的に集約する能力とを有する、新規な光スイッチングクロスコネクトシステムが提示される。

上述したように、波長バンドサイズＧの適切な選択は、適当なスイッチング、ルーティングおよび集約（解除）メカニズムによってサポートされれば、階層的ハイブリッド光クロスコネクトシステムのパフォーマンスを大幅に改善することができる。しかし、いかなる集約も、特に一様な波長バンド（それぞれがちょうどＧ個の波長からなる）への集約は、階層的ハイブリッドクロスコネクトシステムのパフォーマンスに悪影響を及ぼす可能性のある集約オーバーヘッドを伴う。

このオーバーヘッドの効果を説明するため、Ｍ個の出力ファイバを有する光スイッチングクロスコネクトシステムを考え、入力ファイバは、Ｍ個の出力のうちのいずれかへスイッチングされるべきＮ個の変調波長を有するＮ個の光チャネル信号を伝送すると仮定する。出力ファイバ間での波長の分割に応じて、それらの波長を光スイッチングのために波長バンドに集約することが可能なこともそうでないこともある。まず、図７の例を考える。図７は、Ｍ＝４個の出力ファイバへとスイッチングされなければならないＮ＝８個の波長を伝送する１つの入力ファイバを示す。波長は、それぞれ２波長のサイズの、４個のあらかじめ設定された一様な波長バンドへと集約することができる。４個の出力ファイバへスイッチングされるべき波長の個数は、（３，１，２，２）に等しく、このスイッチングは、光ドメインのみでは実行できない。

しかし、波長が図８に示すようにあらかじめ設定され、２個の波長バンドがそれぞれ２波長を含み、１個の波長バンドが３波長を含み、１個の波長バンドが１波長を含むようにされていたとすれば、同じ波長要求（３，１，２，２）は光学的にスイッチングすることができたものである。後者の構成の欠点は、それが、他のスイッチング構成の光スイッチングのために使用できないことである。例えば、４個の出力ファイバへスイッチングされるべき波長の個数が（２，２，２，２）に等しいときである。

一様波長バンドと非一様波長バンドのさらに詳細な比較を図９に示す。この図は、Ｍ＝２個の出力ファイバの間でのＮ＝８個の波長のすべての可能な分割と、対応する波長バンドによってサポート可能な波長の個数（一様の場合、２個の波長バンドはそれぞれ４λからなり、非一様の場合、２個の波長バンドは３λおよび５λからなる）とを示す。一様の場合、平均で、光学的にスイッチングされるべき波長の８８％が許容されるのに対して、非一様の場合は、より高い９３％の光スループットが得られる。もちろん、すでに言及した光ポートとＯＥＯポートの間のコスト差のため、光スループットの改善（すなわち、波長から波長バンドへの、より効率的な「パッキング」）は、階層的ハイブリッドクロスコネクトシステム全体でさらに大きいコスト削減につながる。すなわち、より安価な光ポートの利用が増大すれば、より高価なＯＥＯポートを使用する必要性が減少する。

従来は、出力ポート間での多様なトラフィック（波長）分布の集約には、一様な波長バンドのほうが適しているはずだと考えられていた。従来の知識によれば、すべてのファクタが等しい場合、出力ファイバ間の要求の一様な分布が、最も可能性の高いものである。しかし、本発明の発明者が観察したところでは、図９に示したように、一様分布（４，４）のスループットは、隣の非一様の場合よりも、光ドメインにおいて低い確率を有する。この効果は主として、非一様波長バンドのほうがパフォーマンスがよいことによる。非特許文献３（Y. Ijiri and H. Simon, "Skew Distributions and the Sizes of Business Firms", North-Holland Publishing Co., 1977）によって観察された現象である、要求の非一様分布もまた、非一様波長バンドの生成を正当化する。

Ｎ（波長の個数）およびＭ（出力ファイバの個数）の他のいくつかの値に対する同じ効果を図１０に示す。改善の程度はＮおよびＭとともに変わるが、非一様波長バンドのほうが一貫して良好なスループットを提供している。

非一様波長バンドの概念は、次の２つの問題を生じる。第１の問題（波長バンド選択問題）は、Ｎ個の波長の入力フローからＭ個の出力ファイバへの任意の分割を表すために使用可能な波長バンドの集合（セット）をどのようにしてあらかじめ設定するかの問題である。第２の問題（波長バンド割当て問題）は、これらのあらかじめ設定された波長バンドを、Ｎ個の波長からＭ個の出力ファイバへの光スイッチングのために、どのようにして割り当てるかの問題である。

他の制約がない場合、波長選択問題および波長割当て問題はいずれも解くことができる。最適な波長バンド選択は、次のアルゴリズムを用いて実行することができる。

１．パラメータＮおよびＭを入力し、空集合Ｂを作成する。

２．代入

を行う。

３．要素Ｎ^*を集合Ｂに追加する。

４．代入Ｎ＝Ｎ−Ｎ^*を行う。

５．Ｎ＝０である場合は終了する。そうでない場合はステップ２に進む。

最適な波長バンド｛Ｂ₁，Ｂ₂，...，Ｂ_K｝の集合Ｂが与えられると、Ｎ個の波長の要求からＭ個の出力への任意の分割（Ｖ₁個の波長バンドを出力ファイバ１へ，...，Ｖ_M個の波長バンドを出力ファイバＭへ）は、利用可能な最大の波長バンドを、残っている最大の波長要求に順次割り当てることによって実現することができる。

波長バンド｛Ｂ₁，Ｂ₂，...，Ｂ_K｝の最適集合Ｂの光パフォーマンスを、一様な波長バンドの集合の場合と比較することができる。このような比較は、２つの理由で、単純にはできないことがある。第１に、Ｋ個の一様な波長バンドが存在することもしないこともある（それらが存在するためには、波長数ＮがＫで割り切れなければならない）。第２に、一様な波長バンドの集合の光スループットは、解析的に評価することが困難である。しかし、これらの障害はいずれも次のように処理することができる。第１に、評価および比較は、（対応する一様な波長バンドの集合が常に存在するように）ＮがＫで割り切れるような対（Ｎ，Ｍ）のみに対して実行される。第２に、それぞれＧ個の波長からなるＫ個の波長バンドの集合における平均波長「損失」は、ほぼＭ（Ｇ−１）／２に等しい。この式は、Ｍ個の出力のそれぞれへ向かう波長が波長バンドに集約される場合に生じる平均集約オーバーヘッド（０からＧ−１までの間）に基づく。

これらの但書付きで、図１１は、８０を超えないＮおよびＭのすべての許容される組合せに対するパフォーマンス改善（および最適な波長バンド集合内の波長バンドの個数Ｋ）を示す。波長から波長バンドへの、より効率的なパッキングに関して、平均の改善は約１５％である。光ポートコストがＯＥＯポートの５倍より小さいと仮定すると、平均のコスト削減は約４０％である。

一般には、Ｋに対して次の近似を使用することができる。

ただし、γ≒０．５７７２はオイラーの定数である。この場合、一様波長バンドの比較可能なサイズは次のようになる。

したがって、最適な場合と比較した、最適な非一様波長バンドの相対利益は次のようになる。

このように、パフォーマンス改善は、出力ファイバ数に対する波長数の比ｓ＝Ｎ／Ｍにのみ依存する。１から１０までのｓの値に対して、パフォーマンス改善は図１２に示すように変化する。この結果は、図１１に示したものと整合している。

すでに説明したように、非一様光波長バンドは、階層的光クロスコネクトシステムの集約パフォーマンスを改善することが可能であり、これがさらにそのコストを削減する。非一様波長バンドが実現されるには、以下で述べる波長バンド（デ）アグリゲータを伴わなければならない。

高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）、すなわち、１本の光ファイバを通じての複数の波長の伝送は、将来の光インターネットに要求される容量およびトラフィック分離能力を提供する基礎となっている。ＤＷＤＭを可能にする主要な技術は、光波長の集約および集約解除である。

波長分割アグリゲータおよびデアグリゲータは、それぞれ複数の光波長を組み合わせ（結合）および分ける（分離）デバイスである。ＤＷＤＭデアグリゲータ（ＷＤＡ）は、１つの入力ファイバの波長バンドを複数の波長サブセットに分離し、ＤＷＤＭアグリゲータ（ＷＡ）は、このようなサブセットを１つの光ファイバ内に結合する。これらの波長サブセットは、一様（図１）または非一様（図２）な固定グループであることが可能である。波長は、図３においてデアグリゲータ出力のうちの１つとして示したサブセット［λ₁，λ₂，λ₆，λ_n］によって例示されるような任意の波長セットであることも可能である。これは、第２の出力ファイバへと光学的にスイッチングされ、他の波長バンドとともに集約される。デアグリゲータデバイスは、固定および任意のいずれのサブセットを生成することも可能である。

光スイッチを通す前にこれらの波長のグループ分けを実行することによって、各入力ファイバの各波長がスイッチの相異なる入力ポートに行く場合よりも大幅に少数のポートを有する光スイッチを使用することが可能となる。すなわち、スイッチの前で波長集約をすれば、この集約を行う負担がスイッチ自体から取り除かれる。

図１３に、固定波長バンドおよび任意波長サブセットの両方を生成することが可能なデアグリゲータの一般的アーキテクチャを示す。入力ファイバはｎ個（代表的には４０または１６０個）の波長を伝送し、これからＭ個の出力波長サブセットが生成されることになる。Ｍ個のサブセットを生成するためには、もとのｎ個の波長バンドがＫ個のサブバンドに分割されなければならない。このＫ個のサブバンドは、それらから所望のＭ個の出力サブセットを構成することができるような最小限の個数のサブバンドである。

例えば、Ｍ＝３個の出力サブセットＳ₁＝［λ₁，λ₂，λ₆，λ_n］，Ｓ₂＝［λ₃−λ₅］，Ｓ₃＝［λ₇−λ_n-1］が必要とされていると仮定する。サブセットＳ₁およびＳ₂は、光スイッチの入力ポートに行くかもしれないが、Ｓ₃はＯＥＯクロスコネクトスイッチへ分波される。これらの３個のセットは、スイッチの適当な設定によって、Ｋ＝５個のサブバンドから、すなわち、Ｂ₁＝［λ₁，λ₂］、Ｂ₂＝［λ₃−λ₅］、Ｂ₃＝［λ₆］、Ｂ₄＝［λ₇−λ_n-1］、およびＢ₅＝［λ_n］から構成することができる。これらの出力セットは、相異なる出力ファイバに接続された、クロスコネクトスイッチの相異なるポートに送られる。

固定波長バンドの場合、それらの波長バンドが一様であるかどうかにかかわらず、それらの波長バンドに寄与する図１３の１×Ｍ型セレクタは、単純接続によって置き換えられる。任意サブセットの場合、寄与するサブバンドは、適当な出力アグリゲータによってスイッチングされることになる。出力サブセットの個数、各サブセットの波長割当て、および、固定波長グループと任意波長グループの分割比は、ＤＷＤＭネットワークの設計およびトラフィックパターンに非常に強く依存する。

波長デアグリゲータは、薄膜干渉（エタロン）フィルタ、ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ：fiber Bragg grating）、融着バイコニックテーパ(fused biconic taper)、アレイ導波路グレーティング（ＡＷＧ：Array Waveguide Grating）、およびホログラフィックフィルタなどのさまざまな技術によって実現可能である。薄膜製造は、数十年来の成熟した技術となっている。この技術は、広いチャネルパスバンド、平坦なトップチャネルパスバンド、低い挿入損失、適度の分離、低コスト、高い製造歩留まり、高い信頼性および現場堅牢性、高い熱安定性、および適度なフィルタロールオフ特性を提供する。薄膜技術は、５０ＧＨｚ（０．４ｎｍ）より大きい光チャネル間隔の場合、および、波長バンド分離の場合にはうまく機能する。しかし、現在のコーティング技術は、２５ＧＨｚ（０．２ｎｍ）より小さいチャネル間隔の狭帯域フィルタを製造することができない可能性がある。ファイバブラッググレーティングは、精密な波長分離の利点を有する。一実施例は、波長バンドおよび個々の波長の分離を処理するために、薄膜干渉フィルタとＦＢＧの混合技術に基づいた波長デアグリゲータを含む。

波長バンド生成ユニットのアーキテクチャは、本質的に、一連の（非一様）バンドパスオペレーション（動作）およびリコンビネーション（再結合）である。デアグリゲータについての最悪のシナリオでは、１つの入力波長セットを個々の波長ｎに分解することが要求される。任意の波長セットを分離するのに必要とされるバンドパス動作の最大数はｎ−１であるため（だだし、ｎは、波長サブセットを生成する際に用いられる波長の総数である）、これがデアグリゲータの複雑さのおよその限界となる。

例えば、波長バンドＫ内の１０波長のセットは、注目する１つまたは複数の波長を分離するために、個別の処理が不要な波長の、より大きいグループ分けを維持しながら、一様または非一様波長サブバンドへとさらに分割することが可能であり、光スイッチを介して単に接続されることが可能である。これは、本発明のフレキシビリティのもう１つの利点である。

固定一様波長バンドおよび任意波長サブセットのための、薄膜干渉フィルタおよびＦＢＧの混合技術に基づく波長集約について、図１４、図１５および図１６に示す。

３ポート光波長選択性素子を図１４に示す。この素子は、３個の光ファイバ、自己集束ＧＲＩＮレンズ、および薄膜干渉フィルタからなる。図１４（ａ）において、入力における４波長のグループから選択される個別（赤）の波長λ_iは、狭帯域フィルタを通って出力ファイバ２への軌跡をたどる。他のすべての波長（λ₁〜λ₃）は出力ファイバ３へと反射される。図１４（ｂ）は、波長バンド分離を示す。図１４（ｂ）において、広帯域ＤＷＤＭフィルタは、３波長のバンドを出力ファイバ２に通し、他のすべての波長を出力ファイバ３に反射する。図１５（ａ）〜（ｄ）は、これらの２つの場合について出力ファイバ１および２における光スペクトルを示す。

図１３および図１４のアーキテクチャによる、波長集約解除デバイスの実現例を図１６に示す。

このデアグリゲータは、異なる変調波長の４０個の入力チャネルを処理し、波長サブセットを６個の出力ファイバへと動的に集約する。この具体例は、図１６の一般性を限定するものではない。この具体例において、波長集約デバイスは、４個の波長バンドセパレータ（ＷＢＳ_1-4）、８個の個別波長セパレータ、および８個の１×２型メカニカル光スイッチＳＷ_1-8を有する。

４個の波長バンドセパレータは、バンドλ₁−λ₁₀、λ₁₁−λ₁₆、λ₁₇−λ₂₄、およびλ₃₃−λ₄₀を出力ファイバＦ１、Ｆ２、Ｆ３、およびＦ４へと集約する。これに対して、λ₂₅からλ₃₂までの波長のバンドは、２個の任意波長サブセットの設定に割り当てられる。波長λ₂₅、λ₂₆、λ₂₇、λ₂₉およびλ₃₂は「アップ」（上側）ポジションで光セレクタを通って出力ファイバＴ１に送られる。他の波長λ₂₈、λ₃₀およびλ₃₁は「ダウン」（下側）ポジションで光セレクタを通って出力ファイバＴ２に送られる。

設定変更には、光スイッチで用いられるメカニズムに依存して、数マイクロ秒ないし数ミリ秒かかる。固定および任意の波長サブセットのサイズ、それぞれの波長の個数、および、出力ファイバの個数は、アプリケーションの要求およびネットワーク設計に応じて増減が可能である。ファイバＴ１またはＴ２での伝送のためにいったん波長グループが形成された後は、必要であれば信号増幅（ブースト）を行うことが可能である。光セレクタのポジションを設定するために、制御ユニット（図示せず）が使用される。

もう１つの実施例を図１７に示す。ＤＷＤＭ波長デアグリゲータは、４個の固定非一様波長バンドセパレータ（４，１，１，２）、４個の１×２型波長バンド選択スイッチ、および２個の波長バンド集約デバイスを組み合わせている。８波長を有する入力光ファイバが波長バンド分離デバイスに接続され、８個の波長は４個の固定非一様波長バンドλ₁−λ₄、λ₅、λ₆、およびλ₇−λ₈に分離される。制御ユニット（図示せず）が、２個の１×２型セレクタのセレクタポジションを設定する。波長バンドセパレータ側の第１の１×２型セレクタは、ポートスイッチ競合と光チャネルのローカルな合分波(adding and dropping)に対する要求とに基づいて制御される。これによって、分離された波長バンドの信号をそれぞれＯＥＯスイッチへ分波することができる。第２の１×２型セレクタは、光チャネルのグループを、トラフィック条件に基づく適当な出力パターンにリダイレクトするように制御される。さまざまなルーティングアルゴリズムが当業者に知られている。波長バンド分離デバイスからの４個の出力波長バンドは、波長競合解決スイッチに接続され、波長のスイッチングおよびルーティング中の波長衝突が処理される。その後には、ルーティングアルゴリズムに基づいて波長バンドの選択およびスイッチングを行う光スイッチと、新たに構成された波長バンドを２個の出力ファイバのうちの１つに結合する波長バンド集約デバイスとがある。

図１８は、新規なデアグリゲータを用いて波長競合（コンテンション）を解決する能力を有する２×２型１６波長全光波長バンドクロスコネクトスイッチの適用例を示す。この光クロスコネクトスイッチ内には、固定非一様波長バンド分離、波長競合分波・再生合波、および、波長バンドスイッチング・集約という３個の主要なセクションがある。この光スイッチ内の主要なデバイスは、波長バンドデアグリゲータおよび波長バンド集約デバイスである。

光スイッチは、それぞれ８波長のＩＴＵ−Ｔ標準１００ＧＨｚ間隔チャネルを含む、２個のシングルモード光ファイバから入力を受け取る。８個の波長チャネルは、サイズ４、１、１、２の４個の非一様波長バンドに分割される。これらの４個の波長バンドはそれぞれ１×２型光スイッチを通る。この１×２型光スイッチにより、（波長競合問題を有する可能性のあるチャネルのような）一部の波長チャネルがＯＥＯレイヤへ分波されることが可能となる。第１レベルのスイッチを通った残りのチャネルは、第２レベルの１×２型スイッチを通る。このスイッチは、各チャネルがどの出力へ行くかを決定する。同じ出力に行く信号は、波長集約デバイス（波長分離デバイスの逆）および融着カプラにより結合される。このプロセス中、ＯＥＯレイヤからの付加または再生された信号も集約される。

要約すれば、この光クロスコネクトスイッチによれば、各入力からの各波長バンドは、任意の出力へ行くこと、あるいは、ＯＥＯレイヤへ分波されることが可能である。また、ＯＥＯレイヤから付加された信号がともに集約されることも可能である。ＯＥＯレイヤで用いられるポートの個数は、波長スイッチングのために従来必要であったのより少なくすることができる。ポート数の減少は、システムのコストを低減する。実施例では、ＯＥＯポートの個数は、１つの入力ラインで処理または受信される波長数の半分より少なく、あるいは３分の１程度にも少なくなる。

次に、Ｍ個の入力および出力ファイバを有する階層的ハイブリッド光クロスコネクトシステムを考える。各ファイバはＮ個の波長を伝送する。光クロスコネクトシステムに到着すると、各入力ファイバ内の全部でＮ個の波長は、非一様波長バンドデアグリゲータ（ＷＤＡ）によってＫ個の波長バンド｛Ｂ₁，Ｂ₂，...，Ｂ_K｝に分割される。次に、波長バンドは、階層的ハイブリッドクロスコネクトシステムの光コアによって、光学的にスイッチングされ、（図４および図５においてＷＡで示される波長バンドアグリゲータを用いて）出力ファイバへと集約される。クロスコネクトシステムアーキテクチャは、以下でさらに詳細に説明するように、いくつかの方法で実現可能である。

特定のアーキテクチャオプションに応じて、階層的ハイブリッド光クロスコネクトシステムは、図１９に示される２つのタイプの光スイッチを有することが可能である。これらのスイッチのうち、第１のスイッチは、図１９（ａ）に示すデセレクタであり、波長バンドがＯＥＯに送られる前にそれを処理するために使用される。また、第２のスイッチは図１９（ｂ）に示すセレクタであり、波長がＯＥＯから現れた後にそれを処理するために使用される。

アーキテクチャオプションの第１のグループは、光バンドスイッチに基づくものである。それらの出力は、出力ファイバに送られるか、または、ＯＥＯへ分波されるかのいずれかである。ＯＥＯへ分波される波長バンドは、図２０に示すようにデセレクタおよびセレクタによって処理されるか、または、図２１に示すように、それらを波長へと分離化した後に光スイッチへ送られるかのいずれかである。図２１に示すオプションは、一様波長バンド分解について説明したものと同様であるが、図２０に示すオプションは、非一様波長バンドに基づくＯＥＯポートの、より効率的な利用法を提供する。これは、ＯＥＯポートの共有の改善によって達成される。ＯＥＯへ分波されるべき波長バンドは相異なるサイズを有するため、より小さいいくつかの波長バンドを同時に分波することが可能であり、これは一様波長バンドの場合には利用することができないオプションである。２つのオプションのそれぞれの実現にはｋ（Ｍ＋１）Ｍ個のクロスポイントを必要とする。

アーキテクチャオプションの第２のグループは、単一プレーンアーキテクチャに基づくものである。波長バンドデアグリゲータの出力は、単一の光スイッチによってスイッチングされるか、または、ＯＥＯへ分波されるかのいずれかである。ＯＥＯへ分波される波長バンドは、図２２に示すようにデセレクタおよびセレクタによって処理されるか、または、図２３に示すように、それらを波長へと分離化した後に光スイッチへ送られるかのいずれかである。図２３のオプションは、一様波長バンド分解について説明したものと同様であるが、図２２のオプションは、非一様波長バンドに基づくＯＥＯポートの、より効率的な利用法を提供する。これは、ＯＥＯポートの共有の改善によって達成される。ＯＥＯへ分波されるべき波長バンドは相異なるサイズを有するため、より小さいいくつかの波長バンドを同時に分波することが可能であり、これは一様波長バンドの場合には利用することができないオプションである。図２３におけるＢ_i ^*およびＢ_i ^**という表記は、分波および合波された波長バンドを表す。２つのオプションのそれぞれの実現には（ｋＭ＋ｎ）²個のクロスポイントを必要とする。

アーキテクチャオプションの第３のグループは、多重プレーンアーキテクチャに基づくものである。波長バンドデアグリゲータの出力は、Ｋ個の並列光スイッチによってスイッチングされるか（ｉ番目の並列スイッチは、すべての入力ファイバについて同じ波長バンドＢ_iを処理する）、または、ＯＥＯへ分波されるかのいずれかである。ＯＥＯへ分波される波長バンドは、図２４に示すようにラムダスイッチによって処理されるか、または、図２５に示すように、それらを波長へと分離化した後に光スイッチへ送られるかのいずれかである。図２５のオプションは、一様波長バンドの分解について説明したものと同様であるが、図２４のオプションは、非一様波長バンドに基づくＯＥＯポートの、より効率的な利用法を提供する。これは、ＯＥＯポートの共有の改善によって達成される。ＯＥＯへ分波されるべき波長バンドは相異なるサイズを有するため、より小さいいくつかの波長バンドを同時に分波することが可能であり、これは一様波長バンドの場合には利用することができないオプションである。２つのオプションのそれぞれの実現にはｋ（Ｍ＋ｎ）²個のクロスポイントを必要とする。

ＤＷＤＭアグリゲータおよびデアグリゲータを、それらが扱う波長間隔に関して、さらに３つのカテゴリに分類することも可能である。

・ブロードバンドＷＤＭ（ＢＷＤＭ：Broadband WDM）は、完全に別個の波長グループ（例えば、１３１０ｎｍおよび１５５０ｎｍチャネルあるいは８５０ｎｍおよび１３１０ｎｍチャネル）の結合・分離を行う。適用例には、受動光ネットワーク（ＰＯＮ）および双方向ビデオ伝送がある。

・低密度ＷＤＭ（ＣＷＤＭ：Coarse WDM）は、中心間隔が２００ＧＨｚ、すなわち１．６ｎｍより大きい波長チャネルの結合・分離を行う。代表的な適用例には、波長間隔が約２０ｎｍの都市部ネットワークがある。

ＤＷＤＭは、隣り合う波長チャネルの結合・分離を行う。ＤＷＤＭは、波長間隔が２５ＧＨｚ（０．２ｎｍ）、５０ＧＨｚ（０．４ｎｍ）、１００ＧＨｚ（０．８ｎｍ）および２００ＧＨｚ（１．６ｎｍ）で、１４７５〜１５５０ｎｍ付近のＳバンド、ＣバンドおよびＬバンドにわたる全部で３２０以上の波長を有する次世代の光ネットワークにおいて、主要な役割を果たすことになる。

再設定可能な（デ）アグリゲータのもう１つの特徴として、一様および非一様波長バンドは、図２６に示すように選択的に設定されることも可能である。ここで、非一様波長バンドλ_25-26、λ_27-28、λ_29-30、およびλ_31-32は、２つの選択操作を受ける。第１の光セレクタでは、波長バンドをさらに分解することが必要かどうかが判定される。必要でない場合、λ_25-26の場合のように、波長バンドは１つのファイバへ出力される。必要である場合、波長バンドは個々の波長成分に分解され、処理あるいは伝送のために適当な波長バンドまたは波長へと再グループ化されることになる。光波長バンドフィルタおよび光セレクタの個のカスケードにより、階層的なレベルのグラニュラリティが可能となり、それにより、効率およびフレキシビリティが改善される。

上述したように、本発明は、新規な非一様波長（デ）アグリゲータと、２つのタイプのスイッチ、すなわち、波長バンド（光学的に透明な）スイッチおよび波長（不透明なＯＥＯ）スイッチとからなるハイブリッド光システムを含む。デアグリゲータは、非一様波長バンドを形成するように動作可能であり、それらのパフォーマンス利益を一様波長バンドと比較した。最後に、非一様波長バンドと、ＯＥＯポートの改善された利用法とを組み合わせた、階層的ハイブリッド光クロスコネクトシステムのいくつかのアーキテクチャのオプションを提示した。

本発明は、それぞれの光パスの、不透明な（電気的）スイッチングに加えて、波長サブセットの透明な（光学的）スイッチングを提供することにより、光ネットワークのコストとパフォーマンスとのバランスをとることに基づいている。波長サブセットの効率的な利用は、簡単でコスト効率的な方法で波長サブセットを集約し、かつ、集約を解除することが必要である。非一様な波長バンド（相異なる個数の波長を含むグループ）を使用することによって、均一な波長バンドと比べて、パフォーマンスの改善およびコスト削減を達成することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、当業者には理解されるように、本発明の技術思想および技術的範囲から離れることなくさまざまな変形を行うことが可能である。

一様波長バンドを有するデアグリゲータの一例を示すブロック図である。 非一様波長バンドを有するデアグリゲータの一例を示すブロック図である。 ＷＤＭ光ネットワークにおけるクロスコネクトシステムの波長バンドアグリゲータおよび波長バンドデアグリゲータの一例を示すブロック図である。 単一プレーンアーキテクチャにおける階層的ハイブリッド光クロスコネクトシステムを示すブロック図である。 多重プレーンアーキテクチャにおける階層的ハイブリッド光クロスコネクトシステムを示すブロック図である。 クロスコネクトシステムでローカルにデータトラフィックの合分波を行う階層的ハイブリッド光クロスコネクトシステムを示すブロック図である。 一様波長バンドを有する１つの入力ファイバおよび複数の出力ファイバを示す模式図である。 非一様波長バンドを有する１つの入力ファイバおよび複数の出力ファイバを示す模式図である。 ２個の出力ファイバおよび８個の波長を有する一様波長バンドと非一様波長バンドの比較を示す図である。 ８個および１６個の波長を有する一様波長バンドと非一様波長バンドの比較を示す図である。 Ｎ個の波長の場合に、さまざまな波長バンド数（Ｋ）および出力ファイバ数（Ｍ）に対する光スループットの改善を示す図である。 さまざまなｓ（出力ファイバ数に対する波長数の比）に対する光スループットの改善を示すグラフである。 波長デアグリゲータの一般的構造を示すブロック図である。 （ａ）は薄膜干渉フィルタによる波長セパレータおよび（ｂ）は波長バンドセパレータを示す図である。 （ａ）および（ｂ）はそれぞれ単一波長伝送および反射波長、（ｃ）および（ｄ）はそれぞれ波長バンド伝送および他の波長の反射を示す３ポート光波長分離デバイスの光スペクトルグラフである。 固定および任意の波長セットを有する再設定可能波長集約デバイスの実施例を示す図である。 ４個の非一様バンドおよび８個の波長を有する１×２型デアグリゲータの実施例を示す構成図である。 ２個のデアグリゲータを用いた２×２型１６波長光非一様波長バンドクロスコネクトの実施例を示す構成図である。 （ａ）はデセレクタの概略構成図、（ｂ）はセレクタの概略構成図である。 波長スイッチを有するバンドスイッチアーキテクチャの概略構成図である。 光スイッチを有するバンドスイッチアーキテクチャの概略構成図である。 波長スイッチを有する単一プレーンアーキテクチャを示す構成図である。 光スイッチを有する単一プレーンアーキテクチャを示す構成図である。 波長スイッチを有する多重プレーンアーキテクチャを示す構成図である。 光スイッチを有する多重プレーンアーキテクチャを示す構成図である。 固定および任意の両方の波長セットを有する再設定可能波長アグリゲータデバイスの追加実施例を示す図である。

Claims (10)

1. 異なる変調波長を有する光チャネルのセットを受信する光クロスコネクトシステムにおいて、
   第１出力ファイバへ出力するために、変調波長に基づいて複数の光チャネルを分離する少なくとも１つの第１波長バンドフィルタと、
   前記光チャネルのセットのうち、前記波長バンドフィルタによって分離されない個別の変調波長を分離する少なくとも１つの波長フィルタと、
   前記波長フィルタの出力に接続され、前記波長フィルタの出力を第２出力ファイバまたは第３出力ファイバの一方に選択的に合波する第１光セレクタと、
   を有することを特徴とする光クロスコネクトシステム。
2. 前記光チャネルのセットのうち、前記波長バンドフィルタによって分離されない１つの波長をそれぞれ分離する複数の波長フィルタと、
   前記複数の波長フィルタのうちの１つにそれぞれ接続され、前記波長フィルタのそれぞれの出力を前記第１、第２および第３出力ファイバのうちの１つに選択的に合波する複数の光セレクタと、
   をさらに有することを特徴とする請求項１記載の光クロスコネクトシステム。
3. 前記複数の光セレクタのそれぞれは、前記複数の光セレクタのうちの別の１つの光セレクタに光結合され、前記第１、第２および第３出力ファイバのうちの１つに出力するために前記波長フィルタの出力を選択的にグループ分けすることを特徴とする請求項２記載の光クロスコネクトシステム。
4. 前記受信された光チャネルのセットのうち、前記第１波長バンドフィルタおよび前記波長フィルタによって分離されない複数の光チャネルを分離する第２波長バンドフィルタをさらに有することを特徴とする請求項１記載の光クロスコネクトシステム。
5. 前記第１波長バンドフィルタによって分離される変調波長の個数は、前記第２波長バンドフィルタによって分離される変調波長の個数とは異なることを特徴とする請求項４記載の光クロスコネクトシステム。
6. 前記光セレクタの光結合は、相異なる期間にわたり再設定可能であることを特徴とする請求項３記載の光クロスコネクトシステム。
7. 異なる変調波長を有する光チャネルのセットを受信する光クロスコネクトシステムにおいて、
   受信された光チャネルのセットのうちから、変調波長に基づいて複数の光チャネルを分離する第１波長バンドフィルタと、
   分離された複数の光チャネルを受信する第２波長バンドフィルタと、
   前記第２波長バンドフィルタの下流に位置し、分離された複数の光チャネルのうちの１つをさらに分離する個別波長フィルタと、
   を有することを特徴とする光クロスコネクトシステム。
8. 前記第１波長バンドフィルタの出力を受信し、前記分離された複数の光チャネルを第１および第２プロセスの一方に送る光セレクタをさらに有することを特徴とする請求項７記載の光クロスコネクトシステム。
9. 前記光セレクタは、相異なる期間にわたり再設定可能であることを特徴とする請求項８記載の光クロスコネクトシステム。
10. 前記波長フィルタから、分離された光チャネルを受信し、該分離された光チャネルを第１および第２プロセスの一方に送る第２光セレクタをさらに有することを特徴とする請求項９記載の光クロスコネクトシステム。
    
    

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