JP2008136011A - 光スイッチおよび光クロスコネクト装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 装置規模を縮小し且つ増設性を備えた光クロスコネクト装置を提供する。
【解決手段】 ｋ入力ｋ出力のポートを備えた第１の光スイッチ及び第２の光スイッチと、k入力k出力の双方向伝送可能な第３の光スイッチと、２k個の第１の光サーキュレータと、２ｋ個の第２の光サーキュレータと、２ｋ個の選択スイッチで構成され、１〜ｋ番目のインタフェースは、第１の光スイッチにより相互接続され、ｋ＋１〜２ｋ番目のインタフェースは、第２の光スイッチにより相互接続され、１〜ｋ番目のインタフェースは、ｋ＋１〜２ｋ番目のインタフェースのいずれかと、第３の光スイッチにより相互接続される。
【選択図】 図３

Description

本発明は，他国間あるいは全国をカバーする幹線網あるいは県内網等で使用される光伝送システムおよび光ネットワークに係わり，特に光信号の経路切替や帯域管理を行う光クロスコネクト装置に関する。

近年のインターネットに代表されるデータトラフィックの急増により，通信ネットワークの伝送容量の大容量化が進んでいる。伝送の光化が実用化されている現在では，時分割多重技術や光波長多重技術を用いて伝送容量が大容量化している。例えば、１チャネルあたり毎秒１０ギガビットのデータを伝送できる伝送装置や，１本のファイバで数チャネルから数十チャネル分のチャネルを1本の光ファイバに波長多重し，光増幅器あるいは再生中継器等を用いて数百ｋｍを超える長距離伝送が可能なポイント・ツー・ポイント型の波長多重伝送装置が実用化されている。

一方，今後の伝送容量の需要増や、さらなる経済化，サービスの多様化に対応するため，通信ノードを環状に接続したリング型光ネットワークや，あるいは，より経路選択の自由度を増すために網目状に接続したメッシュ型光ネットワークが検討されている。こうした光ネットワークでは，各ノード装置を遠隔一元管理する網監視制御システムによる運用の簡素化や，あるいは各ノード装置の監視制御部が相互に連携することで，回線の始点から終点までの，いわゆるエンド・ツー・エンドのパス管理の容易化，パス設定の高速化が期待できる。さらに，光ネットワークをメッシュ型とすることで，メッシュ網内の予備容量を必要なときに必要な回線が使うように選択できるので，予備系を複数の現用パスで共有することが可能となり，網全体を経済的に実現できると考えられている。

上述のようなメッシュ型光ネットワークを実現するため，入出力インタフェースとしてＳＴＭ−１/ＯＣ−３等の低速光信号からＳＴＭ−６４／ＯＣ−１９２や１０Ｇｉｇａ Ｂｉｔ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）あるいはＳＴＭ−２５６／ＯＣ−７６８等の高速光信号を収容でき，帯域管理や経路切替えあるいは予備装置への切替えを行う光信号切替え装置もしくは光クロスコネクト装置と呼ばれる装置の開発が進められている。光クロスコネクト装置は，あるノードに接続されている伝送路同士の接続関係あるいは，伝送路とユーザ装置の接続関係を，自律分散制御的に，もしくは集中・遠隔制御的に変更することができる。

いわゆるＯ-Ｅ-Ｏ（光-電気-光）型光クロスコネクト装置では、装置外部の伝送路やユーザ装置とのインタフェースは光信号であるが、装置内部における信号の切替え・回線編集処理は、伝送単位，例えばＳＴＭ−６４あるいはＯＣ−１９２より細かな例えばＳＴＳ−１単位で電子回路により実現するので，効率的な信号切替えが可能である。一方，光信号を電気信号に変換せずに光スイッチを用いて切替えを行う，いわゆるＯ-Ｏ-Ｏ型の光クロスコネクト装置は，ノードで処理する情報量の大容量化に対応して，Ｏ-Ｅ-Ｏ型光クロスコネクト装置の電子回路では実現困難な大容量情報の処理を行うことができると期待されている。ここで、Ｏ-Ｏ-Ｏ型光クロスコネクト装置は、光スイッチの入力あるいは出力部で、信号の品質監視や再生中継処理のために一旦電気信号に変換してから再び光信号として光スイッチで処理する構成の光クロスコネクト装置も含んでいる。

伝送容量をより一層増加するため波長多重伝送の波長多重数を増やした場合、複数の方路からのファイバを収容するノードでは、それぞれの方路からの各波長信号を相互接続する際の接続の自由度を確保するため、ノードに設置される光クロスコネクト装置の光スイッチの大容量化が必須となる。現在、光スイッチを実現する技術として、材料に電界を印加することで生じる屈折率変化を応用した半導体スイッチやLiNO3スイッチ、材料に熱を加えることで生じる屈折率変化を応用したＰＬＣ（Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ）型スイッチ、電磁石を利用して光ファイバやレンズの位置を移動させる可動型光スイッチ、静電力を利用して半導体技術で作成した微小なミラーを制御するＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ-Ｅｌｅｃｔｒｏ-Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）型スイッチなどが知られている。

ＭＥＭＳ型スイッチとしては、２Ｄ型と３Ｄ型が知られている。２Ｄ型は、縦横２次元に格子状にミラーを配置し、光信号の光路上にミラーを挿入するか否かで光の経路を切り替えるもので、ミラーの制御が単純な反面、ミラー数が、入出力ポート数の２乗に比例して増加するので、３２入力３２出力を超える規模の光スイッチを構成することは一般に難しいと考えられている。例えば、１６入力１６出力のためには、１６＾２＝２５６個のミラー素子が必要になる。

一方、３Ｄ型は、ミラーの角度を連続的に変化させることで様々に光信号の方向を制御するもので、例えば３２入力３２出力を超えるような大規模な光スイッチを実現する技術として期待されている。３Ｄ型では、例えば３２入力３２出力でも、入力用３２個＋出力用３２個の計６４個のミラー素子があればよい。しかし３Ｄ型の光スイッチは必要なミラー素子の数が少なくてすむ反面、２Ｄ型と比較してミラーの制御が複雑である。

上述の光スイッチ技術で大規模な光スイッチを実現しようとする場合、１個の光スイッチで大規模なものを用いる方法と、小規模の光スイッチを複数組み合わせる方法とが考えられる。１個の大規模な光スイッチを用いる方法では、ノードの規模に応じた増設ができないという問題がある。また現状では製造技術やコストの観点から市販されているスイッチ規模には制限があり、例えば、３Ｄ型ＭＥＭＳスイッチでは、６４×６４から１２８×１２８程度である。

現状で１個の光スイッチにより実現可能な光スイッチの規模には限界があることや増設性を考慮すると、小規模な光スイッチを複数組み合わせて大規模な光スイッチを構成することが実用的である。例えば光スイッチを３段に構成するクロス網が知られており、このような考え方を応用した従来例として、特許文献１がある。特許文献１では、光スイッチを３段構成とすることで大規模化を図り、さらに光サーキュレータを用いて、ハードウェア規模の削減を図ったもので、光スイッチの両側に接続されるインタフェース間の相互接続が可能である。

また、電気的レベルで回線編集を行う装置で増設時のハードウェア規模を削減するものの例として特許文献２がある。

特開２００２−１８２２５０号公報 特開２００２−７７２３８号公報

回線間の接続の自由度を増すために、ノード装置は自身が収容する回線同
士を任意に接続することが要求される。しかしながら、小規模な光スイッチを組み合わせて大規模な光スイッチを構成する場合、複数の光スイッチを相互に接続することから設定できる光信号の経路に制約が生じ、相互に接続をできない回線ができる。

光伝送路とのインタフェースを、光サーキュレータを介して基本スイッチと接続し、当該基本スイッチに接続されたインタフェース間を任意に接続できるようにする。さらに、インタフェースから基本スイッチへ向かう光信号をセレクタによって拡張スイッチへ導くよう構成すれば、当該拡張スイッチに接続された、同じ基本スイッチに接続されていないインタフェース間をも任意に接続することができる。

本発明の光スイッチおよび光クロスコネクト装置によれば，ｋ×ｋ規模の光スイッチ３個を選択スイッチおよび光サーキュレータを用いて接続することより，従来の３段構成の場合より少ない素子数で２ｋ個のインタフェースの相互接続が実現できるので，光スイッチのハードウェアを削減でき、制御の簡素化を図ることができ、増設性のある光スイッチを実現できる。

以下，本発明の一実施例である光クロスコネクト装置について，図面を使用して詳細に説明する。図１に本発明の光クロスコネクト装置を適用可能な光ネットワークの一実施例を示す。図１において，光ネットワーク１０は，光クロスコネクト装置２０と，光クロスコネクト装置２０を接続する伝送路３０と，ネットワーク監視制御装置４０と，ネットワーク監視制御装置４０と光クロスコネクト装置２０間の監視制御信号を授受するための監視制御用ネットワーク５０と、伝送路間に設置される中継器６０で構成される。本実施例で光クロスコネクト装置２０に接続される伝送路ファイバ数はあくまで一例であり、光クロスコネクト装置２０は、より多数の伝送路ファイバを収容しても良い。

ネットワーク監視制御装置４０は，光ネットワーク１０の構成管理，障害管理，帯域管理，性能管理，セキュリティ管理などを行う。ネットワーク監視制御装置４０は、例えば，任意の光クロスコネクト装置２０間に需要に応じた通信帯域を確保するために，光クロスコネクト装置２０の装置監視制御部２１に問い合わせを行い、光クロスコネクト装置２０の各機能の使用状況等の情報を含む構成管理情報や、障害が発生した伝送路ファイバ３０や光クロスコネクト装置２０の情報を含む障害管理情報を参照して、該当する光クロスコネクト装置の利用可能なリソースと，障害の発生していない経路を選択し，該当する光クロスコネクト装置を含む複数の光クロスコネクト装置を制御して、要求された通信帯域を有する通信路またはパスを設定する。このようにネットワーク監視制御装置４０は、光伝送路ファイバや各光クロスコネクト装置の情報を収集して、光ネットワーク１０内に光信号の伝送路を形成するよう光クロスコネクト装置２０に指示を出す。光クロスコネクト装置２０はこの指示を受けて、装置内の光スイッチを制御し、要求された伝送路同士を接続する。

ネットワーク監視制御装置４０は１台の装置で構成しても良いし、あるいは複数台の冗長化されたサーバ等の装置による集中制御方式でも良い。あるいは，光クロスコネクト装置２０内の後述する装置監視制御部２１が互いに通信してネットワークの状態情報交換や経路計算を行う分散制御方式を採用しても良い。分散制御方式を採用する場合，ネットワーク監視制御装置４０は省略あるいは簡略化してもよい。例えば，このような装置間通信制御技術としては，ＩＥＴＦ（Ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｔａｓｋ Ｆｏｒｃｅ）のＲＦＣ３４７１−３４７３等で規定されているいわゆるＧＭＰＬＳ（Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ ＭｕｌｔｉＰｒｏｔｏｃｏｌ Ｌａｂｅｌ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）のプロトコル群を利用することが可能である。

光クロスコネクト装置２０の間には伝送路ファイバ３０を介して，伝送距離を延長するための再生中継あるいは線形中継を行う中継器６０が設置されている。中継器６０は，伝送距離やファイバの種類や局舎の位置に応じて，所定の主信号品質を保つ様，適切な距離間隔に設置される。主信号品質基準は，例えば，ビット誤り率が１０^−１２以下となるように設定される。光クロスコネクト装置間に複数の中継器６０−１が設置されることもある。再生中継器は，伝送路を伝播してきた光信号を一旦電気信号へ変換し，波形整形やディジタル的な品質監視，即ちビットインターリーブトパリティ（Ｂｉｔ Ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄ Ｐａｒｉｔｙ；ＢＩＰ）と呼ばれる方法によるビット誤り監視等を行う。線形中継器は，例えばエルビウム添加ファイバやラマン増幅などを利用した光ファイバ増幅器により，波長多重信号の一括増幅を行う。光ファイバ増幅器でなく，光半導体増幅器でも良い。ここで中継器は，伝送距離を延伸できる機能があれば，ファイバや半導体中の非線形効果などを利用することで光信号を電気信号に変換することなく波形整形や信号対雑音比の改善効果のあるいわゆる光２Rまたは光３R中継器でも良い。中継器では光合波・分波フィルタや光スイッチを用いて，複数ある回線のうち，所望の回線のみを分岐・挿入する構成としても良い。特に光信号を電気信号に変換せずに上述の分岐・挿入を行う装置は，ＯＡＤＭ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｄｄ Ｄｒｏｐ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）と呼ばれることがある。

図２に，上述の光クロスコネクト装置２０の詳細な構成の一実施例を示す。光クロスコネクト装置２０−１は，装置監視制御部２１と，主信号の切替えを行う光信号切替部２２と，主信号に付されたオーバーヘッドの処理や，上述のＢＩＰを用いた主信号品質監視や，クライアント装置１００からの信号の波長を伝送路で用いる波長へ変換する等の処理を必要に応じて行う複数のインタフェース（ＩＦ）部２３と，複数のＩＦ部２３の出力を波長多重して伝送路ファイバ３０へ送出するＷＤＭ部２４で構成される。

装置監視制御部２１は、ネットワーク監視制御装置４０との間で通信をし、また光クロスコネクト装置２０内の他の処理部と通信を行うための通信制御部２１１と、光クロスコネクト装置の制御に必要な処理を実行するＣＰＵ２１２と、ＣＰＵ２１２の処理に必要なプログラムやデータを格納するメモリ２１３を有する。メモリ２１３は、例えば、ＩＦ部２３と光スイッチ部がどのように接続されているかを示す光スイッチ接続情報２１４や、その他に光クロスコネクト装置２０内部の各機能の使用状況等の情報を含む構成管理情報、障害が発生した伝送路ファイバ３０や光クロスコネクト装置２０の情報を含む障害管理情報等の情報を格納している。例えば構成管理情報には、ＩＦ部やＷＤＭ部やスイッチ部や装置監視制御部自体の種別や数量や実装位置情報に加えても良い。また、光スイッチ接続情報２１４は，ネットワーク監視制御装置４０や，装置監視制御部２１に接続された制御端末から，管理者により手動で入力しても良いし，装置側に接続構成の自動検出機能を具備して，装置実装とともに自動検出できるようにしても良い。また、異なる光クロスコネクト装置２０内の装置監視制御部２１同士が互いに通信して経路計算などを行う場合には、ネットワーク構成情報や経路情報などをメモリ２１３に保持すれば良く、経路計算などの各種演算はＣＰＵ２１２にて行うことができる。メモリ２１３は、市販のハードディスクや半導体メモリで実現できる。

光信号切替部２２は、装置監視制御部２１と通信を行なうための通信制御部２２１や、光スイッチ部を制御するためのＣＰＵ２２２、光スイッチ部の制御に必要な情報を格納するメモリ２２３および光スイッチ部２２４を有する。本実施例では光スイッチ部にもＣＰＵ２２２やメモリ２２３を設けて、光信号切替部がある程度自律的に光信号の経路切替えを行いうる構成としているが、装置監視制御部２１のＣＰＵ２１２やメモリ２１３により光スイッチ部２２４を直接制御するようにして、ＣＰＵ２２２やメモリ２２３を省略する構成としても良い。

ＩＦ部２３は光信号を電気信号に変換し、信号の同期調整やオーバヘッド処理等を必要に応じて行う。本実施例では、このＩＦ部２３を単位に、光スイッチ部２２４にて光信号の経路切替え処理を行う。ＩＦ部２３は，伝送距離拡大や，ファイバの季節変動や物理的外力による損失変動や部品の経年劣化など他の要因による品質劣化を補償するために，例えば，ＩＴＵ勧告 Ｇ．７０９に示されるような誤り訂正符号処理を行うこともある。ＩＦ部２３は，例えば，ＳＴＭ−１６（2．5Gbit/s），ＳＴＭ−６４（１０Ｇｂｉｔ／ｓ），ＳＴＭ−２５６（４０Ｇ）をインタフェースとするクライアント装置１００からの信号を収容し，それぞれＩＴＵ−Ｔ Ｇ．７０９ ＯＴＮで規定されるＯＴＵ−１（2.7Gbit/s）,ＯＴＵ−２(10.7Gbit/s)，ＯＴＵ−３（４２．８Ｇｂｉｔ／ｓ）で且つＩＴＵ−Ｔで規定された波長を持つ信号へ変換してＷＤＭ部へ出力し，またはＷＤＭ部２４からの信号を上記とは逆に変換する機能を持つ。またＩＦ部２３は，ある光クロスコネクト装置２０で一方の伝送路から別の伝送路へ転送される信号に対しては，ＯＴＵ−ｎ（n＝１，２，３）の信号を再生中継する機能を持っても良い。クライアント信号としては，他に例えばIEEE ８０２．３ｚで規定されるＧｂＥ（１Ｇｂｉｔ／ｓ）や，IEEE ８０２．３ａｅで規定される１０ＧｂＥ（１０．３Ｇｂｉｔ／ｓ）を収容することも可能であり，その場合，ＷＤＭ部とのインタフェース速度は，これらに誤り訂正符合分の比率，例えば７％程度を付加したものになる。なお、この比率は適宜必要な訂正能力に応じて変更してよい。

ＷＤＭ部２４は，ＩＦ部２３からの光信号を波長多重し，必要な場合は増幅して伝送路ファイバ３０へ送出し，伝送路ファイバ３０からの波長多重信号を波長分離してＩＦ部２３へ送出する。ＩＦ部は必ずしもＷＤＭ部２４と接続されている必要はなく、ＩＦ部２３の光信号が波長多重や分離をされずに光クロスコネクト装置外との間で入出力されるようにしても良い。さらにＷＤＭ部２４は必要に応じて，波長分離の前もしくは後でＩＦ部２３への送出の前に増幅し，または主信号に監視制御用信号を波長多重し、又は分離する。伝送路ファイバ３０へ送出する際の光信号のパワーは，波長数や光クロスコネクト装置間の損失や光増幅器の雑音指数による光信号対雑音比（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ；ＯＳＮＲ）や，ファイバ中の非線形効果による波形劣化や雑音増加の程度を考慮して決められる。非線形効果としては，自己位相変調（Ｓｅｌｆ Ｐｈａｓｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ；ＳＰＭ）や相互位相変調（Ｃｒｏｓｓ Ｐｈａｓｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ；ＸＰＭ）や四波混合（Ｆｏｕｒ Ｗａｖｅ Ｍｉｘｉｇｉｎ；ＦＷＭ）といったものが知られ，波形劣化量は，波長数，ファイバの分散，非線形定数等に依存する。ファイバの分散や非線形定数はファイバがシングルモード（ＳＭＦ）か分散シフトファイバ（ＤＳＦ）かによっても異なり、同じＤＳＦであっても個体差も存在する。ＩＦ部２３への送出前の増幅器の出力パワーは受信器のダイナミックレンジや受信感度を考慮して決められる。

ファイバの波長分散による波形劣化を相殺する分散補償器をＷＤＭ部２４に組み込んでも良い。分散補償器としては，伝送路ファイバと符号が異なる分散補償ファイバや，ファイバ回折格子，光学レンズ，共振器など利用したものが市販されている。ＷＤＭから出力される波長は，例えばＩＴＵ−Ｔ勧告 Ｇ６９４．１やＧ６９４．２で規定される波長グリッド上の波長を使うことができ、波長数は、８波、１６波、２０波、４０波、６４波、８０波、１２８波、１６０波など、伝送条件を工夫することで様々に選ぶことができる。

図３は，本実施例における光クロスコネクト装置２０の光スイッチ部２２４の一構成例を示す。図３において，光スイッチ部２２４は，ｋ入力ｋ出力のポートを備えた第１の基本スイッチ（ＯＳＷ−Ｂ１）８３−１と、ｋ入力ｋ出力のポートを備えた第２の基本スイッチ（ＯＳＷ−Ｂ２）８３−２と、２ｋ個のポートを備え１番目からｋ番目のポートと、ｋ＋１番目から２ｋ番目のポートとの間で、それぞれ任意のポート同士を一対一に相互接続可能な、双方向伝送性をもつ拡張スイッチ（ＯＳＷ−Ｅ）８４−１と、３つのポートを備えた２ｋ個の第１の光サーキュレータ８１−１と、同じく３つのポートを備えた２ｋ個の第２の光サーキュレータ８１−２と、第１ポートと第２ポートと共通ポートを備え、共通ポートと第1ポート又は第２ポートのいずれかを任意に接続することができる２ｋ個の選択スイッチ（ＳＥＬ）８２で構成される。

図３の実施例においては、１番目からｋ番目のＩＦ部２３が基本スイッチ８３−１を介して相互に接続される一まとまりのＩＦ部２３である。また、ｋ＋１番目から２ｋ番目のＩＦ部２３が、基本スイッチ８３−２を介して相互に接続される一まとまりのＩＦ部２３である。以下、具体的な接続関係を説明するために，光スイッチ部２２４と１番目のＩＦ部２３−との接続関係，および２ｋ番目のインタフェースとの接続関係を示す。

まず、基本スイッチ８３−１（ＯＳＷ−Ｂ１）と接続される第1の光サーキュレータ８１−３の各ポートの接続について説明する。第1の光サーキュレータ８１−３の第１ポートはＩＦ部２３−２（ＩＦ１）の出力と接続され、第３ポートは当該ＩＦ部２３−２の入力と接続され、第２ポートは選択スイッチ８２−１（ＳＥＬ１）の共通ポートｃに接続される。次に、選択スイッチ８２−１の各ポートの接続について説明する。選択スイッチ８２−１の第１ポートaは、第２の光サーキュレータ８１−４の第1ポートと接続され、第２ポートｂは拡張スイッチ８４−１の１番目の双方向ポートと接続される。次に第2の光サーキュレータ８１−４の各ポートの接続について説明する。第２の光サーキュレータ８１−４の第２ポートは、第１の基本スイッチ８３−１の第１入力ポートと接続され、第３ポートは、第１の基本スイッチ８３−１の第１の出力ポートと接続される。

次に、基本スイッチ８３−２（ＯＳＷ−Ｂ２）と接続される２ｋ番目の第1の光サーキュレータ８１−５の各ポートの接続関係について説明する。第1の光サーキュレータ８１−５の第１ポートはＩＦ部２３−３（ＩＦ２ｋ）の出力と接続され、第３ポートは当該ＩＦ部２３−３の入力と接続され、第２ポートは選択スイッチ８２−３（ＳＥＬ２ｋ）の共通ポートｃに接続される。次に選択スイッチ８２−３の各ポートの接続関係について説明する。選択スイッチ８２−３の第１ポートaは、第２の光サーキュレータ８１−６の第１ポートと接続され、選択スイッチ８２−３の第２ポートｂは、拡張スイッチ８４−１（ＯＳＷ−Ｅ）の２ｋ番目の双方向ポートと接続される。次に第２の光サーキュレータ８１−６の接続関係について説明する。第２の光サーキュレータ８１−６の第２ポートは、第２の基本スイッチ８３−２の第２ｋ番目の入力ポートと接続され、当該第２の光サーキュレータ８１−６の第３ポートは、第２の基本スイッチ８３−２の第２ｋ番目の出力ポートと接続される。

なお，図３に示すとおり、２番目からｋ番目までのＩＦ部２３の光スイッチ部２２４内における接続関係は，上述の１番目のＩＦ部２３−２の接続関係と同様であり，ｋ＋１番目から（２ｋ−１）番目までのＩＦ部２３の光スイッチ部２２４内における接続関係は、上述の２ｋ番目のＩＦ部２３−３の接続関係と同様である。

図４に，図３で示される光サーキュレータ８１の動作を示す。光サーキュレータ８１は，光の入出力関係が循環性を示す。即ち，ポート１からの入力がポート２に出力され，ポート２からの入力がポート３から出力され，ポート３からの入力がポート１から出力される光部品であり，市販されている。構成方法はいくつかあるが，例えば，偏光ビームスプリッタ，偏光回転子，プリズムなどで構成されている。

次に、図５〜図７により，図３で示した実施例における光スイッチ部２２４を用いた光信号経路切替えによるＩＦ部２３の相互接続の手順について説明する。図５は，図２で示した本実施例の光スイッチ部２２４の制御シーケンスである。

まず光パスを設定する際，例えば図１や図２で示すネットワーク監視制御装置４０が、各光クロスコネクト装置２０に対し、複数のＩＦ部２３のうち任意の２つのＩＦ部であるＩＦ−ＡとＩＦ−Ｂを接続するよう装置監視制御部２１へ指示する（Ｓ０１）。指示を受けた装置監視制御部２１は光スイッチ接続情報２１４を参照し、ＩＦ−ＡとＩＦ−Ｂが，基本スイッチ８３−１と基本スイッチ８３−２のいずれに接続されているのかを確認する。

図８に示すとおり光スイッチ接続情報２１４は、各ＩＦ部２３がいずれの選択スイッチ８２（ＳＥＬ）に接続されているか、いずれの基本スイッチ８３（ＯＳＷ−Ｂ）に接続されているか、そして拡張スイッチ８４（ＯＳＷ−Ｅ）のいずれのポートに接続されているかを判別するための情報を有する。

そして、装置監視制御部２１−１は、ＩＦ−ＡとＩＦ―Ｂが同じ基本スイッチ８３に接続されているかを判定する（Ｓ０２）。この判定で，２つのＩＦ部は同一の基本スイッチ８３に接続されていると判明（Ｓ０２の処理結果Ｙｅｓ）した場合，装置監視制御部２１は，ＩＦ−ＡとＩＦ−Ｂの接続先が同じ基本スイッチ８３となるよう、ＩＦ−ＡとＩＦ−Ｂが接続されたそれぞれの選択スイッチ８２に対し，ポートｃとポートaを接続するよう制御する（Ｓ０３）。

ＩＦ−ＡがＩＦ部２３−２（ＩＦ１）であり、ＩＦ−ＢがＩＦ部２３−４（ＩＦｋ）であった場合のスイッチの接続構成を図６に示す。ＩＦ部２３−２から出力された光信号は，光信号経路９０−１で示すように，第１の光サーキュレータ８１−３の第１ポートから第３ポートを経て選択スイッチ８２−１（ＳＥＬ１）の共通ポートｃに入力される。装置監視制御部２１は、光スイッチ接続情報２１４を参照し、ＩＦ部２３−２およびＩＦ部２３−４が両方とも基本スイッチ８３−１（ＯＳＷ−Ｂ１）と接続されていると判定して、ＩＦ部２３−２に対応する選択スイッチ８２−１と、ＩＦ部２３−４に対応する選択スイッチ８２−２（ＳＥＬｋ）のポートｃをポートａとをあらかじめ接続する。このため選択スイッチ８２−１のポートｃに入力された光信号はポートａから出力されて第２の光サーキュレータ８１−４の第１ポートに入力し、第３ポートを経て，第１の基本スイッチ８３−１のポート１に入力される。

装置監視制御部２１は、ＩＦ−ＡとＩＦ−Ｂを接続するため、光スイッチ接続情報を参照し、これらＩＦ部２３に接続される基本スイッチ８３−１の入力ポート１と出力ポートｋをあらかじめ接続する。基本スイッチ８３−１のポートｋから出力される光信号は、第１の光サーキュレータ８１−５の第３ポートから第１ポートを経て選択スイッチ８２−２のポートaに入力される。選択スイッチ８２−２のポートａは前述のとおりポートｃと接続されている。従って，選択スイッチ８２−２のポートaから入力された光信号は共通ポートｃから出力され，光サーキュレータ８１−７の第３ポートから第１ポートを経てＩＦ−ＢであるＩＦ部２３−４と接続される。一方，ＩＦ部２３−４から出力される光信号は，上述と同様の動作で，光信号の経路９０−２で示されるように，最終的にはＩＦ−ＡであるＩＦ部２３−２へ入力される。このようにして，ＩＦ２３−２とＩＦ２３−４間の双方向の相互接続が実現される。

この後，装置監視制御部２１は、ＩＦ部２３−２とＩＦ部２３−４により例えば信号のビット誤り数を計数したり、あるいはオーバヘッドに挿入されたトレース情報を参照することで信号をモニタし、このモニタ結果をネットワーク監視制御装置４０−１へ送信する。ネットワーク監視制御装置４０−１は、送信されたモニタ監視と、正常性を判断するためにあらかじめ定められた閾値と比較するなどして、ＩＦ−ＡとＩＦ−Ｂ間の主信号導通が所定の品質で達成されたか否かを判断する（Ｓ０５）。

この監視結果が正常であれば，ネットワーク監視制御装置４０−１は経路設定処理が正常に終了したと判定し（Ｓ０６），処理が終了する。また，ＩＦ−ＡとＩＦ−Ｂ間の主信号導通が異常であった場合は，異常判定され（Ｓ０７），処理が終了する。

以上の実施例では、接続する２つのＩＦ部２３が同じ基本スイッチ８３に接続されている場合を説明した。次に，ネットワーク監視制御装置４０から接続を指示された２つのＩＦ部２３が、異なる基本スイッチ８３に接続されている場合について説明する。図５の処理（Ｓ０２）でＩＦ−ＡとＩＦ−Ｂが異なる基本スイッチ８３に属し、図５の（Ｓ０２）の処理結果がＮｏとなる場合について説明する。

これは，例えば，ＩＦ−ＡがＩＦ部２３−２（ＩＦ１），ＩＦ−ＢがＩＦ部２３−３（ＩＦ２ｋ）の場合である。この場合，装置監視制御部２１は光スイッチ接続情報を参照し、ＩＦ部２３−２とＩＦ部２３−３がそれぞれ異なる基本スイッチ８３−１（ＯＳＷ−Ｂ１）、基本スイッチ８３−２（ＯＳＷ−Ｂ２）に接続されていると判断する。すると装置監視制御部２１は、ＩＦ部２３−２とＩＦ部２３−３に接続される選択スイッチ８２−１（ＳＥＬ１）および８２−３（ＳＥＬ２ｋ）について、ポートｃとポートｂを接続するとともに，ＩＦ部２３−３に接続されるポート１とＩＦ部２３−３に接続されるポート２ｋが接続されるよう拡張スイッチ８４（ＯＳＷ−Ｅ）を制御する（Ｓ０４）。

このように制御することで，ＩＦ部２３−２からの出力信号は，光信号経路９０−３に沿って，ＩＦ部２３−３へ入力されるとともに，ＩＦ部２３−３からの出力信号は，光信号経路９０−４に沿って，ＩＦ部２３−２へ入力されるので，ＩＦ部２３−２とＩＦ部２３−３間の双方向の相互接続が実現される。Ｓ０５〜Ｓ０７の処理については，上述のＩＦ部２３−２とＩＦ部２３−４を接続する場合の説明と同様である。

以上の動作によれば，選択スイッチ８２をポートa側に選択することで基本スイッチ８３−１と接続される１番目からｋ番目のＩＦ部２３は，基本スイッチ８３−１が非閉塞であれば，任意の組み合せで相互接続が可能である。また、選択スイッチ８２をポートa側に選択することで、基本スイッチ８３−２と接続されるｋ＋１番目から２ｋ番目のＩＦ部２３は，基本スイッチ８３−２が非閉塞であれば，任意の組み合せで相互接続が可能である。

さらに，選択スイッチ８２をポートｂ側に選択することで拡張スイッチ８４−１のポート１〜ｋに接続される１番目からｋ番目のＩＦ部２３のいずれか任意の１つは，拡張スイッチ８４−１が非閉塞であれば，同じく選択スイッチ８２をポートｂ側に選択することで拡張スイッチ８４−１のポートｋ＋１〜２ｋに接続されるｋ＋１番目から２ｋ番目のＩＦ部２３のいずれか任意の１つと，任意の組み合わせで相互に接続することが可能である。即ち，本発明の光スイッチ２２によれば，ｋ入力ｋ出力の基本スイッチ２個と，２ｋ個のポートを備え１番目からｋ番目のポートはｋ＋１番目から２ｋ番目のポートのいずれかと相互接続可能な双方向伝送性をもつ拡張スイッチ１個を、２ｋ個の選択スイッチおよび４ｋ個の光サーキュレータを用いて上述の如く構成することで，２ｋ×２ｋの非閉塞な光スイッチが実現できる。

以上説明したように，本実施例の光スイッチによれば，接続対象の２つのＩＦ部２３が同一の基本スイッチ８３に属するか否かの判定により，わずか２ポートの選択スイッチ８２の設定と，基本スイッチ８３または拡張スイッチ８４いずれか一個の光スイッチの接続を設定することで２つのＩＦ部２３を任意に接続することができる。このように簡素な光スイッチや光サーキュレータの組み合わせにより、２ｋ×２ｋの入出力ポート間を任意に接続可能な大規模光スイッチを構成できるため、従来の３段のスイッチ構成と比較して制御の簡素化が図れる。

また，ハードウェア削減効果について，例えば，２５６×２５６規模の光スイッチについて，３段構成のクロス網と比較してみる。クロス網の場合，１６×３２規模の光スイッチが１６個，１６×１６規模の光スイッチが３２個必要となる。これを３D-MEMS型スイッチで実現する場合，スイッチ素子数は，原理的には，（１６＋３２）×１６＋（１６＋１６）×３２＝１７９２個が必要となる。一方，本発明によるスイッチ構成の場合，光サーキュレータは受動部品であり制御の必要が無いため除外すると，１２８×１２８規模の３D-MEMS型スイッチが３個と，１×２規模の光スイッチが２５６個あれば良いので，合計で，（１２８＋１２８）×３＋２５６＝１０２４個の光スイッチを用意すれば良く，制御対象数やハードウェア規模が，約５７％に削減できる。

本実施例の選択スイッチ８２については，１×２型の光スイッチを用いれば良い。半導体スイッチやLiNO3スイッチ、ＰＬＣ型スイッチ、可動型光スイッチ、ＭＥＭＳ型スイッチなどを用いることができるが，光信号を双方向に通過可能な光スイッチであれば，これらの限りではないことは明白である。

拡張スイッチ８４について，双方向伝送性を確保するためには，光信号の経路上に光アイソレータなどの光信号の伝播する方向を制限するような素子を用いずに構成することで実現が可能である。

本実施例では図３，図６，図７において，基本スイッチ８３を２個用い、拡張スイッチ８４を１個用いる構成を示したが、これらの一部だけを使用することもできるため、本実施例の光スイッチ部２２４は拡張性に優れる。例えば，ＩＦ部２３の数が１〜ｋの場合は，直列に２つの光サーキュレータを接続したものをｋ組と、ｋ入力ｋ出力の基本スイッチ１個あればｋ×ｋのスイッチとして使用することができる。これにさらに直列に２つの光サーキュレータを接続したものｋ組と、ｋ入力ｋ出力の第２の基本スイッチ１個を追加することで，ｋ×ｋのスイッチとして２個独立に動作でき，２ｋ個のインタフェースを収容可能である。

さらに，直列に接続した２つのサーキュレータの間に選択スイッチを配置し、選択スイッチの一方のポートを１つの拡張スイッチに接続することで，既存の２組のｋ×ｋスイッチの既設のパスを乱すことなく，２ｋ×２ｋのスイッチへの増設あるいはアップグレードが可能である。また，収容する回線数が少なくなる場合は，使用するインタフェースを１番目からｋ番目へ徐々に集約していくことで，拡張スイッチや第２の基本スイッチを減設することが可能である。

また，２ｋ×２ｋのスイッチを主に基本スイッチ２個と拡張スイッチ１個の３つのスイッチで構成しているので，いずれか１つのスイッチが故障しても，光クロスコネクト装置が収容する回線全てに影響することはなく，スイッチ故障の波及範囲を限定できるという効果もある。

本発明による光スイッチおよび光クロスコネクト装置は本実施例に限定されるものではない。また、本実施例では，光クロスコネクト装置にＷＤＭ部にＷＤＭ機能を内蔵する例を示したが，本発明の効果は，ＷＤＭ機能を内蔵しない場合でも同様に効果がある。

また、複数の光スイッチを組み合わせる場合、光スイッチ部を拡張（増設）可能に構成することでノード建設時の初期コストを抑え、また光スイッチ部の切替え制御を簡素にすることで監視制御装置への負荷を軽減することができる。

光ネットワークの一例を示す図。 光クロスコネクト装置の一実施例を示す図。 光スイッチの一実施例を示す図。 光サーキュレータの入出力関係を示す図。 光スイッチの制御シーケンスの一実施例を示す図。 光クロスコネクト状態の一実施例を示す図。 光クロスコネクト状態の別の一実施例を示す図。 光スイッチ接続情報の一実施例を示す図。

符号の説明

１０…光ネットワーク
２０…光クロスコネクト装置
２１…装置監視制御部
２１４…光スイッチ接続情報
２２…光信号切替部
２２４…光スイッチ部
８１…光サーキュレータ
８２…選択スイッチ
８３…基本スイッチ
８４…拡張スイッチ

Claims (4)

1. 第1のポートから第2のポートへ、前記第2のポートから第3のポートへ、前記第3のポートから前記第1のポートへ、それぞれ入力された光信号を出力する光サーキュレータを用いた光信号の経路切替装置において、
   それぞれが第4のポートと第5のポートと第6のポートを持ち、前記第4のポートと、前記第5のポート又は前記第6のポートのいずれか任意の1つとの間に光信号の経路を設定することができる、2k個の第1の光スイッチと、
   それぞれがk個の第7のポートとk個の第8のポートを持ち、前記第7のポートと第8のポートの間を任意に一対一に接続する、第2の光スイッチおよび第3の光スイッチと、
   k個のポートを有する第9のポートとk個のポートを有する第10のポートを持ち、当該第9のポートと第10のポートの間を任意に一対一に接続する、第3の光スイッチと、
   それぞれの前記第2のポートが前記第2の光スイッチの第7のポートに一対一に接続され、前記第3のポートが前記第2の光スイッチの第8のポートに一対一に接続された、k個の第1の光サーキュレータと、
   それぞれの前記第2のポートが前記第3の光スイッチの第7のポートに一対一に接続され、前記第3のポートが前記第3の光スイッチの第8のポートに一対一に接続された、k個の第2の光サーキュレータとを有し、
   前記第1の光スイッチのうちk個について、前記第5のポートと前記第1の光サーキュレータの第1のポートとを一対一に接続し、前記第6のポートを前記第3の光スイッチの前記第9のポートの1つに一対一に接続し、
   前記第1の光スイッチのうち残りのk個について、前記第5のポートと前記第2の光サーキュレータの第1のポートとを一対一に接続し、前記第6のポートを前記第3の光スイッチの前記第10のポートの1つに一対一に接続することを特徴とする光信号の経路切替装置。
2. 請求項1に記載の光信号の経路切替装置において、
   前記第1の光スイッチの第3のポートのそれぞれに第3の光サーキュレータが接続されていることを特徴とする光信号の経路切替装置。
3. 請求項1に記載の光信号の経路切替装置において、
   前記第1の光サーキュレータにそれぞれ接続された、2つの前記第1の光スイッチ同士の間に光信号の経路を設定する場合、
   前記第1の光スイッチは前記第4のポートと前記第5のポートを接続し、
   前記第2の光スイッチは、光信号の経路を設定する2つの前記第1の光スイッチに接続された2つの前記第1の光サーキュレータについて、1つの光サーキュレータの第2のポートに接続された前記第7のポートと、もう1つの光サーキュレータの第3のポートに接続された前記第8のポートとの間を接続することを特徴とする光信号の切替装置。
4. 請求項1に記載の光信号の経路切替装置において、
   前記第1の光サーキュレータの任意の1つに接続された前記第1の光スイッチと、前記第2の光サーキュレータの任意の1つに接続された前記第1の光スイッチとを接続する場合、
   前記第1の光スイッチは前記第4のポートと前記第6のポートを接続し、
   前記第3の光スイッチは、光信号の経路を設定する2つの前記第1の光スイッチについて、前記第1の光サーキュレータの任意の1つに接続された前記第1の光スイッチの前記第6のポートと接続されている前記第9のポートと、前記第2の光サーキュレータの任意の1つに接続された前記第1の光スイッチの前記第6のポートと接続されている前記第10のポートとの間を接続することを特徴とする光信号の切替装置。

Images