JP2008219843A

JP2008219843A - 光ハブによるネットワーク

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Publication number: JP2008219843A
Application number: JP2007096829A
Authority: JP
Inventors: Junichi Mizusawa; 純一水澤
Original assignee: E-LAMBDANET CORP; LAMBDANET CORP E
Current assignee: E-LAMBDANET CORP; LAMBDANET CORP E
Priority date: 2007-03-06
Filing date: 2007-03-06
Publication date: 2008-09-18

Abstract

【課題】光ファイバの高速性を生かす伝送遅延時間最短の光ネットワークサービスを提供する。
【解決手段】光ファイバと光ハブおよび光ネットワークインタフェース回路（光ＮＩＣ）で構成し、光ＮＩＣが利用者端末から送信を指示された通信信号を光信号で送信し、光ファイバおよび光ハブでその光信号をネットワーク全体にブロードキャストし、受信端末側では光ＮＩＣがその光信号を受信して元の通信信号を復元して利用者端末に渡す構成であり、光メディアアクセスモードとして半固定アクセスモードと多重アクセスモードを有し、半固定アクセスモードの動作では、送信側の光ＮＩＣは複数の送信光波長と複数のタイムスロットの組合せから選択して送信信号を乗せる仕組みを有している。
【選択図】図１１

Description

本発明は、光通信信号の伝送媒体を使ってローカルおよび広域ネットワークを構成する技術についてであり、光ファイバーとその他の光部品で構成する光ファイバー網に対して、そこに接続されている多数の端末が光伝送媒体（光ファイバー網）を利用する手段として、平等なメディアアクセスを実現する技術分野に関するものである。

ネットワークは専用網と公衆網に分類される。専用網は特定目的に利用され、公衆網は多数の利用者が共用することで経済的にネットワークを利用することを可能にする。公衆網では多数の利用者が共有するネットワーク資産にアクセスする手順を実現している。公衆電話網では受話器を持ち上げてダイヤルする一連の手順で、このネットワーク資産を一時的に利用することを可能にしている。インターネットではＩＰパケットと呼ぶ情報の小包を構成し、ＩＰパケットをメモリに一時的に蓄えておくことで、ネットワーク利用が可能になるまで待機することで、ネットワーク資産を一時的に利用することを可能にしている。ＩＰパケットの例は、一つの道路を異なった目的の自動車が順番に利用している例と同様に、道路に相当するネットワーク回線をＩＰパケットが順番に利用している。

公衆網にアクセスする端末は、ネットワーク資産を利用するときに、ネットワークへのアクセス手順を使ってメディアアクセスを行う。メディアとは媒体のことであり、公衆電話網では電話線（電気信号）、携帯電話では無線電波、ブロードバンドで利用される光ファイバでは光ファイバをさす。公衆網ではメディアを利用者が共用するために、メディアアクセス手順についてルールが決められている。公衆電話網では家庭に引き込まれている電話線はその家庭に専用に割当てられているが、電話局から先のネットワークリソースは共用であり、電話局に設置された交換機が、利用者からのダイヤル信号を契機にして、共用リソースの割当て処理を行う。

携帯電話では無線電波を利用し、無線電波は国民が共用する通信のための手段である。このため国が電波の割当を管理し、携帯電話を利用するときには共通メディアである電波を利用者端末が要求して、空きの電波を割当てる処理が自動的に行われる。携帯電話でこの割当処理が行われるときには、携帯電話の無線基地局に対して電波の割当を要求する処理が行われ、無線基地局側が電波割当の権限を持っている。

公衆電話網の例では、メディアアクセスの手順は電話局に設置された交換機が実施している。携帯電話の場合には基地局にメディアアクセスのための電波を割当てる権限が与えられている。このように共通に利用するメディアを割当てる手順について、権限を持つ側を一次局、一次局の指示に従う側を二次局と呼ぶ。あるいは親局、子局と呼ぶ場合もある。あるメディアを複数の利用者が利用する場合に、その利用割当ての仕方として、権限集中型と権限平等型の２種類に大別できる。上記公衆電話網や携帯電波の割当ては権限集中型である。

権限平等型の代表例がローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）で用いられているイーサネットのＣＳＭＡ／ＣＤ方式である。ＣＳＭＡ／ＣＤでは多数の端末が同一の回線にアクセスする際に、他の端末がすでにそのメディアを利用しているかどうかを調べる。すでに利用している場合には、一定時間待ってから再度媒体の空き状況を調べる。またたまたま二つ以上の端末が同時に媒体にアクセスすると衝突が発生する。衝突時には電気信号が互いに干渉するので正常に通信信号を送ることができない。そこで、一定時間待ってから再度メディアにアクセスする。二度三度の衝突が発生しないように、待ち時間に工夫がなされている。

ローカルネットワークのように権限平等型のメディアアクセス方式は、権限集中型に比較して技術の普及が促進できるメリットがある。権限集中型では、特定のメディア割当てアルゴリズムに従ったルールで通信端末が作成されるため、そのルールを提供する組織や装置の動向に通信相手のインプリメンテーションが依存し、システム導入や普及のネックとなりやすい。これに対して、権限平等型のメディアアクセス方式は、端末を含む全ての通信装置類が対等な関係になるので、その機能を実現するネットワークインタフェース機能を標準化して大量生産のチップに盛り込む過程を経れば、普及が格段に容易になる。

アクセス権限平等型のネットワークはローカルネットワークで広く普及したイーサネット技術である。イーサネットはその初期段階では、一筆書きのように設置した１本の長い同軸ケーブルにトランシーバをつけて電気信号を取り出し、送り出していた。１本の同軸ケーブルにつけるトランシーバの数は端末数によって決まった。現在のイーサネットはハブを介してスター型に各端末を接続しているが共通の電気信号媒体に平等にアクセスする仕組みは同じである。

１９８０年代から光ファイバの通信ネットワークへの導入が本格化した。光ファイバへのメディアアクセス方式として現在普及しているのが、パッシブオプティカルネットワーク（ＰＯＮ）である。パッシブオプティカルネットワークは電話局と多数の利用者宅を結ぶ方式として、光ファイバとスターカプラを用いている。スターカプラで光信号を分配することで多数の利用者が光ファイバを共用する方式であるが、電話局側が一次局、利用者宅側が二次局であり、メディアアクセスについては一次局から制御する権限集中型である。光ファイバの普及に伴い、光信号でのメディアアクセスについても平等にアクセスする技術が実現できれば、高速ネットワーク利用の普及に貢献すると考えられる。

光ファイバに多数の光通信信号を乗せる基本的な技術を分類すると、波長多重と時分割多重技術である。波長多重はレーザダイオードが発生する光の波長が異なることで、一本の光ファイバに多数の光信号を同時に乗せる技術である。波長多重信号で構成される光信号から特定の波長を選び出したり追加したりする光回路をアッドドロップと呼ぶ。アッドドロップでは誘電多層膜などで構成する光フィルタを使って、光波長多重信号のうちの特定の光信号を光ファイバから抜き出したり追加したりする。

時分割多重は、光ファイバの信号を乗せるタイミングをタイムスロットと呼ぶ時間単位に割当てる多重技術である。原理は同軸ケーブルや無線電波を利用する時分割多重と同一であり、通信相手が異なる多数のディジタル信号を個別に特定のタイムスロットに乗せることで、一本の伝送路上で多重通信を実現する。受信側ではタイムスロット別に行き先に振り分ける。

光ファイバや光回路で構成される媒体に対して、電気信号で平等なアクセスを実現したイーサネットのような仕組みを導入することは現時点でできていない。その理由は、光ファイバと光回路で、イーサネットがハブを利用してネットワークを拡張して特定のエリアをカバーする仕組みと同等なブロードキャストネットワークの仕組みが実現できていないことによる。ここで述べるイーサネットの原理であるブロードキャストとは、ハブ接続した全て回線に通信信号が伝わることを指す。近年導入されたスイッチングハブでは特定の方路に信号送信を限定する仕組みが採用されているが、ここでは本来のブロードキャストの原理で説明を続ける。

光ファイバや光回路で構成される媒体に対して、イーサネットのような仕組みが提案されていないもう一つの理由は、イーサネットで利用する電気信号は通信信号の送信開始停止が迅速にできるが、光信号はレーザダイオードの特性から、送信停止を頻繁に繰り返す利用方法を想定していなかったことによる。本発明はこれらの解決策を説明する。
「データ通信方法及び通信システム」特公平６−８３２２１ニュー・モディコン・インコーポレーティド「超高速光ローカルエリアネットワークにおける伝送方法および装置」特公平６−８３２４４、アメリカンテレフォンアンドテレグラムカンパニーなし

解決しようとする問題点は、光信号を通信信号の伝送手段とする光ファイバーなどの光通信媒体について、接続される全ての端末が平等な立場で光通信媒体を利用する大容量分散型の通信ネットワークアクセス制御方式が実現していないため、光ファイバの高速性を生かす伝送遅延時間最短の光ネットワークサービスが提供されていないこと、および電気信号で動作するイーサネットのように、ハブを利用したネットワークの拡張手段や、多数の端末のアクセスを平等なアクセス手順で実現する多重アクセス方式が実現できていないため、光ファイバネットワークではネットワークの拡張性が乏しく、したがって光ファイバが簡便に利用できるネットワークとして広く普及しないことである。

本発明のネットワークは、光ファイバと光ハブおよび光ネットワークインタフェース回路（光ＮＩＣ）で構成し、光ＮＩＣが利用者端末から送信を指示された通信信号を光信号で送信し、光ファイバおよび光ハブでその光信号をネットワーク全体にブロードキャストし、受信端末側では光ＮＩＣがその光信号を受信して元の通信信号を復元して利用者端末に渡す構成であり、光メディアアクセスモードとして半固定アクセスモードと多重アクセスモードを有し、半固定アクセスモードの動作では、送信側の光ＮＩＣは複数の送信光波長と複数のタイムスロットの組合せから選択して送信信号を乗せる仕組みを有しており、送信が完了するとキャリアを含めて光信号の送出を停止し、受信側の光ＮＩＣは受信した光信号が自分宛の通信信号であるかどうかを判定する仕組みを有することを特徴とし、多重アクセスモードで動作するときには、送信側の光ＮＩＣは光信号が光伝送媒体に存在しないことを確認して光信号を送出し、光信号の衝突を検出したときには光信号の送信を直ちに停止し、あらかじめ決められたアルゴリズムに従い一定時間待ち、再度送信を試みることを特徴とする。

本発明をイーサネットが現在使われているような大学キャンパスや企業内に適用すると、現状イーサネットで構成されているローカルエリアネットワークに置換わることで、イーサネットに比較して、より高速で通信ができ、電気の消費量を減らし、特に映像ブロードキャストにおいて、効率的な情報配信が可能になる。

本発明を行政単位の市全体をカバーするネットワークとして適用すると、通信事業者が提供する広域ネットワーク（ＷＡＮ）を利用せずに、専用の広帯域高速ブロードキャスト網を構成することができ、その信号速度は広域ネットワークが提供するサービスより高速にすることができるため、ハイビジョン（ＨＤＶ）画像を地域全体に伝送する仕組みにより、災害発生時などに迅速に画像情報を伝送したり、医療機関が高精細画像を専門医の診断を受けるために送信するなど、社会の安心安全に寄与できる。

本発明を日本全土や世界をカバーする幹線ネットワークとして適用すると、インターネットのバックボーンや専用回線として利用することで、光信号のまま電気信号に変換することなく伝送することで、光電気変換、電子論理回路によるＩＰパケットルーティング処理、および電気光変換に伴う信号伝送遅れを回避することができるため、遠距離伝送においてもっとも信号遅延時間の遅れが少ない高速ネットワークを構築することができる。

本発明を実施するには、光ファイバが広域に利用できることが前提となる。光ファイバはＮＴＴをはじめ、ＫＤＤＩ、電力会社、道路や交通機関などが多数敷設されている。光信号の通っていない空の光ファイバをダークファイバとよび、本発明を適用するにはダークファイバを利用することになる。光ファイバは１芯で原理的に２００テラヘルツの通信容量を持っており、現時点で１波長１０ギガビット毎秒から４０ギガビット毎秒のレベルにあり、変調技術の進歩、波長多重技術の進歩により通信速度と容量が今後進歩する余裕がある。

一方ＮＴＴなどが提供する公衆網では、多数の利用者に対して通信サービスを提供するため、現時点の１００メガビット毎秒の通信速度をさらに向上させたサービスを提供するには設備投資の面から時間がかかる。一方本発明は公衆網にも適用できるが、地域を限定した特定目的のローカルネットワークを対象にすることで、今後発展する新技術を迅速に適用して公衆網より性能が高いネットワークを構築することができる。そのためには、光ファイバが普及していることが前提となる。

図１は、本発明のネットワーク全体構成の一例を示す図である。端末４ａから通信情報を送出するときには光ネットワークインタフェース回路（光ＮＩＣ１）で光信号を作成し光ファイバ２に送出する。光ＮＩＣは本特許の機能を盛り込んだ光と電気信号の変換処理を行うメディアコンバータ回路である。図１では光ＮＩＣに接続されている光ファイバは２ａと２ｂの２経路あるがどちらに光信号を送出しても良い。２ａに送出する場合を考える。光ファイバ２ａは光ハブ３に接続されており、光ハブ３では端末４ａから送られてきた光信号を端末４ｂ，４ｃ，４ｄ宛に分けて、おのおの対応する光ファイバに送出する。端末４ｂ，４ｃ，４ｄの光ＮＩＣは光信号を受信して元の電気信号を復元して各端末に渡す。端末４ｂ，４ｃ，４ｄが全て自端末宛の信号として受信する場合には、端末４ａから端末４ｂ，４ｃ，４ｄに１対３のブロードキャスト通信をしたことになる。一方端末４ｂは受信信号を受け入れるが、端末４ｃ，４ｄでは自端末宛の信号ではないとして廃棄すれば、端末４ａから４ｂに情報を送る１対１通信となる。

図２は、本発明を構成する光部品の一つである光ハブ３ａの一形態を示す図である。
光ハブ３ａは４回線の光ファイバ入出力インタフェースから成る。光ハブ３ａは光ファイバ２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈに接続され、１個所の光ファイバから入力された光信号は光ハブ３ａに接続された全ての光ファイバに出力される。

図３は、光ハブのコネクタ構成を示す図である。図２で示した光ハブ３ａは、４本の光ファイバの各々について、信号入力部と信号出力部で構成するコネクタを介して光信号の送受を行う。光ファイバ２ｅの光ハブ３ａへの接続は、光ハブ３ａに光信号を入力するコネクタ５ｉｎ、光ハブ３ａから光信号を出力するコネクタ５ｏｕｔの一対で構成される。同様に光ファイバ２ｆ、２ｇ、２ｈの各々についても、光ハブ３ａに光信号を入力するコネクタと光ハブから光信号を出力するコネクタの一対で構成される。

図４は、図３で示した光ハブ３ａの内部構造を実現する一例を示す図である。コネクタ５ｉｎから入力された光信号は光スプリッタ６に送られ、光スプリッタ６では光信号を４分岐して４つの光カップラ７に伝える。光カップラ７は４個所の光スプリッタから光信号が送られてくるのでそれらをまとめてコネクタ５ｏｕｔに送る。光コネクタ５ｉｎ、５ｏｕｔ、光スプリッタ６、光カップラ７の相互間は光配線８により接続する。光配線８は光ファイバ、光導波路など光信号を伝達する配線で構成する。

図５は、本発明を構成する光ネットワークインタフェースカード（光ＮＩＣ）のインタフェース例を示す図である。パソコンやルータなど端末４に光ＮＩＣ１は電気配線９で接続し、電気配線９を介して端末４との間で情報送受を行う。光ＮＩＣ１は端末１から受信した情報を電気信号の形式から光信号に変換して光ファイバ２に送出する。光ファイバ２から受信した光信号を光ＮＩＣ１は電気信号に変換して電気配線９に送出し、端末４は電気配線９からその情報を受信する。

図６は、図５に示した光ＮＩＣの接続インタフェースを詳細化した例を示す図である。電気配線９のインタフェースは光ＮＩＣが電気信号を受信する電気コネクタ１０ｉｎと光ＮＩＣが電気信号を送信する電気コネクタ１０ｏｕｔで構成される。光ファイバ２のインタフェースは、光ＮＩＣが光信号を送出する光コネクタ１１ｏｕｔと光ＮＩＣが光信号を受信する光コネクタ１１ｉｎで構成される。

図７は、図５に示した光ＮＩＣについて、電気コネクタ１０ｉｎにおいて電気信号を受信してから、光コネクタ１１ｏｕｔに光信号を送出するまでの回路構成の一例である。電気信号受信部１２は電気コネクタ１０ｉｎから入ってくる信号を受信して一次記憶し、送信制御部１３から指示があったら光信号生成部１４に送信信号を送る。光信号生成部１４は送信制御部１３からの指示に従って、送信波長と送信タイムスロットを選択して光信号を生成し光コネクタ１１ｏｕｔに送出する。光コネクタ１１ｏｕｔに送出した信号は光ハブ３を経由して光コネクタ１１ｉｎに到着する。光コネクタ１１ｉｎに届いた光信号は光信号受信部１５で受信して電気信号の形式で送信信号制御部１３に伝えられる。送信制御部１３は光信号受信部からの信号を調べて、光コネクタ１１ｏｕｔからの光信号送信が正常に完了したことを判断する。

図８は、図５に示した光ＮＩＣについて、光コネクタ１１ｉｎにおいて光信号を受信してから、電気コネクタ１０ｏｕｔに電気信号を送出するまでの回路構成の一例である。光コネクタ１１ｉｎから入ってきた光信号は、光信号受信部１５で光信号から電気信号に変換され、受信制御部１６の指示により電気信号送信部１７に送られる。電気信号送信部では受信制御部からの指示に従った情報形式で電気コネクタ１０ｏｕｔに送出する。

図９は、図５で省略した光ＮＩＣ制御信号線１８を示した図である。光ＮＩＣ制御信号線１８は、本発明のネットワーク全体の動作をコントロールするための信号を送受する信号線であり、図１では光ＮＩＣ１は端末４ａの内部バスに直接接続されている場合を示しているが、光ＮＩＣ１が端末４ａとは分離して別系統のケーブルで接続することも可能である。

図１０は図９に示した光ＮＩＣ制御信号線１８と光ＮＩＣ内の送信制御部１３および受信制御部１６との接続構成を示す一例である。送信制御部１３と受信制御部１６は光ＮＩＣ制御信号線を介して光ＮＩＣが担う光信号の制御情報を送受するとともに、光ＮＩＣ内装置類のステータス情報を送受する。

図１１は、本発明でネットワークが半固定アクセスモードの時間多重と波長多重、亜ｔ重アクセスモードを採用したときの情報を伝送する仕組みを説明するためのネットワーク構成例を示す図である。図１１は本発明の多重動作を説明するために図１を詳細化し、図の構成要素に番号を３桁で振付けた。端末１００は光ＮＩＣ１０１を実装し、光ＮＩＣ１０１は光ファイバ１１１と光ファイバ１１２に接続し、光ファイバ１１１は光ハブ５０１に接続し、光ファイバ１１２は光ハブ５０２へ接続する。端末２００、３００、４００についても同様な番号体系で付与している。

時間多重とは、例えば１００ミリ秒の時間間隔を１０ミリ秒毎に分割し、Ｔ００からＴ０９の１０個のタイムスロットを作成して１００ミリ秒毎に同じ動作を繰り返すことで情報を送信する仕組みを言う。図１１において、例えば端末１００からの送信にＴ００を割当て、端末２００はＴ０１、端末３００はＴ０２、端末４００はＴ０３を割当てる。これにより同時刻に二つ以上の端末が同時に情報を送信し、互いに干渉することを避けることが可能となる。図１において光ファイバおよび光ハブの通信容量が１ギガビット毎秒の場合には、１０個のタイムスロットに分割することで、各タイムスロットにおいて利用可能な通信容量は最大０．１ギガビット毎秒となる。

半固定アクセスモードでは、図１１の端末相互間の通信チャネルを構成する時間多重割当ておよび波長多重割当ては半固定的に行われ、トラフィックの増加などの要因で通信チャネル割当て変更を希望する端末はその要求を同一ネットワークを構成する他の端末に送信して通信チャネル割当て変更を全ての端末に通知する。通信チャネル割当て変更処理の結果は端末から光ＮＩＣに光ＮＩＣ制御信号線を介して通知される。例えば通信チャネル割当て変更を端末１００が希望する場合はその情報が端末２００，３００，４００に伝えられ、端末間で調整された結果の通信チャネル割当て情報が端末１００から光ＮＩＣ１０１に光ＮＩＣ制御信号線１９を使って通知され、送信制御部１３および受信制御部１５はその通信チャネル割当て情報に基づいて動作する。

半固定アクセスモードで時間多重を実現するには、図１１の４個の光ＮＩＣ全てが時刻が同期した時計を持つことが前提となる。全ての光ＮＩＣが時刻同期することで、タイムスロットの割当て時刻が同期し、光伝送距離が短い場合には、送信側と受信側で光信号送受のタイミングを合わせることが可能になる。

光ＮＩＣ全てが時刻同期を実施する手段としては複数の方式が考えられる。例えば、インターネットで配布している標準時刻を利用して各光ＮＩＣに配布する方法、グローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）信号を各光ＮＩＣが個別に受信して標準時刻とする方法、光ＮＩＣが相互に通信相手の時刻を入手し光ファイバを通過する時間遅れを測定することで個別に時刻同期させる仕組みがある。

全ての光ＮＩＣにおいて時刻同期ができていると仮定すると、端末１００がタイムスロットＴ００に光ＮＩＣ１０１から送出した光信号は、光ハブ５０１に接続されている光ファイバ１１１，２１１，３１１，４１１を経由し、全ての端末、すなわち端末１００，２００，３００，４００に届けられる。各端末では光信号を光ＮＩＣで受信した後、信号が自分宛かを調べ、自分宛であれば受信し、そうでなければ廃棄する。

光ＮＩＣが２台の光信号生成部１４および光信号受信部１５を持つときには、図１１に示すように光ハブ５０１と５０２の各々に、端末１００から光ファイバ１１１、光ファイバ１１２で接続する。３台以上でも同様な構成が可能である。光ハブ５０１と５０２で構成する図１１では、タイムスロットの割当ては光ハブ毎に独立に行うことが可能であり、例えば、端末１１が光ファイバ１１１の送信するタイムスロットはＴ００、光ファイバ１１２に送信するタイムスロットはＴ０３とする。

前述の１００ミリ秒を１０ミリ秒単位の１０個のタイムスロットに分割したとき、図１１の端末４台に割当てるタイムスロットの数は任意である。例えば端末１００は３タイムスロット、端末２００は５タイムスロット、端末３００は２タイムスロット、端末４００は０タイムスロットと指定することが可能で、本発明のネットワークでは情報の流れ方に応じて、タイムスロットの割当てをダイナミックに変更する。

半固定アクセスモードの時間多重で、伝送距離が長い場合には、伝送遅延により発生する時間遅れを調整する仕組みが時刻同期の処理に追加して必要になる。例えば図１１の端末１００と端末３００の間で１０ミリ秒の伝送時間遅れが発生する場合には、１０ミリ秒のタイムスロット割当てでは、端末１００から送られた光信号が端末３００に到着するときには既に割り当てられたタイムスロット時間が終了しており、情報を受信することができない。そこで、予め端末１００から遅延時間測定用光信号と送信時刻を送信し、端末３００で受信した時刻から端末１００と端末３００間で発生する光信号伝送時間を測定し、光信号伝送遅延により発生する時間遅れを勘案した受信処理を端末３００で行う。

半固定アクセスモードの波長多重は複数の光波長を同時に利用する。光ＮＩＣは例えば図１０光信号生成部１４に１．３ミクロンと１．５ミクロンのレーザダイオードを実装し、図１０光信号受信部１５に１．３ミクロン、１．５ミクロンの波長をフィルタで分離して個別に受信できるフォトダイオードを実装する。これにより１．３ミクロンと１．５ミクロンの光波長は互いに干渉することなく光信号を伝播する。波長数が３以上に増加した場合も同様である。

図１１において、全ての端末に実装されている光ＮＩＣが１．３ミクロン、１．５ミクロンの送受信が可能な場合には、光ＮＩＣ１０１が１．３ミクロンの光信号を光ファイバ１１１を経由して光ハブ５０１へ送信したときに、光ＮＩＣ２０１が１．５ミクロンの光信号を光ファイバ２１１を経由して光ハブ５０１へ送り、全ての光ＮＩＣの受信側が同時に１．３ミクロン光信号と１．５ミクロン光信号を受信する。つまり同一の光ハブ５０１を利用して、利用する波長数が２になると２倍の情報を送受信できる。図１１では別に光ハブ５０２においても２波長利用することができる。利用する波長数と光ハブの数に応じて、本ネットワークの通信容量を増加させることができる。

多重アクセスモードでは、光ネットワークへの同時アクセスを許容して、競合制御の仕組みで通信を実現する。半固定アクセスモードでは、［００３０］に説明したように、同一ネットワークを構成する端末間で通信チャネル割当て処理が必要な場合が発生するが、多重アクセスモードに指定した通信チャネルにおいては、そのような通信チャネル割当て処理は必要無いが、その代わりにアクセス競合制御の仕組みが必要になる。

図１１において、全ての光ＮＩＣが共通の１波長を用い、タイムスロット割当てが無い場合を考える。各端末は他の端末に情報を送信する要求がアプリケーションから発生すると、例えば端末１００では光ＮＩＣ１０１に情報送信を依頼する。光ＮＩＣ１０１は図１０の光信号受信部１５に受信光信号がないことを確認して、光信号生成部１４から光信号を送信する。送信する光信号は、プレアンブル信号、次に送信情報で変調した光信号とする。

プレアンブル信号とは、同じ送信タイミングで他の端末が情報を送信したときに、図１０の光信号受信部でプレアンブルをモニタし、光信号の衝突が発生したことを知る手段である。またプレアンブル信号を送信して一定時間経過すると全ての光ＮＩＣの光信号受信部にプレアンブル信号が到達するので、他の端末では光情報送信を控えることで、同一メディアにアクセスする衝突を回避することができる。光ＮＩＣ１０１が情報送信を終了すると、図１０の光信号受信部１５で光信号がなくなったことを検出し、それまで待機していた情報の送信が可能になったことを他の端末が検知する。

本発明の上記説明では、半固定アクセスモードの波長多重と時間多重、多重アクセスモードについて個別に説明したが、これらを組み合わせて通信制御の動作をさせることも可能である。半固定アクセスモードの時間多重と波長多重を組み合わせる場合には、各ＮＩＣが情報を送信受信するタイムスロットと波長を指定する。

半固定アクセスモードの波長多重と多重アクセスモードを併用する一例は、各ＮＩＣが複数波長の送受信機能を所有し、その内の１波長については多重アクセスモードで運用し、残りの波長は半固定アクセスモードの波長多重で運用する。半固定アクセスモードの時間多重と多重アクセスモードを併用する場合には、図１０の送信制御部１３が光ＮＩＣ制御信号線１８から多重アクセスモードを許容するタイムスロットと割当てが半固定しているタイムスロットを指定する情報を受け取り、その制御指示に従って送信制御部１３が光信号生成部１４と光信号受信部１５を動作させることで実現する。

上記説明は、波長多重数と時間多重数が２程度の少ない場合に説明したが、波長多重数、時間多重数とも上限はない。また半固定アクセスモードの時間多重と波長多重、多重アクセスモードの組み合わせ方法も多数であり、全ての組み合わせのケースを本発明の対象としている。図１１において、端末間で送受する比較的短い通信信号は多重アクセスモード、また高精細ストリーミング画像のブロードキャストには半固定アクセスモードの波長多重、トラフィック量がそれほど多くないインターネットラジオ放送などでは、半固定アクセスモードの時間多重という具合に各通信アプリケーションのトラフィック特性に合わせた使い方が可能となる。

本発明は、光ファイバと光回路で構成されるネットワークの新しい利用技術であり、光信号レベルでのアクセス制御と光信号レベルでの波長およびタイムスロット割当てを可能とし、それにより波長とタイムスロットの組み合わせをインターネットで採用されているＩＰパケットのアドレスに対応させることで、遅延時間遅れを最小限に抑えた光信号が光ファイバ中を伝送する速度そのもので情報を伝達することができ、これにより広く通信ネットワークに採用される技術である。

本発明のネットワーク全体構成の一例を示す図である。本発明を構成する光部品の一つである光ハブの実現例を示す図である。光ハブのコネクタ構成を示す図である。光ハブ３ａの内部構造を実現する一例を示す図である本発明を構成する光ネットワークインタフェースカード（光ＮＩＣ）のインタフェース例を示す図である。光ＮＩＣインタフェースを詳細化した例を示す図である。図５に示した光ＮＩＣについて、電気コネクタ１０ｉｎにおいて電気信号を受信してから、光コネクタ１１ｏｕｔに光信号を送出するまでの回路構成の一例である。図５に示した光ＮＩＣについて、光コネクタ１１ｉｎにおいて光信号を受信してから、電気コネクタ１０ｏｕｔに電気信号を送出するまでの回路構成の一例である。図５で省略した光ＮＩＣ制御信号線１８を示した図である。図９に示した光ＮＩＣ制御信号線１８と光ＮＩＣ内の送信制御部１３および受信制御部１４との接続構成を示す一例である。本発明でネットワークが半固定アクセスモードの時間多重および波長多重、また多重アクセスモードを採用したときの情報を伝送する仕組みを説明するためのネットワーク構成例を示す図である

符号の説明

１光ネットワークインタフェースカード（光ＮＩＣ）
２光ファイバ
２ａ光ファイバ
２ｂ光ファイバ
２ｅ光ファイバ
２ｆ光ファイバ
２ｇ光ファイバ
２ｈ光ファイバ
３光ハブ
３ａ光ハブ
３ｂ光ハブ
４端末
４ａ端末ａ
４ｂ端末ｂ
４ｃ端末ｃ
４ｄ端末ｄ
５コネクタ
５ｉｎ入力コネクタ
５ｏｕｔ出力コネクタ
６光スプリッタ
７光カップラ
８光配線
９電気配線
１０ｉｎ電気コネクタｉｎ
１０ｏｕｔ電気コネクタｏｕｔ
１１ｉｎ光コネクタｉｎ
１１ｏｕｔ光コネクタｏｕｔ
１２電気信号受信部
１３送信制御部
１４光信号生成部
１５光信号受信部
１６受信制御部
１７電気信号送信部
１８光ＮＩＣ制御信号線
１９光ＮＩＣ制御信号線コネクタ
１００端末
１０１光ＮＩＣ
１１１光ファイバ
１１２光ファイバ
２００端末
２０１光ＮＩＣ
２１１光ファイバ
２１２光ファイバ
３００端末
３０１光ＮＩＣ
３１１光ファイバ
３１２光ファイバ
４００端末
４０１光ＮＩＣ
４１１光ファイバ
４１２光ファイバ
５０１光ハブ
５０２光ハブ

Claims

光ファイバからの光信号入力端子と光ファイバへの光信号出力端子のペアをＮ組（３以上の整数）もつ光ハブ部品において、各入力端子から入力された光信号は電気信号に戻すことなく光信号のままＮ個の出力端子に等分配される光回路で構成される光ハブ部品。
請求項１の光ハブ部品を多段に接続して構成するネットワークの構成方式。
請求項１の光ハブ部品に入力光信号をＮ組の光信号出力端子に等分配する光信号の損失を保障するため、光ハブの光回路において光信号を光信号のまま増幅する回路を実装した光ハブ部品。
請求項２の光ハブ部品を多段に接続するネットワーク構成において光ハブ部品と光アンプを組み合わせて光信号の損失を補償することを可能とした光多段接続ネットワーク構成。
請求項１の光ハブ部品において、光波長多重形式の光信号を入力光信号および出力光信号として扱うことを特徴とする光ハブ部品。
請求項１の光ハブ部品において、光信号を時分割多重形式で入力光信号および出力光信号として扱うことを特徴とする光ハブ部品
請求項５の光ハブ部品において、光波長多重形式の光信号のうち、特定の光波長信号について別の光回路からの追加（ＡＤＤ）、あるいは別の光回路への取出し（ＤＲＯＰ）することを特徴とする光ハブ部品。
請求項６の光ハブ部品において、時分割多重形式の光信号を生成して光ハブ部品に送信するメディアコンバータ回路、あるいは時分割多重形式の光信号を光ハブ部品から受信するメディアコンバータ回路と組み合わせた光ハブメディアコンバータ装置。
請求項８の光ハブメディアコンバータ装置において、光信号を送出するＬＤ（レーザダイオード）の駆動電流バイアス点を光信号の発生ポイントから若干低めに設定することで、ＬＤの光信号がない状態から光信号発生までの切り替え時間を短くできるＬＤ制御回路機能を含むことを特徴とする光ハブメディアコンバータ装置
請求項８の光ハブメディアコンバータ装置において、光ハブネットワークを構成する複数の光ハブメディアコンバータ装置間で時分割多重形式で光信号を送受するための基本となる時刻信号をＧＰＳ受信機から得ることを特徴とする光ハブメディアコンバータ装置
請求項１０の光ハブメディアコンバータ装置が光ハブネットワークを構成する他の光ハブメディアコンバータと微小な時刻のずれを測定して補償するために、時刻計測のための光信号を送受して補償時間を計測することを特徴とする光ハブメディアコンバータ装置。