JP2009105890A - 直交周波数分割多元接続をベースとした仮想パッシブ光ネットワーク（ｖｐｏｎ） - Google Patents

Abstract

【解決手段】種々のパッシブ光ネットワークが、光回線終端装置、パッシブリモートノード、複数の光ネットワーク装置を有するパッシブ光ネットワークシステムで同時に動作する。ダウンストリームデータは光回線終端装置からパッシブリモートノードのスプリッタに第１のダウンストリーム光ビームで送信された単一波長光搬送波上に多重化された直交周波数分割である。第１のダウンストリーム光ビームは複数の第２のダウンストリーム光ビームに分割され、特定の光ネットワーク装置に送信される。アップストリームデータは各光ネットワーク装置からパッシブリモートノードの結合器に第２のアップストリーム光ビームで送信された単一波長光搬送波上に多重化された直交周波数分割である。
【効果】各光ネットワーク装置へのアップストリーム波長は異なる。波長分割多重化された光ビームはパッシブリモートノードから光回線終端装置の並列信号検出器へ送信される。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般に光ファイバ伝送（伝達）システムに関し、特に、直交周波数分割多元接続をベースとした仮想パッシブ光ネットワークに関する。

ファイバ光学は、通信ネットワークにおいて高速パケットデータを送信するために利用される信頼性の高い技術である。この技術は、通常、ネットワーク機器が制約された環境に設置されるコアネットワークにおいて幅広く導入されてきた。温度、湿度、振動および衝撃のような環境変数は、業界標準によって規定されている。さらに、これらの設置された機器は、バッテリーバックアップを含む信頼性の高い電源も通常備えている。

マルチメディアサービス（データ、音声および映像）が、パケットデータネットワーク上で提供されることが多くなってきている。これらのサービスは、顧客の機器とコアネットワークとの間に高速の通信リンクを必要とする。さらに、高速の双方向通信リンクの需要はますます高まってきている。以前は、例えば映像は、主にサーバから顧客へダウンロードされていた。しかしながら現在は、顧客は、自分の自宅のコンピュータからネットワークサーバへ、または別の顧客のホームコンピュータへ映像をアップロードすることも望んでいるかもしれない。

顧客からアクセスネットワークまでの通信リンクは、主に、（加入者交換局への）ツイストペア線、または（ケーブルテレビ網への）同軸ケーブルによって提供されてきた。しかしながら、光ファイバは本質的に、ツイストペア線および同軸ケーブルよりも高い帯域幅を持っており、実際にサービスプロバイダは、顧客の所在地までの通信経路のすべてにファイバを敷設している。顧客にもよるが、このようなサービス提供は、ファイバトゥザオフィス、ファイバトゥザビルディング、ファイバトゥザビジネスおよびファイバトゥザホームと様々に呼ばれている。本明細書において、総称としてＦＴＴＰ（Ｆｉｂｅｒ−Ｔｏ−Ｔｈｅ−Ｐｒｅｍｉｓｅｓ）を使用する場合、プレマイズ（ｐｒｅｍｉｓｅｓ）とは顧客の構内のことをいう。

しかしながら、ＦＴＴＰでは多くの場合、局外設備に機器を設置する必要がある。局外設備は、制御することが難しい環境にあるのが通常である。例えば、安定した電力を局外設備に供給することは、安定した電力を電話局に供給することよりも困難であって費用がかかる。さらに、通信リンクは、多くの顧客に渡って地理的に分散しているため、例えば配電設備の管理は、電話局におけるインフラの管理よりも難しい。このような理由によってパッシブ光ネットワーク（ＰＯＮｓ）が開発された。

コアネットワークのアーキテクチャおよびプロトコルは、業界標準によって明確に定義されている。しかしながら、ＰＯＮｓについては、ネットワークアーキテクチャおよびネットワークプロトコルはまだ開発途上にある。ネットワークプロトコルの例としては、ＡＴＭ ＰＯＮ（ＡＰＯＮ）、ブロードバンドＰＯＮ（ＢＰＯＮ）、イーサネットＰＯＮ（ＥＰＯＮ）、ギガビットＰＯＮ（ＧＰＯＮ）、１０ギガビットイーサネットＰＯＮ（１０ＧＥＰＯＮ）および波長分割多重ＰＯＮ（ＷＤＭ−ＰＯＮ）が挙げられる。

したがって、サービスプロバイダおよび機器ベンダは共に、ＰＯＮｓを複数のアーキテクチャおよび複数のプロトコルによってサポートする必要があるという課題に直面している。各アーキテクチャおよび各プロトコルには、カスタムハードウェアおよびカスタムソフトウェアが必要である。そのため、初期費用と、ネットワークの運営、管理、保守およびプロビジョニング（ＯＡＭ＆Ｐ）用の運営経費とが非常に高くなる可能性がある。さらに、ネットワーク仮想化や映像ストリーミングサービス（ＩＰＴＶ）のような新しいサービスが絶え間なく出現してきている。したがって、複数のアーキテクチャ、プロトコルおよびサービスに柔軟かつ動的に対応できるコスト効率の良いＰＯＮが必要とされている。

本発明の一実施形態では、ダウンストリーム直交周波数分割多重データストリームを搬送する第１のダウンストリーム光ビームが、パッシブリモートノード（ｐａｓｓｉｖｅ ｒｅｍｏｔｅ ｎｏｄｅ）によって受信される。このパッシブリモートノードは、第１のダウンストリーム光ビームを１つまたは２つ以上の第２のダウンストリーム光ビームに分割する。それぞれの第２の光ビームは特定の光ネットワーク装置に送信される。各光ネットワーク装置は、その対応するダウンストリームデータストリームを逆多重化する。

ダウンストリーム方向では、バックボーンネットワークに接続された光回線終端装置（ＯＬＴ）が第１のダウンストリーム光ビームを送信する。単一波長の光搬送波を使用してダウンストリームデータをすべての光ネットワーク装置（ＯＮＵ）へブロードキャストすることもできる。

アップストリーム方向では、各光ネットワーク装置（ＯＮＵ）が直交周波数分割多重データを搬送する単一波長の搬送波を有する光ビームを送る。光ビート干渉を回避するために、各光ネットワーク装置は異なるアップストリーム波長を使用する。アップストリーム光ビームは、パッシブリモートノードに送られて波長分割多重化される。その結果生じた多波長（ｍｕｌｔｉ−ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）アップストリーム光ビームが、光回線終端装置（ＯＬＴ）の並列信号検出器に送信される。

光搬送波のそれぞれは、直交周波数分割多重副搬送波群とタイムスロット群とに区分される。特定の群の副搬送波およびタイムスロットを異なるデータパケットに割り当てることにより、帯域幅を効率的および動的に割り当てることができる。

本発明のこれらおよびその他の利点は、以下の詳細な説明および添付の図面を参照することにより当業者に明白になるであろう。

複数のネットワークアーキテクチャおよび複数のネットワークプロトコルが、パッシブ光ネットワーク（ＰＯＮ）用に発展してきている。ローカルアクセスおよび構内ネットワークの動作環境については、コアネットワークの動作環境ほど多くは定義されていない。

コストが低いこともまた、ＰＯＮにとってはコアネットワーク以上に重要な要因となる。なぜならＰＯＮのコストは、コアネットワークよりも少数の顧客で償却されるからである。

図１は、仮想パッシブ光ネットワーク（ＶＰＯＮ）１００と呼ばれるＰＯＮの高レベルの概略図を示している。ＶＰＯＮ１００は、ソフトウェアによって複数のパッシブ光ネットワークプロトコルに柔軟かつ動的に対応するとともに、それら複数のプロトコルを同時にサポートすることができるので、仮想パッシブ光ネットワークと呼ばれている。ＶＰＯＮ１００は、ハードウェアを大きく変更することなく種々のユーザおよびアプリケーションをサポートすることができる。

図１に示した実施形態では、ＶＰＯＮ１００は、光回線終端装置ＯＬＴ１０２と、パッシブリモートノードＲＮ１０４と、光ネットワーク装置ＯＮＵ₁１０６〜ＯＮＵ₄１１２と、を含んでいる。

ＯＬＴ１０２は通常電話局にあり、ＲＮ１０４は通常複数の近隣にサービスを提供するための局外設備にあり、ＯＮＵ₁１０６〜ＯＮＵ₄１１２は通常顧客の構内にある。

ＲＮ１０４は、電力を必要とする（光または電気の）コンポーネントを含んでいないため、パッシブリモートノードと呼ばれている。ＲＮ１０４の詳細については後述する。

ＯＬＴ１０２は、エッジノード１１６を介してバックボーン（コア）ネットワーク１１４と接続している。エッジノード１１６は、例えばプログラマブルルータであってもよい。

エッジノード１１６は、ＯＬＴ１０２と同じ電話局にあってもよい。エッジノード１１６は例えば、異なる施設にあって光ファイバによってＯＬＴ１０２に接続されていてもよい。

一般的には、複数のネットワークユーザがリモートアクセス端末を介してバックボーンネットワーク１１４に接続できる。この一例としては、ネットワーク管理者１４２がリモートアクセス端末１４０を介してバックボーンネットワーク１１４に接続する場合が挙げられる。

一般的には、複数のサーバがバックボーンネットワーク１１４と接続できる。サーバは、ネットワークの運用、管理、保守およびプロビジョニング（ＯＡＭ＆Ｐ）機能を提供することができる。サーバはユーザアプリケーションも提供できる。サーバの一例はサーバ１４４である。

各ＯＮＵは、ユーザシステム（ＵＳ）に接続している。ＯＮＵ₁１０６〜ＯＮＵ₄１１２のそれぞれは、ユーザシステムＵＳ₁１１８〜ユーザシステムＵＳ₄１２４のそれぞれに接続している。ユーザシステムの例としては、無線システム、ローカルエリアネットワークおよびエンドユーザ機器（サーバ、ワークステーションおよびパーソナルコンピュータのような）が挙げられる。

図１においてユーザシステムＵＳ₁１１８は、エンドユーザ機器ＵＥ₁１１８Ａ〜エンドユーザ機器ＵＥ₃１１８Ｃを持つローカルエリアネットワークを表している。ＯＮＵ₁１０６とＵＳ₁１１８とは、通信リンク１３１および通信リンク１３３を介して通信する。ＯＮＵとユーザシステムとの間にある仮想（論理）インタフェースは、種々の物理インタフェースによって実現することができる。物理インタフェースの例としては、電気的インタフェース、光ファイバインタフェース、無線インタフェースおよび自由空間光通信インタフェースが挙げられる。

本発明の一実施形態においてバックボーンネットワーク１１４は、ＧＥＮＩ（Ｇｌｏｂａｌ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｆｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｓ）バックボーンネットワークを表している。ＧＥＮＩは、新しいネットワークインフラおよびアプリケーションを開発している政府、業界および大学のコンソーシアムである。

ＧＥＮＩの主要な構想は、スライスと呼ばれるネットワークの仮想区分（ｖｉｒｔｕａｌ ｐａｒｔｉｔｉｏｎ）である。スライスは、特定のネットワークユーザの制御下の独立したネットワークリソース群として現れる。複数のネットワークユーザをサポートする複数のスライスは、並行してサポートされ得る。

本発明の一実施形態においてＶＰＯＮ１００は、ＧＥＮＩプログラムの一部としてバックボーンネットワーク１１４に統合されている。ＯＬＴ１０２は、通信リンク１４１および通信リンク１４３を介してエッジノード１１６と通信する。以下に説明するように、ネットワーク管理者１４２は、エッジノード１１６、ＯＬＴ１０２およびＯＮＵ₁１０６〜ＯＮＵ₄１１２をプログラムすることによってＶＰＯＮ１００の複数のスライスを設定することができる。

本明細書においてトラフィックとは、マルチメディア（データ、音声、映像）コンテンツを運ぶことができるデータストリームのことをいう。

本明細書においてダウンストリームトラフィック（ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ ｔｒａｆｆｉｃ）とは、バックボーンネットワーク１１４からエッジノード１１６を介してＯＬＴ１０２へ、ＯＬＴ１０２からＲＮ１０４へ、ＲＮ１０４からＯＮＵ₁１０６〜ＯＮＵ₄１１２へ送信されるデータストリームのことをいう。また、ＯＮＵ₁１０６からＵＳ₁１１８へのトラフィックのようなＯＮＵからＵＳへ送信されるトラフィックのこともダウンストリームトラフィックという。

本明細書においてアップストリームトラフィック（ｕｐｓｔｒｅａｍ ｔｒａｆｆｉｃ）とは、ＯＮＵ₁１０６〜ＯＮＵ₄１１２からＲＮ１０４へ、ＲＮ１０４からＯＬＴ１０２へ、ＯＬＴ１０２からエッジノード１１６を介してバックボーンネットワーク１１４へ送信されるデータストリームのことをいう。また、ＵＳ₁１１８からＯＮＵ₁１０６へのトラフィックのようなＵＳからＯＮＵへ送信されるトラフィックのこともアップストリームトラフィックという。

ＶＰＯＮ１００においてトラフィックは、波長分割多重（ＷＤＭ）と、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）と、時分割多重（ＴＤＭ）との３つの多重化方式の組み合わせによって多重化される。これらの多重化方式は、波長分割多元接続（ＷＤＭＡ）と、直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）と、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）との組み合わせにより、異なるユーザ、異なるプロトコルおよび異なるアプリケーション間で帯域幅を柔軟かつ適応的に共有することを可能にする。これらの多重化方式は、スライスを設定するのに使用することもできる。

ＷＤＭは、多重化の第１のレベル（最も粗い粒度）を提供する。

ＶＰＯＮ１００において、ＯＬＴ１０２は、光ファイバＯＦ₀１３０によってＲＮ１０４に接続され、ＲＮ１０４は、光ファイバＯＦ₁１３２〜光ファイバＯＦ₄１３８によってＯＮＵ₁１０６〜ＯＮＵ₄１１２のそれぞれに接続されている。ＯＬＴ１０２からのダウンストリームトラフィックは、ＯＦ₀１３０を介してＲＮ１０４まで光ビーム１０１によって運ばれる。

本発明の一実施形態において光ビーム１０１は、互いに異なる波長λ₁〜λ₄を持つ４つのダウンストリーム光搬送波を含んでいる。ダウンストリーム光搬送波のそれぞれは、ダウンストリームトラフィックを特定のＯＮＵに搬送する。

例えば、ダウンストリーム光搬送波λ₁〜ダウンストリーム光搬送波λ₄は、ダウンストリームトラフィックをＯＮＵ₁１０６〜ＯＮＵ₄１１２にそれぞれ搬送する。図１に示した実施形態では光ビーム１０１は、波長λ₀を持つ単一の光搬送波だけを持っている。

ＯＬＴ１０２からＯＮＵ₁１０６〜ＯＮＵ₄１１２までのダウンストリームトラフィックは、すべてブロードキャストモードで送られる。光ビーム１０１は、ＲＮ１０４の光スプリッタによって光ビーム１０５〜光ビーム１１１に分割される。この光ビーム１０５〜光ビーム１１１のそれぞれは、ダウンストリーム光搬送波λ₀をＯＮＵ₁１０６〜ＯＮＵ₄１１２へ搬送する。

ダウンストリームトラフィックは、複数のユーザシステムに送られる同じメディアコンテンツ（ハイビジョンテレビのような）を含んでいてもよい。また、ダウンストリームトラフィックは、特定のユーザシステムに送られる（電子メールのような）メディアコンテンツも含んでいてよい。この場合、ダウンストリームトラフィックが送られた特定のユーザシステムは、（例えばＯＦＤＭＡおよびＴＤＭＡによって）多重化されたダウンロードストリームトラフィックの集合の中から適切なデータストリームを復号する。

本明細書において、光ビーム１０１は第１のダウンストリーム光ビームといい、光ビーム１０５〜光ビーム１１１は第２のダウンストリーム光ビームという。

本明細書において光ビームは、それぞれが対応する単一波長を持った対応するデータストリームを搬送する１つまたは２つ以上の対応する光搬送波を有している。

第１のダウンストリーム光ビーム１０１は、１つまたは２つ以上の対応する第１のダウンストリーム光搬送波を有している。

第２のダウンストリーム光ビーム１０５〜第２のダウンストリーム光ビーム１１１は、１つまたは２つ以上の対応する第２のダウンストリーム光搬送波を有している。

以下に説明するように、第１のアップストリーム光ビーム１０３は、１つまたは２つ以上の対応する第１のアップストリーム光搬送波を有している。第２のアップストリーム光ビーム１１３〜第２のアップストリーム光ビーム１１９は、１つまたは２つ以上の対応する第２のアップストリーム光搬送波を有している。本明細書では、特定の光ビームに対応する光搬送波のことも特定の光ビーム上の光搬送波という。

アップストリームトラフィックは、光ビート雑音干渉を回避するために異なる波長を持つ光搬送波で搬送される。図１に示した実施形態では、第２のアップストリーム光ビーム１１３上の１つの第２のアップストリーム光搬送波λ₁が、アップストリームトラフィックをＯＮＵ₁１０６からＲＮ１０４まで搬送する。同様に、第２のアップストリーム光ビーム１１５上の１つの第２のアップストリーム光搬送波λ₂が、アップストリームトラフィックをＯＮＵ₂１０８からＲＮ１０４まで搬送する。同様に、第２のアップストリーム光ビーム１１７上の１つの第２のアップストリーム光搬送波λ₃が、アップストリームトラフィックをＯＮＵ₃１１０からＲＮ１０４まで搬送する。同様に、第２のアップストリーム光ビーム１１９上の１つの第２のアップストリーム光搬送波λ₄が、アップストリームトラフィックをＯＮＵ₄１１２からＲＮ１０４まで搬送する。

ＲＮ１０４では、第２のアップストリーム光ビーム１１３〜第２のアップストリーム光ビーム１１９が多重化され、対応する波長（λ₁，λ₂，λ₃，λ₄）を持つ４つの第１のアップストリーム光搬送波を含んだ多波長の第１のアップストリーム光ビーム１０３を形成する。第１のアップストリーム光ビーム１０３は、ＯＦ₀１３０を通してＯＬＴ１０２に送信される。

ＯＬＴ１０２およびＯＮＵ₁１０６〜ＯＮＵ₄１１２の光コンポーネントは、コストが低減されるように選択される。一般に、ＯＬＴおよびＯＮＵは、それぞれが異なる波長を送信する複数の光送信機、およびそれぞれが異なる波長を受信する複数の光受信機を備えることができる。

図１に示した実施形態では、ＯＬＴ１０２は、λ₀で送信する１つの光送信機を備えている。ＯＮＵ₁１０６〜ＯＮＵ₄１１２は、λ₁〜λ₄で送信する１つの光送信機をそれぞれ備えている。ＯＬＴ１０２は、第１のアップストリーム光ビーム１０３上の第１のアップストリーム光搬送波（λ₁，λ₂，λ₃，λ₄）のような異なる波長の光搬送波を同時に受信して処理する１つの並列信号検出器を備えている。

各ＯＮＵは、対応する単一波長を受信するように構成された１つの光受信機を備えるようにしてもよい。例えば、ＯＮＵ₁１０６〜ＯＮＵ₄１１２はそれぞれ、第２のダウンストリーム光ビーム１０５〜第２のダウンストリーム光ビーム１１１上の第２のダウンストリーム光搬送波λ₀をそれぞれ受信するように構成された光受信機を備えていてもよい。各ＯＮＵは、部品在庫を最小にするために１つの並列信号検出器も備えるようにしてもよい。すなわち、共通の光受信機をすべてのＯＮＵで使用し、異なるネットワーク間におけるλ₀の値の違いを調整するようにしてもよい。

ＯＦＤＭおよびＴＤＭは、光搬送波のそれぞれに対して多重化の低いレベル（より細かい粒度）を提供する。

図２の２次元行列によって表されるように光帯域幅は、複数のＯＦＤＭ副搬送波（ｓｃ）とタイムスロットとに区分される。横軸に沿ってタイムスロットがプロットされ、１０個の代表的なタイムスロットｔ₁２０１〜ｔ₁₀２１０が示されている。縦軸に沿って副搬送波がプロットされ、６つの代表的な副搬送波ｓｃ₁２２１〜ｓｃ₆２２６が示されている。本明細書において副搬送波の１つのグループは、サブチャネルという。

本発明の一実施形態において、光搬送波間の波長間隔はＩＴＵグリッドによって規定され、タイムスロットの長さは１２５μｓｅｃであり、１つの光搬送波中の電気的副搬送波の数は２５６〜２０４８個である。

本発明の一実施形態において帯域幅は、副搬送波とタイムスロットとの組み合わせによって割り当てられる。本明細書において特定の光搬送波については、リソース要素が行列要素（ｔ_i，ｓｃ_j）によって示される。ここでｉ，ｊは正の整数である。本明細書において特定の光搬送波については、リソースユニットが行列要素の任意の群を示している。

本明細書において光搬送波は、対応する直交周波数分割多重データストリームを搬送する。ＷＤＭとＯＦＤＭとＴＤＭとの組み合わせは、ＶＰＯＮ１００のネットワークインフラがソフトウェアによって仮想ネットワーク（またはＧＥＮＩスライス）として設定されることを可能にする。すなわち、ＶＰＯＮ１００をプログラムすることにより、複数のＰＯＮプロトコル、複数のＯＮＵ、複数のユーザシステムおよび複数の形態のトラフィックを同時にサポートすることができる。ＶＰＯＮ１００は、適応的および動的に構成されてもよい。

リソースユニットの種々の割り当ての例を図２に示している。帯域幅は、異なる数の副搬送波および異なる数のタイムスロットを割り当てることにより動的に区分することができる。

単一の副搬送波ｓｃ₁２２１を有するサブチャネルは、以下に詳細に説明するが、制御およびシグナリングチャネル２３０用に予約される。

ｓｃ₂２２２およびｓｃ₃２２３を有するサブチャネルは、ＧＰＯＮの１つのスライス（スライス２３２）に割り当てられる。

ｓｃ₄２２４〜ｓｃ₆２２６を有するサブチャネルは、カスタマイズされたＰＯＮの１つのスライス（スライス２３４）に割り当てられる。

それぞれのスライスはＴＤＭを介してさらに区分されてもよい。例えば、（ｔ_i，ｓｃ_j）行列に光ビーム１０１上のダウンストリーム光搬送波λ₀（図１参照）を対応させてみる。スライス２３２において、タイムスロットｔ₁２０１〜ｔ₂２０２がＯＮＵ₁１０６に割り当てられ、タイムスロットｔ₃２０３〜ｔ₆２０６がＯＮＵ₂１０８に割り当てられるようにしてもよい。同様に、スライス２３４において、タイムスロットｔ₁２０１〜ｔ₄２０４がＯＮＵ₃１１０に割り当てられ、タイムスロットｔ₅２０５〜ｔ₉２０９がＯＮＵ₄１１２に割り当てられるようにしてもよい。

他の例として、図２の（ｔ_i，ｓｃ_j）行列に光ビーム１１３上のアップストリーム光搬送波λ₁（図１参照）を対応させてみる。スライス２３２においてタイムスロットは、ユーザシステムＵＳ₁１１８内のユーザ機器ＵＥ₁１１８Ａ〜ユーザ機器ＵＥ₃１１８Ｃの間で共有されてもよい。例えば、タイムスロットｔ₁２０１〜ｔ₃２０３がＵＥ₁１１８Ａに割り当てられ、タイムスロットｔ₄２０４〜ｔ₅２０５がＵＥ₂１１８Ｂに割り当てられ、タイムスロットｔ₆２０６〜ｔ₁０２１０がＵＥ₃１１８Ｃ割り当てられるようにしてもよい。

リソースユニットは、他のユーザが指定する基準に基づいてさらに割り当てられる。例えば、リソースユニットをトラフィックの形態によって割り当て、それによりサービスの質（ＱｏＳ）を担保することもできる。

ＶＰＯＮ１００で用いられるスライス分離およびメディアアクセス制御（ＭＡＣ）の仮想化機構は、以下の３つの態様を含んでいる。（ａ）データ分離。スライス間のデータ分離は並列光ＯＦＤＭＡ送信によって実現される。それぞれのスライスは、同一のフレームフォーマット、制御プロトコルおよび管理方式を持つ１つまたは２つ以上のＯＮＵを含んでいてもよい。（ｂ）仮想ＭＡＣ。それぞれのスライスのデータは、先ず異なる仮想キューに格納され、次に、適切な処理用の仮想マシンに転送される。（ｃ）帯域幅リソース区分。２つのレベルのリソース管理がある。第１のレベルは、スライス間の光ＯＦＤＭＡに基づいている。この光ＯＦＤＭＡは、異なるスライスへの副搬送波の割り当てを制御する。第２のレベルは、それぞれのスライス内のＯＮＵ間のＴＤＭＡ（または、他のユーザが指定する多元接続方式）に基づいており、他のＰＯＮプロトコル（例えば、ＥＰＯＮプロトコルまたはＧＰＯＮプロトコル）の機能を実行することができる。したがって、副搬送波は、それぞれのスライスまたはＯＮＵのＱｏＳ性能を改善するとともに効率的な帯域幅の使用を提供するため、統計的多重化および動的割り当てを通じて共有される。

図３は、図１におけるＯＬＴ１０２の実施形態のアーキテクチャを示している。ＯＬＴ１０２は、データプレーン３０２にハードウェアコンポーネントを備え、制御プレーン３０４にソフトウェアコンポーネントを備えている。

ハードウェアコンポーネントは、スライスマッピング用のバックボーンインタフェースユニット３０６と、ＰＯＮ ＭＡＣ処理用のメディアアクセス制御（ＭＡＣ）処理装置３０８と、それぞれの副搬送波のデータストリームを多重化／逆多重化および符号化／復号化する光直交周波数分割多元（ＯＦＤＭＡ）処理装置３１０と、光ＯＦＤＭＡリンク物理インタフェースユニット３１２とを備えている。

バックボーンインタフェースユニット３０６は、通信リンク１４１および通信リンク１４３を介してエッジノード１１６（図１）と通信する。

本発明の一実施形態においてＭＡＣ処理装置３０８には、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）が実装されている。

本発明の一実施形態において光ＯＦＤＭＡ処理装置には、フィールドプログラマブルゲートアレイベースのデジタル信号プロセッサが実装されている。

本発明の一実施形態において光ＯＦＤＭＡリンク物理インタフェースユニット３１２は、アナログ／デジタル変換器ＡＤＣ３１４と、デジタル／アナログ変換器ＤＡＣ３１６と、光送信機３１８と、光受信機３２０とを備えている。

本発明の一実施形態において光送信機３１８は、ダウンストリームトラフィックを搬送する単一波長（λ₀）の光ビーム１０１（図１）を送信するレーザーダイオードを備えている。

本発明の一実施形態において光受信機３２０は、アップストリームトラフィックを搬送する多波長光ビーム１０３（図１）上で異なる波長を持つ光搬送波を同時に受信できる並列信号検出器である。

本発明の一実施形態において制御ソフトウェアモジュール３２２は、特定のＧＥＮＩ用ネットワーク制御および管理ソフトウェアと、適切なアプリケーションプログラミングインタフェース（ＡＰＩ）とを含んでいる。

ＯＬＴ１０２内で処理されたデータは、２つの形態のパケット、すなわち、（ユーザデータストリームを運ぶ）ユーザ固有のデータパケットと、（制御およびシグナリングメッセージを運ぶ）制御パケットとを含んでいる。

ユーザデータストリームは、例えばマルチメディアコンテンツを搬送する。１つまたは２つ以上のスライスされたネットワークに属するユーザ固有のデータパケットに対しては、副搬送波の１つまたは２つ以上のサブセットをネットワーク管理者１４２（図１）によって設定された基準に従って割り当てることができる。ユーザ固有のデータパケットは、光ＯＦＤＭＡリンク物理インタフェースユニット３１２とバックボーンインタフェースユニット３０６との間で送信するためにＯＬＴ１０２内でフレーム化される。

特別な動作を指示するための制御パケットは、指定された副搬送波で運ばれて制御ソフトウェアモジュール３２２に送られる。

ＧＥＮＩ制御およびシグナリングメッセージは、通信リンク３０１および通信リンク３０３を介して送られる。ＶＰＯＮ制御およびシグナリングメッセージは、通信リンク３０５および通信リンク３０７を介して送られる。

本発明の一実施形態において（図１のＯＮＵ₁１０６のような）光ネットワーク装置は、ＯＬＴ１０２に類似している。当業者は、適切なハードウェアコンポーネントおよびソフトウェアコンポーネントを組み合わせることによって光ネットワーク装置を、遠隔でプログラムできるようにしたり、スライスの仮想ネットワーク要素として設定できるようにしたりしてもよい。ＯＬＴ１０２とＯＮＵ₁１０６との違いについては上述した。

上述したように、光ネットワーク装置と、（図１のＵＳ₁１１８のような）ユーザシステムとの間にある仮想インタフェースは、電気的インタフェース、光ファイバインタフェース、無線インタフェースおよび自由空間光通信インタフェースを含む種々の物理インタフェースによって実現することができる。

図１を参照するとネットワーク管理者１４２は、ＯＬＴ１０２を介してＯＮＵ₁１０６〜ＯＮＵ₄１１２をプログラムおよび制御することができる。ネットワーク管理者１４２は、指定された副搬送波（または副搬送波群）によって搬送された専用の制御およびシグナリングチャネル（例えば、図２の制御およびシグナリングチャネル２３０）を介し、ＯＮＵ₁１０６〜ＯＮＵ₄１１２にアクセスしてもよい。制御およびシグナリングチャネルは、第１のダウンストリーム光ビーム１０１および第２のダウンストリーム光ビーム１０５〜第２のダウンストリーム光ビーム１１１上で搬送されるダウンストリームブロードキャストトラフィックの一部分として運ばれる。

ＧＥＮＩ固有の制御ソフトウェアは、ＯＬＴ１０２の制御ソフトウェアモジュール３２２（図３）で実行される。このＧＥＮＩ固有の制御ソフトウェアは、ＯＮＵ₁１０６〜ＯＮＵ₄１１２の対応する制御ソフトウェアモジュールでも実行される。

ネットワーク管理者１４２は、ＶＰＯＮ１００の構成および制御と、ＶＰＯＮ１００とバックボーンネットワーク１１４との統合と、ＶＰＯＮ１００とユーザシステムＵＳ₁１１８〜ユーザシステムＵＳ₄１２４との統合と、ＯＬＴ１０２およびＯＮＵ₁１０６〜ＯＮＵ₄１１２上での実行用特定コード（特定のＰＯＮプロトコルのような）のダウンロードと、異なるスライスへの副搬送波割り当てと、を含む種々の機能を実行することができる。

図４は、光ＯＦＤＭＡリンク物理インタフェースユニット４４０とエッジノード４５０との間にあるプログラマブルインタフェースモジュール４００のさらなる詳細を示している。図４に示したインタフェースは仮想インタフェースである。

アクセスインタフェース４０１は、プログラマブルインタフェースモジュール４００と光ＯＦＤＭＡリンク物理インタフェースユニット４５０との間にあるインタフェースである。

バックボーンインタフェース４３１は、プログラマブルインタフェースモジュール４００とエッジノード４５０との間にあるインタフェースである。

プログラマブルインタフェースモジュール４００は、制御ソフトウェアモジュール４０２と、マルチプレクサ／デマルチプレクサ４２６と、トンネルバッファセット４０４と、トンネルカプセル化モジュール４１２と、マッピングおよびスケジューリングモジュール４１４と、設定可能なマッピングテーブル４１６と、仮想バッファセット４１８と、を含んでいる。

データは、光ＯＦＤＭＡリンク物理インタフェースユニット４４０とエッジノード４５０との間でトンネルカプセル化によって送られる。スライスに対しては、プログラマブルインタフェースモジュール４００がバックボーンインタフェース４３１からアクセスインタフェース４０１への透過的なパイプを提供する。

データストリームＤＳＣ４０９は、制御ソフトウェアモジュール４０２と光ＯＦＤＭＡリンク物理インタフェースユニット４４０との間で制御およびシグナリングメッセージを運ぶ。

データストリームＤＳＣ４２９は、制御ソフトウェアモジュール４０２とエッジノード４５０との間で制御およびシグナリングメッセージを運ぶ。

図２に関して上述したように、副搬送波群がスライスに割り当てられてもよい。この例においてプログラマブルインタフェースモジュール４００のアクセス側では、データストリームＤＳＡ₁４０３はＥＰＯＮに割り当てられた副搬送波群上で搬送され、データストリームＤＳＡ₂４０５はＧＰＯＮに割り当てられた副搬送波群上で搬送され、データストリームＤＳＡ₃４０７はカスタムＰＯＮ（例えば、開発中の新しいＰＯＮプロトコル）に割り当てられた副搬送波群上で搬送される。

データストリームは仮想キューにバッファリングされる。例えば、データストリームＤＳＡ₁４０３〜データストリームＤＳＡ₃４０７は、仮想キューＶＣ４２０〜仮想キューＶＣ４２４にそれぞれバッファリングされる。

プログラマブルインタフェースモジュール４００のバックボーン側では、対応するデータストリームＤＳＢ₁４２３〜ＤＳＢ₃４２７が対応するトンネルを介して運ばれる。複数のトンネルがトンネルバッファＴ₁４０６〜トンネルバッファＴ₃４１０にそれぞれバッファリングされる。本明細書では、トンネルはＴＣＰ／ＵＤＰ／ＩＰ（伝送制御プロトコル／ユーザデータグラムプロトコル／インターネットプロトコル）カプセル化データストリームのことをいう。

ＤＳＢ₁４２３〜ＤＳＢ₃４２７は、マルチプレクサ／デマルチプレクサ４２６によって多重化／逆多重化され、データストリームＤＳＭ４３３となる。データストリームＤＳＭ４３３は、バックボーンインタフェース４３１を通してエッジノード４５０に運ばれる
スライスプロビジョニングについては、データストリームＤＳＡ₁４０３〜ＤＳＡ₃４０７がデータストリームＤＳＢ₁４２３〜ＤＳＢ₃４２７にそれぞれマッピングされる。

トンネルカプセル化モジュール４１２は、データストリームＤＳＢ₁４２３〜ＤＳＢ₃４２７のフレーム化および逆フレーム化を行う。

マッピングおよびスケジューリングモジュール４１４は、データストリームＤＳＡ₁４０３〜ＤＳＡ₃４０７をデータストリームＤＳＢ₁４２３〜ＤＳＢ₃４２７に動的にそれぞれマッピングする役割を担っている。このマッピングは、制御ソフトウェアモジュール４０２によって制御され、設定可能なマッピングテーブル４１６への入力に従って行われる。制御ソフトウェアモジュール４０２はＯＬＴ１０２（図１）中の汎用のプロセッサ（不図示）上で実行される。

上述した詳細な説明は、あらゆる点で具体的および典型的であるが、制約的なものではないと理解されるべきであり、本明細書に開示された本発明の範囲は、詳細な説明からではなく、むしろ特許法によって認められた十分な範囲によって解釈されるような請求項から判断されるべきである。

本明細書において例示され説明された実施形態は、本発明の原理の実例にすぎず、本発明の範囲および技術思想から逸脱することなく、当業者によって種々の変更が実現可能であると理解されるべきである。当業者は、本発明の範囲および技術思想から逸脱することなく、種々の他の特徴の組み合わせを実現することができるはずである。

本出願は、２００７年１０月８日に出願し、その開示が参考文献として本明細書に包含される、米国仮出願番号６０／９７８，２８４号による優先権を主張する。

高レベルの仮想パッシブ光ネットワーク（ＶＰＯＮ）の概略図を示している。 副搬送波およびタイムスロットの行列を示している。 光回線終端装置の高レベルの概略図を示している。 光回線終端装置とバックボーンネットワークの間にあるインタフェースの高レベルの概略図を示している。

Claims (25)

1. 少なくとも１つの第１のダウンストリーム光搬送波を有する第１のダウンストリーム光ビームをパッシブリモートノードで受信するステップであって、前記少なくとも１つの第１のダウンストリーム光搬送波のそれぞれが、対応する第１のダウンストリーム波長を持ち、対応する第１のダウンストリーム直交分割多重データストリームを搬送し、
   前記少なくとも１つの第１のダウンストリーム光ビームの少なくとも一部分に基づいた少なくとも１つの第２のダウンストリーム光ビームをパッシブリモートノードから送信するステップであって、対応する第２のダウンストリーム波長を持ち、対応する第２のダウンストリーム直交分割多重データストリームを搬送する少なくとも１つの第２のダウンストリーム光搬送波を、前記少なくとも１つの第２のダウンストリーム光ビームのそれぞれが有する、パッシブ光ネットワークを通じてデータを送信する方法。
2. 請求項１に記載の方法において、
   前記少なくとも１つの第１のダウンストリーム光ビームを受信するステップは、
   第１の直交分割多重データストリームを搬送する第１の波長を持つ第１の光搬送波を有する第１の光ビームを、光回線終端装置から受信するステップをさらに含み、
   前記少なくとも１つの第２のダウンストリーム光ビームを送信するステップは、
   前記第１の直交分割多重データストリームを搬送する前記第１の波長を持つ第２の光搬送波を有する第２の光ビームを、第１の光ネットワークノードに送信するステップと、
   前記第１の直交分割多重データストリームを搬送する前記第１の波長を持つ第３の光搬送波を有する第３の光ビームを、第２の光ネットワークノードに送信するステップと、をさらに含む方法。
3. 請求項２に記載の方法において、
   第２の直交分割多重データストリームを搬送する第２の波長を持つ第４の光搬送波を有する第４の光ビームを、前記第１の光ネットワークノードから送信するステップと、
   第３の直交分割多重データストリームを搬送する第３の波長を持つ第５の光搬送波を有する第５の光ビームを、前記第２の光ネットワークノードから送信するステップと、をさらに含む方法。
4. 請求項３に記載の方法において、
   前記第４の光ビームを前記パッシブリモートノードで受信するステップと、
   前記第５の光ビームを前記パッシブリモートノードで受信するステップと、
   前記第４の光ビームと前記第５の光ビームとを波長分割多重化することにより、前記第２の直交周波数分割多重データストリームを搬送する前記第２の波長を持つ第６の光搬送波と、前記第３の直交周波数分割多重データストリームを搬送する前記第３の波長を持つ第７の光搬送波とを有する第６の光ビームを形成するステップと、
   前記第６の光ビームを前記光回線終端装置に送信するステップと、をさらに含む方法。
5. 請求項４に記載の方法において、
   前記第６の光ビームを前記光回線終端装置で受信するステップと、
   前記第２の直交周波数分割多重データストリームおよび前記第３の直交周波数分割多重データストリームを直交周波数分割逆多重化するステップと、をさらに含む方法。
6. 請求項３に記載の方法において、
   前記第２の直交周波数分割多重データストリーム中の第１の副搬送波群および第１のタイムスロット群を、第１のデータパケット群に割り当てるステップと、
   前記第２の直交周波数分割多重データストリーム中の第２の副搬送波群および第２のタイムスロット群を、第２のデータパケット群に割り当てるステップと、をさらに含む方法。
7. 請求項６に記載の方法において、
   前記第１の副搬送波群および第１のタイムスロット群を割り当てるステップと、前記第２の副搬送波群および第２のタイムスロット群を割り当てるステップとは、制御ソフトウェアモジュールによって制御される方法。
8. 請求項６に記載の方法において、
   前記第１のデータパケット群および前記第２のデータパケット群は、前記第１の光ネットワークノードと通信するユーザ機器から受信される方法。
9. 請求項８に記載の方法において、
   前記第１のデータパケット群は第１の形態のトラフィックに対応し、前記第２のデータパケット群は第２の形態のトラフィックに対応する方法。
10. 請求項６に記載の方法において、
    前記第１のデータパケット群は前記第１の光ネットワークノードと通信する第１のユーザ機器から受信され、前記第２のデータパケット群は前記第１の光ネットワークノードと通信する第２のユーザ機器から受信される方法。
11. 請求項１に記載の方法において、
    少なくとも１つのトンネルカプセル化データストリームを光回線終端装置で受信するステップと、
    前記少なくとも１つのトンネルカプセル化データストリームを、前記少なくとも１つの対応する第１のダウンストリーム直交周波数多重データストリーム中の少なくとも１つの副搬送波群および少なくとも１つのタイムスロット群にマッピングするステップと、をさらに含む方法。
12. 請求項１１に記載の方法において、
    前記マッピングのステップは、制御ソフトウェアモジュールによって制御される方法。
13. 請求項１１に記載の方法において、
    前記少なくとも１つの副搬送波群および前記少なくとも１つのタイムスロット群は、少なくとも１つのスライスに割り当てられる方法。
14. 請求項１に記載の方法において、
    少なくとも１つの第２のアップストリーム光搬送波を有する少なくとも１つの第２のアップストリーム光ビームを前記パッシブリモートノードで受信するステップであって、前記少なくとも１つの第２のアップストリーム光搬送波のそれぞれが、対応する第２のアップストリーム波長を持ち、少なくとも１つの第２のアップストリーム直交周波数分割多重データストリームを搬送し、
    前記少なくとも１つの第２のアップストリーム直交周波数分割多重データストリームが、少なくとも１つの副搬送波群および少なくとも１つのタイムスロット群を有し、
    前記少なくとも１つの第２のアップストリーム光ビームを波長分割多重化して、前記少なくとも１つの第２のアップストリーム直交周波数分割多重データストリームを搬送する第１のアップストリーム光ビームを形成するステップと、をさらに含む方法。
15. 請求項１４に記載の方法において、
    前記第１のアップストリーム光ビームを光回線終端装置で受信するステップと、
    前記少なくとも１つの副搬送波群および前記少なくとも１つのタイムスロット群を、少なくとも１つのトンネルカプセル化データストリームにマッピングするステップと、をさらに含む方法。
16. 請求項１５に記載の方法において、
    前記マッピングのステップは、制御ソフトウェアモジュールによって制御される方法。
17. 第１の波長を持つ第１の光搬送波を有する第１の光ビームを生成するように構成された第１の光送信機と、
    前記第１の光搬送波上に第１のデータストリームを直交周波数分割多重化して第１の直交周波数分割多重データストリームとするように構成された第１の直交周波数分割マルチプレクサと、
    を有する光回線終端装置と、
    前記第１の光ビームを受信し、該第１の光ビームを、前記第１の直交周波数分割多重データストリームを搬送する前記第１の波長を持つ第２の光搬送波を有する第２の光ビームと、前記第１の直交周波数分割多重データストリームを搬送する前記第１の波長を持つ第３の光搬送波を有する第３の光ビームとに分割するように構成された光スプリッタを有するパッシブリモートノードと、
    前記第２の光ビームを受信するように構成された第１の光受信機と、
    前記第１の直交周波数分割多重データストリームを直交周波数分割逆多重化するように構成された第１の直交周波数分割デマルチプレクサと、
    を有する第１の光ネットワーク装置と、
    前記第３の光ビームを受信するように構成された第２の光受信機と、
    前記第１の直交周波数分割多重データストリームを直交周波数分割逆多重化するように構成された第２の直交周波数分割デマルチプレクサと、
    を有する第２の光ネットワーク装置と、
    を有するパッシブ光ネットワーク。
18. 請求項１７に記載のパッシブ光ネットワークにおいて、
    前記第１の光ネットワーク装置は、
    第２の波長を持つ第４の光搬送波を有する第４の光ビームを生成するように構成された第２の光送信機と、
    前記第４の光搬送波上に第２のデータストリームを直交周波数分割多重化するように構成された第２の直交周波数分割マルチプレクサと、
    をさらに有し、
    前記第２の光ネットワーク装置は、
    第３の波長を持つ第５の光搬送波を有する第５の光ビームを生成するように構成された第３の光送信機と、
    前記第５の光搬送波上に第３のデータストリームを直交周波数分割多重化するように構成された第３の直交周波数分割マルチプレクサと、
    をさらに有するパッシブ光ネットワーク。
19. 請求項１８に記載のパッシブ光ネットワークにおいて、
    前記パッシブリモートノードは、
    前記第４の光ビームを受信し、
    前記第５の光ビームを受信し、
    前記第４の光ビームと前記第５の光ビームとを波長分割多重化することにより、前記第２の直交周波数分割多重データストリームを搬送する前記第２の波長を持つ第６の光搬送波と、前記第３の直交周波数分割多重データストリームを搬送する前記第３の波長を持つ第７の光搬送波とを有する第６の光ビームを形成し、該第６の光ビームを前記光回線終端装置に送信するように構成された波長分割マルチプレクサをさらに有するパッシブ光ネットワーク。
20. 請求項１９に記載のパッシブ光ネットワークにおいて、
    前記光回線終端装置は、
    前記第６の光ビームを受信するように構成された第３の光受信機と、
    前記第２の直交周波数分割多重データストリームおよび前記第３の直交周波数分割多重データストリームを直交周波数分割逆多重化するように構成された第３の直交周波数分割デマルチプレクサとをさらに有するパッシブ光ネットワーク。
21. 請求項２０に記載のパッシブ光ネットワークにおいて、
    前記第３の光受信機は、並列信号検出器を有するパッシブ光ネットワーク。
22. 請求項１７に記載のパッシブ光ネットワークにおいて、
    前記光回線終端装置は、
    バックボーンインタフェースユニットと、
    メディアアクセス制御処理装置と、
    光直交周波数分割多元接続処理装置と、
    光ＯＦＤＭＡリンク物理インタフェースユニットとをさらに有し、
    前記光ＯＦＤＭＡリンク物理インタフェースユニットは、
    アナログデジタル変換器と、
    デジタルアナログ変換器と、
    単一波長のレーザーダイオードと、
    並列信号検出器とをさらに有するパッシブ光ネットワーク。
23. 請求項２２に記載のパッシブ光ネットワークにおいて、
    前記光回線終端装置は、
    前記パッシブ光ネットワークと、バックボーンネットワークに接続されたエッジノードとの間で制御およびシグナリングメッセージを送り、
    前記パッシブ光ネットワークと前記エッジノードとの間でユーザデータストリームを送り、
    前記光回線終端装置、前記第１の光ネットワークノードおよび前記第２の光ネットワークノードへメディアアクセス制御プロトコルを送るように構成されたプログラマブルインタフェースモジュールをさらに有するパッシブ光ネットワーク。
24. 請求項２３に記載のパッシブ光ネットワークにおいて、
    前記光回線終端装置、前記第１の光ネットワーク装置および前記第２の光ネットワーク装置は、前記バックボーンネットワークを介して通信するネットワーク管理者から前記制御およびシグナリングメッセージを受信するパッシブ光ネットワーク。
25. 請求項２３に記載のパッシブ光ネットワークにおいて、
    前記プログラマブルインタフェースモジュールは、
    制御ソフトウェアモジュールと、
    マルチプレクサと、
    デマルチプレクサと、
    トンネルバッファセットと、
    トンネルカプセル化モジュールと、
    マッピングおよびスケジューリングモジュールと、
    設定可能なマッピングテーブルと、
    仮想バッファセットと、
    をさらに有するパッシブ光ネットワーク。

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