JP2012244328A - Optical transmission device and optical transmission method - Google Patents

Optical transmission device and optical transmission method Download PDF

Info

Publication number
JP2012244328A
JP2012244328A JP2011111190A JP2011111190A JP2012244328A JP 2012244328 A JP2012244328 A JP 2012244328A JP 2011111190 A JP2011111190 A JP 2011111190A JP 2011111190 A JP2011111190 A JP 2011111190A JP 2012244328 A JP2012244328 A JP 2012244328A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical
packet
payload
header
optical signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2011111190A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshiaki Yamabayashi
由明 山林
Soichi Kobayashi
壮一 小林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Photonic Science Tech Inc
Photonic Science Technology Inc PSTI
Original Assignee
Photonic Science Tech Inc
Photonic Science Technology Inc PSTI
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Photonic Science Tech Inc, Photonic Science Technology Inc PSTI filed Critical Photonic Science Tech Inc
Priority to JP2011111190A priority Critical patent/JP2012244328A/en
Publication of JP2012244328A publication Critical patent/JP2012244328A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical transmission device and optical transmission method capable of reducing power consumption.SOLUTION: An optical transmission device includes: OEs 12_1 to 12_N for photoelectrically converting the headers of IP (Internet protocol) packets; header processing parts 13_1 to 13_N for acquiring header information; a collision detection destination control part 123 for determining output routes in accordance with destinations included in the header information; an optical switch 117 for outputting payloads to the determined routes; header optical signal generation parts 15_1 to 15_M for converting the header information into optical signals; and confluence parts 81_1 to 81_M for generating IP packets by coupling the headers with the payloads.

Description

本発明は、超高速IP(Internet Protocol)ネットワークにおいて超低消費電力性を実現する光伝送装置及び光伝送方法に関するものである。   The present invention relates to an optical transmission apparatus and an optical transmission method for realizing ultra-low power consumption in an ultra-high speed IP (Internet Protocol) network.

近年インターネットの普及はめざましく、ネットワークを流れる総トラフィックは増え続けている。科学技術政策研究所の小笠原は現状のペースで通信トラヒックが増大し続ければ、ルータの消費電力だけで2010年には2006年の8倍、2020年には同600倍の電力(4,478億kWh/年)が必要となると予測している(例えば、非特許文献1参照。)。これは2006年の国内総発電量(9,200億kWh/年)の49%に達することに相当し、発電量の急速な増大が見込みにくい現状を考えると危機的状態といえる。小笠原も指摘するように、まずはLSI(Large Scale Integration)の低電圧化に取り組む必要があるが、たとえこれが功を奏したとしても、LSIの低電圧化だけでは問題は完全に解決されるとはいえない。   In recent years, the spread of the Internet has been remarkable, and the total traffic flowing through the network continues to increase. If Ogasawara, the National Institute of Science and Technology Policy continues to increase communication traffic at the current pace, the power consumption of the router alone will be eight times that of 2006 in 2010 and 600 times that in 2020 (447.8 billion). kWh / year) is predicted to be necessary (see, for example, Non-Patent Document 1). This corresponds to reaching 49% of the total domestic power generation (920.0 billion kWh / year) in 2006, and it can be said to be a critical situation considering the current situation where it is difficult to expect a rapid increase in power generation. As Ogasawara points out, it is necessary to work on lowering the voltage of LSI (Large Scale Integration), but even if this works, the problem can be solved completely by lowering the voltage of LSI alone. I can't say that.

一方で、光信号のまま転送するネットワーク(フォトニックネットワーク)技術が実用化されつつある。これは、IPネットワークとは別に各ノード間に波長パスを設定し、このパス単位で切り替えるものである。フォトニックネットワークは、光パス交換方式、光バースト交換方式、光スロット交換方式、光パケット交換方式の4つに分類できる(例えば、非特許文献2〜4参照。)。   On the other hand, network (photonic network) technology for transferring optical signals as they are is being put into practical use. In this method, a wavelength path is set between nodes separately from the IP network, and switching is performed in units of this path. Photonic networks can be classified into four types: an optical path switching system, an optical burst switching system, an optical slot switching system, and an optical packet switching system (see, for example, Non-Patent Documents 2 to 4).

NTTは波長多重リングネットワークとしてフォトニックネットワークを導入済みである。これをメッシュ形のネットワークに拡張するのが光パス交換方式に相当する。これにより中継動作を行うIPルータは不要になるため、その分の電力消費は削減されるものの、エッジノードには超高速のIPルータが必要となることから大幅な電力削減は期待できない。   NTT has already introduced a photonic network as a wavelength multiplexing ring network. Extending this to a mesh network corresponds to the optical path switching method. This eliminates the need for an IP router that performs a relay operation, and thus power consumption is reduced. However, since an edge node requires an ultra-high-speed IP router, a significant power reduction cannot be expected.

この光パス交換方式を発展させるものが、光バースト交換方式や光スロット交換方式である。いずれもパケットをバースト信号に束ねたり、光スロットとして同期化するためのノードが必要となり、電力負荷は増大させることになる点、問題解決にはなっていないといえる。   What develops this optical path switching system is an optical burst switching system or an optical slot switching system. In either case, a node for bundling packets into a burst signal or synchronizing as an optical slot is required, and the power load increases, and it can be said that the problem is not solved.

さらに、光パケット交換方式でも、従来、光パケット交換ノードはヘッダとペイロードが同じビットレートで連続的にバイト多重されるという現状の電子ルータでのパケット形式を踏襲しており、本来処理すべきたかだか20バイト(IPv4)のヘッダを受信するために、毎秒数十ギガビットの超高速LSIが必要とされている。これによる問題はコスト上昇ばかりでなく、高速回路を動作させる膨大な電力を消費する欠点は十分には解決されていない点である。   Furthermore, even in the optical packet switching method, conventionally, the optical packet switching node follows the current packet format of the electronic router in which the header and payload are continuously byte-multiplexed at the same bit rate, and should it be processed originally? In order to receive a 20-byte (IPv4) header, an ultra-high speed LSI of several tens of gigabits per second is required. The problem due to this is not only an increase in cost, but also the disadvantage of consuming a large amount of power for operating a high-speed circuit is not sufficiently solved.

小笠原 敦「情報通信のエネルギー問題―求められる通信インフラの省電力化―」文部科学省 科学技術政策研究所 科学技術動向研究センター科学技術動向6、2006年6月(http://www.nistep.go.jp/achiev/ftx/jpn/stfc/stt063j/0606_03_featurearticles/0606fa01/200606_fa01.html)Atsushi Ogasawara “Energy Issues in Information and Communications-Required Energy Savings in Communication Infrastructure” Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology, Science and Technology Policy Research Institute, Science and Technology Trend Research Center, Science and Technology Trend 6, June 2006 (http: //www.nistep. go.jp/achiev/ftx/jpn/stfc/st063j/0606_03_featurearticles/0606fa01/2006066_fa01.html) 佐藤健一編著、古賀正文著、「広帯域光ネットワーキング―フォトニックネットワーク―」第7.1.1節、pp.241−242、電子情報通信学会(平成15年)Edited by Kenichi Sato and Masafumi Koga, "Broadband Optical Networking-Photonic Network", Section 7.1.1, pp. 241-242, IEICE (2003) I.Chlamtac,A.Fumagalli,G.Wedzinga,“Slot Routing as a Solution for Optically Transparent Scalable WDM Wide Area Networks.” Photonic Network Communications 1.1(June),pp.9−21(1996)I. Chlamtac, A.M. Fumagalli, G .; Wedzinga, “Slot Routing as a Solution for Optically Transparent Transparent WDM Wide Area Networks.” Photonic Network Communications 1.1 (June), pp. 196 9-21 (1996) 原井洋明「光バッファ技術へ期待と制御技術の現状」2005年11月30日新世代光通信へのイノベーション第1回光バッファミニ研究会(http://www2.nict.go.jp/w/w112/member/obuf−workshop−0511−harai.pdf 〔2011/03/28取得〕)Hiroaki Harai "Expectations for Optical Buffer Technology and Current Status of Control Technology" November 30, 2005 Innovation for New Generation Optical Communication First Optical Buffer Mini Study Group (http://www2.nict.go.jp/w/ w112 / member / obuf-workshop-0511-harai.pdf [acquired 2011/03/28])

本発明は、電力消費を低減することの可能な光伝送装置及び光伝送方法の提供を目的とする。   An object of the present invention is to provide an optical transmission apparatus and an optical transmission method capable of reducing power consumption.

上記目的を達成するために、本願発明の光伝送装置は、IPパケットのヘッダを光電変換する光電変換部と、前記光電変換部の出力信号を用いて前記IPパケットのヘッダ情報を取得するヘッダ処理部と、前記ヘッダ処理部の取得したヘッダ情報に含まれる宛先に応じて出力方路を決定する宛先制御部と、前記IPパケットのペイロードを、光信号のまま前記宛先制御部の決定する方路に出力するペイロード出力部と、前記ヘッダ処理部の取得したヘッダ情報を光信号に変換するヘッダ光信号生成部と、前記ヘッダ光信号生成部からのヘッダ及び前記ペイロード出力部からのペイロードを出力方路に出力するIPパケット出力部と、を備える。   To achieve the above object, an optical transmission apparatus according to the present invention includes a photoelectric conversion unit that photoelectrically converts an IP packet header, and header processing that acquires header information of the IP packet using an output signal of the photoelectric conversion unit. A destination control unit that determines an output route according to a destination included in the header information acquired by the header processing unit, and a route that the destination control unit determines with the payload of the IP packet as an optical signal A payload output unit that outputs the header information, a header optical signal generation unit that converts the header information acquired by the header processing unit into an optical signal, a header from the header optical signal generation unit, and a payload output from the payload output unit An IP packet output unit for outputting to the road.

本願発明の光伝送装置は、光電変換部と、ヘッダ処理部と、を備えるため、ペイロードを電気信号に変換することなく、IPパケットのあて先に応じた方路を検出することができる。本願発明の光伝送装置は、ペイロード出力部と、宛先制御部と、を備えるため、ペイロードを光信号のまま、あて先に応じた方路に出力することができる。本願発明の光伝送装置は、ヘッダ光信号生成部と、IPパケット出力部と、を備えるため、ヘッダとペイロードを含むIPパケットの光信号を生成し、あて先に応じた方路にIPパケットを出力することができる。このように、本願発明の光伝送装置は、高速回路を動作させ続ける必要がなく、パケットをバースト信号に束ねたり、光スロットとして同期化するためのノードも必要ないため、低消費電力での超高速伝送を行うことができる。   Since the optical transmission apparatus of the present invention includes the photoelectric conversion unit and the header processing unit, it is possible to detect a route according to the destination of the IP packet without converting the payload into an electrical signal. Since the optical transmission apparatus according to the present invention includes the payload output unit and the destination control unit, the payload can be output to the route according to the destination as the optical signal. Since the optical transmission device of the present invention includes a header optical signal generation unit and an IP packet output unit, the optical transmission device generates an optical signal of an IP packet including a header and a payload, and outputs the IP packet to a route according to the destination can do. As described above, the optical transmission apparatus of the present invention does not need to keep the high-speed circuit operating, and does not need a node for bundling packets into a burst signal or synchronizing as an optical slot. High-speed transmission can be performed.

本願発明の光伝送装置では、前記IPパケットのヘッダの光信号レベルを有する光信号を除去し、前記IPパケットのヘッダの光信号レベルよりも大きくかつ前記IPパケットのペイロードの光信号レベルよりも小さな光信号レベルを有する光信号を通過させるペイロード抽出部を、前記ペイロード出力部の前段又は前記ペイロード出力部と前記IPパケット出力部の間にさらに備えてもよい。
ヘッダの光信号レベルとペイロードの光信号レベルとが異なる場合、本発明により、ペイロードの光信号を抽出することができる。
In the optical transmission apparatus of the present invention, an optical signal having the optical signal level of the header of the IP packet is removed, and is larger than the optical signal level of the header of the IP packet and smaller than the optical signal level of the payload of the IP packet. A payload extraction unit that allows an optical signal having an optical signal level to pass therethrough may be further provided before the payload output unit or between the payload output unit and the IP packet output unit.
When the optical signal level of the header and the optical signal level of the payload are different, the optical signal of the payload can be extracted according to the present invention.

本願発明の光伝送装置では、前記IPパケットは、ペイロードのビットレートよりもヘッダのビットレートの方が低くてもよい。
ペイロードのビットレートとヘッダのビットレートとが異なることにより、光信号のクロック周波数を用いて、ヘッダの光信号とペイロードの光信号とを分離することができる。
In the optical transmission apparatus of the present invention, the bit rate of the header of the IP packet may be lower than the bit rate of the payload.
Since the payload bit rate and the header bit rate are different, the header optical signal and the payload optical signal can be separated using the clock frequency of the optical signal.

本願発明の光伝送装置では、前記IPパケットを分岐する光分岐部と、前記光分岐部からの一方の光信号のクロック周波数を検出するクロックモニタと、前記クロックモニタの検出したクロック周波数に応じて、前記光分岐部からの他方の光信号を、前記光電変換部又は前記ペイロード出力部に出力する入力切替部と、をさらに備えてもよい。
本願発明の光伝送装置は、光分岐部と、クロックモニタと、入力切替部と、を備えるため、光信号のクロック周波数を用いて、ヘッダの光信号とペイロードの光信号とを分離することができる。
In the optical transmission device of the present invention, an optical branching unit that branches the IP packet, a clock monitor that detects a clock frequency of one optical signal from the optical branching unit, and a clock frequency detected by the clock monitor And an input switching unit that outputs the other optical signal from the optical branching unit to the photoelectric conversion unit or the payload output unit.
Since the optical transmission device of the present invention includes the optical branching unit, the clock monitor, and the input switching unit, the optical signal of the header and the optical signal of the payload can be separated using the clock frequency of the optical signal. it can.

本願発明の光伝送装置では、前記IPパケットを、出力ポートが非線形光ファイバの両端に接続されている3dBカプラの一方の入力ポートに出力し、前記3dBカプラの前記一方の入力ポートからの光信号を前記ペイロード出力部に出力する光サーキュレータと、前記一方の入力ポートが前記光サーキュレータに接続され、他方の入力ポートが前記光電変換部に接続され、2つの出力ポートが前記非線形光ファイバの両端に接続され、前記一方の入力ポートに入力された光信号を、前記非線形光ファイバの両端に入力するとともに、前記非線形光ファイバを周回して前記2つの出力ポートに戻ってきた光信号を合波して前記一方の入力ポート及び他方の入力ポートに出力する3dBカプラと、前記3dBカプラの出力ポートに両端が接続された非線形光ファイバと、を備えていてもよい。
本願発明の光伝送装置は、光サーキュレータ、3dBカプラ及び非線形光ファイバを備えるため、非線形光ファイバの非線形屈折率を用いて、ヘッダの光信号とペイロードの光信号とを分離することができる。
In the optical transmission apparatus of the present invention, the IP packet is output to one input port of a 3 dB coupler whose output port is connected to both ends of the nonlinear optical fiber, and an optical signal from the one input port of the 3 dB coupler. An optical circulator that outputs to the payload output unit, the one input port is connected to the optical circulator, the other input port is connected to the photoelectric conversion unit, and two output ports are connected to both ends of the nonlinear optical fiber. An optical signal that is connected and input to the one input port is input to both ends of the nonlinear optical fiber, and an optical signal that circulates around the nonlinear optical fiber and returns to the two output ports is multiplexed. Both ends are connected to the 3 dB coupler that outputs to the one input port and the other input port, and the output port of the 3 dB coupler. And a nonlinear optical fiber may be provided with a.
Since the optical transmission apparatus of the present invention includes an optical circulator, a 3 dB coupler, and a nonlinear optical fiber, the optical signal of the header and the optical signal of the payload can be separated using the nonlinear refractive index of the nonlinear optical fiber.

本願発明の光伝送装置では、前記IPパケットは、前記IPパケットのペイロードにおけるパルスのデューティ比と光パルスピーク電力とタイムスロットの積よりも、前記IPパケットのヘッダにおける光信号のパルスのデューティ比と光パルスピーク電力とタイムスロットの積の方が小さくてもよい。   In the optical transmission apparatus according to the present invention, the IP packet has a duty ratio of a pulse of an optical signal in a header of the IP packet, rather than a product of a duty ratio of a pulse in the payload of the IP packet, an optical pulse peak power, and a time slot. The product of the optical pulse peak power and the time slot may be smaller.

本願発明の光伝送装置では、前記ペイロード出力部は、ペイロードが通過している間、電力消費無く接続状態を維持する自己保持型光スイッチであってもよい。この場合、前記自己保持型光スイッチは、相変化材料における透過と反射とを、相変化材料の温度変化に伴う屈折率変化を用いて切り替えることでスイッチングを行ってもよい。
本発明により、ペイロード出力部の駆動タイミングをパケットの始点と終点のみに減らすことができるため、ペイロード出力部の消費電力を減少させることができる。
In the optical transmission device of the present invention, the payload output unit may be a self-holding optical switch that maintains a connection state without power consumption while the payload is passing. In this case, the self-holding optical switch may perform switching by switching between transmission and reflection in the phase change material using a refractive index change accompanying a temperature change in the phase change material.
According to the present invention, since the driving timing of the payload output unit can be reduced to only the start point and end point of the packet, the power consumption of the payload output unit can be reduced.

本願発明の光伝送方法は、IPパケットのヘッダを光電変換して前記IPパケットのヘッダ情報を取得し、取得したヘッダ情報に含まれる宛先に応じて出力方路を決定する宛先制御ステップと、前記IPパケットのペイロードを、前記宛先制御ステップで決定した方路に出力するペイロード出力ステップと、前記宛先制御ステップで取得したヘッダ情報を光信号に変換し、変換後のヘッダ及び前記ペイロード出力ステップで出力したペイロードを出力方路に出力するIPパケット出力ステップと、を有する。   The optical transmission method of the present invention is a destination control step of photoelectrically converting an IP packet header to obtain header information of the IP packet, and determining an output route according to a destination included in the obtained header information; The payload output step for outputting the payload of the IP packet to the route determined in the destination control step, and the header information acquired in the destination control step is converted into an optical signal, and the converted header and the payload output step are output. An IP packet output step for outputting the received payload to an output route.

宛先制御ステップを有するため、ペイロードを電気信号に変換することなく、IPパケットのあて先に応じた方路を検出することができる。ペイロード出力ステップを有するため、ペイロードを光信号のまま、あて先に応じた方路に出力することができる。IPパケット出力ステップを有するため、ヘッダとペイロードを含むIPパケットの光信号を生成し、あて先に応じた方路にIPパケットを出力することができる。このように、本願発明の光伝送方法は、高速回路を動作させ続ける必要がなく、パケットをバースト信号に束ねたり、光スロットとして同期化するためのノードも必要ないため、低消費電力での超高速伝送を行うことができる。   Since the destination control step is included, the route corresponding to the destination of the IP packet can be detected without converting the payload into an electrical signal. Since the payload output step is included, the payload can be output to the route according to the destination as an optical signal. Since the IP packet output step is included, an optical signal of an IP packet including a header and a payload can be generated, and the IP packet can be output to a route according to the destination. As described above, the optical transmission method of the present invention does not need to keep the high-speed circuit operating, and does not require a node for bundling packets into a burst signal or synchronizing as an optical slot. High-speed transmission can be performed.

本願発明の光伝送方法では、前記宛先制御ステップにおいて、前記IPパケットのヘッダの光信号レベルを有する光信号を除去し、前記IPパケットのヘッダの光信号レベルよりも大きくかつ前記IPパケットのペイロードの光信号レベルよりも小さな光信号レベルを有する光信号を通過させるリミッタ増幅回路を用いることによって、ペイロードを抽出してもよい。
ヘッダの光信号レベルとペイロードの光信号レベルとが異なる場合、本発明により、ペイロードの光信号を抽出することができる。
In the optical transmission method of the present invention, in the destination control step, an optical signal having an optical signal level in the header of the IP packet is removed, and is larger than the optical signal level in the header of the IP packet and the payload of the IP packet The payload may be extracted by using a limiter amplifier circuit that passes an optical signal having an optical signal level smaller than the optical signal level.
When the optical signal level of the header and the optical signal level of the payload are different, the optical signal of the payload can be extracted according to the present invention.

本願発明の光伝送方法では、前記IPパケットは、ペイロードのビットレートよりもヘッダのビットレートの方が低くてもよい。
ペイロードのビットレートとヘッダのビットレートとが異なることにより、光信号のクロック周波数を用いて、ヘッダの光信号とペイロードの光信号とを分離することができる。
In the optical transmission method of the present invention, the bit rate of the header of the IP packet may be lower than the bit rate of the payload.
Since the payload bit rate and the header bit rate are different, the header optical signal and the payload optical signal can be separated using the clock frequency of the optical signal.

本願発明の光伝送方法では、前記宛先制御ステップにおいて、前記IPパケットを分岐し、分岐した一方の光信号のクロック周波数を検出し、検出したクロック周波数に応じて、分岐した他方の光信号を、前記IPパケットのヘッダとペイロードとに分離してもよい。
本発明により、光信号のクロック周波数を用いて、ヘッダの光信号とペイロードの光信号とを分離することができる。
In the optical transmission method of the present invention, in the destination control step, the IP packet is branched, the clock frequency of one branched optical signal is detected, and the other branched optical signal is detected according to the detected clock frequency. The IP packet header and payload may be separated.
According to the present invention, the optical signal of the header and the optical signal of the payload can be separated using the clock frequency of the optical signal.

本願発明の光伝送方法では、前記宛先制御ステップにおいて、非線形光ファイバの両端から前記IPパケットを入力し、前記非線形光ファイバを通過後の前記IPパケットを互いに合波し、合波後の光信号を分岐することで、前記IPパケットのヘッダとペイロードとに分離してもよい。
本発明により、非線形光ファイバの非線形屈折率を用いて、ヘッダの光信号とペイロードの光信号とを分離することができる。
In the optical transmission method of the present invention, in the destination control step, the IP packet is input from both ends of the nonlinear optical fiber, the IP packets after passing through the nonlinear optical fiber are combined with each other, and the combined optical signal May be separated into a header and a payload of the IP packet.
According to the present invention, the optical signal of the header and the optical signal of the payload can be separated using the nonlinear refractive index of the nonlinear optical fiber.

本願発明の光伝送方法では、前記IPパケットは、前記IPパケットのペイロードにおけるパルスのデューティ比と光パルスピーク電力とタイムスロットの積よりも、前記IPパケットのヘッダにおける光信号のパルスのデューティ比と光パルスピーク電力とタイムスロットの積の方が小さくてもよい。   In the optical transmission method of the present invention, the IP packet has a duty ratio of a pulse of an optical signal in a header of the IP packet rather than a product of a duty ratio of a pulse in the payload of the IP packet, an optical pulse peak power, and a time slot. The product of the optical pulse peak power and the time slot may be smaller.

本願発明の光伝送方法では、前記ペイロード出力ステップにおいて、ペイロードが通過している間、電力消費無く接続状態を維持する自己保持型光スイッチを用いて、前記宛先制御ステップで決定した方路に出力してもよい。この場合、前記自己保持型光スイッチは、相変化材料における透過と反射とを、相変化材料の温度変化に伴う屈折率変化を用いて切り替えることでスイッチングを行ってもよい。
本発明により、ペイロード出力部の駆動タイミングをパケットの始点と終点のみに減らすことができるため、ペイロード出力部の消費電力を減少させることができる。
In the optical transmission method according to the present invention, in the payload output step, a self-holding optical switch that maintains a connection state without power consumption while the payload is passing is output to the path determined in the destination control step. May be. In this case, the self-holding optical switch may perform switching by switching between transmission and reflection in the phase change material using a refractive index change accompanying a temperature change in the phase change material.
According to the present invention, since the driving timing of the payload output unit can be reduced to only the start point and end point of the packet, the power consumption of the payload output unit can be reduced.

なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。   The above inventions can be combined as much as possible.

本発明によれば、電力消費を低減することの可能な光伝送装置及び光伝送方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an optical transmission device and an optical transmission method capable of reducing power consumption.

実施形態1に係る光伝送装置の一例を示す。1 illustrates an example of an optical transmission apparatus according to a first embodiment. 従来のIPパケットの構成例を示す。The structural example of the conventional IP packet is shown. 本実施形態に係るIPパケットの構成例を示す。The structural example of the IP packet which concerns on this embodiment is shown. 実施形態2に係る光伝送装置の一例を示す。4 illustrates an example of an optical transmission apparatus according to a second embodiment. 実施形態3に係る光分岐部の具体例を示す。The specific example of the optical branching part which concerns on Embodiment 3 is shown. 実施形態4に係るヘッダ・ペイロード分離回路を示す。9 shows a header / payload separation circuit according to a fourth embodiment. 実施形態5に係るヘッダ・ペイロード分離回路を示す。10 shows a header / payload separation circuit according to a fifth embodiment. 自己保持型光スイッチが光信号を透過時の自己保持型光スイッチの動作を示す。The operation of the self-holding optical switch when the self-holding optical switch transmits an optical signal is shown. 自己保持型光スイッチが光信号を反射時の自己保持型光スイッチの動作を示す。The operation of the self-holding optical switch when the self-holding optical switch reflects an optical signal is shown. 電気によるスイッチングと光によるスイッチングとの電力消費タイミングの比較。Comparison of power consumption timing between electrical switching and optical switching.

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below are examples of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiments. In the present specification and drawings, the same reference numerals denote the same components.

(実施形態1)
図1に、実施形態に係る光伝送装置の一例を示す。本実施形態に係る光伝送装置は、任意の数Mの出力方路#1〜#Mを有し、入力されたIPパケットを宛先に応じた方路に出力する。具体的には、本実施形態に係る光伝送装置は、光分岐部11と、光電変換部12と、ヘッダ処理部13と、宛先制御部14と、ヘッダ光信号生成部15と、ペイロード抽出部16と、ペイロード出力部17と、IPパケット出力部18と、を備える。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows an example of an optical transmission apparatus according to the embodiment. The optical transmission apparatus according to the present embodiment has an arbitrary number M of output routes # 1 to #M, and outputs an input IP packet to a route according to a destination. Specifically, the optical transmission apparatus according to the present embodiment includes an optical branching unit 11, a photoelectric conversion unit 12, a header processing unit 13, a destination control unit 14, a header optical signal generation unit 15, and a payload extraction unit. 16, a payload output unit 17, and an IP packet output unit 18.

本実施形態に係る光伝送方法は、宛先制御ステップと、ペイロード出力ステップと、IPパケット出力ステップと、を順に有する。
宛先制御ステップでは、本実施形態に係る光伝送装置は、以下のように動作する。
光分岐部11は、光信号を分岐して、一方を光電変換部12に、他方をペイロード抽出部16に出力する。光電変換部12は、IPパケットのヘッダを光電変換する。ヘッダ処理部13は、光電変換部12の出力信号を用いてIPパケットのヘッダ情報を取得する。宛先制御部14は、ヘッダ処理部13の取得したヘッダ情報に含まれる宛先に応じて出力方路を決定する。
The optical transmission method according to this embodiment includes a destination control step, a payload output step, and an IP packet output step in order.
In the destination control step, the optical transmission apparatus according to the present embodiment operates as follows.
The optical branching unit 11 branches the optical signal, and outputs one to the photoelectric conversion unit 12 and the other to the payload extraction unit 16. The photoelectric conversion unit 12 photoelectrically converts the header of the IP packet. The header processing unit 13 acquires the header information of the IP packet using the output signal of the photoelectric conversion unit 12. The destination control unit 14 determines an output route according to the destination included in the header information acquired by the header processing unit 13.

ペイロード出力ステップでは、本実施形態に係る光伝送装置は、以下のように動作する。
ペイロード抽出部16は、IPパケットのなかからペイロードを光信号のまま抽出する。ペイロード出力部17は、IPパケットのペイロードを、宛先制御部14の決定する方路に出力する。
In the payload output step, the optical transmission apparatus according to this embodiment operates as follows.
The payload extraction unit 16 extracts the payload as an optical signal from the IP packet. The payload output unit 17 outputs the payload of the IP packet to a route determined by the destination control unit 14.

IPパケット出力ステップでは、本実施形態に係る光伝送装置は、以下のように動作する。
ヘッダ光信号生成部15は、ヘッダ処理部13の取得したヘッダ情報を光信号に変換する。IPパケット出力部18は、ヘッダ光信号生成部15からのヘッダとペイロード出力部17からのペイロードとを結合してIPパケットを生成して出力方路に出力する。これにより、宛先に応じた方路にIPパケットを出力することができる。
In the IP packet output step, the optical transmission apparatus according to this embodiment operates as follows.
The header optical signal generation unit 15 converts the header information acquired by the header processing unit 13 into an optical signal. The IP packet output unit 18 combines the header from the header optical signal generation unit 15 and the payload from the payload output unit 17 to generate an IP packet and outputs it to the output route. Thereby, an IP packet can be output to the route according to the destination.

本実施形態に係る光伝送装置は、入力されたIPパケットのヘッダのみを光電変換して電子的に受信し、宛先を解釈して決定された方路に、当該ペイロードを再生されたヘッダの後に出力する。このため、本実施形態に係る光伝送装置は、高速回路を動作させ続ける必要がなく、パケットをバースト信号に束ねたり、光スロットとして同期化するためのノードも必要なく、その上伝送装置が扱うIPパケットの論理構成は変える必要もない。したがって、本実施形態に係る光伝送装置は、低消費電力での超高速伝送装置を実現できる。これにより、発電する際のCO発生も抑制することができる効果がある。 The optical transmission apparatus according to the present embodiment photoelectrically converts only the header of the input IP packet, receives it electronically, interprets the destination, determines the path after the reproduced header. Output. For this reason, the optical transmission apparatus according to the present embodiment does not need to keep operating the high-speed circuit, and does not need a node for bundling packets into burst signals or synchronizing them as optical slots, and the transmission apparatus handles them. There is no need to change the logical configuration of the IP packet. Therefore, the optical transmission apparatus according to the present embodiment can realize an ultra-high speed transmission apparatus with low power consumption. This has the advantage of being able to CO 2 generation is also suppressed at the time of power generation.

ここで、本実施形態に係る光伝送装置は、ペイロードを光信号のまま維持し、ヘッダのみを電気信号に変換するために、光信号の状態でヘッダとペイロードとを分離容易なことが好ましい。   Here, it is preferable that the optical transmission device according to the present embodiment easily separates the header and the payload in the state of the optical signal in order to maintain the payload as an optical signal and convert only the header into an electric signal.

従来のIPパケットでは、図2に示すように、ペイロードのビットレートに応じてヘッダのビットレートを変化させていた。これに対し、本実施形態に係るIPパケットでは、図3に示すように、情報量の限られたヘッダは、ペイロード速度とは分離し、低消費電力のCMOS LSIで処理可能な数ギガビット毎秒程度にとどめて一定とし、トラフィック需要に応じて高速化するペイロードのみを超高速パルス列にしてシリアル伝送することが好ましい。さらに、IPパケットは、ペイロードのビットレートよりもヘッダのビットレートの方が低いことが好ましい。   In the conventional IP packet, as shown in FIG. 2, the header bit rate is changed in accordance with the payload bit rate. On the other hand, in the IP packet according to the present embodiment, as shown in FIG. 3, the header with a limited amount of information is separated from the payload speed, and is about several gigabits per second that can be processed by a low power consumption CMOS LSI. It is preferable that only a payload that is increased in speed according to traffic demand is serially transmitted with an ultrahigh-speed pulse train. Furthermore, the IP packet preferably has a lower header bit rate than the payload bit rate.

さらに、ヘッダは一ビットの時間幅(タイムスロット:T[s])がペイロードに比べて広いため、パルスピーク値P[W]は低くてもパルスの信号対雑音比(SNR)は保たれる。タイムスロットとパルスピークとパルスデューティ比(D[%])が同じであれば相互のSNRは同じになる。   Furthermore, since the time width of one bit (time slot: T [s]) is wider than the payload of the header, the signal-to-noise ratio (SNR) of the pulse is maintained even if the pulse peak value P [W] is low. . If the time slot, the pulse peak, and the pulse duty ratio (D [%]) are the same, the mutual SNR is the same.

さらに、ペイロードは再生中継されず伝送されるのに対し、ヘッダは各ノードで終端されることから、ヘッダのSNRはペイロードのSNRよりもよい必要は無い。このため、T・P・Dの積はヘッダにおいてはペイロードのそれより低くてもよい。すなわち、IPパケットは、IPパケットのペイロードにおけるパルスのデューティ比Dと光パルスピーク電力PとタイムスロットTの積よりも、IPパケットのヘッダにおける光信号のパルスのデューティ比Dと光パルスピーク電力PとタイムスロットTの積の方が小さくてもよい。   Furthermore, since the payload is transmitted without being replayed and relayed, the header is terminated at each node, so the SNR of the header does not need to be better than the SNR of the payload. For this reason, the product of T, P, and D may be lower than that of the payload in the header. That is, the IP packet has a duty ratio D of the pulse of the optical signal in the header of the IP packet and an optical pulse peak power P, rather than the product of the pulse duty ratio D, the optical pulse peak power P, and the time slot T in the payload of the IP packet. And the time slot T may be smaller.

この場合、ペイロード抽出部16は、リミッタ増幅回路を用いてIPパケットのなかからペイロードを光信号のまま抽出することができる。例えば、ペイロード抽出部16は、IPパケットのうちのヘッダの光信号レベルを有する光信号を除去し、IPパケットのうちのヘッダの光信号レベルよりも大きくかつペイロードよりも小さな光信号レベルを有する光信号を通過させる。   In this case, the payload extraction unit 16 can extract the payload as an optical signal from the IP packet using the limiter amplifier circuit. For example, the payload extraction unit 16 removes an optical signal having the optical signal level of the header of the IP packet, and has an optical signal level higher than the optical signal level of the header of the IP packet and smaller than the payload. Let the signal pass.

なお、本実施形態では、ペイロード抽出部16は、光分岐部11とペイロード出力部17の間に接続されていてもよいし、ペイロード出力部17とIPパケット出力部18の間に接続されていてもよい。   In the present embodiment, the payload extraction unit 16 may be connected between the optical branching unit 11 and the payload output unit 17, or connected between the payload output unit 17 and the IP packet output unit 18. Also good.

(実施形態2)
図4に、実施形態2に係る光伝送装置の一例を示す。本実施形態に係る光伝送装置は、任意の数Nの入力方路#1〜#Mを有するとともに、任意の数Mの出力方路#1〜#Mを有し、IPパケットを伝送する光信号を宛先に応じた方路に出力する。ここで、本実施形態に係る光伝送装置は、光メモリバッファを持たず迂回ルーティングによってパケット衝突を回避する方法を採用する。また、各ノードでは、ヘッダのみを受信し処理することで経路を選択しつつ、ペイロードは自己保持型光スイッチを用いて光パルス信号のまま切り替える。
(Embodiment 2)
FIG. 4 shows an example of an optical transmission apparatus according to the second embodiment. The optical transmission apparatus according to the present embodiment has an arbitrary number N of input routes # 1 to #M and an arbitrary number M of output routes # 1 to #M, and transmits an IP packet. The signal is output to the route according to the destination. Here, the optical transmission apparatus according to the present embodiment employs a method of avoiding packet collision by detour routing without having an optical memory buffer. In each node, the path is selected by receiving and processing only the header, and the payload is switched to the optical pulse signal using the self-holding optical switch.

具体的には、本実施形態に係る光伝送装置は、光分岐部11_1〜11_Nと、光電変換部12としてのOE12_1〜12_Nと、ヘッダ処理部13_1〜13_Nと、宛先制御部14としての衝突検出宛先制御部123と、ヘッダ光信号生成部15_1〜15_Mと、ペイロード抽出部16としてのリミッタ増幅回路116_1〜116_Nと、パケットモニタ119_1〜119_Nと、ペイロード出力部17としての光スイッチ117と、光スイッチ監視制御部121と、遅延制御部120_1〜120_Mと、IPパケット出力部18としての合流部81_1〜81_Mと、を備える。ヘッダ光信号生成部15_1〜15_Mは、ヘッダ生成部51_1〜51_Mと、符号化部52_1〜52_Mと、EO53_1〜53_Mと、を備える。   Specifically, the optical transmission apparatus according to the present embodiment includes optical branching units 11_1 to 11_N, OEs 12_1 to 12_N as photoelectric conversion units 12, header processing units 13_1 to 13_N, and collision detection as a destination control unit 14. Destination control unit 123, header optical signal generation units 15_1 to 15_M, limiter amplifier circuits 116_1 to 116_N as payload extraction unit 16, packet monitors 119_1 to 119_N, optical switch 117 as payload output unit 17, and optical switch A monitoring control unit 121, delay control units 120_1 to 120_M, and merging units 81_1 to 81_M as the IP packet output unit 18 are provided. The header optical signal generation units 15_1 to 15_M include header generation units 51_1 to 51_M, encoding units 52_1 to 52_M, and EOs 53_1 to 53_M.

宛先制御ステップでは、本実施形態に係る光伝送装置は、以下のように動作する。
光分岐部11_1〜11_Nは、光信号のままで入力パケットを2分岐する。一方はOE12_1〜12NでOE変換され、ヘッダが検出される。ヘッダ処理部13_1〜13_Nは、パケットヘッダを認識し、衝突検出宛先制御部123に通知する。
In the destination control step, the optical transmission apparatus according to the present embodiment operates as follows.
The optical branching units 11_1 to 11_N branch the input packet into two while maintaining the optical signal. One is OE-converted by OE12_1 to 12N, and a header is detected. The header processing units 13_1 to 13_N recognize the packet header and notify the collision detection destination control unit 123.

リミッタ増幅回路116_1〜116_Nは、低いレベルのヘッダを消去し、ペイロードのみを通過させると共に、ペイロードの振幅雑音も抑圧する。パケットモニタ119_1〜119_Nは、パケットのクロックレベルをモニタすることにより、ペイロードのビットレートとパケット持続時間をモニタし、衝突検出宛先制御部123に通知する。   The limiter amplifier circuits 116_1 to 116_N delete the low-level header, pass only the payload, and suppress the amplitude noise of the payload. The packet monitors 119_1 to 119_N monitor the bit rate of the payload and the packet duration by monitoring the clock level of the packet, and notify the collision detection destination control unit 123.

衝突検出宛先制御部123は、各入力方路#1〜#Nからのパケット入力とその長さを検知し、宛先をスケジューリングして光スイッチ監視制御部121に指示する。例えば、同じ出力方路にパケットが衝突する場合には、迂回ルートの出力方路を選択して出力するようスケジューリングする。すべての迂回ルートで衝突する場合は、パケット廃棄を行うようスケジューリングする。以上で宛先制御ステップを終了する。   The collision detection destination control unit 123 detects the packet input from each of the input routes # 1 to #N and the length thereof, schedules the destination, and instructs the optical switch monitoring control unit 121. For example, when packets collide with the same output route, the output route of the detour route is selected and scheduled to be output. If there is a collision in all detour routes, schedule to discard the packet. The destination control step is thus completed.

ペイロード出力ステップでは、本実施形態に係る光伝送装置は、以下のように動作する。
光スイッチ監視制御部121は、衝突検出宛先制御部123からの指示により、光スイッチ117の動作を制御する。光スイッチ117は、入力された光ペイロードを、光スイッチ監視制御部121の制御する出力方路に出力する。例えば、光スイッチ117が入力方路#1のペイロードを出力方路#Mに出力する。この場合、ペイロードが遅延制御部120_Mに入力される。以上でペイロード出力ステップを終了する。
In the payload output step, the optical transmission apparatus according to this embodiment operates as follows.
The optical switch monitoring controller 121 controls the operation of the optical switch 117 according to an instruction from the collision detection destination controller 123. The optical switch 117 outputs the input optical payload to an output route controlled by the optical switch monitoring control unit 121. For example, the optical switch 117 outputs the payload of the input route # 1 to the output route #M. In this case, the payload is input to the delay control unit 120_M. This is the end of the payload output step.

ここで、光スイッチ117は、光ペイロードが通過している間、電力消費無く接続状態を維持する自己保持型光スイッチ71_11〜71_NMを利用することが好ましい。これにより、光スイッチ117の低消費電力化を高消光比性能とともに実現することができる。   Here, it is preferable that the optical switch 117 uses the self-holding optical switches 71_1 to 71_NM that maintain the connection state without power consumption while the optical payload passes. Thereby, low power consumption of the optical switch 117 can be realized together with high extinction ratio performance.

IPパケット出力ステップでは、本実施形態に係る光伝送装置は、以下のように動作する。
ヘッダ生成部51_1〜51_Mは、出力方路へのヘッダを生成する。符号化部52_1〜52_Mは、ヘッダ生成部51_1〜51_Mの生成したヘッダを符号化する。EO53_1〜53_Mは、符号化部52_1〜52_Mからの電気信号を光信号に変換する。
In the IP packet output step, the optical transmission apparatus according to this embodiment operates as follows.
The header generation units 51_1 to 51_M generate a header for the output route. The encoding units 52_1 to 52_M encode the header generated by the header generation units 51_1 to 51_M. The EOs 53_1 to 53_M convert electrical signals from the encoding units 52_1 to 52_M into optical signals.

遅延制御部120_1〜120_Mは、パケットヘッダの処理時間に比べてペイロードのスイッチ通過時間が短く、ヘッダ先行が維持できない場合、ペイロードを遅延させてヘッダ先行を確保する。合流部81_1〜81_Mは、ヘッダを伝送路符号化する。ヘッダとペイロードを合流させ、伝送路に送出する。合流回路または光スイッチが使用される。以上でIPパケット出力ステップを終了する。   When the payload transit time is shorter than the packet header processing time and the header precedence cannot be maintained, the delay control units 120_1 to 120_M delay the payload and secure the header precedence. Junction units 81_1 to 81_M encode the header through a transmission path. The header and payload are merged and sent to the transmission path. A junction circuit or an optical switch is used. This completes the IP packet output step.

本実施形態に係る光伝送装置は、パケットを生成又は受信するエッジルータ機能をさらに有する。エッジルータ機能は、例えば、入力ポート141と、パケット多重生成回路142と、ペイロードを伝送路符号化する伝送路符号化部143と、伝送路復号化部144と、パケット受信分離回路145と、出力ポート146と、を備える。伝送路符号化部143の符号化方式は、ヘッダ部と独立に定めることが好ましく、例えばOTU(Optical Transport Unit)1、STM(Snchronous Transport Module)−16又はGbE(Gigabit Ethernet(登録商標))を用いる。   The optical transmission apparatus according to the present embodiment further has an edge router function for generating or receiving a packet. The edge router function includes, for example, an input port 141, a packet multiplexing generation circuit 142, a transmission path encoding unit 143 that encodes a payload, a transmission path decoding unit 144, a packet reception separation circuit 145, and an output. A port 146. The encoding method of the transmission path encoding unit 143 is preferably determined independently of the header unit. For example, OTU (Optical Transport Unit) 1, STM (Snchronous Transport Module) -16, or GbE (Gigabit Ethernet (registered trademark)) is used. Use.

以上説明したように、本実施形態に係る光伝送装置は、伝送装置が扱うIPパケットの論理構成は変えずに、物理的な実装を根本的に見直すことで、低消費電力での超高速IPルータを実現できる。これにより、発電する際のCO発生も抑制することができる。 As described above, the optical transmission apparatus according to the present embodiment is capable of ultra-high-speed IP with low power consumption by fundamentally reviewing the physical implementation without changing the logical configuration of the IP packet handled by the transmission apparatus. A router can be realized. This makes it possible to CO 2 generation is also suppressed at the time of power generation.

(実施形態3)
実施形態3に係る光伝送装置は、非線形ファイバループミラー型光回路を用いた光分岐部11を備える。図5に、実施形態3に係る光分岐部の具体例を示す。本実施形態に係る光分岐部11は、光増幅器122と、光サーキュレータ124と、3dBカプラ125と、非線形光ファイバ126と、を備える。光増幅器122は、光信号を増幅する。光サーキュレータ124は、光増幅器122からの光信号を3dBカプラ125に出力する。3dBカプラ125は、非線形光ファイバ126の両端に光信号を入力する。そして、3dBカプラ125は、非線形光ファイバ126を周回した光信号2つの信号を合波して2分岐し、一方を光サーキュレータ124に出力し、他方をOE12へ出力する。光サーキュレータ124は、3dBカプラ125からの光信号を光スイッチ117に出力する。
(Embodiment 3)
The optical transmission apparatus according to the third embodiment includes an optical branching unit 11 using a nonlinear fiber loop mirror type optical circuit. FIG. 5 shows a specific example of the optical branching unit according to the third embodiment. The optical branching unit 11 according to this embodiment includes an optical amplifier 122, an optical circulator 124, a 3 dB coupler 125, and a nonlinear optical fiber 126. The optical amplifier 122 amplifies the optical signal. The optical circulator 124 outputs the optical signal from the optical amplifier 122 to the 3 dB coupler 125. The 3 dB coupler 125 inputs an optical signal to both ends of the nonlinear optical fiber 126. Then, the 3 dB coupler 125 multiplexes the two optical signals that have circulated through the nonlinear optical fiber 126 and branches them into two, outputs one to the optical circulator 124, and outputs the other to the OE 12. The optical circulator 124 outputs the optical signal from the 3 dB coupler 125 to the optical switch 117.

図5中の3dBカプラ125の分岐比は現実には精確に50%:50%ではないため、非線形光ファイバ126における右回り左回りのパルス列が感じる非線形屈折率が若干異なる。この結果、非線形光ファイバ126を周回したファイバループ透過光パルスの干渉は線形の場合と異なり、ヘッダ出力ポートにペイロードパルス列が出力されない条件が存在するため、ヘッダとペイロードの分離が可能である。   Since the branching ratio of the 3 dB coupler 125 in FIG. 5 is not exactly 50%: 50% in reality, the nonlinear refractive index felt by the clockwise and counterclockwise pulse train in the nonlinear optical fiber 126 is slightly different. As a result, the interference between the fiber loop transmitted light pulses that circulate in the nonlinear optical fiber 126 is different from the linear case, and there is a condition that the payload pulse train is not output to the header output port, so that the header and the payload can be separated.

(実施形態4)
実施形態4に係る光伝送装置は、光スイッチを備えたヘッダ・ペイロード分離回路を備える。図6に、本実施形態に係るヘッダ・ペイロード分離回路を示す。本実施形態に係るヘッダ・ペイロード分離回路は、光分岐部11とOE12及び光スイッチ117との間に接続され、クロックモニタ22と、入力切替部としての光スイッチ24を備える。
(Embodiment 4)
The optical transmission apparatus according to the fourth embodiment includes a header / payload separation circuit including an optical switch. FIG. 6 shows a header / payload separation circuit according to this embodiment. The header / payload separation circuit according to this embodiment is connected between the optical branching unit 11, the OE 12, and the optical switch 117, and includes a clock monitor 22 and an optical switch 24 as an input switching unit.

本実施形態に係る光伝送装置は、宛先制御ステップにおいて、以下のように動作する。
入力されたIPパケットはまず光分岐部11で分岐され、一方はクロックモニタ22に入力される。クロックモニタ22は、光分岐部11からの光信号のクロック周波数を検出する。光スイッチ24は、クロックモニタ22の検出したクロック周波数に応じて、光分岐部11からの光信号を、OE12又は光スイッチ117に出力する。この後の動作は、実施形態2と同様である。
The optical transmission apparatus according to the present embodiment operates as follows in the destination control step.
The input IP packet is first branched by the optical branching unit 11, and one is input to the clock monitor 22. The clock monitor 22 detects the clock frequency of the optical signal from the optical branching unit 11. The optical switch 24 outputs the optical signal from the optical branching unit 11 to the OE 12 or the optical switch 117 according to the clock frequency detected by the clock monitor 22. The subsequent operation is the same as that of the second embodiment.

図2に示すパケット構成をとった場合、ヘッダとペイロードのクロックは異なる。そのことを利用して、低クロックレートの場合はヘッダ、高クロックの場合はペイロードと判断する。低クロックレートの場合はOE12に出力し、高クロックレートの場合は光スイッチ117に出力するように1対2光スイッチ24を駆動すると、ヘッダとペイロードを分離することができる。ただし、クロックモニタ22の検出動作にかかる時間が大きい場合は、光分岐部11と光スイッチ24との間に光遅延器23を入れてもよいが、その動作時間が無視できる場合は不要である。なお、光分岐部11は、光タップであってもよい。   When the packet configuration shown in FIG. 2 is taken, the clocks of the header and the payload are different. Using this fact, it is determined that the header is used when the clock rate is low and the payload is used when the clock rate is high. When the one-to-two optical switch 24 is driven so as to output to the OE 12 in the case of a low clock rate and to the optical switch 117 in the case of a high clock rate, the header and the payload can be separated. However, when the time required for the detection operation of the clock monitor 22 is large, an optical delay device 23 may be inserted between the optical branching unit 11 and the optical switch 24, but this is not necessary when the operation time can be ignored. . The optical branching unit 11 may be an optical tap.

(実施形態5)
実施形態5に係る光伝送装置は、実施形態4で説明したヘッダ・ペイロード分離回路を、実施形態2で説明した光スイッチ117と合流部81_1〜81_Mの間に備える。図7に、本実施形態に係るヘッダ・ペイロード分離回路を示す。本実施形態に係るヘッダ・ペイロード分離回路は、光分岐部31と、クロックモニタ32と、光スイッチ34と、を備える。
(Embodiment 5)
The optical transmission apparatus according to the fifth embodiment includes the header / payload separation circuit described in the fourth embodiment between the optical switch 117 described in the second embodiment and the merging units 81_1 to 81_M. FIG. 7 shows a header / payload separation circuit according to this embodiment. The header / payload separation circuit according to the present embodiment includes an optical branching unit 31, a clock monitor 32, and an optical switch 34.

光分岐部31は、光スイッチ117からの光信号を分岐し、一方をクロックモニタ32に出力し、他方を光スイッチ34に出力する。クロックモニタ32は、光分岐部31からの光信号のクロック周波数を検出する。光スイッチ34は、2つの入力ポートと、1つの出力ポートを備える。入力ポートの一方は光分岐部31に接続され、入力ポートの他方はEO53に接続され、出力ポートは出力方路に接続されている。実施形態4と同様に、光スイッチ34は、高クロックレートの場合に光分岐部31からの光信号を通過させ、低クロックレートの場合はEO53からの光信号を通過させる。   The optical branching unit 31 branches the optical signal from the optical switch 117, outputs one to the clock monitor 32, and outputs the other to the optical switch 34. The clock monitor 32 detects the clock frequency of the optical signal from the optical branching unit 31. The optical switch 34 includes two input ports and one output port. One of the input ports is connected to the optical branching unit 31, the other input port is connected to the EO 53, and the output port is connected to the output route. As in the fourth embodiment, the optical switch 34 allows the optical signal from the optical branching unit 31 to pass when the clock rate is high, and allows the optical signal from the EO 53 to pass when the clock rate is low.

本実施形態では、ヘッダ生成部51はクロックモニタ32からの駆動信号を用いてヘッダを生成し、符号化部52はクロックモニタ32からの駆動信号を用いて符号化してもよい。また、ヘッダ生成及び符号化にかかる時間だけ光遅延器33を用いて光信号を遅らせ、ペイロードに先だってEO53からの光信号が出力されるように光スイッチ34を制御する。なお、光分岐部31は、光タップであってもよい。   In the present embodiment, the header generation unit 51 may generate a header using the drive signal from the clock monitor 32, and the encoding unit 52 may encode using the drive signal from the clock monitor 32. In addition, the optical switch 34 is controlled so as to delay the optical signal by using the optical delay device 33 for the time required for header generation and encoding, and to output the optical signal from the EO 53 prior to the payload. The optical branching unit 31 may be an optical tap.

(実施形態6)
実施形態6に係る光伝送装置は、実施形態2で説明した光スイッチ117の低消費電力化を高消光比性能とともに実現するため、相転移材料を利用した自己保持型全反射光スイッチを利用する。図8に、自己保持型光スイッチが光信号を透過時の自己保持型光スイッチの動作を示す。図9に、自己保持型光スイッチが光信号を反射時の自己保持型光スイッチの動作を示す。
(Embodiment 6)
The optical transmission apparatus according to the sixth embodiment uses a self-holding total reflection optical switch that uses a phase change material in order to realize low power consumption of the optical switch 117 described in the second embodiment together with high extinction ratio performance. . FIG. 8 shows the operation of the self-holding optical switch when the self-holding optical switch transmits an optical signal. FIG. 9 shows the operation of the self-holding optical switch when the self-holding optical switch reflects an optical signal.

相変化材料171の屈折率nはそれを挟む上下の媒質の屈折率(n)より大きいものを選ぶこととする。さらに光信号を透過時(オフ)には、図8に示すように、入射角α及びβをブリュースター角とすることで、反射ポートには光が出力されず、すべて出力ポートAに出力される。一方、スイッチをオンにするためには、図9に示すように、光線が相変化材料171を出射する点周辺をレーザなどで局所的に加熱して屈折率を上昇させる。これによって光線を全反射させることで原理的にはすべての光信号が出力ポートBに出力される。 The refractive index n 2 of the phase change material 171 is selected to be larger than the refractive index (n 1 ) of the upper and lower media sandwiching it. Further, when the optical signal is transmitted (off), the incident angles α and β are set to the Brewster angles as shown in FIG. 8, so that no light is output to the reflection port and all is output to the output port A. The On the other hand, in order to turn on the switch, as shown in FIG. 9, the area around the point where the light beam exits the phase change material 171 is locally heated with a laser or the like to increase the refractive index. In this way, all light signals are output to the output port B in principle by totally reflecting the light beam.

このように、自己保持型光スイッチを用いて光スイッチ117を構成し動作させることにより、通過時には反射光成分がなく、全反射時には透過光成分がないという、消光比無限大の特性が原理的には達成できることになる。これは信号のクロストーク品質を良好に保つことができる利点を有する。   In this way, by constructing and operating the optical switch 117 using a self-holding optical switch, the characteristic is that the extinction ratio is infinite, such that there is no reflected light component when passing and no transmitted light component when totally reflected. Can be achieved. This has the advantage that the crosstalk quality of the signal can be kept good.

また、図10に示すように、自己保持型とすることで、光スイッチ117の駆動タイミングはパケットの始点と終点のみで済むことになり、通過するパケット内のすべてのビットの変化点で電力を消費する現状のCMOS型電子スイッチベースの電子型ルータに比べて、スイッチ駆動機会が大幅に(平均1/3200に)減少する。これにより、低消費電力での超高速IPルータを実現できるとともに、発電する際のCO発生も抑制することができる。 Further, as shown in FIG. 10, by adopting the self-holding type, the drive timing of the optical switch 117 is only required at the start point and end point of the packet, and power is supplied at the change points of all bits in the packet passing therethrough. Compared to the current CMOS type electronic switch-based electronic router that consumes, the switch driving opportunity is greatly reduced (on average 1/3200). Thereby, it is possible to realize an ultra-high speed IP router with low power consumption, and to suppress generation of CO 2 when generating power.

本発明は情報通信産業に適用することができる。   The present invention can be applied to the information communication industry.

11、11_1〜11_N、31:光分岐部
12:光電変換部
12_1〜12_N:OE
13、13_1〜13_N:ヘッダ処理部
14:宛先制御部
15、15_1〜15_M:ヘッダ光信号生成部
16:ペイロード抽出部
17:ペイロード出力部
18:IPパケット出力部
22、32:クロックモニタ
23、33:光遅延部
24、34:光スイッチ
51、51_1〜51_M:ヘッダ生成部
52、52_1〜52_M:符号化部
53、53_1〜53_M:EO
71_11、71_1E、71_1M、71_N1、71_NE、71_NM、71_E1、71_EE、71_EM:自己保持型光スイッチ
81_1〜81_M:合流部
116_1〜116_N:リミッタ増幅回路
117:光スイッチ
119_1〜119_N:パケットモニタ
120_1〜120_M:遅延制御部
121:光スイッチ監視制御部
122:光増幅器
123:衝突検出宛先制御部
124:光サーキュレータ
125:3dBカプラ
126:非線形光ファイバ
141:入力ポート
142:パケット多重生成回路
143:伝送路符号化部
144:伝送路復号化部
145:パケット受信分離回路
146:出力ポート
171:相変化材料
11, 11_1 to 11_N, 31: optical branching unit 12: photoelectric conversion units 12_1 to 12_N: OE
13, 13_1 to 13_N: header processing unit 14: destination control unit 15, 15_1 to 15_M: header optical signal generation unit 16: payload extraction unit 17: payload output unit 18: IP packet output unit 22, 32: clock monitor 23, 33 : Optical delay units 24, 34: Optical switches 51, 51_1 to 51_M: Header generation units 52, 52_1 to 52_M: Encoding units 53, 53_1 to 53_M: EO
71_11, 71_1E, 71_1M, 71_N1, 71_NE, 71_NM, 71_E1, 71_EE, 71_EM: self-holding optical switches 81_1-81_M: junction units 116_1-116_N: limiter amplifier circuits 117: optical switches 119_1-119_N: packet monitors 120_1-120_M: Delay control unit 121: Optical switch monitoring control unit 122: Optical amplifier 123: Collision detection destination control unit 124: Optical circulator 125: 3 dB coupler 126: Non-linear optical fiber 141: Input port 142: Packet multiplexing generation circuit 143: Transmission path coding Unit 144: Transmission path decoding unit 145: Packet reception separation circuit 146: Output port 171: Phase change material

Claims (16)

IP(Internet Protocol)パケットのヘッダを光電変換する光電変換部と、
前記光電変換部の出力信号を用いて前記IPパケットのヘッダ情報を取得するヘッダ処理部と、
前記ヘッダ処理部の取得したヘッダ情報に含まれる宛先に応じて出力方路を決定する宛先制御部と、
前記IPパケットのペイロードを、光信号のまま前記宛先制御部の決定する方路に出力するペイロード出力部と、
前記ヘッダ処理部の取得したヘッダ情報を光信号に変換するヘッダ光信号生成部と、
前記ヘッダ光信号生成部からのヘッダ及び前記ペイロード出力部からのペイロードを出力方路に出力するIPパケット出力部と、
を備える光伝送装置。
A photoelectric conversion unit that photoelectrically converts a header of an IP (Internet Protocol) packet;
A header processing unit for obtaining header information of the IP packet using an output signal of the photoelectric conversion unit;
A destination control unit that determines an output route according to a destination included in the header information acquired by the header processing unit;
A payload output unit that outputs the payload of the IP packet to a path determined by the destination control unit as an optical signal;
A header optical signal generation unit that converts the header information acquired by the header processing unit into an optical signal;
An IP packet output unit that outputs a header from the header optical signal generation unit and a payload from the payload output unit to an output path;
An optical transmission device comprising:
前記IPパケットのヘッダの光信号レベルを有する光信号を除去し、前記IPパケットのヘッダの光信号レベルよりも大きくかつ前記IPパケットのペイロードの光信号レベルよりも小さな光信号レベルを有する光信号を通過させるペイロード抽出部を、前記ペイロード出力部の前段又は前記ペイロード出力部と前記IPパケット出力部の間にさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の光伝送装置。   An optical signal having an optical signal level in the header of the IP packet is removed, and an optical signal having an optical signal level that is greater than the optical signal level in the header of the IP packet and smaller than the optical signal level in the payload of the IP packet. The optical transmission device according to claim 1, further comprising a payload extraction unit to be passed before the payload output unit or between the payload output unit and the IP packet output unit. 前記IPパケットは、ペイロードのビットレートよりもヘッダのビットレートの方が低いことを特徴とする請求項1に記載の光伝送装置。   The optical transmission apparatus according to claim 1, wherein the IP packet has a header bit rate lower than a payload bit rate. 前記IPパケットを分岐する光分岐部と、
前記光分岐部からの一方の光信号のクロック周波数を検出するクロックモニタと、
前記クロックモニタの検出したクロック周波数に応じて、前記光分岐部からの他方の光信号を、前記光電変換部又は前記ペイロード出力部に出力する入力切替部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項3に記載の光伝送装置。
An optical branching unit for branching the IP packet;
A clock monitor for detecting a clock frequency of one optical signal from the optical branching unit;
According to the clock frequency detected by the clock monitor, the other optical signal from the optical branching unit, an input switching unit that outputs to the photoelectric conversion unit or the payload output unit,
The optical transmission device according to claim 3, further comprising:
前記IPパケットを、出力ポートが非線形光ファイバの両端に接続されている3dBカプラの一方の入力ポートに出力し、前記3dBカプラの前記一方の入力ポートからの光信号を前記ペイロード出力部に出力する光サーキュレータと、
前記一方の入力ポートが前記光サーキュレータに接続され、他方の入力ポートが前記光電変換部に接続され、2つの出力ポートが前記非線形光ファイバの両端に接続され、前記一方の入力ポートに入力された光信号を、前記非線形光ファイバの両端に入力するとともに、前記非線形光ファイバを周回して前記2つの出力ポートに戻ってきた光信号を合波して前記一方の入力ポート及び他方の入力ポートに出力する3dBカプラと、
前記3dBカプラの出力ポートに両端が接続された非線形光ファイバと、
を備える請求項1に記載の光伝送装置。
The IP packet is output to one input port of a 3 dB coupler whose output port is connected to both ends of the nonlinear optical fiber, and an optical signal from the one input port of the 3 dB coupler is output to the payload output unit. An optical circulator,
The one input port is connected to the optical circulator, the other input port is connected to the photoelectric conversion unit, two output ports are connected to both ends of the nonlinear optical fiber, and input to the one input port An optical signal is input to both ends of the nonlinear optical fiber, and the optical signal that has circulated around the nonlinear optical fiber and returned to the two output ports is multiplexed to the one input port and the other input port. An output 3 dB coupler;
A non-linear optical fiber having both ends connected to the output port of the 3 dB coupler;
The optical transmission device according to claim 1.
前記IPパケットは、前記IPパケットのペイロードにおけるパルスのデューティ比と光パルスピーク電力とタイムスロットの積よりも、前記IPパケットのヘッダにおける光信号のパルスのデューティ比と光パルスピーク電力とタイムスロットの積の方が小さいことを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の光伝送装置。   The IP packet has a pulse duty ratio, an optical pulse peak power, and a time slot of the optical signal in the header of the IP packet, rather than the product of the pulse duty ratio, the optical pulse peak power, and the time slot in the payload of the IP packet. 6. The optical transmission device according to claim 1, wherein the product is smaller. 前記ペイロード出力部は、ペイロードが通過している間、電力消費無く接続状態を維持する自己保持型光スイッチであることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の光伝送装置。   The optical transmission device according to claim 1, wherein the payload output unit is a self-holding optical switch that maintains a connection state without power consumption while the payload is passing. 前記自己保持型光スイッチは、相変化材料における透過と反射とを、相変化材料の温度変化に伴う屈折率変化を用いて切り替えることでスイッチングを行うことを特徴とする請求項7に記載の光伝送装置。   8. The light according to claim 7, wherein the self-holding optical switch performs switching by switching between transmission and reflection in the phase change material by using a refractive index change accompanying a temperature change of the phase change material. Transmission equipment. IPパケットのヘッダを光電変換して前記IPパケットのヘッダ情報を取得し、取得したヘッダ情報に含まれる宛先に応じて出力方路を決定する宛先制御ステップと、
前記IPパケットのペイロードを、前記宛先制御ステップで決定した方路に出力するペイロード出力ステップと、
前記宛先制御ステップで取得したヘッダ情報を光信号に変換し、変換後のヘッダ及び前記ペイロード出力ステップで出力したペイロードを出力方路に出力するIPパケット出力ステップと、
を有する光伝送方法。
A destination control step of photoelectrically converting the header of the IP packet to obtain header information of the IP packet, and determining an output route according to a destination included in the obtained header information;
A payload output step for outputting the payload of the IP packet to the route determined in the destination control step;
IP packet output step for converting the header information acquired in the destination control step into an optical signal, and outputting the converted header and the payload output in the payload output step to an output route;
An optical transmission method comprising:
前記宛先制御ステップにおいて、前記IPパケットのヘッダの光信号レベルを有する光信号を除去し、前記IPパケットのヘッダの光信号レベルよりも大きくかつ前記IPパケットのペイロードの光信号レベルよりも小さな光信号レベルを有する光信号を通過させるリミッタ増幅回路を用いることによって、ペイロードを抽出することを特徴とする請求項9に記載の光伝送方法。   In the destination control step, an optical signal having an optical signal level of the header of the IP packet is removed, and an optical signal that is larger than the optical signal level of the header of the IP packet and smaller than the optical signal level of the payload of the IP packet The optical transmission method according to claim 9, wherein the payload is extracted by using a limiter amplifier circuit that passes an optical signal having a level. 前記IPパケットは、ペイロードのビットレートよりもヘッダのビットレートの方が低いことを特徴とする請求項9に記載の光伝送方法。   The optical transmission method according to claim 9, wherein the IP packet has a header bit rate lower than a payload bit rate. 前記宛先制御ステップにおいて、前記IPパケットを分岐し、分岐した一方の光信号のクロック周波数を検出し、検出したクロック周波数に応じて、分岐した他方の光信号を、前記IPパケットのヘッダとペイロードとに分離することを特徴とする請求項11に記載の光伝送方法。   In the destination control step, the IP packet is branched, a clock frequency of one of the branched optical signals is detected, and the other branched optical signal is converted into a header and a payload of the IP packet according to the detected clock frequency. The optical transmission method according to claim 11, wherein the optical transmission method is separated. 前記宛先制御ステップにおいて、非線形光ファイバの両端から前記IPパケットを入力し、前記非線形光ファイバを通過後の前記IPパケットを互いに合波し、合波後の光信号を分岐することで、前記IPパケットのヘッダとペイロードとに分離することを特徴とする請求項9に記載の光伝送方法。   In the destination control step, the IP packet is input from both ends of the nonlinear optical fiber, the IP packets after passing through the nonlinear optical fiber are combined with each other, and the combined optical signal is branched. The optical transmission method according to claim 9, wherein the packet is separated into a header and a payload. 前記IPパケットは、前記IPパケットのペイロードにおけるパルスのデューティ比と光パルスピーク電力とタイムスロットの積よりも、前記IPパケットのヘッダにおける光信号のパルスのデューティ比と光パルスピーク電力とタイムスロットの積の方が小さいことを特徴とする請求項9から13のいずれかに記載の光伝送方法。   The IP packet has a pulse duty ratio, an optical pulse peak power, and a time slot of the optical signal in the header of the IP packet, rather than the product of the pulse duty ratio, the optical pulse peak power, and the time slot in the payload of the IP packet. The optical transmission method according to claim 9, wherein a product is smaller. 前記ペイロード出力ステップにおいて、ペイロードが通過している間、電力消費無く接続状態を維持する自己保持型光スイッチを用いて、前記宛先制御ステップで決定した方路に出力することを特徴とする請求項9から14のいずれかに記載の光伝送方法。   The payload output step uses a self-holding optical switch that maintains a connection state without power consumption while the payload is passing, and outputs to the route determined in the destination control step. The optical transmission method according to any one of 9 to 14. 前記自己保持型光スイッチは、相変化材料における透過と反射とを、相変化材料の温度変化に伴う屈折率変化を用いて切り替えることでスイッチングを行うことを特徴とする請求項15に記載の光伝送方法。   The light according to claim 15, wherein the self-holding optical switch performs switching by switching between transmission and reflection in the phase change material using a refractive index change accompanying a temperature change of the phase change material. Transmission method.
JP2011111190A 2011-05-18 2011-05-18 Optical transmission device and optical transmission method Withdrawn JP2012244328A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011111190A JP2012244328A (en) 2011-05-18 2011-05-18 Optical transmission device and optical transmission method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011111190A JP2012244328A (en) 2011-05-18 2011-05-18 Optical transmission device and optical transmission method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2012244328A true JP2012244328A (en) 2012-12-10

Family

ID=47465586

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011111190A Withdrawn JP2012244328A (en) 2011-05-18 2011-05-18 Optical transmission device and optical transmission method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2012244328A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113777807A (en) * 2021-09-07 2021-12-10 哈尔滨工程大学 Based on Ge2Sb2Te5Nonvolatile echo wall mode all-optical switch of phase change material and manufacturing method thereof
EP4357843A1 (en) * 2022-10-20 2024-04-24 Universidad de Cantabria Optical switching device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113777807A (en) * 2021-09-07 2021-12-10 哈尔滨工程大学 Based on Ge2Sb2Te5Nonvolatile echo wall mode all-optical switch of phase change material and manufacturing method thereof
EP4357843A1 (en) * 2022-10-20 2024-04-24 Universidad de Cantabria Optical switching device
WO2024084050A1 (en) * 2022-10-20 2024-04-25 Universidad De Cantabria Optical switching device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8731401B2 (en) Dense wavelength division multiplexing multi-mode switching systems and methods for concurrent and dynamic reconfiguration with different switching modes
US20080181605A1 (en) Multi-degree optical node architectures
JP4899577B2 (en) Optical network and node
US9509408B2 (en) Optical data transmission system
JP4844219B2 (en) Optical network and node
EP1569494A2 (en) Optical network with selective mode switching
JP5127707B2 (en) Modular adaptation and configuration of network node architecture
US7925165B2 (en) Packet and optical routing equipment and method
JP5785269B2 (en) Transponders and associated network nodes for optical transmission networks
JP3923477B2 (en) High-capacity optical router using electric buffer
KR100459572B1 (en) Optical multi-ring network for burst data communication
WO2013028241A1 (en) Systems and methods for a cross-layer optical network node
US7283747B2 (en) Optical switch router
JP6739771B2 (en) Segment routing for optical networks
JP5019296B2 (en) Optical communication node equipment
KR100474694B1 (en) Optical ring network for burst data communication
JP2012244328A (en) Optical transmission device and optical transmission method
Fernandez-Palacios et al. IP offloading over multi-granular photonic switching technologies
Lai et al. First demonstration of a cross-layer enabled network node
JP2002261782A (en) Protection of label switch network
Musumeci et al. Energy-efficiency of all-optical transport through time-driven switching
WO2022259320A1 (en) Wavelength cross-connect device and wavelength cross-connect method
Gaudino RINGO: Demonstration of a WDM packet network architecture for metro applications
Simsarian et al. Optical packet switches
JP4033380B2 (en) Wavelength label type optical router

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20140805