JP2008306445A - 光波長多重通信システムおよび波長ルータ - Google Patents

Abstract

【課題】長多重通信に使用することが可能なアレイ導波路型回折格子を含む光波長多重通信システムおよび波長ルータを提供すること。
【解決手段】波長多重通信システム３００は、自由スペクトラル領域にＮ波長を含む波長多重通信を使用する波長多重通信システムであり、アレイ導波路型回折格子１００により複数のユーザ端末３１４を含むドメインからの光通信を接続するユーザ接続ユニット３１２と、ユーザ接続ユニット３１２が光接続されるＮ個の入力ポートと、Ｎ個の出力ポートとを含み、単一出力ポートを残して他出力ポートがループバック接続されたＮ個の前記アレイ導波路型回折格子を含むＡＷＧユニット３１０と、単一出力ポートに接続され、単一出力ポートの出力をカップリングまたはデカップリングして外部接続する光学ノード３０４とを含んでいる。
【選択図】図３

Description

本発明は、光を媒体として使用する情報伝送技術に関し、より詳細には、波長多重通信に使用することが可能なアレイ導波路型回折格子を含む光波長多重通信システムおよび波長ルータに関する。

近年、ネットワークなどを通して伝送される情報が多種多様化し、また大容量化するに伴って光を媒体として使用する通信が普及している。光通信では、情報伝送媒体としてマルチモードまたはシングルモードといった特性を有する無機・有機材料から形成された光ファイバが用いられる。

また、光通信では、通信基地局に配置された局側装置からユーザの自宅、会社などに配置されたユーザ端末へと、光通信リンクを形成する光ファイバを介して情報が伝送される。この際、光ファイバは、電気パルスとは異なり光学的にカップリングさせることが必要とされ、多数のユーザに対し、効率的に情報を光伝送するためには、従来のルーティング技術とは異なるルーティング基盤が必要とされる。

光波長多重通信を行うため、アレイ導波路型回折格子を使用する波長多重通信技術が知られており、種々のルーティング方式が提案されている例えば、特開２００５−７２８０２号公報（特許文献１）では、装置入力ポートと４×４アレイ導波路回折格子の入力ポートとの間に、光信号の波長を計測する波長計測手段及び光信号を透過または遮断する光ゲート手段を設ける点を開示する。また、特開２００５−１１７５０９号公報（特許文献２）では、光伝送路を介して通信ノードに１対１に接続されたＮ個の出力ポートを備え、ポート数の少ない複数のアレイ導波路回折格子と、該複数のアレイ導波路回折格子の前段に設けられる波長経路制御器とを有する波長多重通信システムが開示されている。

特開２００６−１７４３００号公報（特許文献３）では、波長可変光源を、通信ノードを接続する波長ルーティング装置内に配置し、第１のアレイ導波路格子を通過後、波長変換し、別のアレイ導波路格子に入力してルーティングを行う技術が開示されている。特開２００６−１７４３０１号公報（特許文献４）では、通信ノードを接続する波長ルーティング装置内に配置し、波長可変光源からの出力光を、波長ルーティング装置内にあるアレイ導波路回折格子を２度通過させて、光信号の衝突を防止する技術が開示されている。

特開平１１-１２２２２４号公報（特許文献５）では、ルーティング機能に従って、出力ポートと入力ポートとを結合する光学結合手段とからなり、前記一連の個々にアドレスされた波長チャネルを光学信号に多重化する技術が開示されている。上述したように波長多重通信のルーティングを行う技術が種々知られている。

さらに、光通信を行うアクセスネットワークにおいてＷＤＭＰＯＮ(Wavelength
Division Multiplexing Passive Optical Network)が期待されている。従来のルーティング方式では、ＷＤＭＰＯＮにおいて、ユーザ端末（以下、ＯＮＵ(Optical
Network Unit)として参照する。）と、基地局などに設置されるゲートウェイ装置（以下、ＯＬＴ(Optical Line Terminal)として参照する。）とＯＮＵとの間では、固有の波長を用いたピア・ツー・ピア（以下、Ｐ２Ｐとして参照する。）通信が可能とされていることが知られている。

しかしながら、ＯＮＵ間の通信において、Ｐ２Ｐ通信が可能とされていないという問題があった。また、高いセキュリティを提供するネットワークとしてＶＰＮ(Virtual Private Network)を形成することが知られているものの、従来のＶＰＮは、ＩＰアドレスを使用するＩＰトンネリング方式またはエッジルータを使用し、ルーティング制御を行うものであり、いずれの場合もＩＰアドレスを使用してＶＰＮ通信インフラ基盤を提供するものである。
特開２００５−７２８０２号公報 特開２００５−１１７５０９号公報 特開２００６−１７４３００号公報 特開２００６−１７４３０１号公報 特開平１１−１２２２２４号公報

上述したように、種々の技術が知られているものの、ＯＬＴとＯＮＵとの間においてルーティングを行う場合、光−電気変換を行うことなく、また既存のＩＰアドレスなどを使用することなく、ＩＰアドレスの枯渇という問題に柔軟に対応することができる光波長多重通信技術が必要とされていた。

また、少なくともゲートウェイ装置であるＯＬＴと、ＯＮＵとの間に加え、ＯＬＴとＯＮＵとの間において高速大容量な通信が可能なフルメッシュ型のＶＰＮ(Virtual Private Network)を提供することにより、ＩＰアドレスの枯渇の問題に対応でき、さらに高速の波長多重通信ネットワークを提供することが必要とされていた。

さらに、Ｎ個のＮ入力ポートｘＮ出力ポートを含む周回性ＡＷＧを用いることで、Ｎ個のＮ入力ポート×Ｎ出力ポートの周回性ＡＷＧに接続されるＮ^２台の加入者終端装置（ＯＮＵ）のうちＮ台のユーザ端末（ＯＮＵ）からなるＮ個の各ＶＰＮ（仮想プライベートネットワーク）内で、Ｎ台すべてのユーザ端末間での直接通信を可能とする構成を提供することが必要とされていた。

本発明者らは、従来技術の上記問題点に着目し、すでに特願２００５−２７０５３９号明細書においてアレイ導波路型回折格子（以下、ＡＷＧ:Arrayed Waveguide Grating）を使用してフルメッシュ接続が可能なルーティングトポロジを提案している。ＡＷＧの入力ポートおよび出力ポートをそれぞれ奇数個とし、複数のＡＷＧの入力ポートをループバック接続し、同時に複数のＡＷＧの出力ポートをループバック接続することにより、フルメッシュ型のＰ２Ｐ接続が可能とされる。

本発明では、波長ルータを、複数のＡＷＧを含んで構成する、ＡＷＧは、ＡＷＧの奇数個（２ｑ＋１：ｑは正の整数である。）のポートに対し、外部接続するために使用し、ループバック接続されない単一出力ポートとして機能するポートを追加して、それぞれ２（ｑ＋１）個の入力ポートおよび出力ポートを構成する。さらに複数のＡＷＧは、単一出力ポートを除く複数の入力ポートがループバック接続され、複数の出力ポートについてもループバック接続される。追加された単一ポートは、波長ルータがユーザ端末に割当てる排他的なドメイン（ＶＰＮ）から、外部ネットワークに光接続するための出力として使用される。

ＡＷＧは、特定のユーザ端末（ＯＮＵ）ごとに割当てられており、ＡＷＧのルーティングテーブルに従って排他的なＶＰＮドメインを形成する。本発明によりループバック接続されたＡＷＧの単一出力ポートからは、ＡＷＧごとに割当てられた波長がゲートウェイ装置へと光接続される。複数のＡＷＧから送信された光信号は、コンバイナ／スプリッタで統合されて、光ファイバなどを使用してゲートウェイ装置（ＯＬＴ）へと伝送される。ゲートウェイ装置は、その後、光ファイバなどの光導波路を使用して送信側と同一構成の波長ルータを使用する受信ドメインに光信号を送出する。すなわち、本発明によれば、ＶＰＮを構成するドメインを構成するユーザ端末は、ＯＳＩ基本参照モデルにおける光接続するための物理層よりも上部層に達するまで電気−光変換を行うことなく高いセキュリティで、かつ高速大容量の光通信を提供できる。

すなわち、本発明によれば、自由スペクトラル領域にＮ波長を含む波長多重通信を使用する波長多重通信システムであって、前記波長多重通信システムは、
アレイ導波路型回折格子により複数のユーザ端末を含むドメインからの光通信を接続するユーザ接続ユニットと、
前記ユーザ接続ユニットが光接続されるＮ個の入力ポートと、Ｎ個の出力ポートとを含み、単一出力ポートを残して他出力ポートがループバック接続されたＮ個の前記アレイ導波路型回折格子を含むＡＷＧユニットと、
前記単一出力ポートに接続され、前記単一出力ポートの出力をカップリングまたはデカップリングして外部接続する光学ノードとを含み、
前記ＡＷＧユニットは、前記ユーザ端末に対してフルメッシュ接続を与え、かつ前記Ｎ波長のうち前記アレイ導波路型回折格子に固有に割当てた波長を前記光学ノードへと光接続し、前記Ｎ波長の残りを前記ドメイン内での内部通信波長として割当てる、波長多重通信システムが提供できる。

本発明では、Ｎ＝２^ｎ個であり、前記アレイ導波路型回折格子の前記出力ポートは、光導波路により、前段アレイ導波路型回折格子の前記単一出力ポートを除くａ出力ポートがａ段後段のアレイ導波路型回折格子のａ出力ポートにループバック接続することができる。

本発明では、前記ユーザ端末は、スーパーノードを除き、Ｎ個の前記アレイ導波路型回折格子の前記入力ポートに対し、それぞれ別の固有の前記アレイ導波路型回折格子の前記入力ポートに順次接続されてもよい。

本発明の前記ドメインは、仮想プライベートネットワークを構成することができる。

また、本発明によれば、
自由スペクトラル領域にＮ波長を含む波長多重通信を使用する波長多重通信システムに使用する波長ルータであって、
アレイ導波路型回折格子により複数のユーザ端末を含むドメインからの光通信を接続するユーザ接続ユニットと、
前記ユーザ接続ユニットと光接続されるＮ個の入力ポートと、Ｎ個の出力ポートとを含み、単一出力ポートを残して他出力ポートがループバック接続されたＮ個の前記アレイ導波路型回折格子を含むＡＷＧユニットと、
前記単一出力ポートに接続され、前記単一出力ポートの出力をカップリングまたはデカップリングして外部接続する光学ノードとを含み、
前記ユーザ端末に対してフルメッシュ接続を与え、かつ前記Ｎ波長のうち前記アレイ導波路型回折格子に固有に割当てた波長を前記光学ノードに光接続し、前記Ｎ波長の残りを前記ドメイン内での内部通信波長として割当てる、波長ルータが提供される。

本発明では、Ｎ＝２^ｎ個であり、前記アレイ導波路型回折格子の前記出力ポートは、光導波路により、前段アレイ導波路型回折格子の特定出力ポートを除くａ出力ポートが（ａ−１）後段のアレイ導波路型回折格子のａ出力ポートにループバック接続されてもよい。

本発明では、Ｎ個の前記アレイ導波路型回折格子の前記入力ポートは、スーパーノードが接続される入力ポートを除き、それぞれ別のドメインに含まれるユーザ端末に接続される固有の前記アレイ導波路型回折格子の前記入力ポートに順次接続されてもよい。

本発明の前記ドメインは、仮想プライベートネットワークを構成することができる。本発明の前記アレイ導波路型回折格子は、前記ドメインを形成するサイトに配置され、前記波長ルータは、異なる前記サイトに設置された前記アレイ導波路型回折格子を光ファイバにより光接続して構成することができる。

以下、本発明を、実施形態をもって説明するが、本発明は、後述する実施形態に限定されるものではない。図１は、ＡＷＧ１００の波長ルーティングを示す。ＡＷＧ１００は、波長ルータを構成しており、複数の入力ポート１０２〜１０８と、複数の出力ポート１１０〜１１６とを含んでいる。入力ポート１０２〜１０８には、波長多重変調された発光ダイオードまたは半導体レーザといった、約４００ｎｍ〜約１．６μｍの指向性光線がカップラ（図示せず）を介して入射される。また、波長多重変調された光線は、例えばユーザ端末に割当てられた波長ごとに、異なるデータが重畳されていて、ＡＷＧ１００による分波を経て、出力ポート１１０〜１１６へと出力される。ＡＷＧ１００は、フリースペクトラルレンジ（ＦＳＲ）ごとに定在波を形成する所定の波長から構成されるＮ個の波長多重光を分波した後、ユーザ装置側端から出力させている。

図１に示したＡＷＧ１００は、出力ポート１１０、１１２、１１４の出力を、他のＡＷＧ（図示せず）にループバックするように光接続されていて、出力ポート１１６から波長λ_４の出力を、ネットワークを介して外部接続されたいわゆる局側装置（ＯＬＴ：図示せず）に送信するルーティングポートとして割当てている。以下、ＯＬＴについて、ゲートウェイ装置として参照する。出力ポート１１０〜１１４は、さらに他の同様の構成を含むＡＷＧ（図示せず）へのループバック接続のために割当てられている。ループバック接続は、ユーザ端末間のフルメッシュ接続を形成し、さらに、ゲートウェイ装置に対して接続する波長を、ＡＷＧごとに固有とするように形成されている。

図２は、図１で示すＡＷＧ１００の分波特性、すなわちルーティングテーブル２００を示す。ＡＷＧ１００は、ＦＳＲ範囲で重畳された波長多重光線、図２で示す実施形態では入力ポート側から、λ_１、λ_２、λ_３、λ_４の４重の波長多重光が入力される。図２に示した実施形態では、波長λ_１〜λ_３が、ユーザ端末に割当てられるドメイン内での通信に割当てられ、波長λ_４は、ゲートウェイ装置への通信のために使用される。例えば、入力ポート１から波長λ_４の波長を入力すると、波長λ_４の光は、出力ポート４から出力される。一方、入力ポート２からλ_２の波長を入力すると、出力ポート１に分波される。

なお、図２に示したルーティングテーブル２００は、ループバック接続による入力・出力反転について等価的に機能し、ルーティングテーブル２００を行列として定式化する場合、ループバック入力とループバック出力との間は、ルーティングテーブルの行と列との入れ換えに相当する。すなわち、図２に示した実施形態では、入力ポート１からλ_１の波長を入力する場合、ＡＷＧの出力ポート１からλ_１の光が出力される。このとき、出力ポート１からの波長λ_１の光をループバックして他のＡＷＧの出力ポート１に接続する場合、波長λ_１の光は、図２のルーティングテーブル２００の列方向に対応する入力ポート１から出力される。このとき、入力ポート１にユーザ端末Ａを接続し、他のＡＷＧの入力ポート１にユーザ端末Ｂを接続することにより、ユーザ端末Ａとユーザ端末Ｂとが波長λ_１で介して接続される。

一方、入力ポート１から波長λ_４の光を入力する場合、λ_４の光は、出力ポート４から出力される。また、隣接するＡＷＧの入力ポート１に波長λ_４の光を入力することにより、隣接するＡＷＧの出力ポート４からは中央λ_４が出力される。以下、順次、降順に後段のＡＷＧに外部接続するべき波長を入力することにより、特定のＡＷＧに割当てられるユーザ端末が共通して外部接続のために利用する波長を割当てることができる。

また、後段のＡＷＧが形成するドメインについては、前段ＡＷＧの入力ポートの入力ポート２以降に順次接続させてゆくことにより、同様にして、後段のＡＷＧが共通して外部接続のために利用する異なる外部通信波長を設定することができる。以下さらに、入力ポート１から波長λ_２の光を入力した場合について検討する。初段のＡＷＧは、出力ポート２に分波する。出力ポート２は、２段階後段のＡＷＧの出力ポート２に接続されている。出力ポート２に入力されたλ_２の波長は、図２に示されるように、入力ポート１から出力される。このとき、２段階後段の入力ポート１をユーザ端末Ｃに接続することにより、波長λ_２は、初段のＡＷＧに割当てられたユーザ端末Ａとユーザ端末Ｃとの間の接続を可能とする。

図３には、図１および図２で説明したＡＷＧを使用する波長ルータを含む光ネットワーク３００の実施形態を示す。光ネットワーク３００は、ゲートウェイ装置３０２として機能するＯＬＴと、波長ルータ３２０と、ユーザ端末３１４とを含んで構成されている。ユーザ端末３１４は、光電変換素子などを備えるＯＳＩ基本参照モデルでの光物理層を備えていて、波長ルータ３２０へと光ファイバなどの光導波路を使用して構成されるユーザ接続ユニットにより接続している。波長ルータ３２０は、コンバイナ／スプリッタ３０４と、ＡＷＧユニット３１０と、コンバイナ／スプリッタ３０４とＡＷＧユニット３１０との間を光接続するためのループバック接続ユニット３０８および統合接続ユニット３０６とを含んで構成されている。

また、波長ルータ３２０は、ＡＷＧユニット３１０を含んで構成されており、ＡＷＧユニット３１０は、４、８、１６、３２などの適切な数の入出力ポートを含む、複数のＡＷＧ１００から構成されている。なお、ＡＷＧユニット３１０を構成するＡＷＧ１００は、本実施形態では同一構成とすることがユーザ接続ユニット３１２およびループバック接続３０８を設定する上では好ましいが、特に限定されるものではない。ＡＷＧユニット３１０からの出力は、ループバック接続ユニット３０８および統合接続ユニット３０６を介してコンバイナ／スプリッタ３０４に入力される。コンバイナ／スプリッタ３０４は、複数の光導波路をカップリングまたはデカップリングさせる光学ノードとして機能し、ゲートウェイ装置３０２へと接続するための光導波路３２２に、ユーザ端末３１４からの外部接続光を伝送している。

なお、光導波路３２２は、光ケーブルなどとして構成することができる。ループバック接続ユニット３０８は、図２で説明したルーティング機能をＡＷＧユニットに提供する。また、統合接続ユニット３０６は、ＡＷＧユニット３１０を介して伝送された外部接続光を、コンバイナ／スプリッタ３０４に光接続させており、光導波路を使用して構成することができる。なお、コンバイナ／スプリッタ３０４は、既存のカップリングモジュールやデカップリングモジュールを使用して構成することができる。

図４は、波長ルータ４２０の詳細構成を示した光ネットワーク４００の実施形態を示す。ＡＷＧユニット４１０は、複数のＡＷＧ１００の出力ポート側がループバック接続ユニット４０８により相互接続されている。また、ＡＷＧ１００の入力ポート側は、ユーザ接続ユニット４１２により複数のユーザ端末４１４に接続されている。図４に示す波長ルータ４２０は、例えば、ユーザＡおよびユーザＢは、同一のグループに帰属しているが接続先は、それぞれ別のＡＷＧとされている。また、本実施形態では、ＡＷＧ１００ごとにユーザ端末のグループが割当てられ、外部接続光の波長を変えた、ＶＰＮ(Virtual
Private Network)を提供する。

例えば、ユーザ端末のグループＡ〜Ｄは、ＶＰＮ＃１を構成し、ユーザ端末のグループＥ〜Ｈは、ＶＰＮ＃２を構成し、順次、ＶＰＮを形成＃Ｎが形成される。ＶＰＮを形成するユーザ端末の数は、最大ＡＷＧ１００の入力ポート数まで対応でき、接続しなければならないユーザ端末４１４の数に対応して設定することができる。ただし、ループバック接続およびユーザ接続の設定の便宜上、ＡＷＧ１００の入力ポートおよび接続ポートは、ＡＷＧ間で共通していることが好ましい。この場合、特定のＡＷＧ１００の入力ポートまたは出力ポートに空きが発生する場合には、光学的リピータを接続して、以後のユーザ端末４１４の増加などに備えておくことができる。

図４中、ＡＷＧ１００の入力ポートを、１ｄ〜４ｄとし、出力ポートを１ｕ〜４ｕとして示す。本実施形態では、各ＶＰＮに割当てられる外部接続波長は、当該ＡＷＧ１００の入力ポート１ｄ〜４ｄに対し、直接ユーザ端末４１４が入力する入力ポートに依存する波長とされる。この波長は、図４に示した実施形態の場合、図２のルーティングテーブルの第４列により指定され、λ_４が外部接続波長として割当てられる。また、グループＡ〜Ｄの内部接続波長は、λ_１〜λ_３に割当てられる。上述したルーティングを使用することにより、ネットワーク障害が発生した場合など、障害ノードの検出および障害復旧が容易になると共に、グループ内での内部接続波長の割当ても容易となる。なお、ユーザ端末のうち、当該ユーザ端末を含むＶＰＮを構成するべく直接対応するＡＷＧに接続するユーザ端末を、以下、スーパーノードとして参照する。

図４に示した実施形態では、ユーザ端末のグループＡ〜Ｄでは、ユーザ端末Ａがスーパーノードであり、外部接続波長は、単一出力ポートとして設定された出力ポート４からのλ_４を指定する。また、内部接続波長は、λ_１〜λ_３として割当てられる。このため、グループＡ〜Ｄのうち、例えばユーザ端末Ａを、スーパーノードとして設定し、波長管理などを委任することができる。

同様に、グループＥ〜Ｈでは、内部接続波長は、λ_２〜λ_４であり、外部接続波長は、単一出力ポートは同様に出力ポート４として設定されている。このとき、グループＥ〜Ｈを管理するＡＷＧの出力ポート４は、図２のルーティングテーブルに従い、λ_１が割り当てられる。この結果、グループＥ〜Ｈは、外部接続波長としてλ_１を使用することができる。以後順次、波長多重度分だけのＶＰＮが構築される。なお、どの出力ポートでも外部接続波長ようの出力ポートに割当てることができるが、その際、外部出力波長は、図２の列の値を使用することができ、対応する入力ポートを、スーパーノードが入力するポートとして設定する。

また、スーパーノードは、上述したルーティングテーブルを複数のＡＷＧ１００に渡って提供するために、各ＡＷＧに割当てられる接続段数に対応する入力ポートに接続する。また、スーパーノード以外のユーザ端末は、順次後段のＡＷＧの入力ポートに対し、順次後段の先頭入力ポートに接続される。以下、グループＥ〜Ｈについても、同様の関係を使用してユーザ接続ユニットを構成する。

一方、ループバック接続ユニット４０８は、接続テーブルに従う関係を満たすように接続され、各先頭出力ポートは、外部接続ポートとして残す。なお、特定の出力ポート間の関係は、図４に示した実施形態では、最後尾出力ポートを除くａ出力ポートは、ａ段分だけ後段の同一番号の出力ポートにループバック接続される。上述した接続を構成することにより、図２に示したルーティングテーブルを複数のＡＷＧに適用しつつ、カスケード式にＶＰＮを構成することが可能となる。なお、ＡＷＧ１００は、単一の波長ルータ内に配置することもできるが、ユーザ接続およびループバック接続を光ファイバなどで構成し、単一のＡＷＧ１００を含む波長ルータを、複数のサイトに配置することにより、ＶＰＮ構築性を担保することができる。

図５は、図４に示した波長ルータ４２０がゲートウェイ装置４０２に伝送する光波長多重伝送を、ＷＴＭ法（Wavelength Transfer Matrix)法を使用して定式化した場合の実施形態を示す。図５中、左手側が、ユーザ端末が送信する可能性の有る波長であり、Ａ_ｉは、ユーザ端末Ａから送信される波長λ_ｉの光を示し、Ｐ_ｉについてはユーザ端末Ｐから送信される波長λ_ｉの光を示す。ユーザ端末から放出された光は、ユーザ接続ユニットを示す行列により、ルーティングテーブルとして機能する各ＡＷＧに入力される。なお、ＡＷＧを示す行列中、Λは、演算子行列であり、下記演算を指令する下記式（１）で与えられる演算子である。

ＡＷＧの出力は、統合接続ユニットに対応する行列式により変換された後、コンバイナ／スプリッタに対応する１自弁ベクトルにより変換され、波長ルータ出力を与える。波長ルータの出力ＲＯＵＴＥＲ＿ＯＵＴＰＵＴは、図５で示した実施形態では、下記式（２）で与えられる。

上記式（２）に示されるように、波長ルータ４２０の出力は、外部接続波長のみを含んでいることが示される。この場合、各ユーザ端末は、ＶＰＮにより外部接続するべきデータを波長多重光に重畳して送出することにより、波長について割当てられたＶＰＮへと送信される。なお、ユーザ端末間の識別については、データパケットに記述した装置識別値（ＩＰアドレスでも物理アドレス）などを使用して識別し、また送付先についても同様に行うことができる。

図６は、本実施形態での外部接続波長と内部接続波長の実施形態を示す。図６では、ＶＰＮ＃１〜ＶＰＮ＃４までの波長接続を、それぞれ（ａ）〜（ｄ）で示す。図６（ａ）に示すように、ＶＰＮ＃１では、ユーザ端末ＡとＢとの間は、波長λ_１で相互接続され、ユーザ端末Ａとユーザ端末Ｃとの間およびユーザ端末Ｂとユーザ端末Ｄとの間は、波長λ_３で相互接続されている。

また、ユーザ端末Ａとユーザ端末Ｄとの間およびユーザ端末Ｂとユーザ端末Ｃとの間については波長λ_２で相互接続されている。これらの関係については、例えばスーパーノードとして設定されるユーザ端末Ａがアドレステーブルとして各波長とユーザ端末との割当てを登録するリストを作成し、マルチキャストなどを使用して各ユーザ端末に送付することができる。

このため、ユーザ端末Ａは、ＳＮＭＰ(Simple Network Management Protocol）、ＦＴＰ(File Transfer Protocol)、ＴＦＴＰ(Trivial File Transfer Protocol)などを実装し、当該データを変調光として送信することができる。なお、スーパーノードとして機能する光ハブまたは光スイッチなどを使用して、特定のＶＰＮ内での相互通信を行うこともできる。

図７は、図４で説明したＡＷＧ１００間でループバック接続を行う場合の、ＡＷＧの出力ポートと、ＡＷＧ識別値との関係を示す接続テーブルの実施形態である。接続テーブル７００は、ＡＷＧ識別値が、ＡＷＧ識別値＃１で示されるＡＷＧ１００について、出力ポート１ｕが、ＡＷＧ＃１の外部出力ポートであることを示す＃１が記述され、ＡＷＧ＃１の出力ポート２ｕは、ＡＷＧ＃２の出力ポート２ｕに接続され、ＡＷＧ＃１の出力ポート３ｕが、ＡＷＧ＃３の出力ポート３ｕに接続されていることを示している。なお、外部出力ポートは、図７に示す実施形態では、図７のテーブル中、ＡＷＧ識別値のレコード中、同一の識別値を有する出力ポート、すなわち、１ｕとされる。図７として各ＡＷＧのループバック接続を表す場合、所定の巡回性が発生することが見出された。この巡回性から、ＡＷＧ接続の拡張性について検討することができる。

図８は、本実施形態についてさらに多数のＡＷＧ接続に適用する場合の、ループバックテーブルの作成方法を示す。図７に示された巡回性を、一般式（３）で表される行列式Ｍ（ｎ）（ｎは、正の整数である。）を定義する。ここで、式（４）で示されるように行列Ｍの初期値として１を与える。また、式（５）で行列要素として、ｎをべき数として、２のべき乗の要素を有する（ｎ＋１）×（ｎ＋１）の正方行列Ｒ（ｎ）を定義する。正方行列Ｒ（ｎ）は、入出力ポートの自由度の増加に対応するスペーサ行列である。

ここで、式（６）で示されるようにＭ（１）を計算すると、その物理的意味づけとしては、２入力ポート、２出力ポートのＡＷＧのルーティング特性を与えるものということができる。このときＲ（０）は、１を与える。次いでＭ（２）を計算すると、Ｒ（１）は、式（７）で示すように、全要素が２の正方行列を与え、Ｍ（２）の要素は、図９に示される値となる。これは、図７に示した４入力ポート・４出力ポートのＡＷＧのループバック接続と同一の巡回性を与えていることが示される。また、上記関係をＷＴＭに定式化に反映させてＡＷＧのルーティング特性を検討したところ、ＡＷＧの数を拡張した場合でも、図４に示した構成を拡張してゆく場合、２^ｎ個づつ増加させる場合、同様のループバック構成で外部接続波長と、内部接続波長とを完全に分離できることが確認できた。なお、Ｎ＝ｎとすることもできるが、本実施形態では、Ｎ≠ｎに設定することもできる。

図１０は、波長ルータ１０２０を、さらに拡張した場合の光ネットワーク１０００の実施形態を示す。なお、図１０では、外部接続するための単一出力ポートは、図４とは異なり出力ポート１が設定されている。このとき、各ＡＷＧ１００が外部接続するために使用する波長は、図２の第１列の順に対応する波長となり、紙面左手側のＡＷＧから順に、λ_１、λ_２、λ_３、λ_４として設定され、それぞれ単一出力ポートは、出力ポート１となる。図１０に示すように、波長ルータ１０２０は、Ｎ入力ポート、Ｎ出力ポートを含むＡＷＧが、ループバック接続して構成されたＡＷＧユニット１０１０を含んで構成されている。

各ＡＷＧ１００には、（１，１〜１，４）で示されるユーザ端末が、ＶＰＮ＃１に帰属されているのが示されている。同様にＡＷＧ＃Ｎまで、ユーザ端末を含むＶＰＮ＃Ｎが構成されていて、各ＶＰＮに少なくとも１つの他ＶＰＮに接続されない波長が確保されている。この他ＶＰＮに接続されない波長は、ＩＰトンネルまたはルーティング制御に代わり、ＶＰＮを形成させている。

図１１に、図１０で示した光ネットワーク１０００のために使用するループバック接続の接続テーブル１１００の実施形態を示す。なお、図１１に示した接続テーブル１１００は、図８及び図９に示す作成方法によりループバック接続を行い、その特性についてＷＴＭ法を使用してルーティング特性が確認されたものである。図１１に示す接続テーブル１１００では、ＡＷＧの数が、２^ｎ乗個あり、また入出力ポート数もそれぞれ２^ｎ乗個ある場合、図１１に示された接続テーブル１１００を使用してユーザ接続およびループバック接続を行うことにより、光ネットワークに対してＡＷＧユニット以外の要素を追加することなく、効率的にＶＰＮを導入できることが示された。

図１２は、本実施形態を適用する光ネットワークの実施形態を従来の光ネットワークと比較した図である。図１２（ａ）に示す従来の光ネットワークでは、ユーザ端末１２１８は、個別的に光スプリッタ１２１０に接続されており、光スプリッタ１２１０からＯＬＴなどのゲートウェイ装置１２１２に接続される。光スプリッタ１２１０は、仮にフルメッシュ接続が可能な場合であってもＩＰトンネルまたはルーティング制御など従来のＶＰＮ接続方法を使用しなければ、ＶＰＮを形成することができない。

このため、ＶＰＮを形成するためには、ゲートウェイ装置１２１２からインターネットなどの公共ネットワークに接続するため、ＩＰプロトコルを使用することが必要とされる。この処理は、ゲートウェイ装置１２１２以後は、電気信号に変換された信号での伝送が行われることを意味する。このため、ゲートウェイ装置１２１２よりも下流側では高速の光ネットワークを利用しているにもかかわらず、ゲートウェイ装置１２１２が相互接続するサイト間では、セキュリティの高い高速の光通信が利用できないことになる。

一方、図１２（ｂ）に示す本実施形態の光ネットワークでは、波長ルータ１２１４は、ユーザ端末１２０２〜１２０８までの間にフルメッシュ接続を与えつつ、ＶＰＮドメインごとに異なる通信波長を確保させている。このため、波長ルータ１２１４は、ゲートウェイ装置１２１６にまで光通信を行い、ゲートウェイ装置１２１６は、波長ルータ１２１４と同一構成のコンバイナ／スプリッタを実装するだけで、波長のみを使用したＶＰＮが構成できる。ゲートウェイ装置１２１６が相互接続するサイト間では、高いセキュリティ性を提供しながら、光通信による高速通信レートを維持したまま、各種のデータ転送が可能となる。

本実施形態では、ＡＷＧを使用してシステムおよびルータを構成するものとして説明したが、ファイバブラッグ回折格子等の他の波長素子を用いて同様の波長ルーティング機能を構成できる限り、ＡＷＧ以外の分波手段を使用することができる。ＡＷＧ以外の分波手段を使用してシステムまたはルータを構成する実施形態は、システムまたはルータの規模などを考慮すれば、接続ＯＮＵが少ない場合に適用することができる。

これまで本発明を、実施形態をもって説明してきたが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

ＡＷＧの波長ルーティングを示した図。 図１で示すＡＷＧによるルーティングテーブルを示した図。 、図１および図２で説明したＡＷＧを使用する波長ルータを含む光ネットワークの実施形態を示した図。 波長ルータの詳細構成を示した光ネットワークの実施形態を示した図。 図４に示した波長ルータがゲートウェイ装置に伝送する光波長多重伝送を、ＷＴＭ法（Wavelength Transfer Matrix)法を使用して定式化した場合の実施形態を示した図。 本実施形態での外部接続波長と内部接続波長の実施形態を示した図。 ＡＷＧ間でループバック接続を行う場合の、ＡＷＧの出力ポートと、ＡＷＧ識別値との関係を示す接続テーブルの実施形態を示した図。 本実施形態についてさらに多数のＡＷＧ接続に適用する場合の、ループバックテーブルの作成方法を示した図。 本実施形態についてさらに多数のＡＷＧ接続に適用する場合の、ループバックテーブルの作成方法を示した図。 波長ルータを、さらに拡張した場合の光ネットワークの実施形態を示した図。 図１０で示した光ネットワークのためのループバック接続の接続テーブルについて、実施形態を示した図。 本実施形態を適用する光ネットワークの実施形態を従来の光ネットワークと比較した図。

符号の説明

１００…アレイ導波路型回折格子、１０２〜１０８…入力ポート、１１０〜１１６…出力ポート、２００…ルーティングテーブル、２０２…入力ポート、２０４…出力ポート、３００、４００、１０００…光ネットワーク、３２０、４２０、１０２０…波長ルータ

Claims (9)

1. 自由スペクトラル領域にＮ波長を含む波長多重通信を使用する波長多重通信システムであって、前記波長多重通信システムは、
   アレイ導波路型回折格子により複数のユーザ端末を含むドメインからの光通信を接続するユーザ接続ユニットと、
   前記ユーザ接続ユニットが光接続されるＮ個の入力ポートと、Ｎ個の出力ポートとを含み、単一出力ポートを残して他出力ポートがループバック接続されたＮ個の前記アレイ導波路型回折格子を含むＡＷＧユニットと、
   前記単一出力ポートに接続され、前記単一出力ポートの出力をカップリングまたはデカップリングして外部接続する光学ノードとを含み、
   前記ＡＷＧユニットは、前記ユーザ端末に対してフルメッシュ接続を与え、かつ前記Ｎ波長のうち前記アレイ導波路型回折格子に固有に割当てた波長を前記光学ノードへと光接続し、前記Ｎ波長の残りを前記ドメイン内での内部通信波長として割当てる、波長多重通信システム。
2. Ｎ＝２^ｎ個であり、前記アレイ導波路型回折格子の前記出力ポートは、光導波路により、前段アレイ導波路型回折格子の前記単一出力ポートを除くａ出力ポートがａ段後段のアレイ導波路型回折格子のａ出力ポートにループバック接続される、請求項１に記載の波長多重通信システム。
3. 前記ユーザ端末は、スーパーノードを除き、Ｎ個の前記アレイ導波路型回折格子の前記入力ポートに対し、それぞれ別の固有の前記アレイ導波路型回折格子の前記入力ポートに順次接続される、請求項１または２に記載の波長多重通信システム。
4. 前記ドメインは、仮想プライベートネットワークを構成する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の波長多重通信システム。
5. 自由スペクトラル領域にＮ波長を含む波長多重通信を使用する波長多重通信システムに使用する波長ルータであって、
   アレイ導波路型回折格子により複数のユーザ端末を含むドメインからの光通信を接続するユーザ接続ユニットと、
   前記ユーザ接続ユニットと光接続されるＮ個の入力ポートと、Ｎ個の出力ポートとを含み、単一出力ポートを残して他出力ポートがループバック接続されたＮ個の前記アレイ導波路型回折格子を含むＡＷＧユニットと、
   前記単一出力ポートに接続され、前記単一出力ポートの出力をカップリングまたはデカップリングして外部接続する光学ノードとを含み、
   前記ユーザ端末に対してフルメッシュ接続を与え、かつ前記Ｎ波長のうち前記アレイ導波路型回折格子に固有に割当てた波長を前記光学ノードに光接続し、前記Ｎ波長の残りを前記ドメイン内での内部通信波長として割当てる、波長ルータ。
6. Ｎ＝２^ｎ個であり、前記アレイ導波路型回折格子の前記出力ポートは、光導波路により、前段アレイ導波路型回折格子の特定出力ポートを除くａ出力ポートが（ａ−１）後段のアレイ導波路型回折格子のａ出力ポートにループバック接続される、請求項５に記載の波長ルータ。
7. Ｎ個の前記アレイ導波路型回折格子の前記入力ポートは、スーパーノードが接続される入力ポートを除き、それぞれ別のドメインに含まれるユーザ端末に接続される固有の前記アレイ導波路型回折格子の前記入力ポートに順次接続される、請求項５または６に記載の波長ルータ。
8. 前記ドメインは、仮想プライベートネットワークを構成する、請求項５〜７のいずれか１項に記載の波長ルータ。
9. 前記アレイ導波路型回折格子は、前記ドメインを形成するサイトに配置され、前記波長ルータは、異なる前記サイトに設置された前記アレイ導波路型回折格子を光ファイバにより光接続して構成される、請求項５〜８のいずれか１項に記載の波長ルータ。

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