JP2006279362A - 光パケットスイッチシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 光パケットスイッチング制御における伝送品質、信頼性及びシステム管理の向上を図る。
【解決手段】 光パケットスイッチ部４０は、半導体光増幅器を用いたゲートスイッチを含み、入力ラインカード１０−１〜１０−ｎから送出された光パケットが通過する経路上にゲートスイッチを多段接続し、複数のゲートスイッチに光パケットを分配して、ゲートスイッチのＯＮ／ＯＦＦのゲーティング動作により光パケットを選択し、非選択経路から流れてくる雑音信号を、最終段のゲートスイッチがＯＦＦとなることで吸収して、光パケットのスイッチングを行う。スイッチ制御部３０は、入力ラインカード１０−１〜１０−ｎからのポート間接続要求にもとづき、要求された経路を生成するように、光パケットスイッチ部４０内のゲートスイッチのＯＮ／ＯＦＦを駆動制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光パケットスイッチシステムに関し、特に光パケット伝送を行う光パケットスイッチシステムに関する。

近年、ブロードバンドサービスによる通信需要の増大に伴い、光通信ネットワークの長距離・大容量化が進展しており、高速大容量のＷＤＭ（Wavelength Division Multiplex：波長の異なる光を多重して、１本の光ファイバで複数の信号を同時に伝送する波長多重伝送方式）の開発が進んでいる。

一方、インターネットの急激な普及や大容量コンテンツの増加に伴って、さらなる高速・大容量で、かつ柔軟性のある光通信ネットワークが要求されており、このような光通信ネットワークを構築する技術として、光パケットスイッチング技術が注目されている。

光パケットスイッチングは、通信情報を完全に光のままパケット交換する技術であり、従来の光信号を電気信号に一旦変換するスイッチングと比べて、電子処理速度の制限がなくなり、光の伝搬遅延時間で処理できるので、高速・大容量の伝送が可能となる。

図２４は従来の電気のスイッチングを行うスイッチシステムを示す図である。スイッチシステム１００は、入力ラインカード１０１−１〜１０１−ｎ、電気スイッチコア部１０２、出力ラインカード１０３−１〜１０３−ｎから構成される。

入力ラインカード１０１−１〜１０１−ｎは、Ｏ／Ｅ（光／電気変換器）１０１ａ、Ｅ／Ｏ（電気／光変換器）１０１ｂを含み、電気スイッチコア部１０２は、Ｏ／Ｅ１０２ａ−１〜１０２ａ−ｎ、電気スイッチ１０２ｂ、Ｅ／Ｏ１０２ｃ−１〜１０２ｃ−ｎを含み、出力ラインカード１０３−１〜１０３−ｎは、Ｏ／Ｅ１０３ａ、Ｅ／Ｏ１０３ｂを含む。

光信号が入力ラインカード１０１−１〜１０１−ｎに到達すると、Ｏ／Ｅ１０１ａで電気信号に変換されて、プロセッサ等によりアドレス検出などの処理が行われる。そして、Ｅ／Ｏ１０１ｂで再び光信号に変換されて、電気スイッチコア部１０２へ出力される。

電気スイッチコア部１０２では、Ｏ／Ｅ１０２ａ−１〜１０２ａ−ｎで入力光信号を電気に変換し、電気スイッチ１０２ｂで電気的なスイッチングを行い、Ｅ／Ｏ１０２ｃ−１〜１０２ｃ−ｎで光信号に変換する。出力ラインカード１０３−１〜１０３−ｎは、電気スイッチコア部１０２からの出力光信号をＯ／Ｅ１０３ａで電気に変換し、Ｅ／Ｏ１０３ｂで光信号に変換して伝送路上へ出力する。

図２５は光パケットスイッチシステムを示す図である。光パケットスイッチシステム１００ａは、入力ラインカード１０１−１〜１０１−ｎ、光スイッチコア部１０４、出力ラインカード１０３−１〜１０３−ｎから構成される。入出力ラインカードの動作は図２４と同じであるが、光スイッチコア部１０４では、入力ラインカード１０１−１〜１０１−ｎから出力された光信号（例えば、１００ns程度の光パケット）を電気に変換せずに光のままスイッチングを行う。

光パケットスイッチシステム１００ａは、図２４のスイッチシステム１００のようにスイッチング処理時に光電気変換などの処理を行わずに、光パケットを高速光スイッチングすることで、処理能力を増加させることができ、現在、研究開発が進められている。

一方、光信号をパケット単位でスイッチングする場合、光信号をＯＮ、ＯＦＦするためにゲートスイッチを使用することになる。電気制御によって光信号をＯＮ、ＯＦＦするゲートスイッチには主に、電界吸収の効果を利用して吸収を変化させるものと、半導体アンプへの駆動電流により利得を変化させるものとがある。

電界吸収型のゲートスイッチは、透過状態でも損失が大きいといった欠点があるが、半導体アンプへの駆動電流により利得を変化させるスイッチである半導体光増幅器（ＳＯＡ：Semiconductor Optical Amplifier）では、光をＯＮ、ＯＦＦする光ゲートしての機能だけでなく、増幅機能をも持ち合わせており（ゲートＯＮ時には光は増幅されて出力する）、光信号の損失が小さく高速にスイッチングする光素子として現在注目されている。

従来の半導体光増幅器を用いた光スイッチ技術としては、光ゲートの出力端からの信号漏れを抑制した光スイッチが提案されている（例えば、特許文献１）。
特開２０００−７７７６９号公報（段落番号〔００１６〕〜〔００２１〕，第１図）

ＳＯＡは、ゲートＯＮ（open）／ＯＦＦ（close）の消光比が高く、また増幅機構により光損失を低減化することができる。さらに、半導体により形成される光素子のため、半導体集積技術によって、低コストで小型化可能といった利点を持つ（なお、消光比とは、ゲートＯＮ時の信号“１”“０”の平均光強度と、ゲートＯＦＦ時の信号“１”“０”の平均光強度の比率のことで、消光比が大きいほどゲートＯＮ、ＯＦＦが明確に識別でき、他のポートへの信号の混信（クロストーク）が少なくなり、符号誤り率が小さくなる）。

図２６はＳＯＡを用いて構成された従来の光スイッチコア部を示す図である。図の光スイッチコア部５０は、４×４の光スイッチ（入力ポート＃１〜＃４、出力ポート＃１〜＃４の光スイッチ）の構成を示している。光スイッチコア部５０は、光入力スイッチ部５０−１〜５０−４、光出力スイッチ部５０−５〜５０−８から構成される。

光入力スイッチ部５０−１は、分岐カプラ５１ａと、ＳＯＡ５２ａ−１〜５２ａ−４から構成され、光入力スイッチ部５０−２は、分岐カプラ５１ｂと、ＳＯＡ５２ｂ−１〜５２ｂ−４から構成される。光入力スイッチ部５０−３は、分岐カプラ５１ｃと、ＳＯＡ５２ｃ−１〜５２ｃ−４から構成され、光入力スイッチ部５０−４は、分岐カプラ５１ｄと、ＳＯＡ５２ｄ−１〜５２ｄ−４から構成される。また、光出力スイッチ部５０−５〜５０−８は、それぞれ合波カプラ５３ａ〜５３ｄを含む。

スイッチ動作について説明する。入力ポート＃１のスイッチ動作に対して、光パケット＃２、＃３、＃４が入力する（光パケット＃ｎとは、行き先が出力ポートｎである光パケットとする）。

分岐カプラ５１ａは、光パケット＃２〜＃４を４方向へ分岐してＳＯＡ５２ａ−１〜５２ａ−４へ出力する（すなわち、ＳＯＡ５２ａ−１へ光パケット＃２〜＃４が送信され、ＳＯＡ５２ａ−２へ光パケット＃２〜＃４が送信され、ＳＯＡ５２ａ−３へ光パケット＃２〜＃４が送信され、ＳＯＡ５２ａ−４へ光パケット＃２〜＃４が送信される）。

ＳＯＡ５２ａ−１〜５２ａ−４は、上位の制御部（図示せず）からのスイッチ制御信号により、ゲートＯＮ／ＯＦＦ動作を行う。図では、ＳＯＡ５２ａ−１〜５２ａ−４に対し、光パケット＃２の到着タイミング時にＳＯＡ５２ａ−２がＯＮ（ＳＯＡ５２ａ−１、５２ａ−３、５２ａ−４はＯＦＦ）、光パケット＃３の到着タイミング時にＳＯＡ５２ａ−３がＯＮ（ＳＯＡ５２ａ−１、５２ａ−２、５２ａ−４はＯＦＦ）、光パケット＃４の到着タイミング時にＳＯＡ５２ａ−４がＯＮ（ＳＯＡ５２ａ−１、５２ａ−２、５２ａ−３はＯＦＦ）となって、光パケット＃２〜＃４がそれぞれ出力される。

光出力スイッチ部５０−５〜５０−８内の合波カプラ５３ａ〜５３ｄは、光入力スイッチ部５０−１〜５０−４でスイッチングされた光パケットを受信し、時間多重で合波して出力ポート＃１〜＃４から送出する。ここでは、光パケット＃２のグループが出力ポート＃２から送出され、光パケット＃３のグループが出力ポート＃３から送出され、光パケット＃４のグループが出力ポート＃４から送出されている。

上記では、４×４の光パケットスイッチの構成を示したが、上記と同様な１段型ＳＯＡ構成（光パケットが通過する経路上に単一のＳＯＡが配置された構成）によるＮ×Ｎ規模のスイッチングを実現するときには、入力ポート側に１：Ｎの分岐カプラをＮ個と、Ｎ×Ｎ個のＳＯＡを設け、出力ポート側にＮ：１の合流カプラをＮ個設けることになる。

このように、従来の構成で、スイッチを多ポート化して大容量のスイッチシステムを構築しようとした場合、「隣接ポートからのクロストーク成分が大きくなる」、「所望の光信号対雑音比（ＯＳＮＲ：Optical Signal to Noise Ratio）を得ることが難しい」といった問題点が生じてくる。また、ＳＯＡを使用したスイッチシステムでは、障害箇所の特定が難しいといった問題があった。以下、これらの問題点について説明する。

図２７は多ポート構成時の隣接ポートからのクロストーク成分の増大を説明するための図である。（Ａ）はＳＯＡが４素子でのゲーティングによるポート数が少ない場合、（Ｂ）はＳＯＡが１２８素子でのゲーティングによるポート数が多い場合を示している。

（Ａ）に対し、ＳＯＡｇ１〜ｇ４の出力ラインが合波カプラ５３へ接続し、ＳＯＡｇ２がＯＮで、ＳＯＡｇ１、ｇ３、ｇ４がＯＦＦの状態を示している。ＳＯＡがＯＦＦの場合は、理想的には信号出力はないが、実際にはＳＯＡの消光比が高いといえども、ＯＦＦのときであってもわずかな信号成分や増幅自然放出光（ＡＳＥ：Amplified Spontaneous Emission）が出力する。これらは雑音成分となり、合波カプラ５３で重畳されることで隣接ポートからのクロストーク成分（信号漏れ成分）となる。

合波カプラ５３では、ＳＯＡｇ１〜ｇ４から出力された信号成分ｓ１〜ｓ４を合波して出力する。ＳＯＡが４素子程度でのゲーティングでは、累積雑音は小さいので（すなわち、隣接ポートからのクロストーク成分が小さく）、ＳＯＡｇ２で選択された信号を合波カプラ５３の出力段で正常に認識可能である。

一方、（Ｂ）に対し、ＳＯＡｇ１〜ｇ１２８の出力ラインが合波カプラ５３へ接続し、ＳＯＡｇ２がＯＮで、その他のＳＯＡｇ１、ｇ３〜ｇ１２８すべてがＯＦＦの状態を示している。

合波カプラ５３では、ＳＯＡｇ１〜ｇ１２８から出力された信号成分ｓ１〜ｓ１２８を合波して出力するが、ＳＯＡの数がこのように多いと、ＯＦＦであるＳＯＡからは１２７本の雑音信号を、ＳＯＡｇ２で選択された信号成分ｓ２に重畳させていることになる。

すなわち、１２８ポートまたは２５６ポートといった多ポート化した大規模なシステムを構築すると、図２６のような従来のスイッチシステムでは、ＯＦＦとなった多くのＳＯＡから放出される雑音信号が、合波カプラにおいて、ＳＯＡで選択された信号成分と重畳することでクロストーク成分が大きくなるので、ＳＯＡで選択された信号は、合波カプラの出力段で認識困難となり、符号誤り率を大きく低下させてしまう。

このように、少ないポートのスイッチシステムでは無視できた隣接ポート間のクロストーク成分は、大規模な多ポートシステムでは、無視できなくなる程大きくなるといった問題があった。

次にＯＳＮＲ劣化の問題点について説明する。図２８はＯＳＮＲの劣化を説明するための図である。縦軸は電力、横軸は周波数である。ＯＳＮＲは、信号パワーと雑音パワーの比であり、雑音信号の電力ピーク値Ｐｎと、信号の電力ピーク値Ｐｓとの差分ＤをＯＳＮＲとみなすことができる。この差分Ｄが一定値以上ないと、信号を精度よく識別することができない。

ポート数が少ない小規模スイッチシステムでは、分岐カプラによる分岐数が少ないので信号レベルも大きくは低下せず、またＳＯＡによる累積雑音の量も少ないので、差分Ｄは一定値以上となり、所望のＯＳＮＲを得ることができる。

しかし、多ポートの大規模スイッチシステムでは、分岐カプラによる分岐数が多くなって、分岐損失が大きくなるので信号レベルも大きく低下し、またＳＯＡによる累積雑音の量も増加するので、差分Ｄの値が小さくなり、所望のＯＳＮＲを得ることができなくなる。

次にＳＯＡスイッチシステムの障害箇所特定の問題点について説明する。図２６に示した従来の光スイッチコア部について、入力ポート＃１と出力ポート＃１とをスイッチングする場合、ＳＯＡ５２ａ−１がＯＮとなるので、もし、入力ポート＃１の入力ラインカードから光出力があるにもかかわらず、出力ポート＃１で光パケットが受信されなければ、ＳＯＡ５２ａ−１に障害が発生している可能性が高いことが考えられる。このように、１段型のＳＯＡからなる従来のスイッチシステムでは、障害が発生しても障害箇所を特定することは容易である。

一方、光パケットが通過する経路上にＳＯＡを多段接続して、多ポートの大規模化スイッチシステムを構築した場合を考える。ＳＯＡが多段接続されたシステムでは、上記のような単純な方法で障害箇所を特定することはできない。

なぜなら、光パケットが通過する経路上にｎ段のＳＯＡが配置するので、上記のように、出力ポートで光パケットが受信されるか否かを認識しても、光パケットが通過する経路上に配置された複数のＳＯＡに対して、どのＳＯＡに障害が発生しているかを特定できないからである。

また、このようなシステムに対して、ＳＯＡ出力を個別にモニタして障害を見つける方法も考えられるが、この方法も適用することは不可能である。以下、この理由について説明する。

通常の光回線切り替えシステムでは、光パワーをモニタして信号の状態監視を行っている。図２９は光パワーのモニタ動作を示す図である。ＬＤ（Laser Diode）１１１は光信号を発出し、ＰＤ（Photo Diode）１１３は、カプラ１１２で分岐された光信号の光強度をモニタする。モニタ結果は、ＬＤ１１１へ送信され、ＬＤ１１１は、モニタ結果にもとづき、光強度をフィードバック調節しながら光信号を発出する（ＬＤを光アンプとしてもよい）。このように、従来の光回線切り替えシステムでは、ＰＤにより光信号をモニタして光信号の状態を監視することができるので、モニタ結果からＬＤ（または光アンプ）の動作状態を認識可能である。

しかし、このような状態監視機構を、多段接続したＳＯＡを含む光パケットスイッチシステムに対して同じように適用することはできない。すなわち、ＬＤをＳＯＡに代えて、ＳＯＡからの出力をＰＤでモニタするといったような機構をとることはできない。

なぜなら、ＳＯＡでは、数１００ｎｓ程度の光パケットの高速ゲーティングを行っているので、回路内部の時定数によって応答特性が決まるＰＤでこのように高速に通過する光パケット信号を監視しても、ＰＤでは明確なパルス強度を認識できないからである（実際には振幅がつぶれたような波形しか観測できない）。

したがって、ＳＯＡにはＰＤを使用した通常の状態監視機構を適用することができず、このため、大規模な多ポートシステムになるほど、ＳＯＡの数が非常に多くなり、このようなスイッチシステムで、ＳＯＡに何らかの障害が生じると、従来では有効な障害特定機構が存在しなかったので、どのＳＯＡに障害が発生したのか特定することが非常に困難であり、信頼性の低下を引き起こしていた。

以上説明したように、ＳＯＡは、高速光パケットスイッチング技術の主要な光デバイスとして期待されているが、ＳＯＡを使用した従来のスイッチシステムでは、スイッチが大規模化するほど上記のような問題点が顕著に現れて、伝送品質の劣化を招いていた。このため光通信分野においては、クロストーク成分を抑制し、ＯＳＮＲが向上し、かつ効率的な障害箇所検出を行う光パケットスイッチシステムの実現が強く要望されている。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、隣接ポートからのクロストーク成分の増加及びＯＳＮＲ劣化の改善を図り、かつ障害箇所を効率よく検出して、光パケットスイッチング制御における伝送品質、信頼性及びシステム管理の向上を図った光パケットスイッチシステムを提供することを目的とする。

本発明では上記課題を解決するために、図１に示すような、光パケット伝送を行う光パケットスイッチシステム１において、入力ポート＃１〜＃ｎと出力ポート＃１〜＃ｎとを接続するためのポート間接続要求を生成して、光パケットを送出する入力ラインカード１０−１〜１０−ｎと、半導体光増幅器を用いたゲートスイッチを含み、入力ラインカード１０−１〜１０−ｎから送出された光パケットが通過する経路上にゲートスイッチを多段接続し、複数のゲートスイッチに光パケットを分配して、ゲートスイッチのＯＮ／ＯＦＦのゲーティング動作により光パケットを選択し、非選択経路から流れてくる雑音信号を、最終段のゲートスイッチがＯＦＦとなることで吸収して、光パケットのスイッチングを行う光パケットスイッチ部４０と、ポート間接続要求にもとづき、要求された経路を生成するように、光パケットスイッチ部４０内のゲートスイッチのＯＮ／ＯＦＦを駆動制御するスイッチ制御部３０と、スイッチングされた光パケットを受信して、出力ポート＃１〜＃ｎから送出する出力ラインカード２０−１〜２０−ｎと、を有することを特徴とする光パケットスイッチシステム１が提供される。

ここで、入力ラインカード１０−１〜１０−ｎは、入力ポート＃１〜＃ｎと出力ポート＃１〜＃ｎとを接続するためのポート間接続要求を生成して、光パケットを送出する。光パケットスイッチ部４０は、半導体光増幅器を用いたゲートスイッチを含み、入力ラインカード１０−１〜１０−ｎから送出された光パケットが通過する経路上にゲートスイッチを多段接続し、複数のゲートスイッチに光パケットを分配して、ゲートスイッチのＯＮ／ＯＦＦのゲーティング動作により光パケットを選択し、非選択経路から流れてくる雑音信号を、最終段のゲートスイッチがＯＦＦとなることで吸収して、光パケットのスイッチングを行う。スイッチ制御部３０は、ポート間接続要求にもとづき、要求された経路を生成するように、光パケットスイッチ部４０内のゲートスイッチのＯＮ／ＯＦＦを駆動制御する。出力ラインカード２０−１〜２０−ｎは、スイッチングされた光パケットを受信して、出力ポート＃１〜＃ｎから送出する。

本発明の光パケットスイッチシステムは、半導体光増幅器を用いたゲートスイッチを含み、光パケットが通過する経路上にゲートスイッチを多段接続し、複数のゲートスイッチに光パケットを分配して、ゲートスイッチのＯＮ／ＯＦＦのゲーティング動作により光パケットを選択する際に、非選択経路から流れてくる雑音信号を、最終段のゲートスイッチがＯＦＦとなることで吸収して、光パケットのスイッチングを行う構成とした。これにより、隣接ポートからのクロストーク成分の増加及びＯＳＮＲ劣化を抑制することができ、光パケットスイッチング制御における伝送品質及び信頼性の向上を図ることが可能になる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は光パケットスイッチシステムの原理図である。光パケットスイッチシステム１は、入力ラインカード１０−１〜１０−ｎ、出力ラインカード２０−１〜２０−ｎ、スイッチ制御部３０、光パケットスイッチ部４０から構成され、集積化ゲートスイッチによる分配・選択型の光パケットスイッチングを行うシステムである。

入力ラインカード１０−１〜１０−ｎは、入力ポート＃１〜＃ｎからパケット（電気信号）を受信すると、入力ポート＃１〜＃ｎと出力ポート＃１〜＃ｎとを接続するためのポート間接続要求を生成して、ポート間接続要求をスイッチ制御部３０へ送信する。そして、パケットのＥ／Ｏ変換を行って光パケットを生成し、光パケットスイッチ部４０へ送出する。なお、以降では単にパケットと表記した場合は電気信号のパケットを意味するものとする（光パケットは光信号のパケット）。

光パケットスイッチ部４０は、半導体光増幅器を用いたゲートスイッチ（ＳＯＡ）を含み、入力ラインカード１０−１〜１０−ｎから送出された光パケットが通過する経路上にゲートスイッチを多段接続した構成をとる。図ではゲートスイッチｇ１１〜ｇ１ｍが横方向に並んでいるのでｍ段の多段接続となる（図のゲートスイッチの符号ｇｉｊは、行番号をｉ、列番号をｊとして示している）。

そして、複数のゲートスイッチに光パケットを分配（Broadcast）して、ゲートスイッチのＯＮ／ＯＦＦのゲーティング動作により光パケットを選択（Select）し、非選択経路から流れてくる雑音信号を、最終段のゲートスイッチがＯＦＦとなることで吸収して、光パケットのスイッチングを行う。

スイッチ制御部３０は、ポート間接続要求にもとづき、要求されたスイッチ経路を生成するように、光パケットスイッチ部４０内のゲートスイッチのＯＮ／ＯＦＦを駆動制御する。

出力ラインカード２０−１〜２０−ｎは、スイッチングされた光パケットを受信して、Ｏ／Ｅ変換を行って電気信号のパケットを生成し、出力ポート＃１〜＃ｎから伝送路へ向けて送出する。

次に光パケットスイッチシステム１によって、隣接ポートからのクロストークの低減化及びＯＳＮＲの改善がなされる理由について説明する。なお、以降ではゲートスイッチをＳＯＡと呼ぶ。

図２は多段接続ＳＯＡによるゲーティングを示す図である。光パケットスイッチシステム１によるゲーティング動作のモデル例を示している。光パケットスイッチ部４０の内部構成として、ＳＯＡｇ１、ｇ２の出力ラインが合波カプラＣａと接続し、ＳＯＡｇ３、ｇ４の出力ラインが合波カプラＣｂと接続する。そして、合波カプラＣａ、Ｃｂそれぞれの出力段にはＳＯＡｇ５、ｇ６が配置し、ＳＯＡｇ５、ｇ６の出力ラインが合波カプラＣｃと接続する。

ここで、光パケットｓ１をゲートスイッチングして合波カプラＣｃから送出する場合を考える。ＳＯＡｇ１がＯＦＦで、ＳＯＡｇ２がＯＮのとき、合波カプラＣａは、ＳＯＡｇ２で増幅・選択された光パケットｓ１と、ＳＯＡｇ１単体から放出される雑音成分とを合波することになるが、ＳＯＡ単体の消光比は高く、ＳＯＡｇ１のＯＦＦ時に放出される雑音成分だけでは、後段での符号識別処理する際には何ら問題ないほどのわずかなレベルであるので、合波カプラＣａの出力の光パケットｓ１にはクロストークの影響はない。また、合波カプラＣｂでは、ＳＯＡｇ３、ｇ４がＯＦＦなので、ＳＯＡｇ３、ｇ４から送出される雑音成分を合波して出力する。

ＳＯＡｇ５は、ＯＮとなり、光パケットｓ１を増幅して選択する。一方、ＳＯＡｇ６は、ＯＦＦとなって、合波カプラＣｂから出力された雑音成分を吸収（抑制）することになる。合波カプラＣｃは、選択された光パケットｓ１とＳＯＡｇ６単体から放出される雑音成分とを合波することになるが、ＳＯＡ単体の消光比は高く、ＳＯＡｇ６のＯＦＦ時に放出される雑音成分だけでは、後段での符号識別処理する際には何ら問題ないほどのわずかなレベルであるので、合波カプラＣｃの出力の光パケットｓ１にはクロストークの影響はない。

ここで、図２７の（Ｂ）で上述したように、従来においては、１段型ＳＯＡの中で選択されずにＯＦＦとなった複数のＳＯＡから流れてくる雑音成分（複数の非選択経路から流れてくる雑音成分）と、１段型ＳＯＡの中で選択されてＯＮとなった１つのＳＯＡから出力される信号とを合波カプラで重畳していたので、累積雑音が大きく、隣接ポートからのクロストークの影響を強く受けていた。

一方、光パケットスイッチシステム１では、ＳＯＡを多段に接続して（図２では簡単な例として２段）、最終段のＳＯＡｇ６で非選択経路から流れてきた雑音成分を吸収し、合波カプラＣｃでは、選択された光パケットｓ１と、ＳＯＡｇ６単体からの雑音成分とを合波する（非選択経路から流れてきた雑音成分が、ＯＦＦ時のＳＯＡ単体から放出されるわずかなレベルの雑音成分に取って代わったイメージである）。これにより、合波カプラＣｃでは雑音が蓄積することがなくなり、隣接ポートからのクロストーク成分を低減化することが可能である。

また、ＯＳＮＲについては、多ポートの大規模スイッチシステムに光パケットスイッチシステム１を適用すると、分岐カプラによる分岐数が多くなっても、光パケットが通過する経路上にはＳＯＡが多段接続しているので（すなわち、分岐カプラの後段にはＳＯＡが配置されていることになるので）、分岐損失が生じるたびにＳＯＡで補償され、信号レベルの低下を抑制することができる。また、ＳＯＡによる累積雑音も、上述のように、最手段ＳＯＡがＯＦＦとなることで遮断されるので、所望のＯＳＮＲを得ることが可能になる。

なお、分岐損失補償として、エルビウムドープ光増幅器ＥＤＦＡ（Erbium-Doped Fiber Amplifier）などの希土類添加ファイバ型アンプを使用することも考えられるが、ＥＤＦＡを光パケットスイッチ中間部に配置して信号レベルを保つことはできない。なぜなら、ＥＤＦＡ中の希土類イオンの寿命時間は長く、光パケット信号を数１００ｎｓオーダでゲーティング制御するには追従することができないからである。

このため、光パケットスイッチシステム１では、増幅機能と半導体のキャリア寿命時間レベルでゲート動作するＳＯＡを、光パケットが通過する経路上に多段接続することで、分岐損失の問題点も解消している。

次に光パケットスイッチシステム１内部の概略の構成、動作がわかるように、２×２及び４×４の単純なスイッチ構成をとった場合を例にして説明する。図３は光パケットスイッチシステムの概略構成を示す図である。２×２の光パケットスイッチングを行う構成を示している。光パケットスイッチシステム１−１は、入力ラインカード１０ａ−１、１０ａ−２、出力ラインカード２０ａ−１、２０ａ−２、スイッチ制御部３０ａ、光パケットスイッチ部４０ａから構成される。

入力ラインカード１０ａ−１、１０ａ−２は、キューＱ１、Ｑ２、Ｅ／Ｏ１１を含む。出力ラインカード２０ａ−１、２０ａ−２は、キューｑ１、ｑ２、Ｏ／Ｅ２１を含む。なお、入力ラインカード及び出力ラインカードは、入出力のポート数と同じ数だけのキューを持つものである。したがって、Ｎ×Ｎのスイッチングなら、入出力ポート数はそれぞれＮポートなので、１枚のラインカードにはキューはＮ個配置されることになる。

光パケットスイッチ部４０ａは、分岐スイッチ部４１ａ−１、４１ａ−２、合波スイッチ部４２ａ−１、４２ａ−２から構成される。分岐スイッチ部４１ａ−１は、カプラＣ１、ＳＯＡ１ａ、２ａを含み、分岐スイッチ部４１ａ−２は、カプラＣ２、ＳＯＡ１ｂ、２ｂを含む。合波スイッチ部４２ａ−１は、カプラＣ３、ＳＯＡ３ａ、４ａを含み、合波スイッチ部４２ａ−２は、カプラＣ４、ＳＯＡ３ｂ、４ｂを含む。

次に入力ポート＃１から入力したパケットを、出力ポート＃２へスイッチングする場合の概略動作について説明する。なお、入力ラインカード１０ａ−１、１０ａ−２及び出力ラインカード２０ａ−１、２０ａ−２と、スイッチ制御部３０ａとの制御情報のやりとりに関する動作は省略する（入出力ラインカードとスイッチ制御部との通信は図８〜図１０で後述する）。

入力ラインカード１０ａ−１は、入力ポート＃１を通じてパケットを受信すると、キューＱ２へ格納する。キューと出力ポートとの番号は対応しており、例えば、出力ポート＃Ｎへ向けてパケットをスイッチングするのならば、入力ラインカードは、Ｎ番目のキューにパケットを格納することになる。したがって、ここでは出力ポート＃２へスイッチングするので、キューＱ２へ格納することになる。そして、Ｅ／Ｏ１１は、キューＱ２から出力されたパケットを光信号に変換して光パケットを生成し、光パケットスイッチ部４０ａへ送信する。

分岐スイッチ部４１ａ−１では光パケットを受信すると、カプラＣ１は、光パケットを２分岐してＳＯＡ１ａ、２ａに分配する。ＳＯＡ１ａ、２ａはそれぞれ、光パケットに対して、スイッチ制御部３０ａの駆動指示にもとづいてＯＮ／ＯＦＦを行う。ここでは、ＳＯＡ１ａはＯＦＦ、ＳＯＡ２ａはＯＮとなる。なお、ＯＮとなったＳＯＡ２ａは、光パケットを増幅して出力するため、カプラＣ１での分岐損失は補償される。

合波スイッチ部４２ａ−２では光パケットを受信すると、ＳＯＡ３ｂは、スイッチ制御部３０ａの駆動指示にもとづいてＯＮとなる（ＳＯＡ４ｂはＯＦＦとなる）。そして、ＳＯＡ３ｂで選択された光パケットは、カプラＣ４を介して出力ラインカード２０ａ−２へ向けて送出される。

なお、カプラＣ４においては、ＳＯＡ３ｂで選択された光パケットと、ＳＯＡ４ｂ単体から放出される雑音成分とを合波することになるが、ＳＯＡ単体の消光比は高く、ＳＯＡ４ｂのＯＦＦ時に放出される雑音成分だけでは、後段での符号識別処理する際には何ら問題ないほどのわずかなレベルであるので、クロストークの影響はなく、所望のＯＳＮＲも十分満たしている。

出力ラインカード２０ａ−２に対し、Ｏ／Ｅ２１は、光パケットを電気信号に変換し、キューｑ１へ出力する。そして、キューｑ１は、バッファリングしたパケットを出力ポート＃２から送出する。

次に４×４の場合について図４、図５を用いて説明する。図４は光パケットスイッチシステムの概略構成を示す図である。光パケットスイッチシステム１−２は、入力ラインカード１０ｂ−１〜１０ｂ−４、出力ラインカード２０ｂ−１〜２０ｂ−４、スイッチ制御部３０ｂ、光パケットスイッチ部４０ｂから構成される。

入力ラインカード１０ｂ−１〜１０ｂ−４は、キューＱ１〜Ｑ４、Ｅ／Ｏ１１を含む。出力ラインカード２０ｂ−１〜２０ｂ−４は、キューｑ１〜ｑ４、Ｏ／Ｅ２１を含む（入出力ポート数はそれぞれ４ポートなので、１枚の入出力ラインカードにキューは４個配置されている）。

図５は光パケットスイッチ部４０ｂの内部構成を示す図である。光パケットスイッチ部４０ｂは、前段分岐スイッチ部４１ｂ−１〜４１ｂ−４、後段分岐スイッチ部４２ｂ−１〜４２ｂ−８、合波カプラ部４３ｂ−１〜４３ｂ−８、合波スイッチ部４４ｂ−１〜４４ｂ−４から構成される。

前段分岐スイッチ部４１ｂ−１は、カプラＣ１、ＳＯＡ１ａ、２ａを含む。前段分岐スイッチ部４１ｂ−２は、カプラＣ２、ＳＯＡ１ｂ、２ｂを含む。前段分岐スイッチ部４１ｂ−３は、カプラＣ３、ＳＯＡ１ｃ、２ｃを含む。前段分岐スイッチ部４１ｂ−４は、カプラＣ４、ＳＯＡ１ｄ、２ｄを含む。

後段分岐スイッチ部４２ｂ−１は、カプラＣ５、ＳＯＡ３ａ、４ａを含み、後段分岐スイッチ部４２ｂ−２は、カプラＣ６、ＳＯＡ５ａ、６ａを含む。後段分岐スイッチ部４２ｂ−３は、カプラＣ７、ＳＯＡ３ｂ、４ｂを含み、後段分岐スイッチ部４２ｂ−４は、カプラＣ８、ＳＯＡ５ｂ、６ｂを含む。

後段分岐スイッチ部４２ｂ−５は、カプラＣ９、ＳＯＡ３ｃ、４ｃを含み、後段分岐スイッチ部４２ｂ−６は、カプラＣ１０、ＳＯＡ５ｃ、６ｃを含む。後段分岐スイッチ部４２ｂ−７は、カプラＣ１１、ＳＯＡ３ｄ、４ｄを含み、後段分岐スイッチ部４２ｂ−８は、カプラＣ１２、ＳＯＡ５ｄ、６ｄを含む。

合波カプラ部４３ｂ−１は、カプラＣ１３を含み、合波カプラ部４３ｂ−２は、カプラＣ１４を含む。合波カプラ部４３ｂ−３は、カプラＣ１５を含み、合波カプラ部４３ｂ−４は、カプラＣ１６を含む。

合波カプラ部４３ｂ−５は、カプラＣ１７を含み、合波カプラ部４３ｂ−６は、カプラＣ１８を含む。合波カプラ部４３ｂ−７は、カプラＣ１９を含み、合波カプラ部４３ｂ−８は、カプラＣ２０を含む。

合波スイッチ部４４ｂ−１は、ＳＯＡ７ａ、８ａ、カプラＣ２１を含む。合波スイッチ部４４ｂ−２は、ＳＯＡ７ｂ、８ｂ、カプラＣ２２を含む。合波スイッチ部４４ｂ−３は、ＳＯＡ７ｃ、８ｃ、カプラＣ２３を含む。合波スイッチ部４４ｂ−４は、ＳＯＡ７ｄ、８ｄ、カプラＣ２４を含む。

次に入力ポート＃１から入力したパケットを、出力ポート＃２へスイッチングする場合の概略動作について説明する。なお、入出力ラインカードとスイッチ制御部とのやりとりは省略する。

入力ラインカード１０ｂ−１は、入力ポート＃１を通じてパケットを受信すると、キューＱ２へ格納する。Ｅ／Ｏ１１は、キューＱ２から出力されたパケットを光信号に変換して光パケットを生成し、光パケットスイッチ部４０ｂへ送信する。

前段分岐スイッチ部４１ｂ−１では光パケットを受信すると、カプラＣ１は、光パケットを２分岐してＳＯＡ１ａ、２ａに分配する。ＳＯＡ１ａ、２ａはそれぞれ、光パケットに対して、スイッチ制御部３０ｂの駆動指示にもとづき、ＳＯＡ１ａはＯＮ、ＳＯＡ２ａはＯＦＦとなる。ＯＮとなったＳＯＡ１ａは、光パケットを増幅して出力するため、カプラＣ１での分岐損失を補償する。

後段分岐スイッチ部４２ｂ−１では光パケットを受信すると、カプラＣ５は、光パケットを２分岐してＳＯＡ３ａ、４ａに分配する。ＳＯＡ３ａ、４ａはそれぞれ、光パケットに対して、スイッチ制御部３０ｂの駆動指示にもとづき、ＳＯＡ３ａはＯＦＦ、ＳＯＡ４ａはＯＮとなる。ＯＮとなったＳＯＡ４ａは、光パケットを増幅して出力するため、カプラＣ５での分岐損失を補償する。

合波カプラ部４３ｂ−３のカプラＣ１５は、ＳＯＡ４ａで選択された光パケットと、ＯＦＦであるＳＯＡ４ｂから放出される雑音成分とを合波して、ＳＯＡ７ｂへ送出する（ＳＯＡ単体の消光比は高いので、ＳＯＡ４ｂ単体から放出される雑音成分はわずかなレベルであり、この雑音成分を、選択された光パケットに重畳しても問題はない）。

合波スイッチ部４４ｂ−２では光パケットを受信すると、ＳＯＡ７ｂは、スイッチ制御部３０ｂの駆動指示にもとづいてＯＮとなる（ＳＯＡ８ｂはＯＦＦとなる）。そして、ＳＯＡ７ｂで選択された光パケットは、カプラＣ２２を介して出力ラインカード２０へ向けて送出される。

なお、非選択経路からＳＯＡ８ｂへ流れてくる雑音成分は、最終段のＳＯＡ８ｂがＯＦＦとなることで吸収されることになる。したがって、カプラＣ２２においては、ＳＯＡ７ｂで選択された光パケットと、ＳＯＡ８ｂ単体から放出される雑音成分とを合波することになるが、ＳＯＡ単体の消光比は高く、ＳＯＡ８ｂのＯＦＦ時に放出される雑音成分だけでは、後段での符号識別処理する際には何ら問題ないほどのわずかなレベルである。

したがって、光パケットスイッチ部４０ｂから出力ラインカード２０ｂ−２へ送出される光パケットは、隣接ポートから受けるクロストーク成分が低減し、ＯＳＮＲも改善していることになる。

出力ラインカード２０ｂ−２に対し、Ｏ／Ｅ２１は、光パケットを電気信号に変換し、キューｑ１へ出力する。そして、キューｑ１は、バッファリングしたパケットを出力ポート＃２から送出する。

次に多ポートの大規模システムに適用した光パケットスイッチシステム１の概略構成について説明する。図６、図７は光パケットスイッチシステムの概略構成を示す図である。光パケットスイッチシステム１−３は、２５６×２５６のスイッチであり、入力ラインカード１０ｃ、出力ラインカード２０ｃ、スイッチ制御部３０ｃ、光パケットスイッチ部４０ｃから構成され、光パケットスイッチ部４０ｃは、前段分岐スイッチ部４１ｃ、後段分岐スイッチ部４２ｃ、合波カプラ部４３ｃ、合波スイッチ部４４ｃから構成される。

なお、２５６×２５６スイッチなので、実際は入力ラインカード１０ｃと出力ラインカード２０ｃはそれぞれ２５６枚、光パケットスイッチ部４０ｃ内の前段分岐スイッチ部４１ｃと合波スイッチ部４４ｃも２５６枚、後段分岐スイッチ部４２ｃと合波カプラ部４３ｃはそれぞれ、１６×２５６枚必要となる。

前段分岐スイッチ部４１ｃは、分岐カプラ群Ｇ１とＳＯＡ群Ｇ２を含み、後段分岐スイッチ部４２ｃは、分岐カプラ群Ｇ３とＳＯＡ群Ｇ４を含み、合波カプラ部４３ｃは、合波カプラ群Ｇ５を含む。さらに、合波スイッチ部４４ｃは、ＳＯＡ群Ｇ６と合波カプラ群Ｇ７を含む。

入力ラインカード１０ｃから出力された光パケットは、前段分岐スイッチ部４１ｃ内の分岐カプラ群Ｇ１により１６分配されてＳＯＡ群Ｇ２へ送信される。ＳＯＡ群Ｇ２の中の１つのＳＯＡで増幅スイッチングされた光パケットは、後段分岐スイッチ部４２ｃ内の分岐カプラ群Ｇ３でさらに１６分配され、ＳＯＡ群Ｇ４へ送信され、所定の合波カプラ部へ送信される。

また、合波カプラ部４３ｃは、後段分岐スイッチ部４２ｃから送出された１６本の光信号（光パケットや雑音成分を含む）を合波カプラ群Ｇ５で１つの光信号に合波する。合波カプラ群Ｇ５から送出された合波光信号は、合波スイッチ部４４ｃ内のＳＯＡ群Ｇ６でスイッチングされ、ＳＯＡ群Ｇ６から出力された光信号は合波カプラ群Ｇ７で合波されて出力ラインカード２０ｃへ送出される。

２×２、４×４スイッチの構成と同様に、ＳＯＡ群Ｇ２、Ｇ４は、ＯＮ時には増幅出力するので、分岐損失を補償する。また、最終段のＳＯＡ群Ｇ６の中のＯＦＦとなるＳＯＡは、非選択経路から流れてくる雑音を遮断する。これにより、隣接ポート間のクロストーク成分を抑制し、ＯＳＮＲを向上させる（図からわかるように、光パケットスイッチシステム１の構成では、多ポート大規模化になるほど、クロストーク成分の抑制及びＯＳＮＲの向上といった効果をより得ることができる）。

次に入力ラインカード１０−１〜１０−ｎ（総称する場合は、入力ラインカード１０とする）及び出力ラインカード２０−１〜２０−ｎ（総称する場合は、出力ラインカード２０とする）と、スイッチ制御部３０とで行われる制御情報の通信（光パケット転送制御）について図８〜図１０を用いて説明する。

図８は入出力ラインカードとスイッチ制御部の内部構成を示す図である。入力ラインカード１０は、Ｅ／Ｏ１１、キューＱ１〜Ｑｎ、ポートプロセッサ１２から構成され、出力ラインカード２０は、Ｏ／Ｅ２１、キューｑ１〜ｑｎ、ポートプロセッサ２２から構成される。また、スイッチ制御部３０は、接続要求処理部３１、駆動制御部３２、転送経路監視部３３、統合管理部３４から構成される。

入力ラインカード１０に対し、パケットを受信すると、ポートプロセッサ１２は送信先のアドレスの処理を行って、行き先となる出力ポートを認識し、キューＱ１〜Ｑｎでは、ポートプロセッサ１２の指示にもとづいて、入力ポートに到達したパケットを該当するキューにバッファリングして出力ポート毎に集成する。Ｅ／Ｏ１１は、キューＱ１〜Ｑｎのいずれかから出力されたパケットを光信号に変換して光パケットを生成し、光パケットスイッチ部４０へ送出する。

ポートプロセッサ１２は、スイッチ制御部３０と光パケットスイッチングに関する制御情報（ポート間接続要求など）のやりとりを行う。また、入力ポートに到達したパケットに対して、行き先を解析し（どの出力ポートへ向けてスイッチングするのかを解析し）、該当の出力ポート番号と同一の番号を持つキューに対してパケットの蓄積処理を行う。

そして、ポートプロセッサ１２は、キューＱ１〜Ｑｎのパケット蓄積状況を管理し、ポート間接続要求をスイッチ制御部３０へ送信する（例えば、入力ポート＃１に対応する入力ラインカード１０−１において、出力ポート＃３へスイッチングしたいのならば、入力ポート＃１→出力ポート＃３へのスイッチング設定内容を含むポート間接続要求をスイッチ制御部３０へ送信する）。

スイッチ制御部３０に対し、接続要求処理部３１は、各入力ラインカードから上がってきたポート間接続要求を受信し、スイッチング時にポート間で衝突が起きないように接続経路を決定し、ポート接続可否情報を各ポートプロセッサに返信する。例えば図５で、入力ポート＃１、＃２からの接続要求が出力ポート＃１であったとき、ＳＯＡ３ａ、３ｂを同時にＯＮすると、ＳＯＡ７ａの入力部で衝突が生じるので、このような衝突が起きないように、要求されたポート接続が可能か否かを判断し、判断結果を返信する。また、接続要求処理部３１は、どの入力ポートから光パケットが流れてくるかの旨を示す送信元情報を、出力ラインカード２０内のポートプロセッサ２２へ通知する。

駆動制御部３２は、決定された接続経路にもとづいて、光パケットスイッチ部４０内のＳＯＡに対して駆動信号（駆動電流）を送出し、ＳＯＡのＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。転送経路監視部３３は、入力ラインカード１０→光パケットスイッチ部４０→出力ラインカード２０へ流れる光パケットの転送経路を監視する（障害処理も含む）。

統合管理部３４は、複数の入力ラインカード及び複数の出力ラインカードとで送受信する制御情報の統合管理を行って、接続要求処理部３１、駆動制御部３２及び転送経路監視部３３に対して集中制御を行う。例えば、駆動制御部３２に対して、所望のタイミングでＳＯＡの切り替えを行うための指示信号を送出したりする。

出力ラインカード２０に対し、Ｏ／Ｅ２１は自カードに到達した光パケットを電気信号に変換し、電気のパケットを生成する。キューｑ１〜ｑｎは、ポートプロセッサ２２の指示にもとづいて、パケットを該当キューにバッファリングして入力ポート毎に集成する。

ポートプロセッサ２２は、スイッチ制御部３０と光パケットスイッチングに関する制御情報のやりとりを行う。また、スイッチ制御部３０からの送信元情報を受信して、受信パケットがどの入力ポートからスイッチングされたものかを認識し、該当の入力ポート番号と同一の番号を持つキューに対してパケットの蓄積処理を行う。蓄積されたパケットは、ポートプロセッサ２２の指示にもとづいて、出力ポートから送出される。また、光パケットを正常に受信したか否かの光パケット受信通知をスイッチ制御部３０へ送信する。

なお、入力ラインカード１０及び出力ラインカード２０と、光パケットスイッチ部４０との同期は、同一クロックを有する制御信号をスイッチ制御部３０から各入出力ラインカードへ分配する。各入出力ラインカードでは、その制御信号からクロック抽出を行い、入力ラインカード１０では、所望の送信タイミングにおいて、光パケットスイッチ部４０へ光パケットを送出し、出力ラインカード２０では、所望の受信タイミングにおいて、光パケットスイッチ部４０から送出される光パケットを受信する。このように、各ユニット間では同期がとれて動作することになる。

図９は入出力ラインカードとスイッチ制御部との通信を示すシーケンス図である。
〔Ｓ１〕入力ラインカード１０は、キューＱｉに蓄積されているパケットに関するポート間接続要求ｒ１をスイッチ制御部３０へ送信する。

〔Ｓ２〕入力ラインカード１０は、キューＱｊに蓄積されているパケットに関するポート間接続要求ｒ２をスイッチ制御部３０へ送信する。
〔Ｓ３〕スイッチ制御部３０は、ポート間接続要求ｒ１のＡＣＫ（応答）を入力ラインカード１０へ返信する。このとき、アービトレーション（Arbitration）時間が経過した後にＡＣＫを出力する。アービトレーション時間とは、スイッチング時にポート間衝突を回避するに要する時間であり、光パケット転送間隔時間と等しい。

〔Ｓ４〕スイッチ制御部３０は、どの入力ポートから光パケットが流れてくるかの旨を示す送信元情報を出力ラインカード２０へ通知する。
〔Ｓ５〕入力ラインカード１０は、キューＱｉに蓄積されていた情報の光パケットＰ１を送出する。このとき、入力ラインカード１０では、ポート間接続要求ｒ１を送信してから、光パケット送信待ち時間を経過した後に光パケットＰ１を送出する。光パケットＰ１は、光パケットスイッチ部４０でスイッチングされた後、出力ラインカード２０で受信される。

〔Ｓ６〕スイッチ制御部３０は、ポート間接続要求ｒ２のＡＣＫを、ポート間接続要求ｒ２を受信してからアービトレーション時間経過後に、入力ラインカード１０へ返信する。

〔Ｓ７〕スイッチ制御部３０は、どの入力ポートから光パケットが流れてくるかの旨を示す送信元情報を出力ラインカード２０へ通知する。
〔Ｓ８〕入力ラインカード１０は、キューＱｊに蓄積されていた情報の光パケットＰ２を送出する。このとき、入力ラインカード１０では、ポート間接続要求ｒ２を送信してから、光パケット送信待ち時間を経過した後に光パケットＰ２を送出する。光パケットＰ２は、光パケットスイッチ部４０でスイッチングされた後、出力ラインカード２０で受信される。

〔Ｓ９〕出力ラインカード２０は、光パケットを受信すると、光パケット受信通知（正常）をスイッチ制御部３０へ送信する。なお、正常受信できなかった場合には、光パケット受信通知（異常）を送信する。

〔Ｓ１０〕スイッチ制御部３０は、出力ラインカード２０から送信された光パケット受信通知（正常）を入力ラインカード１０へ送信する。
図１０は入力ラインカード１０での送信タイミングチャートを示す図である。入力ラインカード１０は、ポート間接続要求ｒ１〜ｒ５を送信する。そして、スイッチ制御部３０から送信された、それぞれの接続要求に対応するＡＣＫを受信する。

入力ラインカード１０は、ポート間接続要求ｒ１に対応するＡＣＫを受信すると、光パケットＰ１を送出する。同様に、ポート間接続要求ｒ２に対応するＡＣＫを受信すると、光パケットＰ２を送出する。

ここで、ポート間接続要求ｒ１を送信してから光パケットＰ１を送出するまでには、光パケット送信待ち時間の時間間隔がある。光パケット送信待ち時間＝（制御情報送信遅延時間）＋（アービトレーション時間）＋（ガードタイム）である。

制御情報送信遅延時間は、制御情報（ポート間接続要求など）を入力ラインカード１０から送信してスイッチ制御部３０で受信するまでの時間である。また、ガードタイムは、ガードタイム＝（光パケットスイッチ部４０でのスイッチ切り替え時間）＋（スキュー）＋（マージン）となる。

なお、ここでのスキューとは、入力ラインカード１０と光パケットスイッチ部４０とをつなぐ光ファイバケーブルの距離に伴う、光パケット伝送の伝搬遅延時間の変動分である。これらの遅延時間は、ガードタイムによって補償する。また、光パケットを送出する場合、ガードタイムの時間間隔を空けて、光パケットＰ１、Ｐ２、・・・それぞれを、光パケットスイッチ部４０へ送出することになる。

このように、入出力ラインカードとスイッチ制御部３０で制御情報の通信を行うことで、入力ラインカード１０、出力ラインカード２０及びスイッチ制御部３０の各ユニットでは、どの入力ポートから入ってきたパケットが、どの出力ポートへ転送されるか（どの入力ポートとどの出力ポートがつながっているか）といったスイッチ経路を各自独立して認識することができ、各ユニット間で同期をとりながら、効率よく光パケット転送処理を行うことが可能になる。

なお、上記では、入出力ラインカード内のポートプロセッサと、スイッチ制御部３０とで、主に光パケット転送に関する制御情報のやりとりを示したが、ポートプロセッサ１２、２２と、スイッチ制御部３０では、その他の多様な制御情報（例えば、障害情報やＯＡＭ（Operation Administration and Maintenance）情報など）を互いに通知して、統括した制御を行うものである。

また、スイッチ制御部３０の統合管理部３４には、保守端末が接続可能であり、現在の光パケットスイッチング状態をリアルタイムに保守端末の画面上に表示させたり、または保守端末からの指示にもとづいて、各構成要素の動作をオペレータが制御することも可能である（例えば、ＳＯＡのＯＮ／ＯＦＦ駆動の制御など）。

次に光パケット及び制御情報のフォーマットについて説明する。図１１はポート間接続要求とポート間接続要求応答のフォーマットを示す図である。ポート間接続要求ｒｅｑ１は、送信アドレス（入力ラインカードの番号及び入力ポート番号）、受信アドレス（出力ラインカードの番号及び出力ポートの番号）、パケット長から構成される。ポート間接続要求応答ｒｅｑ２（ＡＣＫ）は、送信アドレス（入力ラインカードの番号及び入力ポート番号）、受信アドレス（出力ラインカードの番号及び出力ポートの番号）、セッション（光パケット転送サイクル）識別番号から構成される。

図１２は送信元情報と送信元応答情報のフォーマットを示す図である。送信元情報Ｄ１は、送信アドレス（入力ラインカードの番号及び入力ポート番号）、受信アドレス（出力ラインカードの番号及び出力ポートの番号）、パケット長から構成される。送信元応答情報Ｄ２（ＡＣＫ）は、送信アドレス（入力ラインカードの番号及び入力ポート番号）、受信アドレス（出力ラインカードの番号及び出力ポートの番号）、セッション識別番号から構成される。

図１３は光パケットのフォーマットを示す図である。光パケットＰは、送信アドレス（入力ラインカードの番号及び入力ポート番号）、受信アドレス（出力ラインカードの番号及び出力ポートの番号）、セッション識別番号、ペイロードから構成される。

図１４は光パケット受信通知のフォーマットを示す図である。光パケット受信通知Ｅ１は、送信アドレス（入力ラインカードの番号及び入力ポート番号）、受信アドレス（出力ラインカードの番号及び出力ポートの番号）、セッション識別番号、受信可否から構成される。

次に光パケットスイッチシステム１における、障害が発生している箇所を特定するための障害特定処理について説明する。上述したように、従来の出力ポート毎に対応してＳＯＡが配置する１段型ＳＯＡスイッチでは、出力ポート側で光が受信できるか否かをモニタしておけば、どのＳＯＡで不具合が発生しているかを判別できたが、光パケットスイッチシステム１のように、光パケットが通過するラインに、ＳＯＡが多段に接続している場合には、複数のＳＯＡの障害が関与する可能性があるため、１段型ＳＯＡスイッチのような単純な方法で障害箇所を特定することはできない。

また、ＳＯＡでは１００ｎｓ程度の高速光パケットのスイッチングを行うので、光パケットがＳＯＡを正常に通過したか否かをＰＤ等の回路で検出することはできず、ＳＯＡに障害が発生しても、どのＳＯＡが故障なのかを判別することは困難であった。

これに対して、光パケットスイッチシステム１の障害特定処理では、入力ポートと出力ポートをつなぐEnd−End間でのポート間接続情報をモニタしておき、この統計情報を解析することで、障害が発生しているＳＯＡ（以下、障害ＳＯＡと呼ぶ）の特定を行う。

例えば、図５を例にして説明すると、入力ポート＃１からの光パケットが、出力ポート＃１から送出できない場合には、ＳＯＡ１ａ、３ａ、７ａに障害が発生している可能性がある。このとき、入力ポート＃２からの光パケットが、出力ポート＃１から送出可能ならば、ＳＯＡ７ａは正常と判別でき、さらに、入力ポート＃１からの光パケットが、出力ポート＃２から送出可能ならば、ＳＯＡ１ａは正常と判別できる。したがって、この場合の障害ＳＯＡは、ＳＯＡ３ａと特定できる。このように、他ポートのポート間接続情報を解析して、障害ＳＯＡを絞り込んで特定する。

次に障害特定処理についてさらに詳しく説明する。図１５は障害特定処理の動作を説明するための図である。ＳＯＡが多段接続された光パケットスイッチシステム１のモデル例を示している。

入力ポート＃１〜＃３は、分岐カプラＣ１ａ〜Ｃ１ｃにそれぞれ接続する。分岐カプラＣ１ａの分岐出力ラインはＳＯＡｇ１〜ｇ３と接続し、分岐カプラＣ１ｂの分岐出力ラインはＳＯＡｇ４〜ｇ６と接続し、分岐カプラＣ１ｃの分岐出力ラインはＳＯＡｇ７〜ｇ９と接続する。

ＳＯＡｇ１、ｇ４、ｇ７の出力ラインは、合波カプラＣ２ａと接続し、ＳＯＡｇ２、ｇ５、ｇ８の出力ラインは、合波カプラＣ２ｂと接続し、ＳＯＡｇ３、ｇ６、ｇ９の出力ラインは、合波カプラＣ２ｃと接続する。

合波カプラＣ２ａの出力ラインは、ＳＯＡｇ１０と接続し、ＳＯＡｇ１０の出力ラインが出力ポート＃１と接続する。合波カプラＣ２ｂの出力ラインは、ＳＯＡｇ１１と接続し、ＳＯＡｇ１１の出力ラインが出力ポート＃２と接続する。合波カプラＣ２ｃの出力ラインは、ＳＯＡｇ１２と接続し、ＳＯＡｇ１２の出力ラインが出力ポート＃３と接続する。

ここで、セッション（光パケット転送サイクル）Ｓｅ１で、光パケットＰ１１〜Ｐ１３が入力ポート＃１〜＃３から入力し、セッションＳｅ２で、光パケットＰ２１〜Ｐ２３が入力ポート＃１〜＃３から入力し、セッションＳｅ３で、光パケットＰ３１〜Ｐ３３が入力ポート＃１〜＃３から入力する。なお、図の光パケットに記した＃番号は、出力ポートの番号を指す。例えば、光パケットＰ１１は、＃２なので、出力ポート＃２へスイッチングされるものである。

このような光パケットのスイッチングを行うときに、ＳＯＡスイッチング機能が正常であるならば、出力ポート＃１〜＃３からはそれぞれ、セッションＳｅ１で光パケットＰ１３、Ｐ１１、Ｐ１２が送出し、セッションＳｅ２で光パケットＰ２１、Ｐ２２、Ｐ２３が送出し、セッションＳｅ３で光パケットＰ３３、Ｐ３１、Ｐ３２が送出する。

このようなスイッチ制御に対して、光パケットＰ１１、Ｐ１２、Ｐ２１、Ｐ３３、Ｐ３１、Ｐ３２が正常受信できなかった場合を考える。図１６に光パケットＰ１１、Ｐ１２、Ｐ２１、Ｐ３１、Ｐ３２が正常受信できなかった場合を示す。

図１７はポート間接続情報テーブルを示す図である。光パケットスイッチシステム１では、入力ラインカード１０及び出力ラインカード２０内のポートプロセッサ１２、２２と、スイッチ制御部３０内の転送経路監視部３３とで、ポート間接続情報テーブルＴ１を有する。ポート間接続情報テーブルＴ１には、入力ポートと出力ポートをつなぐEnd−End間でのポート間接続情報が記される。

図１６の例について、ポート間接続情報テーブルＴ１を横方向に見ると、入力ポート＃１では、セッションＳｅ１〜Ｓｅ３のそれぞれで、出力ポート＃２、＃１、＃２へスイッチングされる光パケットＰ１１、Ｐ２１、Ｐ３１が記されている。

同様に入力ポート＃２では、セッションＳｅ１〜Ｓｅ３のそれぞれで、出力ポート＃３、＃２、＃３へスイッチングされる光パケットＰ１２、Ｐ２２、Ｐ３２が記され、入力ポート＃３では、セッションＳｅ１〜Ｓｅ３のそれぞれで、出力ポート＃１、＃３、＃１へスイッチングされる光パケットＰ１３、Ｐ２３、Ｐ３３が記される。また、テーブル中、正常にスイッチングできなかった欄には×印が付けられている。

ここで、ポート間接続情報テーブルＴ１を使って障害特定処理が行われる過程を見ていくと、まず、出力ポート＃１で送出不可の光パケットは、光パケットＰ２１である。この場合、ＳＯＡｇ１０、ｇ１が障害候補であるが、出力ポート＃１において他の光パケットＰ１３、Ｐ３３が送出可なので、ＳＯＡｇ１０は正常であり、障害ＳＯＡはＳＯＡｇ１と特定できる。

また、出力ポート＃２で送出不可の光パケットは、光パケットＰ１１、Ｐ３１である。この場合、ＳＯＡｇ１１、ｇ２が障害候補であるが、出力ポート＃２において他の光パケットＰ２２が送出可なので、ＳＯＡｇ１１は正常であり、障害ＳＯＡはＳＯＡｇ２と特定できる。

さらに、出力ポート＃３で送出不可の光パケットは、光パケットＰ１２、Ｐ３２である。この場合、ＳＯＡｇ１２、ｇ６が障害候補であるが、出力ポート＃３において他の光パケットＰ２３が送出可なので、ＳＯＡｇ１２は正常であり、障害ＳＯＡはＳＯＡｇ６と特定できる。

したがって、光パケットＰ１１、Ｐ１２、Ｐ２１、Ｐ３３、Ｐ３１、Ｐ３２が正常受信できなかった場合には、ＳＯＡｇ１、ｇ２、ｇ６が障害ＳＯＡと認識できる。なお、このような障害特定処理は、スイッチ制御部３０内の転送経路監視部３３において実行される。

次に障害ＳＯＡの駆動制御について説明する。ＳＯＡの障害要因としては、経時劣化によって出力強度が低下する場合がほとんどである。したがって、上述のような障害特定処理を実行して、障害ＳＯＡを特定した後には、スイッチ制御部３０内の駆動制御部３２は、障害ＳＯＡに対し、増加した駆動電流を与えて、障害を回復させる制御を行う。

図１８はＳＯＡの経時劣化特性を示す図である。縦軸はＳＯＡの利得（出力パワー）であり、横軸は駆動電流である。経時劣化ラインＫ１は、ＳＯＡのシステム初期導入時の経時劣化特性を表している。

この経時劣化ラインＫ１の特性を持つＳＯＡから、所望の光利得Ｐｗを出力させるには、駆動電流Ｉ１を与えればよいことがわかる。なお、この場合の駆動電流振り幅（ＳＯＡがＯＦＦのときの駆動電流と、ＯＮのときの駆動電流との差）は、Ｂ１である。

一方、ある期間、スイッチシステムを稼動させることでＳＯＡの経時劣化が進んで、経時劣化ラインＫ１から経時劣化ラインＫ２へ移行したとする。この経時劣化ラインＫ２の特性を持つＳＯＡから、所望の光利得Ｐｗを出力させるには（ＳＯＡを正常にＯＮさせるには）、駆動電流Ｉ２を与えればよく、駆動電流振り幅をＢ２と増加する必要がある。

ここで、駆動電流Ｉ１を与えて、ＳＯＡゲーティングによるスイッチング運用を行っている環境において、あるＳＯＡに障害が発生し、障害特定処理によって障害ＳＯＡを特定した際には、経時劣化ラインＫ２まで特性が落ちたものと見なして、障害ＳＯＡに対して駆動電流Ｉ２を与えて障害復旧を行うことができる。

システムの初期運用時からどの程度の期間でＳＯＡの経時劣化が進んでいくか、すなわち、経時劣化ラインがＫ１→Ｋ２→Ｋ３→・・・へと移行していく様子は、ＳＯＡのデバイス特性によってあらかじめ予想することができる。

したがって、これらの経時劣化ラインの特性となったときに、ＳＯＡから所望の光利得Ｐｗを出力させるに必要な駆動電流も知ることができるので、あらかじめ複数の駆動電流の値をメモリに記憶しておき、障害ＳＯＡを特定した際には、現在出力している駆動電流から１ステップ上の駆動電流を与えるようにして、障害復旧を行うようにする。

ただし、障害ＳＯＡに対して、ステップ毎に駆動電流を増加していって、ＳＯＡの最大駆動電流になっても、障害が消えない場合は（転送経路監視部３３から該当ＳＯＡが障害ＳＯＡであることの通知が消えない場合は）、そのＳＯＡは壊れていると判断できるので、スイッチ制御部３０では、該当ＳＯＡが壊れている旨のアラームを外部へ通知することになる（パネルの該当ＬＥＤを発光させたり、保守端末等を介してオペレータに通知したりする）。

図１９はＳＯＡ駆動制御の動作を示すフローチャートである。
〔Ｓ１１〕転送経路監視部３３は、障害特定処理を行って、障害ＳＯＡを特定する。
〔Ｓ１２〕駆動制御部３２は、現在出力している駆動電流から１ステップ上の駆動電流をメモリから読み出し選択する。

〔Ｓ１３〕駆動制御部３２は、選択した新しい駆動電流値と最大駆動電流値を比較する。新駆動電流値＞最大駆動電流値ならステップＳ１４へいき、新駆動電流値≦最大駆動電流値ならステップＳ１５へいく。

〔Ｓ１４〕統合管理部３４は、障害ＳＯＡは、経時劣化による出力強度低下ではなく、素子自体が破損しているものとみなしてアラーム通知する（オペレータによるＳＯＡの交換（障害ＳＯＡが搭載されている基板の交換））。

〔Ｓ１５〕駆動制御部３２は、新しい駆動電流を障害ＳＯＡへ与える。
〔Ｓ１６〕駆動制御部３２は、新たに選択した駆動電流値が、現在の駆動電流値であることをメモリに設定する。

〔Ｓ１７〕駆動制御部３２は、障害発生通知を受信する場合は、ステップＳ１２へ戻り、障害発生通知を受信しなければ障害ＳＯＡの障害が復旧したものとみなして駆動制御を終了する。

次に入出力ラインカード及び光ファイバケーブルの障害も含めた障害判別処理について図２０、図２１を用いて説明する。上記では、ＳＯＡで障害が発生した場合の障害ＳＯＡの特定及び障害復旧について説明したが、実際の障害箇所としては、ＳＯＡだけでなく、入出力ラインカードの故障や、光ファイバケーブルの断なども考えられるので、これらの障害箇所についても特定できることが重要である。

図２０は光パケットスイッチシステム１の各構成要素の接続関係を示す図である。光メインスイッチ部６０は、スイッチ制御部３０、光パケットスイッチ部４０、光タップ６１、６２を含む。また、光パケットスイッチ部４０は、受信部４０１、送信部４０２、多段接続されたＳＯＡ群から構成される。

入力ラインカード１０と光メインスイッチ部６０は、光ファイバＦ１で接続し、出力ラインカード２０と光メインスイッチ部６０は、光ファイバＦ２で接続する。また、物理的な光ファイバＦ１内を、主信号パスと制御情報パスの２つの論理パスが通り、入力ラインカード１０と光メインスイッチ部６０が通信を行う。同様に、物理的な光ファイバＦ２内を、主信号パスと制御情報パスの２つの論理パスが通り、出力ラインカード２０と光メインスイッチ部６０が通信を行う。

主信号パスとは光パケットが流れるパスであり、制御情報パスとは、ポート間接続要求などの制御情報が流れるパスである（主信号パスと制御情報パスには、それぞれ異なる波長が使用される）。

光タップ６１は、光ファイバＦ１内の主信号パスを、光パケットスイッチ部４０へ分岐し、制御情報パスをスイッチ制御部３０へ分岐する。光タップ６２は、光パケットスイッチ部４０からの主信号パスと、スイッチ制御部３０からの制御情報パスとを合波する。合波されたパスは、光ファイバＦ２を通って出力ラインカード２０へ送出される。受信部４０１は、主信号パスを流れてきた光パケットを受信し、送信部４０２は主信号パスによって光パケットを送出する。

また、スイッチ制御部３０内の転送経路監視部３３は、モニタラインＬ１によって、受信部４０１で受信される主信号パスの強度をモニタし、モニタラインＬ２によって、送信部４０２で送信される主信号パスの強度をモニタする。

図２１は障害判別テーブルを示す図である。スイッチ制御部３０内の転送経路監視部３３は、障害判別テーブルＴ２を有する。転送経路監視部３３は、受信部４０１と送信部４０２を流れる主信号パス、及び制御情報パスの強度をモニタして障害判別テーブルＴ２を生成する。

障害判別テーブルＴ２は、入力ラインカード側制御情報パスモニタ状態Ｍ１、受信部モニタ状態Ｍ２、送信部モニタ状態Ｍ３、出力ラインカード側制御情報パスモニタ状態Ｍ４、判定結果Ａの欄を持つ。

入力ラインカード側制御情報パスモニタ状態Ｍ１に対し、入力ラインカード１０からの制御情報が受信できれば良好（○）、入力ラインカード１０からの制御情報が受信できなければ、障害（×）となる。

受信部モニタ状態Ｍ２に対し、入力ラインカード１０からの主信号パスの強度が所望レベルを満たせば良好（○）、所望レベルを満たさない場合は障害（×）となる。
送信部モニタ状態Ｍ３に対し、出力ラインカード２０へ送信すべき主信号パスの強度が所望レベルを満たせば良好（○）、所望レベルを満たさない場合は障害（×）となる。

出力ラインカード側制御情報パスモニタ状態Ｍ４に対し、出力ラインカード２０からの制御情報が受信できれば良好（○）、出力ラインカード２０からの制御情報が受信できなければ、障害（×）となる。

〔状態ＳＴ１〕入力ラインカード側制御情報パスモニタ状態Ｍ１＝○、受信部モニタ状態Ｍ２＝○、送信部モニタ状態Ｍ３＝○、出力ラインカード側制御情報パスモニタ状態Ｍ４＝○の場合は、入力ラインカード１０、出力ラインカード２０、光ファイバＦ１、Ｆ２は正常と見なせる。したがって、このよう場合に所定出力ポートから光パケットが送出されない場合は、ＳＯＡに障害が発生しているとみなして、判定結果Ａは、“ＳＯＡ障害特定処理”の実行となる（図１５〜図１７で上述した障害特定処理を行う）。

〔状態ＳＴ２〕入力ラインカード側制御情報パスモニタ状態Ｍ１＝○、受信部モニタ状態Ｍ２＝○、送信部モニタ状態Ｍ３＝×、出力ラインカード側制御情報パスモニタ状態Ｍ４＝○の場合は、入力ラインカード１０、出力ラインカード２０、光ファイバＦ１、Ｆ２は正常と見なせる。したがって、このよう場合に所定出力ポートから光パケットが送出されない場合は、ＳＯＡに障害が発生していると考えられるので、判定結果Ａは、“ＳＯＡ障害特定処理”の実行となる。

〔状態ＳＴ３〕入力ラインカード側制御情報パスモニタ状態Ｍ１＝○、受信部モニタ状態Ｍ２＝○、送信部モニタ状態Ｍ３＝○、出力ラインカード側制御情報パスモニタ状態Ｍ４＝×の場合は、入力ラインカード１０、出力ラインカード２０、光ファイバＦ１は正常であり、光ファイバＦ２が異常と見なせる。したがって、判定結果Ａは、“光ファイバＦ２の断”となる。

〔状態ＳＴ４〕入力ラインカード側制御情報パスモニタ状態Ｍ１＝×、受信部モニタ状態Ｍ２＝×、送信部モニタ状態Ｍ３＝○、出力ラインカード側制御情報パスモニタ状態Ｍ４＝○の場合は、入力ラインカード１０、出力ラインカード２０、光ファイバＦ２は正常であり、光ファイバＦ１が異常と見なせる。したがって、判定結果Ａは、“光ファイバＦ１の断”となる。

〔状態ＳＴ５〕入力ラインカード側制御情報パスモニタ状態Ｍ１＝○、受信部モニタ状態Ｍ２＝×、送信部モニタ状態Ｍ３＝○、出力ラインカード側制御情報パスモニタ状態Ｍ４＝○の場合は、出力ラインカード２０、光ファイバＦ１、Ｆ２は正常であり、入力ラインカード１０が異常と見なせる。したがって、判定結果Ａは、“入力ラインカード１０の障害”となる。

このように、システム運用時に何らかの通信不良が転送経路監視部３３によって検出された場合には、まず、入出力ラインカード及び光ファイバケーブルの障害を含めた障害判別処理を最初に行う（最初は大まかな障害検出を行う）。そして、判定結果によってＳＯＡ障害と判定された場合には、さらに細かく図１５〜図１７で上述したような光パケットスイッチ部４０内のＳＯＡに対するＳＯＡ障害特定処理を行って障害ＳＯＡを絞り込んで特定し、障害ＳＯＡへの駆動電流を制御して（または、外部通知アラームによる、ユニット交換をオペレータに促して）障害復旧を行う。

これにより、障害点が増加する、光パケットが通過する経路上に多段接続されたＳＯＡを有する多ポート大規模なスイッチシステムにおいても、障害発生箇所を効率よく検出することができるので、動作の信頼性だけでなく、システム運用の管理面での利便性の向上も図ることが可能になる。

次に光パケットスイッチシステム１の高速動作について説明する。図２２はＳＯＡの駆動電流と光出力との関係を示す図である。縦軸は利得、横軸は駆動電流であり、ＳＯＡの駆動電流−光出力特性を示している。Ｂ１１は、従来システムで用いられる単一ＳＯＡの駆動電流振り幅であり、Ｂ１２は、光パケットスイッチシステム１による多段接続されたＳＯＡの内の１つのＳＯＡに要する駆動電流振り幅である。

図２６で上述したような従来システムでは、単一のＳＯＡによってスイッチングを行っているので、分岐カプラによる分岐損失を補償するためには、ＳＯＡのＯＮ時において、高利得の出力パワーが必要であり、またクロストーク成分を抑圧するためには、ＳＯＡのＯＦＦ時において、雑音成分を抑えるために光吸収量を大きくする必要があった。

このため、ＳＯＡに対する駆動電流振り幅Ｂ１１を大きくしなければならないので、消費電力が増加し、かつ駆動電流の振り幅が大きいためにＳＯＡの高速スイッチング動作も困難であった。

一方、光パケットスイッチシステム１では、光パケットが通過する経路上にＳＯＡが多段接続されているので、例えば、分岐カプラによる分岐損失が１段目ＳＯＡで増幅して補償され、１段目ＳＯＡからの出力が次の分岐カプラによって損失しても２段目ＳＯＡで増幅して補償されるということが行われる。

すなわち、分岐カプラによる光レベル低下→ＳＯＡ増幅→分岐カプラによる光レベル低下→ＳＯＡ増幅→・・・といったことが繰り返されてスイッチングされるので、単一ＳＯＡをＯＮするに要する駆動電流値は従来システムよりも小さくてすむ。

また、光パケットスイッチシステム１では、光パケットの非選択経路上ではＳＯＡがＯＦＦとなって合波カプラで雑音が累積されるが、合波カプラ出力側の最終段ＳＯＡがＯＦＦとなることで、累積雑音がすべてキャンセルされる構成をとるため、ＳＯＡのＯＦＦ時において、従来システムよりも雑音成分を抑えるために光吸収量を大きくする必要もなくなる。したがって、光パケットスイッチシステム１のＳＯＡの駆動電流振り幅Ｂ１２は従来システムよりも小さくできるので、消費電力を低減させることができ、かつＳＯＡの高速スイッチング動作が可能になる。

次に光パケットスイッチシステム１の実装イメージについて説明する。図２３は光パケットスイッチシステム１の実装例を示す図である。ＳＷラックは現用系、予備系を有し、１つのＳＷラックには、例えば、１つのスイッチ制御部３０（Control）と、２つのスイッチ部ＳＷが搭載される。スイッチ部ＳＷは、光パケットスイッチ部４０の機能を含んでいる。

スイッチ部ＳＷは、Ｎ×Ｎのスイッチカードとして実現される。この場合に、Ｎ×Ｎよりもさらに多ポート化した大規模スイッチシステムを構築したい場合には、Ｎ×ＮのスイッチカードをＭ枚接続することで実現する。

図では、１つのスイッチカードが、入出力ポートをそれぞれ４ポート持つ、４×４スイッチであり、それらを１６枚搭載して、バックボード上で接続した６４×６４の多ポートスイッチシステムとなっている例を示している。

このように、光パケットスイッチシステム１は、少ないポート数のスイッチカードを構成しておき、このスイッチカードを複数枚ラックに搭載することで、多ポート化できるようにする。このような構成にすることで、ユーザが任意にポート数の増減を行うことができ、システム運用の柔軟性を高めることが可能になる。

また、複数枚のスイッチカードとして、システムを構築することにより、障害復旧作業を容易に行うことができる。すなわち、障害ＳＯＡ（破損したＳＯＡ）が発生した場合には、スイッチ制御部３０から保守端末を通じて、どのスイッチカードに障害があるかが外部通知されるので、オペレータは、障害発生カードを交換して容易に動作復旧することが可能である。

以上説明したように、ＳＯＡを用いた分配選択型（Broadcast & Select）の光パケットスイッチシステム１によれば、ＳＯＡ素子を多段接続することで、所望の光強度レベル、ＯＳＮＲを保ちつつ、多ポート化を実現することが可能となる。また、従来システムのように、クロストーク成分やＯＳＮＲ等の要因によりポート数が制限されないので、多ポートの大規模な光パケットスイッチシステムを構築可能である。

さらに、多段構成にすることで、１段あたりに必要となる、消光比特性が緩和され、ＳＯＡを駆動する電流値を高速動作可能な点まで、あらかじめバイアスをかけておくことが可能となり、スイッチの高速化（ｎｓオーダの高速切り替え）が可能になる。

さらにまた、光パケットレベルの障害検出を上位層と連携して行うことで、障害が発生したＳＯＡのみを切り離して、他の運用ポートへの障害の影響を抑制することが可能になる。

このような特徴を持つ光パケットスイッチシステム１は、ＵＨＰＣ（Ultra High Performance Computer）の計算機間での通信や、高速ルータの信号スイッチングといった広帯域特性の光通信分野において、幅広く適用することが可能である。

（付記１） 光パケット伝送を行う光パケットスイッチシステムにおいて、
入力ポートと出力ポートとを接続するためのポート間接続要求を生成して、光パケットを送出する入力ラインカードと、
半導体光増幅器を用いたゲートスイッチを含み、前記入力ラインカードから送出された光パケットが通過する経路上にゲートスイッチを多段接続し、複数のゲートスイッチに光パケットを分配して、ゲートスイッチのＯＮ／ＯＦＦのゲーティング動作により光パケットを選択し、非選択経路から流れてくる雑音信号を、最終段のゲートスイッチがＯＦＦとなることで吸収して、光パケットのスイッチングを行う光パケットスイッチ部と、
光パケットスイッチングに関しての集中制御を行い、前記ポート間接続要求にもとづき、要求された経路を生成するように、前記光パケットスイッチ部内のゲートスイッチのＯＮ／ＯＦＦを駆動制御するスイッチ制御部と、
スイッチングされた光パケットを受信して、出力ポートから送出する出力ラインカードと、
を有することを特徴とする光パケットスイッチシステム。

（付記２） 前記光パケットスイッチ部は、分岐カプラと分岐側ゲートスイッチを含む分岐スイッチ部と、合波カプラと合波側ゲートスイッチを含む合波スイッチ部とから構成され、ゲートＯＮ時には光パケットを増幅出力する前記分岐側ゲートスイッチにより、前記分岐カプラによって生じる分岐損失を補償し、最終段ゲートスイッチである前記合波側ゲートスイッチがＯＦＦとなることにより、非選択経路から流れて前記合波カプラで累積された雑音信号を吸収することを特徴とする付記１記載の光パケットスイッチシステム。

（付記３） 前記スイッチ制御部は、集中制御機能として、少なくとも、ポート間接続要求処理、障害検出機能を含めた光パケットスイッチング経路監視処理、ゲートスイッチ駆動処理のいずれかを含み、かつ前記入力ラインカード及び前記出力ラインカードは、前記スイッチ制御部と光パケットスイッチングに関連する制御情報の通信を行うためのポートプロセッサを有して、前記入力ラインカード、前記出力ラインカード及び前記スイッチ制御部は、現在の光パケットのスイッチング経路を各自独立して認識することを特徴とする付記１記載の光パケットスイッチシステム。

（付記４） 前記スイッチ制御部は、システム運用中に障害を認識した場合には、光パケットが流れる主信号パス及び制御情報が流れる制御情報パスのそれぞれの光強度をモニタすることで、障害発生箇所として、前記入力ラインカード、前記出力ラインカード、前記入力ラインカードと前記光パケットスイッチ部または前記出力ラインカードと前記光パケットスイッチ部とを接続する光ファイバ、前記光パケットスイッチ部内のゲートスイッチの内の、どの要素に障害が発生しているかを判別することを特徴とする付記１記載の光パケットスイッチシステム。

（付記５） 前記スイッチ制御部は、入力ポートと出力ポートをつなぐすべてのポート間接続情報をモニタしておき、前記光パケットスイッチ部内のゲートスイッチに障害が発生していることを認識した場合には、前記ポート間接続情報を解析して、障害候補である複数のゲートスイッチが配置されている経路に対して、光パケットが通過可能な経路を見つけることで障害候補を絞り込み、障害が発生しているゲートスイッチを特定することを特徴とする付記４記載の光パケットスイッチシステム。

（付記６） 前記スイッチ制御部は、ゲートスイッチの経時劣化に対応した複数の駆動電流値を記憶しておき、障害が発生しているゲートスイッチを特定した場合には、現在出力している駆動電流から段階的に上げた駆動電流を選択して、選択した駆動電流を、障害が発生しているゲートスイッチに与えることで障害復旧を行うことを特徴とする付記４記載の光パケットスイッチシステム。

（付記７） 前記スイッチ制御部は、ゲートスイッチの出力が所望の光強度となるためには、ゲートスイッチの最大駆動電流を越える電流値を要することを経時劣化特性から認識した際は、障害が発生しているゲートスイッチが破損しているものと見なして、外部へアラーム通知を発することを特徴とする付記６記載の光パケットスイッチシステム。

（付記８） 前記スイッチ制御部は、前記光パケットスイッチ部内で、光パケットが通過する経路上に多段接続されたゲートスイッチに対して、光パケットが通過する経路上に単一のゲートスイッチが配置された場合に与える駆動電流の電流振り幅よりも小さい電流振り幅で駆動電流を与えて、単一のゲートスイッチによるゲーティングよりも高速なゲーティング動作を実行させることを特徴とする付記１記載の光パケットスイッチシステム。

（付記９） 光パケット伝送を行う光パケットスイッチ装置において、
入力した光パケットを分岐して、後段のスイッチング素子へ光パケットを分配する分岐部と、
光パケットが通過する経路上に多段接続し、ＯＮ／ＯＦＦのゲーティング動作により、分配された光パケットを選択する場合にはＯＮとなって増幅出力する、半導体光増幅器を用いた分岐側ゲートスイッチと、
前記分岐側ゲートスイッチから出力された光パケットと、前記分岐側ゲートスイッチがＯＦＦのときに放出される雑音信号と、を合波する合波部と、
光パケットが通過する経路上に多段接続し、ＯＮ／ＯＦＦのゲーティング動作により、前記合波部から出力された光パケットを選択する場合にはＯＮとなり、非選択経路から流れて前記合波部で累積された雑音信号を受信する場合にはＯＦＦとなって雑音信号を吸収する、半導体光増幅器を用いた合波側ゲートスイッチと、
を有することを特徴とする光パケットスイッチ装置。

（付記１０） 光パケットのスイッチングを行う光パケットスイッチ方法において、
入力ポートと出力ポートとを接続するためのポート間接続要求を入力ラインカードで生成して光パケットを送出し、
前記入力ラインカードから送出された光パケットが通過する経路上に半導体光増幅器を用いたゲートスイッチを多段接続するように光パケットスイッチを構成し、
複数のゲートスイッチに光パケットを分配して、ゲートスイッチのＯＮ／ＯＦＦのゲーティング動作により光パケットを選択し、
非選択経路から流れてくる雑音信号を、最終段のゲートスイッチがＯＦＦとなることで吸収し、
光パケットスイッチングに関しての集中制御を行い、前記ポート間接続要求にもとづき、要求された経路を生成するように、前記光パケットスイッチ部内のゲートスイッチのＯＮ／ＯＦＦを駆動制御し、
スイッチングされた光パケットを出力ラインカードで受信して、出力ポートから送出することを特徴とする光パケットスイッチ方法。

（付記１１） 前記光パケットスイッチは、分岐カプラと分岐側ゲートスイッチを含む分岐スイッチ部と、合波カプラと合波側ゲートスイッチを含む合波スイッチ部とから構成し、ゲートＯＮ時には光パケットを増幅出力する前記分岐側ゲートスイッチにより、前記分岐カプラによって生じる分岐損失を補償し、最終段ゲートスイッチである前記合波側ゲートスイッチがＯＦＦとなることにより、非選択経路から流れて前記合波カプラで累積された雑音信号を吸収することを特徴とする付記１０記載の光パケットスイッチ方法。

（付記１２） 集中制御機能として、ポート間接続要求処理、障害検出機能を含めた光パケットスイッチング経路監視処理、ゲートスイッチ駆動処理の少なくともいずれかを行う制御部を設け、かつ前記入力ラインカード及び前記出力ラインカードは、前記制御部と光パケットスイッチングに関連する制御情報の通信を行うためのポートプロセッサを有して、前記入力ラインカード、前記出力ラインカード及び前記制御部は、現在の光パケットのスイッチング経路を各自独立して認識することを特徴とする付記１０記載の光パケットスイッチ方法。

（付記１３） システム運用中に障害を認識した場合には、光パケットが流れる主信号パス及び制御情報が流れる制御情報パスのそれぞれの光強度をモニタすることで、障害発生箇所として、前記入力ラインカード、前記出力ラインカード、前記入力ラインカードと前記光パケットスイッチ部または前記出力ラインカードと前記光パケットスイッチ部とを接続する光ファイバ、前記光パケットスイッチ部内のゲートスイッチの内の、どの要素に障害が発生しているかを判別することを特徴とする付記１０記載の光パケットスイッチ方法。

（付記１４） 入力ポートと出力ポートをつなぐすべてのポート間接続情報をモニタしておき、前記光パケットスイッチ部内のゲートスイッチに障害が発生していることを認識した場合には、前記ポート間接続情報を解析して、障害候補である複数のゲートスイッチが配置されている経路に対して、光パケットが通過可能な経路を見つけることで障害候補を絞り込み、障害が発生しているゲートスイッチを特定することを特徴とする付記１３記載の光パケットスイッチ方法。

（付記１５） ゲートスイッチの経時劣化に対応した複数の駆動電流値を記憶しておき、障害が発生しているゲートスイッチを特定した場合には、現在出力している駆動電流から段階的に上げた駆動電流を選択して、選択した駆動電流を、障害が発生しているゲートスイッチに与えることで障害復旧を行うことを特徴とする付記１３記載の光パケットスイッチ方法。

（付記１６） ゲートスイッチの出力が所望の光強度となるためには、ゲートスイッチの最大駆動電流を越える電流値を要することを経時劣化特性から認識した際は、障害が発生しているゲートスイッチが破損しているものと見なして、外部へアラーム通知を発することを特徴とする付記１５記載の光パケットスイッチ方法。

（付記１７） 前記光パケットスイッチ部内で、光パケットが通過する経路上に多段接続されたゲートスイッチに対して、光パケットが通過する経路上に単一のゲートスイッチが配置された場合に与える駆動電流の電流振り幅よりも小さい電流振り幅で駆動電流を与えて、単一のゲートスイッチによるゲーティングよりも高速なゲーティング動作を実行させることを特徴とする付記１０記載の光パケットスイッチ方法。

光パケットスイッチシステムの原理図である。 多段接続ＳＯＡによるゲーティングを示す図である。 光パケットスイッチシステムの概略構成を示す図である。 光パケットスイッチシステムの概略構成を示す図である。 光パケットスイッチ部の内部構成を示す図である。 光パケットスイッチシステムの概略構成を示す図である。 光パケットスイッチシステムの概略構成を示す図である。 入出力ラインカードとスイッチ制御部の内部構成を示す図である。 入出力ラインカードとスイッチ制御部との通信を示すシーケンス図である。 入力ラインカードでの送信タイミングチャートを示す図である。 ポート間接続要求とポート間接続要求応答のフォーマットを示す図である。 送信元情報と送信元応答情報のフォーマットを示す図である。 光パケットのフォーマットを示す図である。 光パケット受信通知のフォーマットを示す図である。 障害特定処理の動作を説明するための図である。 光パケットが正常受信できなかった場合を示す図である。 ポート間接続情報テーブルを示す図である。 ＳＯＡの経時劣化特性を示す図である。 ＳＯＡ駆動制御の動作を示すフローチャートである。 光パケットスイッチシステムの各構成要素の接続関係を示す図である。 障害判別テーブルを示す図である。 ＳＯＡの駆動電流と光出力との関係を示す図である。 光パケットスイッチシステムの実装例を示す図である。 従来の電気のスイッチングを行うスイッチシステムを示す図である。 光パケットスイッチシステムを示す図である。 ＳＯＡを用いて構成された従来の光スイッチコア部を示す図である。 多ポート構成時の隣接ポートからのクロストーク成分の増大を説明するための図である。（Ａ）はＳＯＡが４素子でのゲーティングによるポート数が少ない場合、（Ｂ）はＳＯＡが１２８素子でのゲーティングによるポート数が多い場合を示す図である。 ＯＳＮＲの劣化を説明するための図である。 光パワーのモニタ動作を示す図である。

符号の説明

１ 光パケットスイッチシステム
１０−１〜１０−ｎ 入力ラインカード
２０−１〜２０−ｎ 出力ラインカード
３０ スイッチ制御部
４０ 光パケットスイッチ部
ｇ１１〜ｇ１ｍ、ｇｎ１〜ｇｎｍ ゲートスイッチ（ＳＯＡ）

Claims (5)

1. 光パケット伝送を行う光パケットスイッチシステムにおいて、
   入力ポートと出力ポートとを接続するためのポート間接続要求を生成して、光パケットを送出する入力ラインカードと、
   半導体光増幅器を用いたゲートスイッチを含み、前記入力ラインカードから送出された光パケットが通過する経路上にゲートスイッチを多段接続し、複数のゲートスイッチに光パケットを分配して、ゲートスイッチのＯＮ／ＯＦＦのゲーティング動作により光パケットを選択し、非選択経路から流れてくる雑音信号を、最終段のゲートスイッチがＯＦＦとなることで吸収して、光パケットのスイッチングを行う光パケットスイッチ部と、
   光パケットスイッチングに関しての集中制御を行い、前記ポート間接続要求にもとづき、要求された経路を生成するように、前記光パケットスイッチ部内のゲートスイッチのＯＮ／ＯＦＦを駆動制御するスイッチ制御部と、
   スイッチングされた光パケットを受信して、出力ポートから送出する出力ラインカードと、
   を有することを特徴とする光パケットスイッチシステム。
2. 前記光パケットスイッチ部は、分岐カプラと分岐側ゲートスイッチを含む分岐スイッチ部と、合波カプラと合波側ゲートスイッチを含む合波スイッチ部とから構成され、ゲートＯＮ時には光パケットを増幅出力する前記分岐側ゲートスイッチにより、前記分岐カプラによって生じる分岐損失を補償し、最終段ゲートスイッチである前記合波側ゲートスイッチがＯＦＦとなることにより、非選択経路から流れて前記合波カプラで累積された雑音信号を吸収することを特徴とする請求項１記載の光パケットスイッチシステム。
3. 前記スイッチ制御部は、システム運用中に障害を認識した場合には、光パケットが流れる主信号パス及び制御情報が流れる制御情報パスのそれぞれの光強度をモニタすることで、障害発生箇所として、前記入力ラインカード、前記出力ラインカード、前記入力ラインカードと前記光パケットスイッチ部または前記出力ラインカードと前記光パケットスイッチ部とを接続する光ファイバ、前記光パケットスイッチ部内のゲートスイッチの内の、どの要素に障害が発生しているかを判別することを特徴とする請求項１記載の光パケットスイッチシステム。
4. 前記スイッチ制御部は、入力ポートと出力ポートをつなぐすべてのポート間接続情報をモニタしておき、前記光パケットスイッチ部内のゲートスイッチに障害が発生していることを認識した場合には、前記ポート間接続情報を解析して、障害候補である複数のゲートスイッチが配置されている経路に対して、光パケットが通過可能な経路を見つけることで障害候補を絞り込み、障害が発生しているゲートスイッチを特定することを特徴とする請求項３記載の光パケットスイッチシステム。
5. 前記スイッチ制御部は、ゲートスイッチの経時劣化に対応した複数の駆動電流値を記憶しておき、障害が発生しているゲートスイッチを特定した場合には、現在出力している駆動電流から段階的に上げた駆動電流を選択して、選択した駆動電流を、障害が発生しているゲートスイッチに与えることで障害復旧を行うことを特徴とする請求項３記載の光パケットスイッチシステム。
   

Images